DE1771344A1 - Verfahren zum Zertrennen eines Materialstueckes durch Tiefenaetzung - Google Patents

Verfahren zum Zertrennen eines Materialstueckes durch Tiefenaetzung

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DE1771344A1
DE1771344A1 DE19681771344 DE1771344A DE1771344A1 DE 1771344 A1 DE1771344 A1 DE 1771344A1 DE 19681771344 DE19681771344 DE 19681771344 DE 1771344 A DE1771344 A DE 1771344A DE 1771344 A1 DE1771344 A1 DE 1771344A1
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Description

Verfahren zum Zertrennen eines Materialstückes durch Tiefen-
ätzung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zertrennen eines Materialstückes in eine Reihe kleiner Bruchteile mit Hilfe einer Tiefenätzung, wobei die Itztiefe im Verhältnis zur Breite mehr zunimmt, und insbesondere bezieht sie sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Halbleiterelementen, mit dem eine große Anzahl sehr kleiner Infrarotdetektoren geschaffen werden kann.
Es gibt viele Fälle in der Halbleitertechnik, bei denen eine Tiefenätzung in das Halbleitermaterial erwünscht ist, wobei trotzdem nur ein verhältnismäßig kleiner Oberflächenbereich
Fs/Ja
für
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für die Ätzung benötigt werden soll. Zum Beispiel ist es wünschenswert, bei der Herstellung einer Infrarotdetektorreihe mit einer großen Anzahl von sehr kleinen, quadratischen Detektorelementen diese in einer Reihe mit einem minimalen Abstand nebeneinander anzuordnen, wobei dieser vorzugsweise nicht größer als die Breite der Detektorelemente ist. Eine Möglichkeit, eine Scheibe dünnen Detektormaterials in einzelne Detektorstreifen zu unterteilen, besteht in einer Tiefenätzung, mit der die Scheibe zertrennt wird. Ein derartiges Zertrennen ist mit einer herkömmlichen Ätztechnik jedoch nicht auszuführen, da das Tiefenzu Breitenverhältnis zu klein ist und daher Ätzvertiefungen entstehen, deren Breite größer als die Tiefe ist. Außerdem sind die ÄtzVertiefungen in der Regel an der Scheibenoberfläche breiter als am Boden der Vertiefung, wodurch sich für die verbleibenden Detektorstreifen ein unerwünschter Querschnittsaufbau ergibt.
Es gibt viele Fälle, bei denen die dünne Halbleiterscheibe völlig durchgeätzt werden soll, um diese in einzelne Teile zu zertrennen. Dies ist z.B. häufig bei integrierten Schaltkreisen der Fall, die auf einer einzigen Scheibe hergestellt sind und getrennt werden sollen. Insbesondere bei der erst kürzlich entwickelten Technik der Bündelleitungen ist das Zertrennen mit Hilfe einer Ätzung besonders vorteilhaft. Die Leitungsbündel sind auf der einen Seite der Scheibe angebracht, die von der gegenüberliegenden Oberfläche aus durch Ätzen durchtrennt wird, so daß die Leitungsbündel über die Kanten der durch die Ätz-
109848/1829 trennung
trennung entstehenden Stege hinausstellen. Es kann auch wünschenswert sein, Halbleiterschichten, die epitaktisch auf einem Trägermaterial mit einem hohen oder niederen Widerstand aufgebaut sind oder auf ein Trägermaterial mit hohem oder niedrigem Widerstand auflegierte Halbleiterscheiben, zur elektrischen Isolierung in einzelne Mesa zu unterteilen, bzw. schmale tiefe Gräben in die Oberfläche in Ausführung einer umgekehrten Läppung einzuätzen. Im allgemeinen ist das Verfahren auch nützlich für die Herstellung von Lichtemittern, Lichtabtastfeldern, Feldern mit uiderstandsheizelementen, phasengesteuerten Antennenfeldern usw.
Das Verfahren gemäß der Erfindung ist auf das Ätzen von im Verhältnis zur Breite tiefen Ausnehmungen in einem Halbleitermaterial oder einem anderen Material vorgesehen, um dünne Scheiben oder Schichten des Halbleiters oder eines anderen Materials zu trennen, wobei nur ein minimaler Oberflächenbereich benötigt wird und außerdem die Seitenwände der Vertiefungen im wesentlichen senkrecht und normal zur Oberfläche des Materialstückes verlaufen. Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß die für die Ätzung benutzte Maske dehnbar ist und Öffnungen aufweist, die einen wesentlich kleineren Materialbereich für die Atzung freigeben als der fertiggestellten Ätzvertiefung entspricht. Das Ätzmedium in Form eines Gases oder einer Flüssigkeit wird durch die Öffnungen in der Maske mit dem Material in Verbindung gebracht, das geätzt werden soll. In periodischen
BAD ORtGINAt
10 9 8 4 8/1829 Abständen
Abständen werden die Kanten der dehnbaren Maske, die über die Ätzvertiefung hinausstehen, nach unten gegen die Seitenwände der Ätzvertiefung gebogen. Damit wird der durch die Ätzung bedingte Materialabbau an den Seitenwänden verringert, wogegen der Materialabbau am Boden der Vertiefung vergrößert wird.
