DE2721397C3 - Verfahren zur Herstellung eines mindestens eine Planardiode enthaltenden HF-Halbleiterbauelementes - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines mindestens eine Planardiode enthaltenden HF-Halbleiterbauelementes

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DE2721397C3 DE2721397A DE2721397A DE2721397C3 DE 2721397 C3 DE2721397 C3 DE 2721397C3 DE 2721397 A DE2721397 A DE 2721397A DE 2721397 A DE2721397 A DE 2721397A DE 2721397 C3 DE2721397 C3 DE 2721397C3
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dein Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE-OS 25 05 276 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Impatt-Diode bekannt, bei dem auf einem n'-Siliciumsubstrat eine nSiliciumepitaxialschicht erzeugt und anschließend mit Protonen beschossen wird, um in der Epitaxialschicht übereinander p- und p + -Bereiche zu bilden, von denen der letzte an die Oberfläche der Epitaxialschicht angrenzt. Hierbei hat das Substrat einen geringen spezifischen Widerstand und ist Bestandteil der Diode. Diese Diode soll mit Kontakten versehen und gekapselt werden, bevor sie rum Einsatz kommen kann. In welcher Weise die Kontaktierung und die Kapselung erfolgen soll, ist der genannten Druckschrift nicht zu entnehmen.
Aus der DE-OS 23 59 406 ist ein Planarverfahren zur Herstellung von integrierten Halbleiterbaueinheiten mit einem Transistor bekannt, bei dem auf die Oberfläche eines Substrats ebenfalls eine Epitaxialsehieht mit hohem spezifischem Widerstand aufgebracht wird, die dann mit einer siölierenden Ionenimplantations-Maske versehen wird, durch deren Öffnungen hindurch die Epitaxialschicht mittels Ionenimplantation dotiert wird. Dabei werden übereinanderliegende Bereiche verschiedener Dotierung erzeugt, insbesondere zur Bildung einer verdeckten Basiszone. Unterhalb dieser Basiszone befindet sich ein vor dem Aufbringen der Epitaxialschicht im Halbleitersubstrat erzeugter, gut leitender Bereich, der über weitere gut leitende Zonen im Halbleitersubstrat mit dessen Oberfläche in leitender Verbindung steht. Planardioden enthält das aus der DE-OS 23 59 406 bekannte Halbleiterbauelement nicht. An Planardioden, die insbesondere für die Verwendung in der Mikrowellentechnik geeignet sind, werden spezielle Anforderungen gestellt. Abgesehen dt, von, daß beispielsweise bei Impatt-Dioden die Arbeitsfrequenz umgekehrt proportional zur Dicke des Driftbereiches ist, so daß sehr hohe Frequenzen extrem dünne Zwischenschichten der Dioden erfordern, bereitet auch der Einbau solcher Dicden in Mikrowellenoszillatoren und -verstärker erhebliche Probleme. So ist es bekannt, solche Dioden an einer Oberfläche eines Hohlraumresonators zu befestigen und danach die erforderlichen Gleichstromanschlüsse zu diesen Dioden durch stift- oder pfostenartige Verbindungen herzustellen. Die bei steigenden Frequenzen erforderliche Verminderung der Abmessungen solcher Festkörperdioden führt jedoch zwangsläufig zu einer entsprechenden Verminderung der Festigkeit ihres Aufbaues, so daß diese Dioden nicht mehr den Kontaktdrücken ausgesetzt werden können, die bei einer direkten Berührung mit solchen Stiften oder Pfosten entstehen.
Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Planardioden enthallenden HF-Halbleiterbauelementen anzugeben, das /u Strukturen führt, die auch bei kleinsten Abmessungen eine hohe mechanische Stabilität aufweisen und ohne Schwierigkeiten in zugehörige Schaltungsanordnungen eingebaut werden können, und das zugleich zu seiner Durchführung mit besonders einfachen und wenigen Verfahrensschritten auskommt.
