DE2142146C3 - Verfahren zum gleichzeitigen Herstellen mehrerer Halbleiterbauelemente - Google Patents

Verfahren zum gleichzeitigen Herstellen mehrerer Halbleiterbauelemente

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Halbleiterbauelemente dieser Art sind Gegenstand
des älteren deutschen Patents 2110176.
Bei der Herstellung dieser Bauelemente ergibt sich das Problem, daß in einem gewissen Stadium des Verfahrens die frei hinausragende, nicht mehr vom Halbleiterkörper gestützte erste Metallschicht die Anordnung zerbrechlich und verletzbar macht, bis z. B. eine isolierende Füllmasse als zusätzlicher Stützkörper zwischen den beiden Metallschichten angebracht ist.
Aus Proceedings IEEE, November 1969, S. 2088—2089 ist eine Schottky-Lawinendiode bekannt, die eine Halbleiterscheibe mit einem hochdotierten Substrat und eine darauf aufgewachsene epitaktische Schicht aufweist, wobei auf die epitaktische Schicht eine Metallscheibe, die mit der epitaktischen Schicht einen gleichrichtenden Kontakt bildet, und auf dieser Metallschicht eine weitere Metallschicht angebracht sind, wobei die Halbleiterscheibe mit der weiteren Metallschicht auf einem Träger aus Kupfer angebracht ist und sich vom gleichrichtenden Kontakt her verjüngt. Dabei ist das Substrat mit einer aus zwei aufeinanderliegenden Schichten bestehenden, ohmschen Kontaktmetallisierung versehen. Bei diesem bekannten Bauelement erstreckt sich aber die den gleichrichtenden Kontakt bildende Metallschicht nur bis zum Rand der Halbleiterscheibe.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß in allen Verfahrensstufen eine genügende mechanische Festigkeit auftritt und das Verfahren auch für die Massenfertigung geeignet ist.
Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 genannten Verfahrensschritte gelöst.
Da bereits vor dem Ätzverfahren auf die erste Elektrodenschicht eine Trägerschicht angebracht wird, behält die Anordnung während des ganzen Herstellungsverfahrens eine genügende mechanische Festigkeit. Die Trägerschicht wird vorzugsweise als Kühlkörper ausgebildet.
Weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nachstehend für ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 schematisch einen Querschnitt durch eine Halbleiteranordnung mit einem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Halbleiterbauelement,
Fig. 2 eine Draufsicht auf das Halbleiterbauelement nach Fig. 1,
Fig. 3 bis 9 die Halbleiterbauelemente in aufeinanderfolgenden Herstellungsstufen.
Die Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich gezeichnet; dies trifft insbesondere für die Abmessungen in der Dickenrichtung zu.
Im vorliegenden Falle ist das Bauelement eine Lawinendiode zum Erzeugen oder Verstärken elektromagnetischer Schwingungen mit einer Frequenz von etwa 1010Hz (10 GHz). Die Diode enthält einen Halbleiterkörper 1 aus Silicium, der aus einem niederohmigen N-leitenden Substratgebiet 2 mit einem spezifischen Widerstand von etwa 0,008 Ω · cm besteht, auf dem eine epitaktische N-leitende Schicht 3 mit einer Dicke von 7 μηι und einem spezifischen Widerstand von 0,8 Ω · cm aufgewachsen ist. Auf dieser epitaktischen Schicht werden eine erste Metallschicht 5 aus Palladium mit einer Dicke von 0,1 μιη und auf dieser eine Goldschicht 6 mit einer Dicke von
0,5 μπι aufgebracht. Die Palladiumschicht 5 bildet einen gleichrichtenden Metall-Halbleiterkontakt (Schottky-Kontakt) mit der epitalrtischen Schicht 3 des Siliciumkörpers 1, während die Goldschicht 6 über ihre ganze Oberfläche mit dar Oberfläche 7 einer Trägerschicht 4 aus Kupfer mit einer Dicke von 100 um in Kontakt ist. Der Metall-Halbleiterkontakt wird von dem kreisförmigen Rand 8 begreczt (siehe, auch Fig. 2).