Bei gegenwärtig hergestellten Infrarotdetektorsystemen, die für einen 8 bis 14 Mikrobereich verwendet werden, sind bis zu 100 quecksilberdotierte Germanium-Detektorelemente in einer Reihe angeordnet. Jedes Element besitzt im allgemeinen einen Hechteckquerschnitt in der Größenordnung von 0,25 x 0,75 cm und wird im allgemeinen durch das Trennen der Scheibe in einzelne Streifen hergestellt, die anschließend auf einem Träger angebracht werden. Dieses Verfahren bedingt praktisch die Einhaltung einer minimalen Streifengröße, da sehr viel kleinere Elemente nicht mehr gehandhabt werden können. Ferner sind die Kosten für eine auf diese Weise hergestellte Reihe im allgemeinen direkt proportional der Anzahl der Elemente im System, so daß Systeme mit einer großen Anzahl von Reihen sehr teuer werden.
Für fortschrittliche Infrarotsysteme werden, um den Betriebsanforderungen zu genügen, sehr viele Detektoren, z.B. 1000, benötigt. Da die meisten dieser Systeme in Verbindung mit Luftfahrzeugen Verwendung finden, muß das individuelle Detektorelement sehr klein sein, damit die Abmessung und das Ge-
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wiclit der Ge samt anlage kl eingehalten werden kann. Die Detektorelemente sollten innerhalb der durch die Auflösung gegebenen Grenzen so klein wie möglich sein.
Die Erfindung bezieht sich deshalb auch auf das Verfahren zur Herstellung eines Feldes mit einer großen Anzahl von Infrarotdetektoren, wobei der einzelne Detektor im wesentlichen beliebig klein ausgeführt werden kann und z.B. eine quadratische Fläche mit einer Kantenlänge von 0,05 mm aufweist. Ein typischerweise 200 Detektorelemente aufweisendes Teilfeld wird in einem Verfahren hergestellt, das zu einer Massenproduktion führt, so daß die Herstellungskosten für ein System mit einer großen Anzahl von Detektorelementen stark reduziert werden können.
Gemäß der Erfindung wird das Feld der Infrarotdetektören durch das Aufschmelzen einer Scheibe eines Halbleitermaterials auf einen Träger hergestellt, von dem bestimmte Bereiche anschließend einer Ätzung unterzogen werden, um die Scheibe in eine Vielzahl von einzelnen Detektorelementen zu unterteilen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird der Träger von demselben Halbleitermaterial abgeleitet, das für die Detektoren benutz wird, wodurch ein Verfahrensträger für die Scheibe geschaffen wird, der einen angepaßten thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist und eine Verringerung der Materialspannung sowohl bei wechselnder Temperatur als auch bei hoher elektrischer und
109848/1829 thermischer
thermischer Leitung bewirkt. Im speziellen besteht das Detektormaterial aus einem quecksilberdotierten Germanium und der Träger aus einem gallium- oder arsendotierten Germanium.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird die Scheibe aus dem Detektormaterial in Streifen geätzt, indem eine Metallmaske Verwendung findet, deren schlitzförmige Öffnungen im wesentlichen schmaler als die endgültige Breite der Ätzvertiefung sind. Wenn das Detektormaterial durch diese schlitzförmigen Öffnungen weggeätzt wird, stehen die Kanten der Metallmaske über die Ätzvertiefung über. Die überstehenden Kanten werden über die seitlichen Wände der Ätzvertiefung wiederholt nach unten gebogen, um die Geschwindigkeit, mit der die Seitenwände abgeätzt werden, zu verringern, so daß eine verhältnismäßig große Ätzvertiefung bei verhältnismäßig kleiner Breite entsteht. Die sich ergebenden Detektorstreifen haben im wesentlichen einen rechteckigen Querschnitt und werden durch Vertiefungen von ungefähr derselben Breite voneinander getrennt.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung werden viele Metallschichten für die Ätzmaske verwendet, um einen metallischen Kontaktstreifen an jedem Detektorstreifen zu schaffen und die Adhäsion des Kontaktstreifens zum Metallstreifen zu verbessern.
Die Erfindung faßt auch ein Verfahren zur elektrischen Verbindung sehr schmaler, individueller Kontaktstreifen mit größeren
109848/1829 Kontaktierflächen
Kontaktierflächen ins Auge, um einen leichteren Anschluß einer anzuschließenden Schaltung zu ermöglichen, indem ein durch Thermokompression mit einer dünnen flexiblen Schicht eines hochtemperaturbeständigen Kunststoffes verbundener Kupferfilm entsprechend dem Anschlußmuster geschaltet und der Kupferfilm mit Gold plattiert wird, und indem anschließend die metallenen Kontaktstreifen der einzelnen Detektorstreifen untereinander verbunden und die Leiter entweder durch Goldverbindungsdrähte oder durch eine direkte thermokompressive Verbindung zwischen den Kontaktstreifen und den Leitern angeschlossen werden.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung werden zwei Reihen gestaffelt nebeneinander angebracht, um eine in der Wirkung kontinuierliche Zeile von Elementen für die Verwendung in einem Abtastsystem zu schaffen.
Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt; es zeigen:
IPig.1 eine Scheibe eines Infrarot-Detektormaterials in perspektivischer Ansicht, das für die Herstellung von Detektorfeldern gemäß der Erfindung Verwendung findet;
Fig.2 einen Träger in perspektivischer Ansicht, der für die Herstellung des Detektorfeldes gemäß der Erfindung Verwendung findet;
109848/1829 ?jr.5-5
Fig.3-5 Schnitte, die in schematischer Darstellung
zeigen, wie eine Scheibe gemäß Fig.1 auf einen Träger gemäß Fig.2 legiert ist;
Fig.6-17 Schnitte, die schematisch die Art darstellen, in welcher die Scheibe des Detektormaterials mit Masken abgedeckt und gemäß der Erfindung geätzt wird;
Fig.18 eine schematische Draufsicht, die zeigt, wie
der Träger zerschnitten wird, um das Streifenfeld gemäß der Erfindung zu schaffen;
Fig.19 eine Draufsicht auf ein Leitungsmuster für ein Detektorfeld gemäß der Erfindung;
Fig.20 eine Einrichtung zum Goldplattieren des Leitungsmusters gemäß Fig.19 in schematischer Darstellung;
Fig.21 einen Schnitt, der in schematischer Darstellung zeigt, wie die Elemente des Feldes mit dem Leitungsmuster gemäß Fig.19 verbunden sind;
Fig.22 eine vergrößerte Endansicht, die zeigt, wie zwei oder mehr Detektorfelder gemäß der Erfindung verwendet werden.
In den Figuren ist eine Scheibe eines Infrarotdetektor-Halbleitermaterials mit 10 bezeichnet. Die Scheibe hat ungefähr einen Durchmesser von 2,5 cm und ist ungefähr 0,25 mm dick. Sie besteht aus einem quecksilberdotierten Germanium.
1 0 9 8 A d / 1 8 2 9 Eine
Eine Trägerscheibe aus einem Material hoher Leitfähigkeit ist mit dem Bezugszeichen 12 versehen. Der Träger 12 besteht aus einer abgewandelten Form desselben Halbleitermaterials wie die Scheibe 10. Das Germanium ist vorzugsweise mit Gallium bis zu einem solchen Niveau dotiert, daß das Germanium entartet und einen Widerstand von ungefähr 0,0007 0hm cm aufweist. Sowohl die Geheibe 10 als auch der Träger 12 sind vorzugsweise entlang der 111-Kristallebene geschnitten.
Die eine Oberfläche der Scheibe 10 und die eine Oberfläche des Trägers 12 sind mechanisch und chemisch geläppt und poliert, wofür eine Polierflüssigkeit aus Cloroxwasser Verwendung findet. Nachdem die Oberflächen sehr gut poliert wurden, werden sie mit einem herkömmlichen Lösungsmittel entfettet und in einem Ofen getrocknet. Die Scheibe 10 und der Träger 12 werden sodann in einen Vakuumverdampfer gebracht und eine dünne Schicht 14 aus Ohrom auf der polierten Oberfläche der Scheibe 10 sowie eine dünne Schicht 16 aus Chrom auf der polierten Oberfläche des Trägers 12, wie in Fig.3 und 4 dargestellt, aufgedampft. Anschließend wird eine dickere Schicht 18 aus Gold auf der Chromschicht 14 und eine dickere Goldschicht 20 auf der Chromschicht 16 im Vakuum aufgedampft. Der Niederschlag der Chromschichten 14 und 16 sowie der Goldschichten 18 und 20 findet bei einer Körpertemperatur der Scheibe 10 und des Trägers 12 von etwa 1500C statt. Die Chromschichten 14 und 16 werden im Interesse einer besseren Haftung der Goldschichten
1 0 9 8 A 8 / 1 8 2 9 18 und 20
18 und 20 auf der Scheibe 10 und dem Träger 12 angebracht. Anschließend wird die Scheibe 10 umgedreht und auf dem Träger 12 in der Weise angeordnet, daß die Goldschicht 18 auf der Goldschicht 20 liegt. Mit einem auf der Scheibe 10 liegenden Gewicht wird der Aufbau in einen Ofen gebracht und auf etwa 425°C bis zum Schmelzen des Goldes erwärmt. Anschließend wird es während einer Zeit von 5 his 6 Minuten langsam auf ungefähr 2000G abgekühlt, um die Scheibe 10 mit dem Träger 12 in der in Fig.5 dargestellten Weise zu verschmelzen.
Die Scheibe 10 kann auch mit dem Träger 12 in der V/eise verschmolzen werden, daß die polierten Flächen ungefähr 2 Minuten in einer sauren Plattierungslosung gehalten und mit Gold plattiert werden. Sodann wird eine dünne vorgeformte Scheibe aus ungefähr 88% Gold und 12% Germanium zwischen die goldplattierten Oberflächen gebracht. Der derart zusammengelegte Aufbau wird dann auf ungefähr 3600O erwärmt, wobei eine leicht reibende Bewegung auf sie ausgeübt wird,und unter Druck stehend bis auf etwa 3560O abgekühlt, bei welcher Temperatur die Verschmelzung fest wird.
