ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ПРИБОР

Полезная модель относится к области производства полупроводниковых приборов, а именно, к области производства приборов, содержащих контактные площадки на лицевой поверхности кристалла, и может быть использовано при изготовлении указанных приборов.
Стандартная конструкция полупроводникового прибора содержит кристалл, в котором сформированы активные элементы, причем кристалл (см., например, С.Зи. Технология СБИС, М.: МИР, 1986, стр.329-330) представляет собой вырезанный из полупроводниковой пластины прямоугольный параллелепипед квадратного или прямоугольного сечения с плоскопараллельными лицевой и обратной сторонами. С лицевой стороны сформирована та или иная структура прибора, обратной стороной кристалл, как правило, монтируют на основание корпуса полупроводникового прибора.
Известна (см. Мазель Е.З. Пресс Ф.П. Планарная технология кремниевых приборов, М.: Энергия, 1974, стр.6-8) конструкция меза-транзистора. В этой известной конструкции лицевая поверхность кристалла состоит из двух уровней: верхнего, к которому присоединяют эмиттерные и базовые выводы корпуса транзистора, и нижнего, образованного при обтравливании базы транзистора, к которому ничего не присоединяется. Глубина обтравливания определяется глубиной базовой диффузии и составляет единицы микрометров.
Ограничением известной конструкции следует признать отсутствие контактных площадок на нижнем уровне лицевой поверхности и малую глубину обтравливания.
Техническая задача, решаемая постредством предлагаемой полезной модели, состоит в разработке конструкции полупроводникового прибора, позволяющей присоединять к контактным площадкам прибора внешние токопроводящие выводы таким образом, чтобы они не выступали выше верхнего уровня лицевой поверхности кристалла.
Технический результат, получаемый при реализации предложенной конструкции полупроводникового прибора, состоит в том, что кристалл полупроводникового прибора можно монтировать в корпус, в котором те или иные конструктивные элементы корпуса расположены непосредственно над верхним уровнем лицевой поверхности кристалла полупроводникового прибора.
Новизна предложенной конструкции полупроводникового прибора, содержащего полупроводниковый кристалл, на лицевой стороне которого сформированы рабочие структуры и контактные площадки, причем лицевая поверхность полупроводникового кристалла содержит, по крайней мере, верхний и нижний уровни по высоте кристалла; выводы корпуса, и токовыводящие проводники, соединяющие контактные площадки полупроводникового кристалла с выводами корпуса, заключается в том, что контактные площадки полупроводникового кристалла сформированы таким образом, чтобы они были расположены на нижнем уровне лицевой поверхности кристалла, причем расстояние между верхним и нижним уровнями кристалла превышает толщину токовыводящих проводников. Такая конструкция обеспечивает возможность присоединения к контактным площадкам полупроводникового прибора токовыводящих проводников таким образом, чтобы они не выступали выше верхнего уровня лицевой поверхности кристалла полупроводникового прибора.
В дальнейшем полезная модель будет рассмотрена с использованием примера реализации предложенной конструкции при изготовлении электронно-оптических преобразователей.
На фиг.1 представлена конструкция полупроводникового прибора. Здесь 1 - основание корпуса полупроводникового прибора 2 - кристалл полупроводникового прибора, 3 - рабочие структуры кристалла полупроводникового прибора, 4 - контактные площадки кристалла полупроводникового прибора, расположенные на нижнем уровне лицевой поверхности кристалла, 5 - токовыводящие проводники полупроводникового прибора, 6 - выводы корпуса. Здесь рабочие структуры находятся на верхнем уровне лицевой стороны кристалла полупроводникового прибора, контактные площадки находятся на нижнем уровне кристалла полупроводникового прибора, а расстояние между верхним и нижним уровнями кристалла превышает толщину токовыводящих проводников.
