DE1193169B

DE1193169B - Verfahren zur Herstellung von Silizium-Halbleiteranordnungen

Info

Publication number: DE1193169B
Application number: DEN21646A
Authority: DE
Inventors: Tetsuro Nakamura
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1961-07-26
Filing date: 1962-05-30
Publication date: 1965-05-20
Also published as: NL281360A; NL122607C; US3239908A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

HOIl

Deutsche Kl.: 21g -11/02

N 21646 VIII c/21g
30. Mai 1962
20. Mai 1965

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von integrierten Silizium-Halbleiteranordnungen.

Bei festen elektronischen Schaltungen ist es wünschenswert, möglichst an einem einzigen Halbleiterkristall viele elektrische Bauelemente herzustellen. Es ist jedoch fertigungstechnisch schwierig, einen n-p-n- und einen p-n-p-Transistor an einem einzigen Kristall zu bilden, und noch schwieriger, ein zusammengesetztes Halbleiterelement komplizierten Aufbaus mit kleinen Abmessungen herzustellen. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung integrierter Silizium-Halbleiteranordnungen ist dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehrere fertige, nebeneinander oder übereinander angeordnete einzelne Halbleiterelemente durch Erhitzung in oxydierender Atmosphäre über Siliziumdioxydschichten miteinander verbunden werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden also Halbleiterbauelemente, die jedes für sich relativ einfach im Aufbau sind, horizontal oder vertikal zusammengesetzt und dann über eine isolierende Zwischenschicht von Siliziumoxyd miteinander verbunden, so daß der Raum, den sie einnehmen, so klein wie möglich wird. Dabei werden die Elemente in den gleichen Zustand und sowohl atmosphärisch als auch thermisch unter gleiche Bedingungen gebracht, was für den Verbindungsvorgang vorteilhaft ist.

Wird zum Verbinden ein organisches Bindemittel, z. B. ein zum Verbinden von Metallen od. dgl. bekanntes Kunstharz, verwendet, so führt dieses meist zu nachteiligen, durch die Unterschiede der thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Siliziumkristalls und des Bindemittels hervorgerufenen Wirkungen, wie z. B. Verformungen, Verziehen oder Rißbildungen, oder zu einer durch aus dem Bindemittel ausdampfende Substanzen verursachten Verschlechterung der elektrischen Charakteristik der Halbleiterbauelemente und Verminderung ihrer Zuverlässigkeit.

Für die erfindungsgemäße Verbindung wird daher keines der üblichen Bindemittel verwendet, sondern der Siliziumkristall als aktives Element benutzt. Zwei oder mehr Halbleiterbauelemente befinden sich bei der Oxydation dicht nebeneinander und werden beim Wachsen der oxydierten Oberflächen miteinander verbunden. Bei dieser Verbindung der Si-Halbleiterbauelemente entstehen keine Verzerrungen, weil der thermische Ausdehnungskoeffizent des so gebildeten Siliziumoxyds, das gleichzeitig als Isolator dient, mit dem des Siliziums übereinstimmt. Das Verbinden mit Silizium bzw. Siliziumoxyd führt außerdem nicht zu Verfahren zur Herstellung von Silizium-Halbleiteranordnungen

Anmelder:

Nippon Electric Company Limited, Tokio

Vertreter:

Dipl.-Ing. M. Bunke, Patentanwalt,

Stuttgart S, Danneckerstr. 7

Als Erfinder benannt:
Tetsuro Nakamura, Tokio

Beanspruchte Priorität:

Japan vom 26. Juli 1961 (26 869)

einer Verschlechterung der Charakteristik der Bauelemente, wie es bei Verwendung üblicher Bindemittel der Fall ist, sondern fördert im Gegensatz zu ihnen die Stabilität.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden an Hand der Zeichnungen erläutert, die beispielsweise Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Siliziumhalbleiteranordnung darstellen. Es zeigen

F i g. 1 und 2 eine aus zwei miteinander verbundenen Transistoren bestehende Anordnung, wobei die Verbindungsfläche in Fig. 1 vertikal, in Fig. 2 schräg verläuft, und

F i g. 3 eine Anordnung, bei der eine Diode und ein Transistor miteinander verbunden sind.