Die freiliegende Oberfläche der mit dem Träger 12 verschmolzenen Scheibe 10 wird geläppt und unter Verwendung einer Polierlösung in einer entsprechenden Einrichtung poliert. Das quecksilberdotierte Germanium wird mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 0,025 mm/Stunde geläppt, wodurch es möglich ist, das
109848/1829 Erreichen
Erreichen der endgültigen Dicke der quecksilberdotierten Germaniumscheibe 10 sehr genau zu steuern. Die Scheibe 10 wird so lange geläppt, bis ihre Dicke der gewünschten Abmessung für die einzelnen Infrarotdetektorelemente entspricht. Venn daher jedes Element die Größe eines Quadrats mit der Kantenlänge 0,05 mm annehmen soll, dann wird z.B. die Scheibe 10 so lange geläppt, bis sie 0,05 mm dick ist. Der Träger 12 und die Scheibe 10 werden sodann entfettet und in herkömmlicher '/eise zum Entfernen von Verunreinigungen wärmebehandelt.
Anschließend wird die Scheibe 10 und der Träger 12 in eine Verdampfungseinrichtung gebracht und eine dünne Chromschicht 32 im Vakuum auf der polierten Oberfläche der quecksilberdotierten Germaniumscheibe 20 und anschließend eine dickere Goldschicht 24, wie in Fig.6 dargestellt, aufgedampft. Das Aufdampfen der beiden Schichten erfolgt bei einer Temperatur von etwa 150 C. Die Chromschicht 22 dient dem Zweck einer besseren Verbindung der Goldschicht 24· mit der Germaniumscheibe 10. Die Goldschicht 24 wird zunächst als Ätzmaske benutzt und später für die elektrische Kontaktgabe. Die Scheibe 10 wird sodann auf Raumtemperatur abgekühlt und eine zweite verhältnismäßig dünne Chromschicht 26 über der Goldschicht 24 im Vakuum aufgedampft. Die zweite Chromschicht 26 wird bei Raumtemperatur niedergeschlagen, da sie lediglich als Ätzmaske für die Goldschicht 24 Verwendung findet und später wiederum entfernt wird.
109848/1829 Bei
Bei der derart präparierten Scheibe wird nun die zweite Chromschicht 26 einem herkömmlichen photolithographischen Verfahren unterzogen, um die in Fig.7 dargestellten Streifen 26a zu schaffen. Zu diesem Zweck wird ein herkömmliches photοgraphisches Deckmittel wie KMER als Maske über den die Chromstreifen 26a bildenden Teilen angebracht. Als Ätzlösung findet eine Mischung aus Chlorwasserstoff und Methylalkohol im Verhältnis 1 : 1 Verwendung, mit der das Chrom bis zur darunterliegenden Goldschicht 24 weggeätzt wird. Der Ätzprozess wird dadurch aktiviert, daß Zinkstaub auf das Chrom aufgestreut wird. Die Goldschicht 24 schützt die erste Chromschicht 22. Wenn die endgültige Abmessung des Infrarotdetektorelementes 0,05 auf 0,05 nun betragen soll, dann erstrecken sich die Chromstreifen 26a parallel verlaufend über die ganze Scheibe und sind 0,1 mm bezüglich ihrer Zentrumslinie voneinander entfernt, d.h. daß der Zentrumsbereich des einzelnen Detektorelementes ungefähr 0,0375 mm breit-ist.
Anschließend wird die Goldschicht 24 und die erste Chromschicht 22 in bestimmten Bereichen entfernt, so daß Goldstreifen 24a zurückbleiben, durch welche ein Schlitz 30 gebildet wird, in dem die darunterliegende quecksilberdotierte Germaniumscheibe 10, wie in Fig.8 dargestellt, freiliegt. Hierzu wird wiederum ein photolithographisches Verfahren verwendet, wobei die Chromstreifen 26a und die Goldschicht 24 mit einem photographischen Deckmittel, z.B. KIlER, abgedeckt werden und das nicht abgedeckte Goldstück mit einer wässrigen Lösung von Kalium und
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Iodid mit einem Überschuß an Iodid entfernt wird. Die Chromschicht wird mit der bereits vorausgehend erwähnten Lösung aus Chlorwasserstoff und Methylalkohol entfernt. Nach der Fertigstellung der Schlitze 30 wird das photographische Deckmittel beseitigt.
An diesen Verfahrensschritt anschließend wird der Träger 12 auf einem geeigneten Halter montiert, wobei z.B. die Bodenseite des Trägers 12 mit Wachs versehen und auf eine Goldplatte gedruckt wird. Die Scheibe 10 wird sodann in umgekehrter Richtung in einennach oben gerichteten Strahl einer für Germanium geeigneten Ätzflüssigkeit wie Fluorwasserstoff gebracht. Der Ätzabbau des Germaniums in Fluorwasserstoff beträgt ungefähr 0,0125 mm/Minute. Da die Chromstreifen 26a und die Goldstreifen 24-a von dem Fluorwasserstoff nicht angegriffen werden, werden durch die Ätzung lediglich die Teile der Germaniumscheibe 10 entfernt, die durch die Schlitze 30 freiliegen.
