DE1514943C3 - Verfahren zur Herstellung von Halbleiteranordnungen - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Halbleiteranordnungen

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DE1514943C3
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Klaus Dipl.-Phys.Dr. 7100 Heilbronn Hennings
Hans-Juergen Dipl.-Phys.Dr. 8050 Freising Schuetze
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Halbleiteranordnungen.
Bei der Herstellung von Halbieiteranordnungen, insbesondere von Halbleiterbauelementen und integrierten Halbleiterschaltungen, wird von einer Halbleiterscheibe ausgegangen, die auf ihrer Oberfläche eine Oxidschicht, z. B. eine SiO2-Schicht, und in ihrem Inneren eine Vielzahl von Bauelementen enthält, welche mittels der bekannten Planartechnik hergestellt werden. Danach wird eine Kontaktierung der Bauelemente mittels der bekannten Beam-Lead-Technik vorgenommen. Diese Technik beginnt mit dem Ätzen
ίο von Kontaktfenstern in die Oxidschicht. Dazu wird eine Fotolackmaske aufgebracht, welche die gewünschten Fenster enthält. Dann erfolgt das Ätzen der SiO2-Schicht, und zwar mit gepufferter Flußsäure (z.B. 1 Teil HF und 5 Teile NH4F). Im nächsten Schritt wird eine dünne Platinschicht auf die gesamte Halbleiterscheibe in einer Argongasentladung aufgestäubt. Außerhalb der Kontaktfenster kann nun das Platin nach dem bekannten Stripping-Verfahren abgelöst werden, z. B. durch Hineinlegen in eine geeignete Lösung, die den Fotolack mitsamt der darauf befindlichen Platinschicht entfernt. Das in den Kontaktfenstern verbleibende Platin wird auf 700° C in einer Schutzgasatmosphäre erhitzt, wobei sich Platinsilizit (Pt5Si2) bildet. Diese Legierung bleibt auch bei höhe-
«5 ren Temperaturen noch fest und bildet auf niederohmigem Silizium einen ohmschen Kontakt. Die ohmschen Kontakte müssen nun über Leitungsbahnen angeschlossen werden, was auf die folgende Weise geschieht. Auf die gesamte Halbleiterscheibe werden mittels Kathodenzerstäubung nacheinander eine dünne Titanschicht und daran anschließend eine Platinschicht aufgestäubt. Alsdann erfolgt die Beschichtung der Halbleiterscheibe mit Fotolack und die Belichtung desselben durch eine Maske, deren Strukturen den zu erzeugenden »Beam-Leads«, das sind über das Bauelement überstehende Leitungsbahnen, entsprechen. Nach der Entwicklung des Lackes bleiben z.B. die belichteten Bereiche desselben auf den Metallschichten stehen. Auf die nicht mit Fotolack bedeckten Bereiche wird nun Gold elektrolytisch abgeschieden, z.B. mit einer Dicke von 10 μτα.
Danach erfolgt die Entfernung der Fotolackschicht und anschließend die Entfernung der freigelegten Platin- und Titanschichten durch »Ionenätzung«, d.h.
Abtragung der Metallschichten in einer Gasentladung, wobei die Siliziumscheibe die Kathode darstellt und die Goldbahnen als Maske dienen. Die Leitungsbahnen sind so angeordnet, daß sie sich lateral über die eigentlichen aktiven Bereiche des jeweiligen Bauelementes hinaus erstrecken. Die Aufteilung der Halbleiterscheibe in einzelne Halbleiterbereiche erfolgt von derjenigen Oberflächenseite her, die den aktiven Bauelementen abgekehrt ist, und zwar durch mechanisches und/oder chemisches Abtragen bis auf eine Dicke von etwa 30 μπι und anschließend unter Anwendung bekannter Fotolack- und Ätztechnik eine Zerlegung in einzelne Bauelemente enthaltende Halbleiterbereiche, sogenannte »Chips«, mittels Ätzen. Nach Durchführung dieses Arbeitsganges bekommt man Chips, die nur wenig größer als die jeweilige Bauelementestruktur sind und auf deren Oberfläche goldverstärkte Leitungsbahnen verlaufen, welche über den Rand der Chips hinausragen.