Die Anordnungen sind in den F i g. 1, (a), 2, (μ) und 3, (α) in Vorderansicht, in den Fig. 1, (&), 2, (b) und 3, (b) perspektivisch dargestellt.

In F i g. 1 sind ein p-n-p-Mesatransistor 11 und ein n-p-n-Mesatransistor 12 miteinander verbunden. Die Kristalle werden so nebeneinandergebracht, daß eine Seitenfläche eines Kristalls eine Seitenfläche des anderen Kristalls ganz berührt und dann oxydiert. Während der Bildung von Siliziumoxyd auf allen Oberflächen werden die beiden Kristalle durch die dabei entstehende Zwischenschicht 13 aus Siliziumoxyd miteinander verbunden. Die Emitter sind mit 4 und 4', die Basisbereiche mit 5 und 5' und Kollektoren mit 6 und 6' bezeichnet.

Die Oxydierung kann beispielsweise durch eine einstündige Behandlung bei 650° in mit bei 80° C gesättigtem Dampf beladenem Sauerstoff von einigen

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Atmosphären Druck vorgenommen werden. Die dabei entstehende Verbindungsschicht beeinflußt die Charakteristik und die Lage der p-n-Übergänge in den Kristallen kaum. Infolgedessen arbeiten die beiden Halbleiterbauelemente stabil ohne von ihrer Verbindung herrührende Schwankungen der Kennlinien und auf Grund der zwischen ihnen befindlichen isolierenden Siliziumoxydschicht stabil ohne gegenseitige Beeinflussung.

Die verbindende Oxydierung kann auch durch einstündige Behandlung bei etwa 1000 bis 1200° C in mit bei 80° C gesättigtem Dampf beladenem Sauerstoff von normalem Druck durchgeführt werden. In diesem Fall kann sich jedoch die Lage der p-n-Übergänge durch Diffusion von Aktivatoren infolge der hohen Temperatur etwas verschieben. Wird dieses jedoch im voraus in Betracht gezogen, so können Halbleiteranordnungen mit jeder gewünschten Charakteristik hergestellt werden.

Bei den beiden angeführten Beispielen für die Bildung der Oxydschicht wurde die Behandlung in mit Dampf beladenem Sauerstoff genannt. Die Behandlung kann aber auch in mit Dampf beladenem Inertgas oder in nicht dampfhaltigem Sauerstoff durchgeführt werden, ohne daß sich die Wirkung der Bindung wesentlich ändert.

Da — wie in F i g. 2 gezeigt — ein Mesatransistor im allgemeinen nach der Ätzbehandlung die Form 21 annimmt, erhält in der Praxis der andere mit ihm horizontal zu verbindende Mesatransistor durch die Ätzbehandlung auf seiner Rückseite die Form 22, was für die Verbindung beider auf gleicher Höhe durch die schräg verlaufende Zwischenschicht 23 günstig ist. Die Emitter-, Basis- bzw. Kollektorbereiche der beiden Transistoren sind hier mit 24 und 24', 25 und 25' bzw. 26 und 26' bezeichnet.

F i g. 3 zeigt als weiteres Beispiel eine Diode 32 mit dem p-n-Übergang 37 auf einem Transistorkristall 31 mit Emitter 34, Basis 35 und Kollektor 36. Durch die Oxydierungsbehandlung sind die Diode 32 und der Transistor 31 durch eine horizontale Zwischenschicht 33 aus Siliziumoxyd miteinander verbunden.

Durch Anwendung dieser Verfahren zum Verbinden von Silizium-Halbleiterbauelementen in horizontaler oder vertikaler Richtung wird der Raum, den die Bauelemente einnehmen, so klein wie möglich gehalten, wobei gleichzeitig die Elemente fest miteinander verbunden werden.

Auch andere Silizium-Halbleiterbauelemente als Mesatransistoren können erfindungsgemäß miteinander verbunden sein.

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Herstellung von integrierten Silizium-Halbleiteranordnungen, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehrere fertige, nebeneinander oder übereinander angeordnete einzelne Halbleiterelemente durch Erhitzung in oxydierender Atmosphäre über Siliziumdioxydschichten miteinander verbunden werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

509 570/283 5.65 © Bundesdruckerei Berlin