Um eine gleichmäßige Ätzung sicherzustellen, wird die Scheibe 10 alle 10 Sekunden um 90° verdreht. Sodann wird die Scheibe alle 30 Sekunden der Einwirkung des Ätzmittels entzogen und unter Wasser in einer längs den Streifen 30 verlaufenden Richtung mit einem weichen, feinborstigen Pinsel ausgebürstet. Durch das Bürsten werden die Teile der Goldstreifen 24-a und der darunterliegenden Chromschicht 22 nach unten in die entsprechenden Ätzvertiefungen 32a der Germaniumscheibe gebogen
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und
und gegen die Seitenwände der Vertiefung, wie in Fig.10 dargestellt, angedrückt. Durch die nach unten gebogenen Metallschichten werden die Seitenwände der Vertiefungen 32a teilweise abgedeckt, so daß die Abätzung der Seitenwände behindert wird, während die Ätzung der Bodenfläche der Vertiefung ungehindert stattfinden kann. Dieser Vorgang wurde in den Pig.9 bis 15 schematisch darzustellen versucht. Im allgemeinen findet eine Ätzung sowohl in seitlicher Richtung als auch in vertikaler Richtung statt, wodurch die Ätzung auch unter die Metallschichten vordringt, es sei denn, der Zugang des Ätzmittels wird durch die heruntergebogenen Metallränder der Maske verhindert. In Fig.9 wurde versucht, den Aufbau der Ätzvertiefungen 32a vor der ersten Bürstenbehandlung im Schnitt darzustellen. Während des Bürstvorgangs werden die überstehenden Kanten der Metallstreifen nach unten gebogen und gegen die Seitenwände der Ätzvertiefung 32a, wie in Fig.10 dargestellt, angedrückt. Während des darauffolgenden Ätzvorgangs wird die Ätzvertiefung 32b weiter vergrößert und nimmt die etwa in Fig.11 dargestellte Form an. Durch ein nachfolgendes Bürsten der Metallschichten 24 und 22 werden diese weiter entlang der Seitenwände der Vertiefungen 32b nach unten gebogen, wodurch ein größerer Bereich der Seitenwände abgedeckt wird. Dieser Zustand ist in Fig.12 dargestellt. Die Folge dieser Verfahrensschritte kann mehrmals wiederholt werden, wie dies z.B. aus den Fig.13 und 14 erkenntlich ist, bis die Germaniumscheibe 10 bis
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zur Chromschicht 14 völlig durchgeätzt ist. In diesem Zustand nimmt die Ätzvertiefung etwa die in Fig.15 dargestellte Form an. Die Gesamtzeit für das Durchätzen der Germaniumscheibe 10 beträgt in einem typischen Fall etwa 4 Minuten.
Im folgenden wird nun der von dem Ghromstreifen 26a nicht abgedeckte Goldstreifen 24a mit Hilfe einer iltzlösung aus Kaliumiodid entfernt, so daß im wesentlichen der in Fig.16 dargestellte Goldstreifen 24b zurückbleibt. Anschließend werden der Chromstreifeh 26a und der Teil der Ghromschicht 22a, welcher von dem noch vorhandenen Goldstreifen 24b nicht abgedeckt ist, unter Verwendung einer Ätzlösung aus Chlorwasserstoff und Methylalkohol entfernt. Dadurch wird der Goldstreifen 24b freigelegt und liefert einen elektrischen Kontakt für die einzelnen Detektorstreifen 10a gemäß Fig.1?· Die unter dem Goldstreifen 24b liegende Chromschicht 22 verbessert die mechanische Verbindung zwischen dem Gold und dem Detektorstreifen 10a.
Im folgenden Verfahrensschritt wird die Scheibe 10 und der Träger 12 entlang den in Fig.18 dargestellten Kanten 34-, 35, 36 und 37 abgesägt und das über diese Kanten hinausstehende Material entfernt. Ferner wird nur die Scheibe 10 entlang der Kante 38 abgesägt, um die Enden der Detektorelemente 10a zu entfernen. Die Kante 34 wird sodann poliert, wobei eine Glasschleifplatte sowie ein Schleifstaub aus Siliciumcarbid vom Typ 3600 und Wasser Verwendung finden. Diese Bearbeitung wird
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vorgenommen, um ein Abblättern an den Enden des Detektorelementes zu vermeiden. Nur die Enden des Detektorelementes 10a entlang der Kante 34· sind in endgültigem Zustand der Infrarotstrahlung ausgesetzt.
Während des Herstellungsverfahrens dient der entartete Germaniumträger 12 als Trägerunterlage für die Scheibe 10 und schließlich für die Detektoren 10a. Der entartete Germaniumträger 12 stellt auch zusammen mit der Chrom-Gold-Legierungsschicht einen elektrischen Anschluß dar, der gleichzeitig für alle Detektorelemente als vorzüglicher Wärmeableiter dient. Vorzugsweise sind die aus Gold bestehenden Kontaktstreifen 24-b nur ungefähr 0,0375 mm breit, so daß ungefähr 300 Elemente in einem Feld von 15 mm Breite vorhanden sind. Durch diese dichte Anordnung der Detektorelemente in dem Feld entstehen Schwierigkeiten bezüglich der Verbindung der einzelnen Detektorelemente 10a mit entsprechenden Verstärkerschaltungen, die jedoch im Rahmen der Erfindung, wie im folgenden gezeigt wird, gelöst werden.