-H Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 nach der Erfindung durch die im Kennzeichen des Hauptanspruchs genannten Merkmale gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßün Verfahren werden also die die Planardiode bildenden Bereiche nicht in einer auf einem Substrai aufgebrachten Epitaxialschicht gebildet, sondern unmittelbar übereinander in dem Substrat, so daß auf die Erzeugung einer besonderen, dotierten Epitaxialschicht verzichtet werden kann. Die Erzeugung
■fj aller Bereiche dei Planardiode durch Ionenimplantation erlaubt es, durch Steuerung der Implantation die Abmessungen der verschiedenen Bereiche sehr klein zu halten. Eine Abhängigkeit der Größe dieser Bereiche von der Dicke einer Epitaxialschicht, wie es bei der
V) Impatt-Diode nach der DE-OS 25 05 276 der Fall ist. besteht hierbei nicht. Das Problem der Kontaktierung wird dadurch gelöst, daß der sich unter dem vergrabenen Bereich befindende Abschnitt des Substrats entfernt wird, so daß eine Oberfläche dieses vergrabenen Bereiches ebenso wie die Oberfläche des oberen Bereiches zur Kontaktierung, insbesondere Anbringung einer Metallschicht, unmittelbar ;rur Verfugung steht. Die Metallschicht kann sich dann großflächig zu benachbarten Bereichen des Substrats erstrek-
6Q ken, woraus sich kurze Leitungen mit großem Querschnitt, also geringer Induktivität ergeben.
Weiterhin werden diese Metallschichten von dem relativ stabilen Substrat getragen, so daß sie auch größeren Kontaktdrücken standhalten können, Endlich kann das Substrat eine solche Dicke haben, daß die Kapazität zwischen den auf entgegengesetzten Seiten angebrachten Anschlüssen ebenfalls sehr klein ist, so daß auch Störungen durch parasitäre Kapazitäten weitgehend
ausgeschlossen sind. Insbesondere sind die geometrischen Abmessungen der Anschlüsse genau definiert, so daß die parasitären elektrischen Werte mit hoher Genauigkeit reproduzierbar sind.
Die verhältnismäßig große Dicke des die Dioden umgebenden Halbleitersubstrats macht es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung möglich, den implantierten Bereichen benachbarte Abschnitte des Substrats durch Ätzen zu entfernen und zur Bildung von Wärmesenken auf beiden Seiten des Substrats Metailschichten anzuordnen und mit den ohmschen Kontakten leitend zu verbinden. Auf diese Weise kann die Wärmeabführung von solchen Dioden, bedeutend verbessert werden, ohne daß die parasitäre Parallel-Kapazität, die diese Bauteile nach dem Einbau in Mikrowellen-Resonatoren aufweisen, erhöht wird.
Ein ginz wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht noch darin, daß es die Herstellung mehrerer Dioden im gleichen Substrat und die Verbindung solcher Dioden zu einem mehrere im Substrat gebildete Dioden umfassenden HalMeiierhauelementes ermöglicht, indem auf die Substratoberfläche eine Metallisationsschicht aufgebracht wird, welche zwischen den ohmschen Kontakten der Dioden verlaufende Wellenleiter definieren. Daher ist es möglich, nach dem erfindungsgemäßen Verfahren vollständige Halbleiterbauelemente herzustellen, welche die bisher üblichen, hybriden integrierten Mikrowellenschaltungen ersetzen können.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der in der in Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert. Es zeigt
Fig. la bis 6 Querschnitte durch einen Abschnitt eines Halbleiter-Substrats zur Veranschaulichung einer Folge von Verfahrensschntten zur Herstellung von is HF-Halbleiterbauelementen nebst Diagrammen, welche die Verunreinigungs-Konzentrationsprofile bei verschiedenen Stufen des Verfahrens veranschaulichen, Fig. 7 bis 11 weitere Querschnitte durch einen Abschnitt eines Halbleitersubstras. welche die Verfah- 4» rensschritte bei der Herstellung monolithisch integrier ter Mikrowellenschaltungen veranschaulicnen,
F i g. 12 die perspektivische Ansicht eines Abschnittes einer nach der Erfindung hergestellten monolithisch integrierten Mikrowellenschaltung "nd 4-,
Fig. 13a und 13b eine Zusammenstellung einiger nützlicher Höhen- und Breitendimensionen für die integrierte Schaltung nacn Fig. 12
In der Folge der Fig. la bis 6 zeigt Fig. la ein Substrat 14 vom N-I yp mit hohem spezifischem w Widerstand in der kristallographischen Orientierung 100, dessen spezifischer Widerstand in der Größenordnung von 1000 Ω · cm liegt. Das Verunreimgungsprofil 16 nach Fig. Ib -si selbstverständlich über die ganze Höhe des Substrates 14 gleich. Das Silicium Substrat 14 v. wird im eine übliche Oxidierungs . Maskierungs· und Ät/stdtion gebracht, in der eine Schicht 18 aus Siliciumdioxid (SiO2) entweder aufgedampft, durch thermisches Aufwachsen erzeugt oder durch beide Methoden auf die Oberfläche des Substrates 14 eo aufgebracht und mittels üblicher Maskierungs· und Ätzverfahren ein Fenster oder eine öffnung 19 in der SiO2*Sdiicht gebildet wird. Die schrägen Flanken der Öffnungen 19 sind das Ergebnis einer seitlichen Ätzung des Siliciumdioxids.