Die Metallschicht 5 besteht aus einem ersten Teil A (siehe Fig. 1), der sich innerhalb des Randes 8 befindet und über seine ganze Oberfläche den Metall-Halbleiterkontakt bildet, und einem zweiten Teil B, der über den Halbleiterkörper 1 hinausragt. Der Teil B wird von dem Rand 8 des Schottky-Kontakts und von dem Rand 9 der Trägerschicht 4 begrenzt, wobei der Schottky-Kontakt über die ganze Länge seines Randes 8 an diesen zweiten Teil B grenzt. Dies ist aus Fig. 2 deutlich ersichtlich, die eine schematische Draufsicht auf die Trägerschicht 4 und den SiIiciumkörper 1 mit den zwischenliegenden Metallschichten 5,6 ist. Auf dem Substratgebiet 2 ist (siehe Fig. 1) eine Metallisierung 10, 11 aus einer 0,1 μπι dicken Palladiumschicht 10 und einer 0,5 um dicken Goldschicht Xl gebildet. Diese Metallschichten bilden auf dem hochdotierten Substratgebiet einen praktisch ohmschen Kontakt.
Der Durchmesser des kreisförmigen Randes 8 beträgt 120 μηι; die Dicke des plattenförmigen Halbleiterkörpers ist 50 um, während der Mindestabstand a zwischen dem Rand 8 und dem Rand 9 (siehe Fig. 2) 190 um beträgt, so daß sich die erste Metallschicht 5 an allen Stellen außerhalb des Metall-Halbleiterkontakts über einen Abstand erstreckt, der mehr als dreimal größer als die Dicke des Halbleiterkörpers ist. Der Durchmesser b des ohmschen Kontaktes (Fig. 2) beträgt 80 μηι.
Wie aus F i g. 1 ersichtlich ist, ist der Rand des Siliciumkörpers abgeschrägt, wodurch sein Querschnitt, von dem gleichrichtenden Metall-Halbleiterkontakt an gerechnet, abnimmt. Dadurch wird am Rande des erwähnten Kontakts eine möglichst günstige Feldverteilung im Silicium erreicht, wenn an die erste Metallschicht 5 ein negatives Potential in bezug auf den ohmschen Kontakt 10, 11 angelegt wird. Dadurch wird eine verhältnismäßig hohe Durchschlagspannung (etwa 70 V) der Diode erhalten.
Die Diode ist weiter auf übliche Weise fertigmontiert, wobei die Trägerschicht 4 über eine sehr dünne und somit gut leitende Lötschicht 12 (Dicke etwa 5 μηι) auf dem Boden 13 einer Umhüllung befestigt ist, welcher Boden durch eine Isolierwand 14 aus keramischem Material von einer Metallplatte 15 getrennt ist, die mit einem Golddraht 16 in Kontakt steht, der mittels einer Wärme-Druck-Bindung auf der Metallisierung 10, 11 befestigt ist.
Die Metallschicht 5 bildet auf der ganzen Oberfläche innerhalb des Randes 8 einen homogenen Kontakt mit der epitaktischen Schicht 3, ohne daß auf oder nahe bei dem Rand 8 Diskontinuitäten in der Metallschicht auftreten. Dadurch werden die Reproduzierbarkeit und die elektrischen und thermischen Eigenschaften der Diode im Vergleich zu bekannten Strukturen erheblich verbessert. Außerdem läßt sich die Diode trotz der geringen Abmessungen des Halbleiterkörpers während der Fertigmontage wegen der verhältnismäßig großen Abmessungen
(500 X 500 μπι) des Gebildes sehr gut hantieren.
Das beschriebene Halbleiterbauelement wird unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf folgende Weise hergestellt (siehe Fig. 3 bis 9):
Es wird von einer Siliciunischeibe ausgegangen, aus ■» der eine Vielzahl einander gleichender Dioden hergestellt werden. Diese Siliciumscheibe besteht aus einem N-leitenden Substratgebiet 2 mit )111 (-Orientierung, einem spezifischen Widerstand von 0,008 Ω · cm und einer Dicke von 200 μπι, auf dem
ι» eine epitaktische N-leitende Schicht 3 mit einem spezifischen Widerstand von 0,8 Ω · cm und einer Dicke von 7 um aufgebracht ist (siehe Fig. 3). Anschließend werden auf der Schicht 3 unter Verwendung üblicher Techniken eine 0,1 um dicke Palladiumschicht 5 und
ι "> eine 0,5 μπι dicke Goldschicht 6 angebracht (siehe Fig. 4). Die Schicht 5 bildet mit der epitaktischen Schicht 3 einen gleichrichtenden Metall-Halbleiterkontakt.