In Fig.19 ist eine gedruckte Schaltung 39 gemäß der Erfindung dargestellt. Der sehr dünn ausgebildete typischerweise etwa 0,0125 mm dicke Schaltungsträger ist aus einem flexiblen Kunststoff material mit hoher Temperaturbeständigkeit hergestellt. Vorzugsweise wird für den Schaltungsträger 42 ein Polypyromellitimid-Kunststoff verwendet, der im allgemeinen als H-FiIm be-
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zeichnet wird und von der Firma Dupont unter dem Warenzeichen Kapton im Handel erhältlich ist. Der H-FiIm besteht aus einem ■unschmelzbarem nicht entflammbarem Material hoher mechanischer Festigkeit und ausgezeichneter elektrischer Eigenschaften und ist ferner sehr widerstandsfähig gegen chemische Einflüsse sowie Wasser und Abnützung. Diese Eigenschaften behält er in einem sehr großen Temperaturbereich von etwa der Temperatur des flüssigen Heliums bis zu 4000C. Der H-FiIm ist gegenwärtig kommerziell in Verbindung mit verschiedenen Plattierungsmetallen erhältlich, wobei die Plattierungsmetalle entweder thermokompressiv mit den Kunststoffilm oder mit Hilfe einer dünnen Schicht, z.B. Teflon, verbunden sind. Es hat sich herausgestellt, daß nur das thermokompressiv miteinander verbundene Material für den vorliegenden Prozess besonders geeignet ist. Es können auch Teflon- und durchleuchtende Polyäthylenfilme, mit welchen Metallschichten thermokompressiv verbunden sind, verwendet werden, da diese Kunststoffe ähnliche Eigenschaften aufweisen. Trotzdem wird ein H-FiIm, welcher mit einer Kupferfolie thermokompressiv verbunden ist, als Ausgangsmaterial für das Verfahren gemäß der Erfindung bevorzugt.
Die mit dem H-FiIm verbundene Kupferfolie wird unter Verwendung der herkömmlichen photolithographischen Technik in der Weise bearbeitet, daß eine große Anzahl von Leitungen 40 entsteht, welche in vergrößerten Lötflächen 40a enden. Anschließend
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wird ein Silber enthaltender Kunstharzstreifen über die Enden der Leiter 40 aufgetragen, wodurch ein einheitlicher elektrischer Kontakt mit allen Leitern 40 erleichtert wird. Die Leiter 40 werden in einer in Fig.20 schematisch dargestellten Einrichtung mit Gold plattiert. Dazu werden Schichten 39 auf beiden Seiten einer Glasplatte 46 mit Hilfe einer Klemme 48 befestigt, welche am Kurzschlußstreifen 44 angreift. Die Leiter 40 auf der H-Filmschicht 42 bilden die Kathode des Plattierungssystems, wogegen die Anode von einer Goldfolie 50 gebildet wird. Die Kathoden und Anoden sind in eine saure Plättierungslösung 52 eingetaucht, die in einem Polyäthylentank 54 vorgesehen ist. Die Plattierungslösung kann unter dem Warenzeichen Sel-Rex Temperex HD von der Sel-Rex Corporation, 75 River Road, Nutley, New Jersey bezogen werden. An die Kathode und Anode wird ein Wechselstrompotential angelegt, um einen negativen Stromfluß von der Anode zur Kathode während der einen Halbwelle, um eine Goldplattierung des Kupfers auszuführen, und einen positiven Stromfluß während der anderen Halbwelle zu bewirken, wodurch die V/asserstoffionen zurückgehalten werden und die Entstehung von Wasserstoffblasen an der Plattierungsoberfläche verhindert wird. Der positive Strom beträgt etwa 20% des negativen Stroms. Die für eine thermokompressive Bindung notwendige Dicke der Goldschicht auf dem Kupfer wurde nicht festgestellt, jedoch kann sie mit Hilfe eines einfachen Verfahrens gemessen werden. Im allgemeinen kann keine thermokompressive Bindung erzielt werden, wenn die Goldschicht zu dick oder zu dünn ist.
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Nachdem die Kupferleiter 40 mit Gold plattiert wurden, wird der den Kurzschlußstreifen 44 aus Silber tragende Teil des ochaltungsträgers 42 entlang der gestrichelten Linie 60 abgeschnitten. Jeder Schaltungsträger besitzt nur ungefähr ein Viertel bis ein Sechstel aller für die Anzahl der Elemente 10a in einem Feld erforderlichen Leiter. Aus diesem Grund sind vier bis sechs Schaltungsträger 39 erforderlich, die zwei-oder dreifach auf der Oberfläche des Trägers 12 übereinander gestapelt werden können, wobei die Enden in der Nähe der Kante 38 des Feldes der Elemente 11a angeordnet sind und die Enden des obersten Schaltungsträgers 39 weiter von der Kante 38 entfernt als die Enden des zuunterst liegenden Schaltungsträgers angeordnet sind. Ein Schaltungsaufbau dieser Art ist im wesentlichen in Fig.21 dargestellt. Die Schaltungsträger 39 werden auf dem Träger 12 mit Hilfe eines Lackes festgehalten, welcher ungefähr für eine halbe Stunde bei 1500C Wärme behandelt wird. Goldanschlußdrähte 62, die typischerweise etvra einen Durchmes- A ser von 0,175 mm aufweisen, werden thermokompressiv mit dem goldplattierten Leiter 40 und dem aus Gold bestehenden Kontaktstreifen 24b des entsprechenden Detektorelementes 10a verbunden, wobei eine herkömmliche Thermokompression angewendet wird. Für die thermokompressive Kontaktgabe wird der Träger 12 und damit der gesamte Aufbau auf eine Temperatur von ungefähr 2000C erhitzt. Die den Golddraht zuführende Kapillare wird für einen typischen Fall auf eine Temperatur von etwa 3000G gebracht. Die den Golddraht 62 zuführende Kapillare führt das Ende des Drahtes,
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welches auf Grund der vorausgehenden Abtrennung mit Hilfe einer Flamme kugelförmig ausgebildet ist, gegen den Leiter und stellt die erste thermokompressive Verbindung 62a her. Danach wird die Kapillare zu dem entsprechenden Kontaktstreifen 24b verschoben, wobei der Draht entsprechend der Bewegung aus ihr austritt. Das Ende des Drahtes wird gegen den entsprechenden Kontaktstreifen aus Gold gepreßt, wodurch die zweite thermokompressive Verbindung 62b entsteht. Die Kapillare wird dann so weit abgehoben, bis der Draht mit Hilfe einer Flamme abgeschnitten werden kann. Das abstehende Ende wird sodann mit einer Zange abgetrennt.