Wenn die SiO^Mäske 18 nach Fig.2a fertiggestellt ist, wird das maskierte Substrat 14 in eine Ionenimplantationskammer gebracht, in der ein Ionenstrahl 20 vom P-Leitungs-Typ, wie beispielsweise Borionen, in das Substrat 14 implantiert werden, um darin einen vergrabenen Bereich 22 zu erzeugen, der sich etwa 0,7 μπι unterhalb der Substratoberfläche befindet. Für diesen Verfahrensschritt ist die Anwendung von Borionen mit einer Energie von 300 keV in einer Dosierung von etwa 5 χ 1015 Ionen/cm2 typisch. Die lOO-Orientierung des Substrats 14 und die Richtung des Ionenstrahles 20 sind mittels der Geometrie des Targethalters und des Implantationsapparates so gewählt, daß Durchtunnelungseffekte für alle Ionenimplantationen, denen das Substrat 14 unterworfen wird, auf ein Minimum reduziert werden. Nachdem der zur Bildung des vergrabenen Bereiches dienende Implantationsschritt abgeschlossen ist, wird das 100-Substrat 14 eine bestimmte Zeit bei ausreichender Temperatur gealtert, um den implantierten Bereich 22 elektrisch zu aktivieren und im wesentlichen alle durch den IonenbesLhuß hervorgerufenen Schaden im Substrat 14 aufzuhellen. Statt dessen kann j.:.; Alterung dieses Profils auch erst erfolgen, nachdem alle nachstehend behandelten Implantationsschritte ausgeführt worden sind. Durch dieses Vorgehen wird eine Verbreiterung der Bereiche durch Diffusion möglichst klein gehalten. An d.ser Stelle des Verfahrens ist die in F i g. 2a dargestellte Struktur durch das in Fig. 2b dargestellte Verunreinigungsprofil gekennzeichnet, das Abschnitte 24 und 26 mit der ursprünglichen Dotierung aufweist, die durch ein Gaußsches Dotierungsprofil 28 getrennt sind, das dem durch Ionenimplantation erzeugten vergrabenen Bereich 22 zugeordnet ist.
Wie in Fig. 3a angedeutet. *ird die bei der Ionenimplantation angewendete hnergie nur so eingestellt, daß die Borionen 30 vom C Leitungs-Typ in den Bereich 32 des Substrats 14 in mehreren Schüben implantiert werden, wie es durch die Dotierungs-Konzentrationen 29, 31 und 33 angedeutet ist. um so ein angenähertes oder zusammengesetztes Profil 34 iür den P-Bereich 32 zu erhalten, der sich bis zur Oberflache des Substrats 14 erstreckt.
