DE2046053B2 - Integrierte Schaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung oetrifft eine integrierte Schaltung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1

In einem Körper aus Halbleitermaterial bildet sich an dessen Oberfläche, auf der sich übe. einer Isolierschicht eine elektrische Anschlußleiterbahn befindet, ein Inversionskanal vom entgegengesetzten Leitungstyp aus, wenn zwei Voraussetzungen erfüllt sind. Erstens muß ein Spannungsunterschied zwischen der Leiterbahn und dem Halbleitermaterial bestehen und die Leiterbahn eine Spannung solcher Polarität haben, daß sie die Majoritätsträger im Halbleiterkörper abstößt und die Minoritätsträger anzieht. Bei einem η-leitenden Halbleiterkörper muß also die Leiterbahn negative Polarität gegenüber dem Halbleiterkörper haben, so daß sie die Elektronen abstößt und die Löcher (Defektelektronen) anzieht Zweitens muß der Spannungsunterschied größer sein als eine bestimmte kritische Spannung, die von den herstellungsbedingten Eigenschaften der integrierten Schaltung, insbesondere von der Dicke und der Dielektrizitätskonstante der Isolierschicht, dem Spannungsabfall an der Isolierschicht und der Dotierstoffkonzentration im Halbleitermaterial abhängt. Bei Spannungen unterhalb des kritischen Wertes stößt die Leiterbahn die Majoritätsträger zurück, so daß sich untp.r ihr ein Verarmungsgebiet ausbildet, während oberhalb der kritischen Spannung die Minoritätsträger in Richtung zur Leiterbahn wandern und sich im Halbleiterkörper unter der Leiterbahn in deren Nachbarschaft ein Gebiet des entgegengesetzten Leitungstyps bildet. So bildet sich in einem n-leitenden Halbleiterkörper bei negativer Polarität der Spannung an einer Leiterbahn ein p-leitender Inversionskanal an der Körperoberfläche entlang der Leiterbahn. Bei einer typischen integrierten Schaltung bildet sich ein solcher Inversionskanal dann aus, wenn die Spannungsdifferenz in der Größenordnung von ungefähr 20 Volt beträgt.

Ein solcher Inversionskanal wirkt in einer integrierten Schaltung unter bestimmten Umständen, die von der Art und Struktur der jeweiligen Schaltung abhängen, als elektrischer Kurzschluß. Bisher hat man bei vielen integrierten Schaltungen eine pn-Sperrschichtisolation vorgesehen, durch welche die Schaltung in mehrere Zonen aus Halbleitermaterial, die elektrisch vom übrigen Teil der Schaltung isoliert sind, aufgeteilt wird. Dabei ist jede Zone eines zweiten Leitungstyps jeweils von einem Isolationsgebiet eines ersten Lehingstyps umgeben, so daß jede Zone vom übrigen Teil der

to integrierten Schaltung durch einen pn-übergang mit verhältnismäßig hoher Durchbruchspannung getrennt ist. Die Zonen enthalten gewöhnlich ein oder mehrere elektrische Bauelemente, die vom übrigen Teil der Schaltung elektrisch isoliert sein müssen.

Zur elektrischen Isolation dieser Bauelemente ist es bekannt (z. B. aus der US-PS 34 30 104), die Anschlußflecken der Schaltung getrennt von den die Bauelemente enthaltenden Zonen anzubringen, und zwar auf einer Isolierschicht auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers in solchen Bereichen, die sich nicht über den die Bauelemente enthaltenden Zonen befinden. Bisher hatten dabei die Anschlußflecken die Neigung, die Isolierschicht nadelartig zu durchdringen und so eine direkte Verbindung zum darunter befindlichen HaIb leitermaterial bei Anschluß an äußere Schaltungsteile herzustellen. Dies v/ar besonders dann der Fall, wenn die Befestigung eines Anschlußleiters am Anschlußflekken nach der Thermokompressionsmethode erfolgte. Bringt man den Anschlußflecken in Bereichen an, die nicht über der das Bauelement enthaltenden Zone liegen, so werden die Bauelemente nicht gefährdet, wenn der Anschlußflecken das Isoliermaterial durchdringt Eine derartige integrierte Schaltung ist für manche Anwendungszwecke ungeeignet

