DE3235839A1

DE3235839A1 - Halbleiterschaltung

Info

Publication number: DE3235839A1
Application number: DE19823235839
Authority: DE
Inventors: Walter Dr.Phil. 8011 Putzbrunn Kellner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1982-09-28
Filing date: 1982-09-28
Publication date: 1984-03-29

Description

Halbleiterschaltung. -
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiterschaltung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Für integrierte Halbleiterschaltungen mit einem höheren Integrationsgrad von z.B. mehr als 1000 aktiven Elementen auf einem Halbleiter-Chip ist es zum Erreichen hoher Schaltgeschwindigkeiten wichtig, die Leitungskapazitäten insbesondere der Leitungen für die Versorgungsspannungen, einschließlich der Masse-Leitung, möglichst gering zu halten. Dabei ist es außerdem wichtig, daß solche Leitungen niedrigen Serienwiderstand haben. Bekannte derartige Halbleiterschaltungen bestehen aus einem Halbleiter-Chip mit in dessen Oberfläche integrierten Halbleiter-Bauelementen, wie Transistoren, Halbleiterspeicherkapazutaten und dergleichen. Für deren elektronische Funktionen ist es nicht nur notwendig, Ansteuerleitungen und Signalleitungen vorzusehen, sondern solche Bauelemente müssen auch mit den notwendigen Versorgungsspannungen zu speisen sein. Die hierzu notwendigen Leitungen werden üblicherweise als Leiterbahnen oberhalb der Oberfläche des Halbleiter-Chips, vorzugsweise in mehreren übereinanderliegenden Ebenen, angeordnet.
Es ist eine aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Prinzip zur Spannungsversorgung von Bauelementen einer derartigen Halbleiterschaltung anzugeben, bei der die Leitungskapazität insbesondere der Yersorgungsspannungsspan nungsleitungen minimalisiert ist.
* und der Leitungswiderstand Diese Aufgabe wird für eine Halbleiterschaltung nach dem Obergriff des Patentanspruchs 1 mit Hilfe der Merkmale des Kennzeichens dieses Anspruchs gelöst.
Der vorliegenden Erfindung liegt das Prinzip zugrunde, die Leiterbahn-Ebenen aufzutrennen und insbesondere die Leiterbahn-Ebene der Versorgungsspannungsleitungen auf die Rückseite des Substrats zu verlegen. Einem Merkmal der Erfindung entsprechend, werden für die notwendigen Kontaktverbindungen zwischen den auf der Rückseite des Halbleiter-Chips befindlichen Spannungsversorgungsleiterbahnen und den in der gegenüberliegenden Oberfläche des Halbleiter-Chips befindlichen Bauelementen in der Weise realisiert, daß im Substratkörper Löcher vorgesehen sind, die zu Durchkontaktierungen ausgebildet sind. Die Erfindung bezieht sich dabei auf Halbleiter-Chips mit dielektrischem Substrat aus s.B. semiisolierendem III-V-Halbleitermaterial, Saphir, Spinell und dergleichen. Insbesondere semlisolierendes Galliumarsenid ist als Substratkörper wegen seiner Hochohmigkeit für die Erfindung geeignet. Auf der Rückseite des Halbleiter-Chips sind die dort erfindungsgemäß vorgesehenen Spannungsversorgungsleiterbahnen vorzugsweise in der Art einer Interdigital-Anordnung ausgeführt, die besonders einfach herstellbar ist und auch geringen Serienwiderstand für die Stromzuführung zu den einzelnen Kontaktlöchern und damit zu den einzelnen in der Oberfläche des Halbleiter-Chips befindlichen Halbleiterbauelementen hat.
Es ist bekannt, eine größere Anzahl von Feldeffekttransistorzellen, wobei jede Zelle einen Gatefinger besitzt, einander parallelzuschalten und eine solche Schaltung als Leistungs-Feldeffekttransistor auf einem Halbleiter-Chip anzuordnen. Es ist dabei entscheidend Fig.2 zeigt eine Ansicht der Rückseite des Halblenter-Chips des Beispiels nach Fig.1 mit den Leiterbahnen für die Spannungsversorgung.
Fig.3 zeigt einen Schnitt III-III des Halbleiter-Chips nach Fig.1.
Die Fig-.1 bis 3 zeigen einen Halbleiter-Chip 2. Mit 3 sind in Fig.1 Flächenanteile der Oberfläche 4 des Halbleiter-Chips 2 bezeichnet, deren dargestellte Abgrenzung elektronische Substrukturen der gesamten Halbleiterschaltung andeuten. Solche Substrukturen können für sich bereits MSI-Schaltungen mit z.B. 100 oder mehr Gattem sein.
Die Art und Weise der Aufteilung der die Erfindung betreffenden Halbleiterschaltung in solche Substrukturen 3 kann in verschiedener Weise organisiert sein. Die Fl2-che einer einzelnen Substruktur 3 hat z.B. eine Fläche von 1 mm2. Mit 5 und 6 sind Durchkontaktierungen bezeichnet. Sie gehören zu der für die einzelnen Substrukturen 3 vorgesehenen Spannungsversorgung und es liegt z.B. an den Durchkontaktierungen 5 das eine Potential und an den Durchkontaktierungen 6 das andere Potential (von denen das eine Potential Masse sein kann) der Versorgungsspannung an. Von diesen Durchkontaktierungen 5 und -6 ausgehend, sind die einzelnen benachbart angeordneten Substrukturen in üblicher Weise kontaktiert.