Als nächstes wird die implantierte Struktur nach F 1 g. 3a einem N-Implantationsschritt ausgesetzt, wie es Fig. 4 anzeigt, bei dem Ionen 40 vom N-Leitungs-Typ. wie beispielsweise Arsenionen, mit geringer Energie, in die Struktur implantiert werden, um hierdurch einen planaren Bereich 42 zu schaffen, bei dem es sich um einen stark N- dotierten Bereich handelt, der zur Herstellung eines ohmschen Kontaktes gut geeignet ist Typische Werte für die Implantation von Arsenionen sind eine hnergie von 70 keV und eine Dosis von 2 χ 10^ Ionen/cm2. Diese Ionenimplantation vom N-Leitungs Typ ist in Fig. 4b durch die Konzentration M fertigt Es versteht sich, daß der PN-Übergang 43 der implantierten Struktur zwischen den Bereichen 44 und 46 vom N- bzw. P-Typ liegt. Die implantierte Struktur nach F i g. 4a wird dann eine bestimmte Zeit bei ausreichender Temperatur gealtert, um die durch Ionenimplantation erzeugten Bereiche 32, 42 und 48 zu aktivieren. Dieser Alterungsschritt bewirkt eine seitliche Ausdehnung des PN-Überganges 43 bis seitlich Unter die passivierende Oxidmaske 18. wodurch eine vollständige Passivierung dieses PN-Überganges 43 erzielt wird. Das endgültige Dotierungsprofil der implantierten N + -P-P+-Diode nach Fig.4a ist in F ig. 4b dargestellt.
Wie aus Fig.5a ersichtlich, wird die gesamte freiliegende Oberfläche der Oxidschicht 18 mit einer Metallisierung, beispielsweise einer Chrom-Platin-
Gold-Mischung, durch Aufdampfen im Vakuum versehen, um ein Muster von ohmschen Kontakten zu bilden, die auch mit dem N+-Bereich 42 in Verbindung stehen. Dann wird eine Wärmesenke 58, beispielsweise aus Kupfer oder Silber, auf die Oberfläche der dünnen Metallschicht 56 aufgebracht. Danach wird das Siliciumsubstrat 14 von der Rückseite herum einen bestimmten Betrag dünner gemacht, der durch nicht dargestellte, tiefe Paßlöchef bestimmt ist, die flach der Bildung der isolierenden SiO2-Maske 18 in das Substrat 14 eingeätzt worden sind. Nach der Dickenverringerung des Substrats wird auf dessen Rückseite eine Photolackmaske 52 mit einer öffnung 53 unter Anwendung üblicher photolithographischer Methoden aufgebracht. Dann wird das Siliciumsubstrat 14 unter Verwendung eines chemischen Ätzmittels, wie beispielsweise einer wäßrigen Lösung von KOH und Isopropylalkohol in der in r i g. 5ü gcZcigicii ΓύΓΓΓι 54 ύπιϊυίιυμ geäiii, um dadurch den vergrabenen P+-Bereich freizulegen. Dieser Ätzschritt kann insofern anisotrop, als die Ätzgeschwindigkeit in der kristallographischen 100-Ebene des Siliciums sehr viel größer ist als die Ätzgeschwindigkeit in der 111 -Ebene und außerdem die Ätzrate in der 100-Richtung auch von dem Leitfähigkeitstyp N oder P in dem geätzten Material abhängt.
Da die Ätzgeschwindigkeit bei P-Dotierungskonzentrationen (oder bei ^Dotierung) von weniger als 10'" Trägern/cm3 20 bis 50mal größer ist als bei einer P-Dotieri'.ng (Bor) von mehr als 10" Trägern/cm3, wird bei dieser Ätzung das N-dotierte Siliciumsubstrat 14 mit hohem spezifischem Widerstand, das dem vergrabenen P-Bereich 22 benachbart ist. mit einer Geschwindigkeit von Ι,Ομηι/min entfernt, bis der stark P+ -dotierte implantierte Bereich 22 erreicht wird, wo eine bedeutende Verminderung der Ätzgeschwindigkeit stattfindet. Wegen der kristallographisch selektiven und konzentrationsabhängigen Eigenschaften dieses KOH-H2O- und Isopropylalkohol-Ätzmittels ist es möglich, die Größe und Ausrichtung der öffnung 54 auf den vergrabenen Bereich 22 genau zu steuern. Bei dieser Art des Zueanees zu dem implantierten P+-Bereich 22 kann der anschließend aufgebrachte rückseitige ohmsche Kontakt 62 an die benachbarte Wärmesenke 64 dicht benachbart zu den aktiven Bereichen und zu dem PN-Übergang der hergestellten IMPATT-Diode angebracht werden.