На фиг.2 представлен фрагмент конструкции электронно-оптического преобразователя (ЭОПа), в котором используется предложенная конструкция полупроводникового прибора. Здесь 7 - корпус ЭОПа, 8 - микроканальная пластина ЭОПа, имеющая выводы 9. Микроканальная пластина расположена непосредственно над лицевой поверхностью полупроводникового прибора, в качестве которого используется электронно-чувствительная ПЗС-матрица, на верхнем уровне лицевой поверхности которой имеются рабочие структуры, а на нижнем уровне - контактные площадки. Зазор между микроканальной пластиной и верхним уровнем лицевой поверхности составляет всего лишь 100-150 мкм, причем из-за наличия в зазоре высоких электрических полей, обеспечивающих необходимое разрешение прибора, не должно существовать каких-либо выступающих над лицевой поверхностью ПЗС-матрицы деталей.
Описываемый полупроводниковый прибор, содержащий ПЗС-матрицу, изготавливали на кремниевых пластинах с кристаллографической ориентацией (100). после стандартных операций подготовки поверхности пластины на ней с лицевой стороны наносился защитный слой диоксида и нитрида кремния, а затем с помощью фотолитографии формировали чередующиеся квадратные площадки размером 13,2×13.2 мм. Зазор между площадками составлял 0,8 мм. Далее с помощью ориентационного избирательного травления в щелочи вытравливали по зазорам канавки с плоским дном и боковыми наклонными гранями с углом наклона 54 градуса. Глубина канавок составляла 50 мкм. Защитный слой диэлектриков стравливался, и пластины передавались на операции формирования ПЗС-матриц. Матрицы формировались таким образом, что все рабочие структуры 3 были расположены на верхнем уровне лицевой поверхности (квадрат 13,2×13,2 мм), а контактные площадки 4 - на нижнем уровне лицевой поверхности кристалла (плоское дно канавок).
На фиг.3 показано соединение активных элементов с контактными площадками. Токопроводящие дорожки матрицы 10 соединяющие активные элементы 3 с контактными площадками 4 располагаются на наклонных гранях между верхним и нижним уровнем лицевой поверхности кристалла.
После разбраковки матриц пластины разрезались на отдельные кристаллы. Линии реза проходили по середине плоского дна канавок. Таким образом формировались кристаллы с электронно-чувствительными ПЗС-матрицами, у которых с лицевой стороны все элементы матрицы, кроме контактных площадок, были расположены в квадрате 13,2×13.2 мм (верхний уровень лицевой поверхности кристалла), а контактные площадки - на нижнем уровне шириной приблизительно 350 мкм. Расстояние между верхним и нижним уровнями составляло 50 мкм.
Далее матрицы напаивались на металлокерамическое основание корпуса со штырьковыми выводами, и проводилась разварка контактных площадок на внешние выводы корпуса с помощью монтажной проволоки. Диаметр проволоки составлял 30 мкм. Все проводники при этом не выступали над верхней плоскостью кристалла.
Другим примером использования предложенной конструкции полупроводникового прибора является матричный фоточувствительный прибор с зарядовой связью (ФПЗС), предназначенный для приема изображения со стекловолоконного выходного элемента электронно-оптического преобразователя (ЭОП). В этом случае ФПЗС необходимо располагать как можно ближе к внешней плоскости стекловолоконного элемента, чтобы сохранить разрешающую способность устройства. Фрагмент устройства показан на фиг.4. Матричный ФПЗС выполнен на основе кремниевой пластины с кристаллографической ориентацией (100), в которой с помощью ориентационного избирательного травления вытравлены канавки с плоским дном и боковыми наклонными гранями с углом наклона 54 градуса, как и в примере 1.
Глубина канавок составляет 50 мкм.. Кристалл матричного ФПЗС 16 токопроводящим клеем крепится ко дну корпуса 12 с внешними выводами 15, а контактные площадки 13, расположенные на нижнем уровне лицевой поверхности кристалла, соединяются с контактными площадками выводов корпуса с помощью токовыводящих проволочек 14, присоединяемых к площадкам с помощью ультразвуковой сварки. Толщина проволочек составляет 30 мкм. Величина зазора между лицевой поверхностью ФПЗС и внешней поверхностью стекловолоконного элемента 11 составляет 10-15 мкм. Организация токопроводящих дорожек и контактных площадок идентична представленной на фиг.3