Bei Beam-Lead-Transistoren sind die drei über die Bauelementeabmessungen hinausragenden Anschlüsse für Emitter, Basis und Kollektor auf einer Oberflächenseite des Bauelementes angeordnet. Der Transistor wird z. B. auf eine Schaltungsplatte mit ge-
druckten Leitungsbahnen derart aufgelegt, daß die Oberseite des Bauelementes der Schaltungsplatte zugekehrt ist und die Beam-Leads direkt auf entsprechend angeordneten Leitungsbahnen der Schaltungsplatte aufliegen. Die Kontaktierung erfolgt dann mittels Thermokompression oder Schweißen, wobei die Beam-Leads mit den Leitungsbahnen verbunden werden. Nachteilig wirken sich bei der Beam-Lead-Technik die schlechte Wärmeableitung der einzelnen Halbleiterbereiche und die nicht einfach durchzuführende, unwirtschaftliche Methode der Kontaktierung dieser Bereiche aus. Außerdem können in einer Halbleiterscheibe weniger aktive Bauelemente untergebracht werden als im Falle der Anwendung der konventionellen Planartechnik, da die über die Bauelementeabmessungen hinausragenden Beam-Leads eine gewisse Mindestlänge von z. B. 200 μηι besitzen müssen und diese Fläche für die Einbringung weiterer Bauelemente verlorengeht. Die beschriebene Beam-Lead-Technik stellt also ein teures Verfahren dar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Halbleiteranordnungen anzugeben, welches die beschriebenen. Nachteile und Schwierigkeiten der Beam-Lead-Technik vermeidet, mit dessen Hilfe es also möglich ist, eine gute Wärmeableitung der einzelnen Halbleiterbereiche, weiterhin eine einfach durchzuführende Kontaktierung dieser Bereiche und eine wesentliche Erhöhung der Bauelementedichte in der Halbleiterscheibe zu erzielen. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Halbleiterkörper auf einer Seite mit Erhebungen und die Oberfläche dieser Seite mit einer Isolierschicht versehen wird, dann in die Erhebungen Halbleiterbauelemente eingebracht werden, danach an den Halbleiterbauelementen ohmsche Kontakte angebracht werden, anschließend auf der Oberfläche goldverstärkte, die Wände der Erhebungen herunterlaufende Leitungsbahnen aufgebracht werden, nun der Halbleiterkörper von der den Erhebungen gegenüberliegenden Seite aus bis auf die Erhebungen völlig abgetragen wird und abschließend die Erhebungen mit ihren überstehenden Leitungsbahnen rückseitig auf ein mit entsprechend angeordneten Leitungsbahnen und Metallisierungen versehenes Substrat aufgelötet werden.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, eine gute Wärmeableitung der einzelnen Halbleiteranordnungen auf dem Substrat zu erzielen. Dies wird dadurch erreicht, daß die Halbleiteranordnungen direkt mit der Unterseite ihres Halbleiterkörpers auf entsprechend angeordnete Metallisierungen des Substrates aufgelötet werden. Die zum Substrat hingebogenen »Beam-Leads« lassen sich in einfacher Weise auf die entsprechenden Leitungsbahnen des Substrates auflöten. Durch die Ausbildung gebogener »Beam-Leads« ist eine sehr vorteilhafte Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Oberfläche der Halbleiterscheibe, d. h. eine sehr hohe Bauelementedichte in der Halbleiterscheibe möglich, wodurch die Kosten bei der Herstellung der Halbleiteranordnungen bedeutend gesenkt werden können.