Auf der Goldschicht 6 wird dann auch elektrolyti-
2i) schem Wege eine Trägerschicht 4 aus Kufer mit einer Dicke von 100 um aus einem Kupfersulfatbad niedergeschlagen. Dadurch wird die Struktur nach Fig. 5 erhalten.
Anschließend wird das Substratgebiet 2 teilweise
2> mit einer Ätzflüssigkeit der folgenden Zusammensetzungabgeätzt: 1250 Cm3HNO3 (50 Gew.%), 250 cm3 (rauchende) HNO3 (96 Gew.%), 500 cm3 Essigsäure (98 Gew.%) und 200 cm3 HF (50 Gew.%). Der Ätzvorgang wird bei einer Temperatur zwischen 0 und
jo 2 ° C durchgeführt und wird fortgesetzt, bis die Gesamtdicke des Siliciums 50 μπι beträgt (siehe Fig. 6). Dann werden auf dem Substratgebiet 2 eine 0,1 μπι dicke Palladiumschicht 10 und eine 0,5 μπι dicke Goldschicht 11 durch Aufdampfen angebracht, wo-
j) nach auf der Goldschicht 11 eine Photolackmaske 12 angebracht wird (siehe Fig.7), wobei in der Halbleitertechnik allgemein übliche Materialien und Maskierungsverfahren verwendet werden. Anschließend werden die nichtmaskierten Teile der Palladium-
4(i Gold-Metallisierung 10, 11 mit einer Lösung von 100 g KJ, 50 g J2 und 1000 g Wasser bei Zimmertemperatur weggeätzt, wonach das darunterliegende Silicium 2, 3 mit einer Lösung aus 1 Volumenteil HF (50 Gew.%) und 10 Volumenteilen HNO3
4> (65 Gew.%) weggeätzt wird. Dabei werden die nicht weggeätzten Teile der Palladium-Gold-Metallisierung 10,11 als Ätzmaske verwendet. Während dieser Ätzbehandlung, bei der die verwendete Ätzflüssigkeit die Palladiumschicht 5 nicht angreift, werden Nuten 13
-,o (siehe Fig. 8) gebildet, die das Silicium 2, 3 in inselförmige Bereiche unterteilen, deren Querschnitte sich vom gleichrichtenden Kontakt her infolge Unterätzung nach oben verjüngen, wodurch auch unterhalb des Randes der maskierenden Schichtteile 10, 11 ein
γ, wenig Silicium entfernt wird. So wird die Struktur nach Fig. 8 erhalten.
Die erwähnten inselförmigen Siliciumgebiete sind außerhalb des Siliciums durch die Metallschichten 5 und 6 und die Trägerschicht 4 miteinander verbunden.
Mi Diese Verbindungen werden nun durch eine Schneidbearbeitung mit Hilfe eines Rasiermessers unterbrochen, wodurch einzelne Dioden gebildet werden. Dabei werden Teile der Metallschichten 5 und 6 beibehalten, die die Schottky-Kontaktfläche völlig
<,<-, umgeben. Die hervorragenden Teile der Schichten 10, 11 werden durch Preßluft entfernt, wonach die Struktur nach Fig. 9 erhalten wird. Die Dioden können dann je für sich (siehe Fig. 1 in einer geeigneten Um-
hüllung untergebracht werden,
Da die Trägerschicht 4 vor dem Ätzen der Nuten 13 angebracht wird, ist ein sehr guter elektrischer und thermischer Kontakt der Trägerschicht 4 mit den Metallschichten 5 und 6 sichergestellt, im Gegensatz zu üblichen Verfahren, bei denen die Siliciuminseln, die mit je einem Schottky-Kontakt versehen sind, zunächst einzeln hergestellt und dann auf einem Träger befestigt weiden, wobei zwischen der Schottky-Metallschicht und dem Träger z. B. Staubteilchen, gegebenenfalls in Vereinigung mit einer schlechten Lötverbindung, vorhanden sein können.