Bei einer anderen Ausfuhrungsform können die Leiter 40 bezüglich ihrer Größe und ihres Abstandes so ausgeführt sein, daß diese der Größe und dem Abstand der aus Gold bestehenden Kontaktstreifen 24b entsprechen. Die goldplattierten Leiter 40 werden sodann direkt thermokompressiv mit den Kontaktstreifen 24b verbunden. Dies erfolgt in der Weise, daß der Träger auf etwa 200 bis 225°C erwärmt, der Schaltungsträger 39 umgedreht und die Leiter 40 auf die darunterliegenden Kontaktstreifen 24b ausgerichtet werden. Die Leiter 40 werden sodann gegen die entsprechenden Kontaktstreifen mit einem erhitzten Dorn gedrückt, wodurch die thermokompressive Verbindung entsteht. Da das Plastikmaterial 42 des Schaltungsträgers durchsichtig ist, kann die Ausrichtung der Leiter 40 auf die entsprechenden Kontaktstreifen 24b leicht ausgeführt werden.
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Die Leiter des Detektorfeldes werden mit einem GE-Lack oder einem anderen Isoliermaterial bestrichen. Die Detektorelemente 10a werden an allen Seiten schwarz angestrichen, mit Ausnahme der an der Kante 34- liegenden Endflächen, so daß der Detektor nur auf diejenige infrarote Strahlung anspricht, die auf diese Endflächen auftrifft. Jeder der Detektoren kann sodann an seine entsprechende Verstärkerschaltung angeschlossen werden, indem die Verstärkerschaltung an die dem Detektor zugeordnete Lötfläche 40a angelötet wird.
Für den Anwendungsfall werden zwei Reihen der Detektorelemente versetzt einander gegenüber gemäß Fig.22 angeordnet, so daß eine zusammenhängende Linie von Detektoren zur Abtastung entsteht. Das Signal der Detektoren der einen Reihe kann elektronisch um denjenigen Betrag verzögert werden, der bei der Abtastung erforderlich ist, um von den Detektoren der'einen Reihe zu den Detektoren der anderen Reihe zu wandern.
Das beschriebene Verfahren gemäß der Erfindung kann nicht nur zur Herstellung von Reihen und Feldern aus Detektorelementen sondern auch aus derartigen Anordnungen für strahlende Elemente verwendet werden, um entweder eine Information festzustellen oder abzugeben. So kann z.B. eine Reihe von Lichtemittern nach dem hergestellten Verfahren fabriziert werden, wobei der Unterschied darin besteht, daß die Scheibe 10 durch ein geeignetes Halbleitermaterial, wie z.B. Galliumarsenid, Indiumarsenid oder
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anderen Halbleitermaterialien der dritten und fünften Gruppe ersetzt werden. Dazu wird ferner ein PN-Übergang parallel verlaufend zur Oberfläche der Scheibe gebildet, bevor die Scheibe mit dem Träger 12 verschmolzen wird. Der PN-Übergang kann in herkömmlicher Weise durch Diffusion oder epitaktisches './achsen erzeugt werden. Für einen Lichtemitter sollte der PN-Übergang zu dem Zeitpunkt gebildet werden, an dem die Scheibe 10 mit dem Träger 12 verschmolzen wird. Dazu könnte eine leichtdotierte Galliumarsenidscheibe 10 mit einem abgearteten Germaniumträger 12 unter Verwendung von beispielsweise Zinn einer Zinntellurlegierung, einer Goldtellurlegierung oder einer Goldzinklegierung verschmolzen werden, l/ährend des Schmelzprozesses diffundieren die Störstellen in das Galliumarsenid und bilden einen PN-Übergang, der parallel zur Oberfläche der Scheibe verläuft. Die Scheibe kann sodann in einzelne Elemente unterteiltwerden, die die gewünschte Form und das entsprechende Muster der Goldkontakte 24b aufweisen, so daß die für die Lichtemission erforderlichen Öffnungen gebildet werden.
Mit dem beschriebenen Verfahren kann auch eine Reihe von Halbleiterlaser gebildet werden. Die Scheibe 10 würde wiederum z.B. aus Galliumarsenid bestehen, das in geeigneter Weise dotiert ist und einen in der oben beschriebenen Weise hergestellten PN-Übergang aufweist. In diesem Fall würden jedoch die einander gegenüberliegenden Enden der länglichen Elemente, die z.B. die in Fig.18 dargestellte Form aufweisen können, derart
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poliert sein, daß sie eine genau planare und parallele Form aufweisen, bevor die scheibe 10 auf den Träger 12 aufgeschmolzen wird. Die polierten Enden können während dem Ätzvorgang durch eine Goldschicht geschützt werden. Die Elemente können sodann mit einem undurchsichtigen Material überzogen werden.