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens sei an Hand der Fig. 1 bis 6 erläutert. In der Fig. 1 ist ein Halbleiterkörper dargestellt, der aus einer niederohmigen Schicht 1 und einer darauf befindlichen höherohmigen Schicht 1' besteht. Die Oberfläche des Halbleiterkörpers ist mit einer Vielzahl mesaförmiger Erhebungen 2 überzogen, und zwar dergestalt, daß die Erhebungen eine Höhe von etwa 50 bis 200 /im und die zwischen diesen befindlichen Gräben 3 eine Breite von ebenfalls etwa 50 bis 200 μπι besitzen. Diese schachbrettartig ausgebildete
S Struktur einkristalliner Erhebungen auf dem Halbleiterkörper kann mittels bekannter Ätzverfahren hergestellt werden, z. B. dadurch, daß auf die Oberfläche des Halbleiterkörpers in an sich bekannter Weise eine Oxidmaske oder eine Fotolackmaske aufgebracht
ίο wird und dann mittels einer Ätzlösung aus z. B. einem Gemisch der konzentrierten Säuren HF, HNO3 und CH3COOH im Verhältnis 1:2:2 entsprechende Gräben aus dem Halbleiterkörper herausgeätzt werden. Mit Verfahren, die von der Einbettung von Isolierschichten in Halbleiterkörper zu Separationszwecken bekannt sind, können auch Grabenstrukturen erzeugt werden, die tiefer sind als breit. Die mit den Erhebungen versehene Halbleiterscheibe wird alsdann mit einer Oxidschicht 4 überzogen, im Falle von Silizium
ao mit einer SiO2-Schicht von z. B. 1 μηι Dicke. In die Erhebungen 2 werden nun mit Hilfe der bekannten Planartechnik Halbleiterbauelemente eingebracht, diese nach dem bereits beschriebenen Beam-Lead-Verfahren mit ohmschen Kontakten aus Pt5Si2 versehen und auf die Oberfläche der Anordnung Leitungsbahnen (»Beam-Leads«) ζ. Β. aus einer aufgestäubten Platin- und einer darüber befindlichen Goldschicht aufgebracht, wobei die Goldschicht z.B. galvanisch auf der Platinschicht mit einer relativ großen Dicke von etwa 10 μπι abgeschieden wird. Unter der Platinleitungsbahn kann auch anfänglich eine Chrom- oder Titanschicht aufgestäubt werden. Die Leitungsbahnen werden hierbei von den ohmschen Kontakten der Halbleiterbauelemente aus über das Erhebungsplateau die Böschung desselben hinab bis in die Gräben 3 geführt. Bei sehr tiefen Gräben muß dabei auf eine Belichtung der Leitbahnlackmaske durch sehr gut paralleles Licht geachtet werden. Eine auf diese Weise entstandene Anordnung ist in einem Ausschnitt in der Fi g. 2 dargestellt. 1 ist wieder ein Teil des Halbleiterkörpers, darauf befindet sich die mesaförmige Erhebung 2, welche mitsamt dem Graben 3 mit der Oxidschicht 4 bedeckt ist. Auf dem Plateau der Erhebung 2 sind Kontaktfenster mit den ohmschen Kontaktzonen 5,6 und 7 für Emitter, Basis und Kollektor eines in die Erhebung 2 eingebrachten Transistors angeordnet. Von den ohmschen Kontaktzonen 5, 6 und 7 laufen die Beam-Leads 5', 6' und 7' über das Plateau die Wände der Erhebungen 2 herunter bis in die Gräben 3. Diese gebogenen Beam-Leads können in unterschiedlich ausgebildeter Form im Graben auslaufen, wie dies in der Fig. 2 angedeutet ist. Einige weitere Beispiele für die Enden der Beam-Leads sind in den Fig. 3a, 3 b und 3c dargestellt.
Die Auftrennung der Halbleiterscheibe in einzelne Halbleiterbereiche erfolgt in der in der Fig. 4 angedeuteten Weise. Diese Figur zeigt einen Querschnitt durch einen Teil der Halbleiterscheibe mit einer einzelnen mesaförmigen Erhebung. 5 ist der Emitterkontakt, 6 der Basiskontakt, 11 die Emitterzone, 12 die Basiszone und 13 die Kollektorzone eines Transistors. Die gesamte Halbleiterscheibe wird mit derjenigen Seite, auf der sich die Erhebungen befinden, auf einem Trägerkörper z. B. mit Wachs befestigt. Anschließend erfolgt eine mechanische und/oder chemische Abtragung des Halbleiterkörpers von der den Erhebungen gegenüberliegenden Seite her, und zwar bis in die Höhe der Trennungslinie 8, so daß dann nur noch Er-
hebungen an dem Trägerkörper haften (der abgetragene Teil ist in der F i g. 4 durch die gestrichelten Linien angedeutet). Die chemische Abtragung erfolgt z. B. mit der gleichen Ätzlösung, welche auch zur Erzeugung der Gräben 3 benutzt wurde. Diese greift die Oxidschicht 4 nur wenig und die darüber angeordneten Beam-Leads aus der Platinschicht 9 und der Goldschicht 10 praktisch nicht an. Die Oxidschicht 4 wird daher nur im Bereich der Gräben entfernt, so daß die »Beam-Leads« freigelegt werden.
In der Fig. 5 ist die Montage eines Beam-Lead-Transistors auf einem Substrat 14 dargestellt. Auf dem Substrat 14 ist die Leitungsbahn 15 für den Emitteranschluß, die Leitungsbahn 16 für den Basisanschluß und der metallisierte Bereich 17 für den Kollektoranschluß angebracht. Der Beam-Lead-Transistor wird mit seinen überstehenden Beam-Leads 5' und 6' auf die Leitungsbahnen 15 und 16 aufgelegt, wobei der Kollektorkörper 13 auf der Metallisierung 17 zu liegen kommt. Danach wird der Transistor durch Erwärmung des Substrates oder des Halbleiterkörpers auf das Substrat aufgelötet, wobei sich die Beam-Leads 5' und 6' mit den Leitungsbahnen 15 und 16 und der Kollektorkörper 13 mit der Metallisierung 17 unter Bildung der Rekristallisationszone 18 verbinden.