Es wurde nunmehr gefunden, daß ein Inversionskanal ein elektrisches Bauelement innerhalb einer Zone nach dem umgebenden Isolationsgebiet dann kurzschließt wenn bestimmte strukturelle Voiaussetzungen erfüllt sind. Erstens muß das Bauelement eine Zone des gleichen Leitungstyps wie das Isolationsgebiet enthalten, und zweitens muß das Bauelementgebiet mit einem Anschlußflecken außerhalb der Bauelementzone durch eine elektrische Leiterbahn auf der Oberfläche der Isolierschicht verbunden sein. Bei den entsprechenden Spannungs- und Verspannungsverhältnissen bildet sich ein Inversionskanal des ersten Leitungstyps in der Zone unter der metallisierten Leiterbahn aus. Der Inversionskanal folgt der Leiterbahn und ist am einen Ende mit dem Bauelementgebiet des ersten Leitungstyps und am anderen Ende mit dem Isolationsgebiet ebenfalls des ersten Leitungstyps verbunden. Der Inversionskanal verbindet also die beiden Zonen des ersten Leitungstyps, so daß das Bauelement nach dem Isolationsgebiet und dem darunter befindlichen Substrat kurzgeschlos sen wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine integrierte Schaltung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 anzugeben, bei der ein Kurzschluß zwischen der eingelagerten Zone (also insbesondere eingelagerten Transistorzonen, Widerstandszonen usw.) und dem isolierenden Gebiet durch einen Inversionskanal vom gleichen Leitungstyp unabhängig davon vermieden wird, wo sich der Anschlußflecken befindet. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden

Merkmale des Anspruchs I gelöst.

Durch die Ausgestaltung gemäß Anspruch 2 wird erreicht, daß ein Kurzschluß auch dann zuverlässig vermieden wird, wenn die Leiterbahn einen Anschluß-

flecken am Rand der integrierten Schaltung mit einer hiervon relativ weit entfernten eingelagerten Zone verbinden muß.

Obwohl der Inversionskanal unter dem Anschlußflekken und der Leiterbahn bleibt, reicht er nicht bis zum Rand der isolierten Zone, so daß er nicht mit dem die Zone umgebenden Isolationsgebiet verbunden ist Der Inversionskanal stellt folglich keinen Kurzschluß zwischen den beiden Gebieten des ersten Leitungstyps her. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 den Grundriß eines Teils einer typischen integrierten Schaltung mit zwei Ausführungsformen der Erfindung;

F i g. 2 einen Querschnitt eines Teils der integrierten Schaltung entlang der Schnittlinie 2-2 in F i g. 1; und

F i g. 3 einen Querschnitt eines Teils der integrierten Schaltung entlang der Schnittlinie 3-3 in F i g. 1.

Die integrierte Schaltung weist ein Substrat 12 eines ersten Leitungstyps und eine epitaktische Schicht eines zweiten Leitungstyps mit einer Oberfläche 14 auf. Ein Isolationsgebiet 16 des ersten Leitungstyps ist durch Teile der epitaktischen Schicht hindurchditfundiert, so daß diese in eine Anzahl von Zonen 18 und 20 des zweiten Leitungstyps aufgeteilt wird. Die Zonen 18 und 20 sind von Gebieten des ersten Leitungstyps unter Zwischenschaltung eines pn-Obergangs umgeben. Der pn-Übergang hat eine verhältnismäßig hohe Durchbruchsspannung und dient dazu, die Zonen 18 und 20 vom übrigen Teil der Schaltung elektrisch zu isolieren. Im vorliegenden Fall sind die Zonen 18 und 20 n-leitend und das umgebende Isolationsgebiet 16 und Substrat 12 p-leitend, wobei die Isolations- oder Sperrdurchbruchsspannung des pn-Übergangs der Zonen 18 und 20 ungefähr 90 Volt beträgt