Bei der Schicht 62 handelt es sich um eine dünne Kontaktmetallisierung, beispielsweise um eine Chrom-Platin-Gold-Mischung, während die Wärmesenke 64 aus Kupfer oder Si'ber besteht. Die Wärmesenke 64 gewährleistet eine gute Wärmeabfuhr, so daß beide Seiten der von den implantierten Bereichen 22,32 und 42 verschiedener Dotierung gebildeten IMPATT-Diode sowohl mit einem guten ohmschen Kontakt als auch mit guten Wärmesenken versehen sind. Dabei können die aus Kupfer oder Silber bestehenden Wärmesenken 58 und 64 so dick gemacht werden, wie es nötig ist, um die parasitäre Parallel-Kapazität der Struktur, wenn sie in übliche Hohlraumresonatoren oder dgl. eingebaut ist, zu bestimmen und zu reduzieren.
Die Dotierungskonzentration des Verunreinigungsprofils nach Fig.5b endet an der Grenze 60, die den Übergang zu der den ohmschen Kontakt bildenden Metallisierung 62 im ungefähren Zentrum des P+-Bereiches 22 hersteHt, wo dessen anisotrope Ätzung beendet wurde. Dies bedeutet daß die Ätzrate dieses Bereiches 22 etwa zu Null reduziert wurde, wenn der Abschnitt des vergrabenen Bereiches 22, in dem die maximale P+-Dotierung vorliegt, nahezu erreicht war.
Endlich wird die in Fig.6 dargestellte Struktur in Mesaform geätzt, um einen bestimmten Abschnitt des Substrats 14, der die durch Ionenimplantation herge* stellte IMPATT-Diode umgibt, zu entfernen und dadurch die Mesa-Kontur 65 zu erzeugen, Demnach ist die in Fig.6 dargestellte Struktur mit metallischen Kontaktschichten 56 und 62 und Wärmesenken 58 und 64 an zwei einander gegenüberliegenden Seiten versehen und weist infolge dieser besonderen, zweiseitigen Wärmesenkenanordnung eine ausgezeichnete mechanische Festigkeit auf.
Zusammenfassend ist festzustellen, daß das anhand der Fig. la bis 6 veranschaulichte Verfahren nicht das Aufwachsen epitaxialer Schichten erfordert und daher die Verwendung eines Halbleitermaterials, beispielsweise eines Siliciumsubstrats, mit sehr hohem spezifischem
TTiucrSiaMu aiS ι laüptf^crpCr «CT # ιίιΟΓνΠϋΓΐ^ Cftuuu«,
was wiederum zu verminderten parasitären Verlusten bei hohen Frequenzen führt. Weiterhin erlaubt die bevorzugte Ätzung von Silicium in der 100-Kristallebene zum Freilegen des P+ -dotierten, vergrabenen Bereiches 22 die Ausbildung von integrierten Bauelementen mit einem Aufbau, der geringere Verluste aufweist, als es bei bisher bekannten Bauelementen möglich war. Weiterhin ermöglicht die selektive Ätzung eine verbesserte Bestimmung der aktiven Bereiche der Diode und der Geometrie der Halbleiter-Mesastruktur, welche die Diode umgibt.
Die Widerstandsverluste in den Kontaktbereichen des vorstehend beschriebenen Bauelementes sind durch die Anwendung des Kontaktes in Form des durch Ionenimplantation erzeugten, vergrabenen Bereiches 22 auf ein Minimum reduziert. Weiterhin wurden bedeutende Verbesserungen bezüglich der Wärmeabfuhr als Ergebnis der zweifach vorhandenen Wärmesenken erzielt. Diese Verbesserung bezüglich der Wärmeabfuhr ist für Bauelemente, die bei Millimeterwellen-Frequenzen arbeiten sollen, äußerst wichtig.