Es ist auch möglich, die Beam-Leads mit ihren Enden in entsprechend angeordnete öffnungen des Substrates hineinzustecken und dann den Lötprozeß durchzuführen.
In der Fig. 6 ist eine andere vorteilhafte Möglichkeit der Montage eines Beam-Lead-Transistors dargestellt. Hier sind die Beam-Leads 5' und 6' so ausgebildet, daß sie in Enden auslaufen, deren Flächen parallel zur Plateauoberfläche liegen. Der Kollektorkörper 13 ist auf seiner Rückseite mit der Fotolack-' schicht 19 überzogen, welche eine öffnung enthält, in welche die auf dem Substrat befindliche Metallisierung 17 bei Aufsetzen des Beam-Lead-Transistors hineinragt. Abschließend erfolgt wieder die Auflötung des Transistors bei erhöhter Temperatur. Hierbei ver-
hindert die Fotolackschicht 19 ein Auslaufen der Metallisierung 17, so daß dadurch die Gefahr eines Kurzschlusses der Metallisierung mit der Leitungsbahn 15 oder 16 verhindert wird.
Zum Schluß sei noch auf einen weiteren Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens hingewiesen. Dadurch, daß die gesamte Halbleiterscheibe auf einen Trägerkörper z. B. auf gewachst und dann bis auf die Erhebungen völlig abgetragen wird, ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine nochmalige Maskie-
ao rung der Halbleiterscheibe auf ihrer Rückseite - wie dies bei der bekannten Beam-Lead-Technik durchgeführt werden muß - nicht mehr erforderlich. Damit wird eine nicht immer einfach durchzuführende Justierung einer Maske über der Rückseite der Halblei-
S5 terscheibe relativ zu den Strukturen auf der Vorderseite derselben vermieden, was von großem Vorteil ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht auf die Kontaktierung von Transistoren beschränkt, es kann vielmehr auch für die Kontaktierung von Festkörperschaltungen verwendet werden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung von Halbleiteranordnungen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Halbleiterkörper auf einer Seite mit Erhebungen und die Oberfläche dieser Seite mit einer Isolierschicht versehen wird, dann in die Erhebungen Halbleiterbauelemente eingebracht werden, danach an den Halbleiterbauelementen ohmsche Kontakte angebracht werden, anschließend auf der Oberfläche goldverstärkte, die Wände der Erhebungen herunterlaufende Leitungsbahnen aufgebracht werden, nun der Halbleiterkörper von der den Erhebungen gegenüberliegenden Seite aus bis auf die Erhebungen völlig abgetragen wird und abschließend die Erhebungen mit ihren überstehenden Leitungsbahnen rückseitig auf ein mit entsprechend angeordneten Leitungsbahnen und Metallisierungen versehenes Substrat aufgelötet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebungen schachbrettartig auf dem Halbleiterkörper angeordnet werden.
3. Verfahren nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gräben zwischen den Erhebungen mit einem Gemisch der konzentrierten Säuren HF, HNO3 und CH3COOH im Verhältnis 1:2:2 aus dem Halbleiterkörper herausgeätzt werden.
4. Verfahraen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ohmschen Kontakte aus Pt5Si2 und die Leitungsbahnen aus einer Platinschicht und einer darauf abgeschiedenen Goldschicht einer Dicke von 10 /im oder aus einer Titan-, Platin- und Goldschicht hergestellt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungsbahnen in Enden auslaufen, deren Flächen parallel zu oberen Ebenen der Erhebungen liegen.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis
5, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper nach dem Aufbringen der Leitungsbahnen mit der Seite, auf der sich die Erhebungen befinden, auf einem Trägerkörper mit Wachs befestigt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis
6, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebung mit ihren überstehenden Leitungbahnen in entsprechend angeordnete öffnungen des Substrates hineingestreckt wird und dann der Lölprozeß durchgeführt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebung auf ihrer Rückseite mit einer eine öffnung enthaltenden Fotolackschicht überzogen wird, wobei beim Auflegen der Erhebung auf das Substrat diese öffnung die auf dem Substrat befindliche Metallisierung umschließt.
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