F i g. 2 zeigt im Querschnitt einen Teil der integrierten Schaltung, der eine Ausführungsform der Erfindung enthält Der Querschnitt entlang der Schnittlinie 2-2 in F i g. 1 schneidet die Zone 18 und einen Teil des umgebenden Isolationsgebietes 16. Die Zone 18 enthält ein elektrisches Bauelement das vom übrigen Teil der integrierten Schaltung elektrisch isoliert sein muß. In F i g. 2 ist das Bauelement ein typischer npn-Transistor 21. Der Transistor 21 besteht aus einem Teil der Zone 18 des zweiten Leitungstyps als Kollektor, einer zweiten Zone 22 des ersten Leitungstyps ils Basis, und einer zweiten Zone 24 des zweiten Leitungstyps als Emitter. Eine Isolierschicht 26 wird auf der Oberfläche 14 der epitaktischen Schicht angebracht und selektiv aufgebrochen, so daß ein Teil tfer zweiten Zone 24, der ersten Zone 22 und der Zone 18 des Transistors 21 freigelegt so werden. Sodann wird ein hochleitendes Material wie Aluminium auf die Isolierschicht aufgebracht und selektiv entfernt so daß die elektrischen Leiterbahnen 28, 30 und 32 entstehen, welche die drei Zonen des Transistors 21 mit anderen Teilen der Schaltung verbinden.

Auf der Isolierschicht 26 wird außerdem ein Anschlußflecken 34 angebracht, der mit der ersten Zone 22 des ersten Leitungstyps durch die Leiterbahn 32 verbunden ist. Die metallisierte Leiterbahn 32 und der Anschlußflecken 34 befinden sich auf der Oberfläche der Isolierschicht 26 gänzlich innerhalb des Bereichs über der Zone 18. Bei der vorliegenden integrierten Schaltung wird der AnschluBflecken 34 gewöhnlich gleichzeitig mit der· metallisierten Leiterbahnen durch Vakuumaufdampfen eines Aluminiumfilmes hergestellt. Jedoch ist die Erfindung nicht auf eine bestimmte Art von Anschlußflecken beschränkt, sondern läßt sich beispielsweise auf solche, wie sie bei integrierten Schaltungen vom sogenannten »Beam-Lead«- und »Flip-Chip«-Typ Verwendung finden, anwenden.

Bei den entsprechenden Spannungs- und Vorspannverhältnissen bildet sich in der Zone 18 an der Oberfläche 14 im Bereich unter der Leiterbahn 32 und dem Anschlußflecken 34 ein Inversionskanal 36 aus. Im vorliegenden Fall bildet sich ein solcher Inversionskanal 36 vom p-Leitungstyp in der η-leitenden Zone 18 bei einer Spannungsdifferenz von ungefähr 20 Volt aus. Wie in F i g. 2 gezeigt schneidet der p-leitende Inversionskanal 36 die ebenfalls p-leitende erste Zone 22, so daß diese effektiv bis zum Ende des Inversionskanais 36 verlängert wird. Jedoch reicht der Inversionskanal 36 nicht bis zum Rand der Zone 18 und schneidet nicht das umgebende p-leitende Isolationsgebiet 16, weil die metallisierte Leiterbahn 32 und der Anschlußflecken 34 auf der Oberfläche der Isolierschicht 26 gänzlich innerhalb des Bereichs über der Zone 18 liegen. Der Inversionskanal 36 stellt folglich keine Verbindung zwischen der ersten Zone 22 und den⁷ Isoiationsgebiet 16 her, so daß der Transistor 21 nicht nach dem Isolationsgebiet 16 und dem darunter befindlichen Substrat 12 kurzgeschlossen wird.