Anstelle der Metallschichten 5 und 6 kann auch eine einfache Metallschicht homogener Zusammensetzung, z. B. eine Palladiumschicht, eine Nickelschicht oder eine Schicht aus einem anderen geeigneten Metall, das mit dem Halbleiterkörper einen Schottky-Kontakt bilden kann, verwendet werden. Ferner kann das Halbleitermaterial auch ein anderes Material als Silcium, z. B. Galliumarsenid, sein, in welchem letzteren Falle die Metallschicht 5, die mit dem Galliumarsenid in Kontakt ist, vorzugsweise aus
Titan besteht. Auch kann der Halbleiterkörper, stat aus Gebieten mit verschiedenen Dotierungen zu be stehen, homogen sein und z. B. in Form einer dünnei Schicht mit einer Dicke von einigen μΐη angewand werden.
Die Trägerschicht kann weiter vorteilhaft statt au; Kupfer auch aus Silber oder Aluminium oder Legie rungen dieser Metalle sowie aus deren thermisch gu leitenden Metallen oder Nichtmetallen, wie Berylli umoxid, bestehen, wobei in letzterem Falle ein An Schlußleiter auf dem Teil B der Metallschicht 5 befe stigt wird.
Die Unterbrechung der mechanischen Verbindun gen zwischen den einzelnen Bauelementen, bei derei Herstellung von einer einzigen Halbleiterscheibe aus gegangen wird, kann, wie anhand der Fig. 8 und \ beschrieben wurde, durch eine Schneidbearbeitung aber auch durch andere Verfahren, sowohl mechani sehe (Kratzen, Brechen, Sägen) als auch chemischi (Ätzen) Verfahren, erfolgen, wobei in letzteren Falle aber eine zusätzliche Maskierung erfordernd ist.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum gleichseitigen Herstellen mehrerer Halbleiterbauelemente mit je einem Halbleiterkörper und einer auf einer Seite mit dem Halbleiterkörper einen gleichrichtenden Kontakt (Schottky-Kontakt) bildenden Metallschicht, die allseitig über den Halbleiterkörper hinausragt, wobei die gegenüberliegende Seite des Halbleiterkörpers mit einem ohmschen Kontakt versehen ist und der Halbleiterkörper sich vom gleichrichtenden Kontakt her verjüngt, gekennzeichnet durch folgende, aufeinanderfolgende zeitliche Verfahrensschritte
a) auf eine Hauptfläche einer Halbleiterscheibe (2,3) wird eine einen gleichrichtenden Kontakt mit der Halbleiterscheibe bildende Metallschicht (5) angebracht,
b) auf dieser Metallschicht (5) wird, gegebenenfalls nach dem Aufbringen wenigstens einer weiteren Metallschicht (6), eine Trägerschicht (4) angebracht,
c) die Halbleiterscheibe wird durch Abtragen von Material an der anderen Hauptfläche auf die erwünschte Dicke gebracht,
d) auf dieser Hauptfläche wird eine ohmsche Kontaktmetallisierung (10, 11) angebracht,
e) die ohmsche Kontaktmetallisierung (10, 11) wird mit einer aus inselförmigen Bereichen bestehenden Ätzmaske versehen,
f) die nicht maskierten Teile der Kontaktmetallisierung (10, 11) werden durch Ätzen entfernt,
g) unter Verwendung eines die Metallschicht (5) nicht angreifenden Ätzmittels wird die Halbleiterscheibe völlig durchgeätzt und in getrennte, sich vom gleichrichtenden Kontakt her verjüngende inselförmige Bereiche unterteilt,
h) die die inselförmigen Halbleiterbereiche verbindenden Teile der ersten Metallschicht (5), der eventuellen weiteren Metallschichten (6) und der Trägerschicht (4) werden entlang zwischen den Inseln verlaufenden Schnittlinien getrennt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Trägerschicht (4) eine thermisch gut leitende Metallschicht angebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerschicht (4) elektrolytisch aufgebracht wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung der Halbleiterscheibe auf einem hochdotierten Substrat (2) eine niedriger dotierte epitaktische Schicht (3) vom gleichen Leitungstyp aufgewachsen wird und daß der gleichrichtende Kontakt auf der epitaktischen Schicht erzeugt wird.
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