LLLL Die in Fig.2 dargestellte Rückseite des Substratkörpers 2 zeigt mit 11 und 12 bezeichnet das elektrische Anschlußmuster, das zu den Durchkontaktierungen 5 und 6 gehört. Alle Durchkontaktierungen 5 sind mit der einen Elektrode 11 verbunden, die einen gemeinsamen Anschluß 13 hat. Mit der an- wichtig, daß alle parallelgeschalteten FeldeffekttnrEitDrzellen exakt gleichzeitig angesteuert werden. Hierzu ist es erforderlich, daß der Masse-Anschluß für jede einzelne der erwähnten Transistorzellen des Leistungstransistors möglichst geringe Induktivität hat.
Für solche Leistungs-Feldeffekttransistoren ist es aus IEEE Trans. an Electron Devices, Bd.ED25, Nr.10, Okt.1978, S.1218 ff. und insbesondere aus Fig.4 bekannt, in den dort verwendeten Substratkörper solche Löcher hereinzuätzen, die durch die Substratkörper hindurch bis an die auf der Oberseite derselben befindlichen Source-Elektroden heranreichen. Die flankenförmigen Seitenwände dieser Ätzlöcher sind ebenso wie die gesamte Rückseite des betreffenden Halbleiter-Chips mit einer durchgehenden Metallisierungsschicht bedeckt. Diese eine einzige auf der Rückseite des Halbleiter-Chips befindliche Elektrode ist der Masse-Anschluß eines solchen Leistungs-Fel deffekttransistors. Inhaltlich gleiches ist auch aus dem Paper 39 bekannt, das auf dem Galliumarsenid-IC-Srmposiz1m, Las Vegas, 4. -6.Nov.1980 ausgegeben worden ist. Aus diesen beiden vorgenannten Druckschriften sind im übrigen auch technologische Hinweise zur Ausführung des Ätzens von Löchern in das Halbleitermaterial des Substratkörpers bekannt.
Weitere Erläuterungen der Erfindung gehen aus der anhand der Figuren gegebenen Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung hervor. -~ Fig.1 zeigt einen AusschnItt einer LSI-Halbleiterschaltung mit erfindungsgemäß vorgesehener Kontaktierung.
deren Elektrode 12 sind die Kontaktstellen 6 verbunden.
Wie aus der Fig.2 ersichtlich, bilden die beiden Elektroden 11 und 12 eine Art Interdigital-Anordnung mit sich nicht überkreuzenden Leiterbahnen 111 der Elektrode 11 und 112 der Elektrode 12. Mit 14 ist der gemeinsame Anschluß der Elektrode 12 bezeichnet.
Die Kontakt stellen 5 und 6 sind Durchkontaktierung im Substratkörper 2 erfindungsgemäß vorgesehener Löcher, von denen die Durchkontaktierungen 6 in der Schnittdarstellung der Fig.3 zu sehen sind. Die Innenwände der Löcher weisen für die vorgesehene Durchkontaktierung metallische Belegungen auf, die mit der Jeweiligen Elektrode verbunden sind. In Fig.3 sind diese Metallbelegungen der Innenwände der Löcher mit der Elektrode 12 verbunden, nämlich entsprechend der Lage des Schnittes III-III.
Der Vollständigkeit halber sind in der Fig.1 noch weitere (Scharen)von Leiterbahnen 22 und 23 dargestellt, die sich auf der Oberfläche 4 des Halbleiter-Chips 2 befinden und die vorzugsweise als Steuerleitungen und Signalleitungen dienen, durch die bzw. mit denen die einzelnen Substrukturen 3 angesteuert werden können bzw. untereinander und/ oder mit Signalausgängen verbunden sind. Diese weiteren Leiterbahnen 22, 23 entsprechen üblichem Stand der Technik. Sie können z.B. in je einer Ebene für die Leiterbahn 22 und einer Ebene für die Leiterbahnen 23 oberhalb der Oberfläche 4 des Halbleiter-Chips geführt sein. Von diesen Leiterbahnen 22, 23 gehen entsprechende Anschlüsse auf die Substrukturen 3.
Die Löcher der Durchkontaktierungen 5 und 6 haben einen Durchmesser von z.B. 10 50 um. Die Dicke eines in Frage kommenden Substratkörpers beträgt für die Erfindung 100 bis 500/um.

Claims

Patentonsprüche: ; Integrierte Haibleiterschaltung mit einer Vielzahl von Substrukturen, die ihrerseits eine Vielzahl Halbleiterelemente enthalten, die sich in der einen Oberfläche eines Substratkörpers befinden, sowie mit Spannungsversorgungs-Leiterbahnen, g e k e n n z e i c h n e t dadurch, daß die wenigstens zwei Spannungsversorgungs-Leiterbahnen (11, 111; 12, 112) sich gemeinsam auf der den Substrukturen (3) gegenüberliegenden Oberfläche (44) des Substratkörpers (2) befinden und daß Durchkontaktierungen (5, 6) im Substratkörper (2) vorgesehen sind, die diese Spannungsversorgungs-Leiterbahnen (11, 111; 12, 112) mit den einzelnen Substrukturen (3) elektrisch verbinden.
2. Halbleiterschaltung nach Anspruch 1, g e k e n n -z e i c h n e t dadurch, daß für zwei Spannungsversorgungs-Leiterbahnen (11, 111; 12, 112) diese in der Form einer Interdigital-Struktur (Fig.2) angeordnet sind.