Bei der vorliegenden Struktur der integrierten Schaltung sollte darauf geachtet werden, daß der Anschlußflecken 34 mit Sicherheit die Isolierschicht 26 nicht z. B. nadelartig durchdringt Dies läßt sich mit wenig zusätzlichem Aufwand erreichen, während bei den vorbekannten integrierten Schaltungen der Inversionskanalkurzschluß nicht korrigiert werden kann, da der Anschlußflecken 34 außerhalb der Zone 18 liegt

Fig.3 zeigt im Querschnitt einen anderen Teil der integrierten Schaltung mit einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Der Querschnitt entlang der Schnittlinie 3-3 in F i g. 1 schneidet die Zone 20 und einen anderen Teil des umgebenden !solationsgebietes 16. Bei dieser Ausführungsform enthält die Zone 20 einen ohmschen Widerstand 38, der durch Eindiffundieren eines Gebietes des ersten Leitungstyps in einen Teil der Zone 20 von der Oberfläche 14 aus hergestellt wird. Ein anderer Teil der Isolierschicht 26 wird selektiv aufgebrochen, so daß ein Teil des Widerstands 38 freigelegt wird. Ein Anschlußflecken 40 und eine elektrische Leiterbahn 42 sind auf der Oberfläche der Isolierschicht 26 angebracht und mit dem Widerstand 38 verbunden. Zu beachten ist daß die Erfindung nicht auf Transistoren und Widerstände beschränkt sondern in sämtlichen Fällen anwendbar ist, wo ein Anschlußflekken mit einem Gebiet des ersten Leitungstyps innerhalb einer Zone des zweiten Leitungstyps verbunden ist

Wie in F i g. 1 gezeigt ist es manchmal erforderlich, den Anschlußflecken mit einem Bauelement zu verbinden, das sich nicht in der Nähe eines der Ränder der Schaltungsanordnung befindet. Da es im allgemeinen vorteilhaft ist, die Anschlußflecken um die Ränder der Schaltung zu verteilen, muß man für die Verbindung des Anschlußfleckens 40 mit dem Widerstand 38 die langgestreckte elektrische Leiterbahn 42 vorsehen. Um in solchen Fällen einen Inversionskanalkurzschluß zu verhindern, muß man die Zone 20 bis zum Äand der Schaltung ausdehnen, so daß sie die Leiterbahn 42 und den Anschlußflecken 40 einschließt. Bei der vorliegenden Ausführungsfo-m hat die Zone 20 zwei Hauptteile 20a und 20b und einen verbindenden Teil 20c. Der Hauptteil 20a enthält den Widerstand 38 und gegebenenfalls weitere vorzusehende Bauelemente. Der andere Hauotteil 20b enthält keinerlei Bauelemente,

sondern liegt unter dem Anschlußflecken 40. Der verbindende Teil 20c enthält ebenfalls keinerlei Bauelemente und liegt unter der Leiterbahn 42. Die Anschlußflecken 40 und 42 sind somit auf der Isolierschicht 26 gänzlich innerhalb des Bereichs über der Zone 20 angeordnet.

Wie in F i g. 3 gezeigt, bildet sich unter der Leiterbahn 42 und dem Anschlußflecken 40 ein Inversionskanal 44 aus, der jedoch nicht mit dem Isolationsgebiet 16 in Verbindung steht, so daß er den Widerstand 38 nicht nach dem darunterliegenden Substrat 12 kurzschließt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Integrierte Schaltung mit einem Körper aus Halbleitermaterial vom ersten Leitungstyp, in welchem mehrere Zonen vom zweiten Leitungstyp ausgebildet sind, die durch pn-Sperrschichten voneinander isoliert sind und von denen eine, eine eingelagerte Zone des ersten Leitungstyps an der Oberfläche des Halbleiterkörpers aufweist, wobei auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers eine Isolierschicht und auf dieser ein Anschlußflecken sowie eine mit diesem und mit der eingelagerten Zone verbundene Leiterbahn angebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlußflecken (34) und die Leiterbahn (32) vollständig innerhalb des Oberflächenbereichs über der durch pn-Sperrschichten isolierten Zone (18) mit der eingelagerten Zone (22) angeordnet sind.

2. Integrierte Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterbahn (42) innerhalb des Oberflächenbereiches Ober einem Verbindungsteil (20c) der isolierten Zone (20) angeordnet ist, welcher den die eingelagerte Zone (Widerstand 38) enthaltenden Teil (20a) der isolierten Zone (20) mit einem Teil (20b) dieser Zone (20) in der Nähe eines Randes der Schaltung verbindet