Endlich ist das Halbleitermaterial mit hohem spezifischem Widerstand und das die aktive IMPATT-Diode umgebende SiÜ2-MateriaI besonders leicht zur räumlichen Anpassung sowohl an Bandleitungen als auch an dielektrische Wellenleiter sowie zur Integration in verlustarme, planare, monolithische, integrierte Millimeterwellen-Schaltungen geeignet Die Tatsache, daß das Substrat 14 einen spezifischen Massenwiderstand hat der in der Größenordnung von 1000 Ω · cm liegt, bedeutet, daß seine Mikrowellenverluste bedeutend geringer sind als solche, die ähnliche epi'. .txiale Strukturen aufweisen, bei denen es schwierig ist, spezifische Widerstände von mehr als 10 Ω · cm zu erreichen.
Die Folge der Fig.7 bis 13b veranschalicht ein Verfahren zur Herstellung planarer monolithisch integrierter Millimeterwellen-Schaltungen. Da bildliche Merkmale des anhand der Fig.7 bis 13b veranschaulichten Verfahrens mit dem vorher beschriebenen Verfahren übereinstimmen, werden insoweit Einzelheiten des anhand der Fig.7 bis 13b veranschaulichten Verfahrens nicht wieder erläutert Ferner befaßt sich das nachfolgend beschriebene Verfahren nur mit der Integration zweier Halbleiterbauelemente in einem gemeinsamen Substrat Es versteht sich jedoch, daß sehr viei mehr Bauelemente in einem gemeinsamen Substrat unter Anwendung des beschriebenen Ionenimplantationsverfahrens hergestellt werden können.
F i g. 7 zeigt eine Halbleiterscheibe oder ein Substrat
14, vorzugsweise aus Silicium mit 100-Orientierung, auf dem eine Siliciumdioxidmaske 18 unter Anwendung bekannter Verfahren der Oxidbildung, photolithographischen Maskierung und Ätzung hergestellt wurde. Unter Verwendung dieser photolithographischen Verfahren wurden in der Oxidschicht 18 Öffnungen 19 und 74 gebildet. Die Oxidmaske 18 dient dabei als lonenimplantationsmaske, wie es Fig.8 veranschaulicht. In diesem Schritt werden Borionen 20 in das Substrat 14 nach einem vorbestimmten Dosis-Energie-Programm implantiert, um P +-dotierte vergrabene Bereiche 80 und 22 zu bilden.
Danach wird die in Fig. 8 dargestellte Struktur eine bestimmte Zeit bei ausreichender Temperatur gealtert, um die vergrabenen P* -Bereiche 80 und 22 elektrisch zu aktivieren. Danach wird die Struktur nach F i g. 8 in eine Photolack-Maskierungsstation gebracht, in der auf den in Fig.9 rechten Teil selektiv eine Photomaske 84 aufgebracht wurde. Die Maske 84 dient dazu, Dotierungsionen 30 abzublocken, welche in die Struktur nach Fig.9 implantiert werden, um einen P-Bereich 32 der im linken Teil der Struktur hergestellten IMPATT-Diode zu bilden. Es versteht sich, daß durch Einstellen der Beschleunigungsspannung für den Ionenstrahl und ■durch Anwenden einer Maskenanordnung, die der Photolackmaske 84 entspricht, zunächst über die Öffnung 19 und dann über der Öffnung 74. die implantierten Bereiche 22 und 80 in verschiedener Tiefe in dem Substrat 14 angeordnet werden können.
Als nächstes wird die Struktur nach Fig.9 einer flachen Implantation vom N-Leitungs-Typ ausgesetzt, beispielsweise unter Verwendung von Arsenionen 40, um den N '•-Bereich 42 der IMPATT-Diode 93 zu bilden, wie es Fig. 10 zeigt, und auch um einen identischen N+ -Bereich 92 einer PIN-Diode 95 im rechten Teil der Struktur zu erzeugen.