Für die Ausführung der Erfindung kann jedes entartete Halbleitermaterial als Träger verwendet werden, das den erforderlichen Temperaturausdehnungskoeffizienten aufweist. Es können auch verschiedene Halbleitermaterialien auf die Oberfläche des Trägers aufgeschmolzen werden, da die Ausdehnungskoeffizienten vieler Halbleitermaterialien sehr nahe beieinander liegen. Dadurch können integrierte Schaltkreise mit weit auseinanderliegenden Parametern geschaffen werden, die nur herstellbar sind, wenn verschiedene Arten von Halbleitermaterialien für die verschiedenen Komponenten verwendet werden. Zum Beispiel kann oilicium und die meisten anderen Halbleiterelemente der dritten bis fünften Gruppe mit einem Träger aus einem entarteten Germanium oder einem anderen Halbleitermaterial verschmolzen werden. Das entartete Germanium bietet einen Träger für eine Vielzahl verschiedener Halbleitermaterialien für eine Verarbeitung innerhalb eines großen Temperaturbereiches und bietet außerdem ein Montagematerial mit sehr guter elektrischer und thermischer Leitung.
Pat ent ansprüche 109848/1829

Claims (10)

Patentansprüche
1. Verfahren zum Zertrennen eines Materialstückes in eine Reihe kleiner Bruchteile mit Hilfe einer Tiefätzung, wobei die Ätztiefe im "Verhältnis zur Breite mehr zunimmt, dadurch gekennzeichnet, daß die Ätzflüssigkeit durch öffnungen in einer dehnbaren Maske zugeführt wird, daß die Ränder der dehnbaren über die Ränder der Ätzvertiefung hinaus stehenden Maske periodisch in die Ätzvertiefung gebogen werden, um damit die Menge der mit den Seitenwänden der Vertiefung in Berührung kommenden Ätzflüssigkeit zu verkleinern.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennze i ohne t, daß eine Metallschicht auf der Oberfläche des Materialstückes aufgedampft und ein Teil der Metallschicht entfernt wird, um Öffnungen zu schaffen, in denen die Oberfläche des Materialstückes freiliegt, und durch welche die Ätzflüssigkeit mit dem Materialstück in Verbindung gebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Materialstück aus einem Halbleitermaterial besteht, und daß Teile der Metallschicht auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers zurückbleiben und einen elektrischen Kontakt bilden, nachdem eine wahlweise Ätzung durchgeführt ist.
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4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennz e ichnet, daß eine zweite Metallschicht auf die erste Metallschicht aufgedampft wird, und daß von der zweiten Metallschicht nicht "bedeckte Teile der ersten Metallschicht entfernt werden, indem ein Kontakt mit der Oberfläche des Halbleiterkörpers hergestellt wird, und daß die zweite Metallschicht von dem verbleibenden Teil der ersten Metallschicht entfernt wird. M
5· Verfahren nach Anspruch 3 und 4-, dadurch gekennzeichnet, daß für die erste Metallschicht Gold und für die zweite Metallschicht Chrom verwendet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Vakuum eine dünne Schicht Chrom auf die Oberfläche des Materialstückes aufgedampft wird, daß eine verhältnismäßig dicke G-oldschicht auf die Chromschicht im Vakuum aufgedampft
f wird, daß eine zweite Chromschicht auf die Goldschicht aufge- ^ dampft wird, daß wahlweise die zweite Chromschicht von allen Bereichen entfernt wird, außer demjenigen Bereich, der beim fertiggestellten Element als Kontakt Verwendung finden soll, daß wahlweise die Goldschicht und die darunterliegende erste Chromschicht entfernt wird, um eine schlitzförmige Maske zu bilden, durch welche die Scheibe einer Ätzung unterzogen wird, daß die Scheibe einem weiteren Ätzmittel ausgesetzt wird, um das Gold außer an den durch die zweite Chromschicht geschützten
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Bereichen zu entfernen, und daß die Scheibe einer weiteren Ätzung unterzogen wird, um das Chrom von all denjenigen Bereichen zu entfernen, die nicht von der verbleibenden Goldschicht und der darunterliegenden Chromschicht geschützt werden, wodurch die elektrischen Kontaktbereiche für die entsprechenden Elemente gebildet werden.
7. Elementenanordnung mit nach dem Anspruch 1 hergestellten Elementen, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Oberfläche eines entarteten Halbleiterträgers eine Vielzahl von Halbleiterelementen aufgeschmolzen ist.
8. Elementenanordnung nach Anspruch 7> dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterelemente aus einem quecksilberdotiertem Germanium bestehen und für die Feststellung von Infrarotstrahlung geeignet sind.
9. Elementenanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterelemente als strahlende Emitter ausgeführt sind.
10. Elementenanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Element einen PN-Übergang aufweist, der durch die Störstellendiffusion des für die Verschmelzung der Elemente mit dem !Träger verwendeteten Metalls gebildet wird.
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