Demnach ist die IMPATT-Diode93 eine P + PN4-Eindrift-Avalanche-Diode, die das gleiche Verunreinigungsprofil aufweist wie die IMPATT-Diode, die oben anhand der F i g. 1 bis 6a beschrieben wurde, wogegen Λ'.~ ntdl r^:_J_ e\r .:_. nt i»i ■ f.M ι . „. r *. ι ... yt\. ι hi L/iv/ut ^j uim- ι n't -ouumui aui vvciat, UCt cn Zwischenschicht oder !-Schicht die gleiche Konzentration an Verunreinigungen und den gleichen spezifischen Widerstand aufweist wie das Substrat 14. Es versteht sich, daß die beiden Dioden 93 und 95 nur zwei von vielen aktiven und passiven Halbleiterbauelementen sind, die unter Anwendung des erfindungsgemäßen neuen Planarprozesses in einem gemeinsamen Substrat 14 hergestellt werden können. Das Verfahren umfaßt ferner die Ätzung der Rückseite der Struktur zur Freilegung der Unterseiten der vergrabenen Bereiche 80 und 22, so daß ein guter metallischer Kontakt zu diesen vergrabenen Bereichen hergestellt und die Bereiche mit Wärmesenken verbunden werden können, wie es unten in F i g. 11 dargestellt ist.
Die in F i g. 11 dargestellte Struktur weist auch Metallisierungsmuster 56 und 98 an der oberen Seite auf, die ohmsche Kontakte zu den N+-Bereichen der IMPATT- und der PIN-Diode herstellen. Außerdem ist eine Bandleitungs-Metallisierung 100 an der Oberseite der SiO2-Schicht vorgesehen, die sich zwischen den Kontaktmetallisierungen 56 und 98 befindet Wie erwähnt, ist eine rückseitige metallische Kontaktschicht 62 als durchlaufende dünne Schicht vorhanden, die einen gemeinsamen Gleichstrom-Anschluß für beide Dioden 93 und 95 bildet Eine aus Kupfer bestehende Wärmesenke 64 ist mit der rückwärtigen Kontaktschicht 62 verbunden, um eine gute Wärmeabfuhr für die beschriebene integrierte Struktur zu bilden. Gleichzeitig bilden die durchlaufende Metallisieruhgsschicht 62 und die kupferne Wärmesenke 64 eine Masseebene für die zur Wellenieitung dienende Bandleitungsstruktur.
Das einen hohen spezifischen Widerstand aufweisende Silicium zwischen den benachbarten Dioden 93 und 95 stellt nicht nur eine gute Gleichspannungs^lsolierung für diese Bauelemente her, sondern bildet auch diesen Bauelementen 93 und 95 benachbarte Pfade für die Energiefortpflanzung. Daher wird die Energie der Millimeterwelle, die von der IM°ATT-Diode 93 erzeugt wird, auf dem Weg 106 dem FIN-Dioden-Modulalor 95 zugeführt, wo sie gemäß dem dem Anschluß 98 zugeführten Steuerpotential moduliert wird, bevor sie auf dem Weg 108 einem anderen, nicht dargestellten Bauelement dieser monolithischen integrierten Schaltung zugeführt wird. Vorteilhaft bestimmt die Geometrie der Bandleitungs-Metallisierung 100, die auf die SiO2-Schicht 18 aufgebracht wurde, die Gestalt des Ε-Feldes oder die Breite des Weges 106, auf dem die Millimeterwellen-Energie vom Bauelement 93 zum Bauelement 95 transportiert wird. Dieser Weg umfaßt sowohl die SiO2-Schicht 18 als auch den sich darunter befindenden Bereich aus Silicium mit hohem spezifischem Widerstand zwischen benachbarten Bauelementen.
Fig. 12 zeigt teilweise im Schnitt und teilweise in perspektivischer Darstellung das Beispiel für Metallisie-
rungsmuster, die dazu dienen können, Vorspannungsünd Modulationspotentiale an die IMPATT- und PIN-Dioden 93 bzw. 95 anzulegen. Diese Metallisierungsmuster 110 und 112 verbinden die Kontaktbereiche 56 und 98 mit Speise- und Modulationsspannungen, deren Quellen nicht dargestellt sind. Die beiden Leitungen 110 und 112 sind mit einer HF-Stichleitung 114 bzw. 116 versehen, welche das Millimeterwellensignal von den Versorgungs- bzw. Modulationsspannungen isoliert.
In den Fig. i3a und 13b sind die Werte von
t _j,-,~ Breite und Höhe der Struktur r.sch Fi". !2
für vier verschiedene Arbeitsfrequenzen angegeben, wenn eine Bandleitungs-Metallisierung benutzt wird, um Obertragungswege zwischen benachbarten Bauelementen herzustellen. Diese beiden Figuren sind ohne weiteres verständlich und bedürfen keiner weiteren Erläuterung.
Zusammenfassend ist festzustellen, daß die Wellenleiter-Anordnung, die in den Fig. 7 bis 13b dargestellt ist,
so leicht mit Wellenwiderständen von 20 bis 100 Ω zur Anpassung der Bauelemente und Impedanztransformation hergestellt werden können. Weiterhin können die verschiedensten Wellenleiterformen unter Verwendung von bekannten Planarverfahren hergestellt werden, ohne daß dabei kritische Verfahrensmaßnahmen zu treffen wären, wie beispielsweise eine genaue Ausrichtung von Masken und eine Auflösung im μΓη-Bereich, mehrfache Verfahrensschritte usw. Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Herstellung einer wirksamen Kopplung zwischen passivierten Mikrowellen-Bauelementen, die mit geringen Kosten in einem einzigen Substrat ausgeführt und bei Millimeterwellenfrequenzen im Bereich zwischen 30 und 300GHz betrieben werden kann. Dabei besitzt die monolithisch integrierte Struktur die gleichen Eigenschaften bezüglich einer mechanisch festen Kontaktierung und der guten Wärmeabfuhr wie die oben behandelten einzelnen IMPATT-Bauelemente, wie sie in Fig.6 dargestellt
Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß die Erfindung, wie sie in dem anhand der Fig.7 bis 13b beschriebenen Beispiel verwirklicht ist, nicht auf die einfache integrierte Kombination einer IMPATT-Diode und einer PIN-Diode beschränkt ist, sondern vielmehr auf eine Vielfalt integrierter Mikrowellen- und Millimeterwellen-Schaltungen ausgedehnt werden kann. Beispielsweise kann es erwünscht sein, eine Vielzahl durch ionenimplantation erzeugter ΪΜΡΑΤΤ-Dioden in einem gemeinsamen Halbleitersubstrat herzustellen, die eine
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bestimmte geometrische Verteilung aufweisen, so daß die Ausgangsleistungen dieser IMPATT-Dioden kombiniert werden können. In diesem Fall können Bandleitungen Und andere ausgewählte Wellenleiterabschnitte der Struktur so ausgebildet sein, daß sie die Ausgangsleistungen einer Vielzahl dieser IMPATT-Dioden in einen einzigen Leistungskombinationsabschnitt der Struktur ankoppeln. Dieser Aufgabe könnte dann die Wirkung einer Parallelschaltung der Ausgänge einer Vielzahl von IMPATT-Dioden haben.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung eines mindestens eine Planardiode enthaltenden HF-Halbleiterbauelementes, bei dem auf eine Oberfläche eines Halbleiterkörpers mit hohem spezifischem Widerstand eine isolierende Ionenimplantations-Maske aufgebracht und durch wenigstens eine öffnung der Maske hindurch in den Halbleiterkörper nacheinander Ionen verschiedener Art und/oder mit verschiedener Intensität und Dauer implantiert werden, um unterschiedlich dotierte Bereiche der Planardiode zu bilden, die sich parallel zu der die Maske tragenden Oberfläche des Halbleiterkörpers erstrecken und von denen der oberste Bereich an diese Oberfläche angrenzt, und bei dem endlich zu den äußeren Bereichen ohmsche Kontakte hergestellt werden, dadurch gekennzeichnet, daß als Halbleiterkörper ein schwach dotiertes Substrat verwendet und zur Herstellung eines ohmschen Kontaktes zu dem untersten, im Substrat vergrabenen Bereich der sich darunter befindende Abschnitt des Substrats entfernt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den implantierten Bereichen benachbarte Abschnitte des Substrat', durch Ätzen entfernt und zur Bildung von Wärmesenken auf beiden Seiten des Substrats Metallschichten angeordnet und mit den ohmschen Kontakten leitend verbunden werden.
3. Verfa!.. en nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß hei Her'ellung eines mehrere im Substrat gebildete Dioden umfassenden Halbleiterbauelementes auf die Sii'-Mratoberfläche eine Metallisationsschicht aufgebracht wird, welche zwischen den ohmschen Kontakten der Dioden verlaufende Wellenleiter definieren.
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