DE2422345A1 - Verfahren zur herstellung einer halbleitervorrichtung - Google Patents

Description

• Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung.
• Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Haibleitervorrichtung mit einem mesa-artigen Haibleiterelement mit Haibleiterübergang, das sich auf einer metallenen Unterlage befindet, unter Anwendung eines Verfahrens nach der Patentanmeldung P 23 23 438.0, bei dem um das Halbleiterelement eine ringförmige Vertiefung geätzt wird. Das Halbleiterelement hat einen der Mesa-Form parallel liegenden Übergang zwischen einem ersten Halbleitermaterial und einer ersten epitaktisch abgeschiedenen Halbleiterschicht und zum Übergang parallel angeordnete Elektroden, eine erste Elektrode auf einer geätzten Fläche des ersten Halbleitermaterials und eine zweite Elektrode, die sich im wesentlichen ganzflächig auf der Halbleiterschicht befindet. Mit dieser zweiten Elektrode ist das Halbleiterelement mit einer wärmeleitenden Unterlage thermisch gut leitend verbunden.
• Aus der genannten älteren Patentanmeldung ist ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung bekannt, bei dem ein insbesondere scheibenförmiger Halblefter-Substratkörper auf seiner einen Scheibenfläche mit einer epitaktischen Schicht aus Haibleitermaterial bedeckt und diese Schicht mit einer ersten schichtförmigen Elektrode versehen wird, bei dem dann auf der anderen gegenüberliegenden Scheibenfläche des Halbleiter-Substratkörpers eine Ätzbedeckung aufgebracht wird, die eine Öffnung aufweist, bei dem dann durch die Öffnung hindurch von dieser anderen Scheibenfläche her in den Halbleiter-Substratkörper eine Vertiefung nach Art eines Sackloches hereingeätzt wird, die eine zur anderen Scheibenfläche im wesentlichen parallele Bodenfläche aufweist, bei dem dann der Halbleiter-Substratkörper mit der darauf befindlichen Epitsxieschicht mit der Fläche der ersten Elektrode nach einem Thermo-Kompressionsverfahren auf einer als Kühlkörper bemessenen metallischen Unterlage befestigt wird, wobei auf den Halbleiter-Substratkörper auf die außerhalb der Vertiefung befindliche zweite Scheibenfläche mechanischer Druck in Richtung auf die Unterlage ausgeübt wird, bei dem dann auf die Bodenfläche der Vertiefung eine Ätzabdeckung in Form einer -geschlossenen Fläche, die insbesondere eine spätere zweite Elektrode der Halbaufgebracht wird, leitervorrichtung ist,xrund bei dem dann von der nicht abgedeckten Bodenfläche der Vertiefung her eine im wesentlichen ringförmige weitere Vertiefung bis durch die Übergangafläche zwischen Substratkörper und epitaktischer Schicht, vorzugsweise bis auf die erste Elektrode herab , geätzt wird.
• Bei Anwendung des voranstehend zusammengefaßten Verfahrens nach der älteren Anmeldung ergibt sich unterhalb der Ätzabdeckung auf der Bodenfläche der zunächst in den Substratkörper hereingeätzten Vertiefung eine mess-förmige Struktur, die infolge des im wesentlichen ringförmigen zweiten Ätzens in der Mitte der ersten Vertiefung stehenbleibt.
• Eine Halbleitervorrichtung bzw. ein Halbleiterelement ln dieser mesa-artigen Ausführung dient, wie in der älteren Anmeldung näher beschrieben, insbesondere als Lawinenlaufzeitdiode (LSA-Diode) oder als Gunn-Element. Je nach Anwendung ist der erwähnte Übergang ein pn-Übergang oder lediglich ein Übergang zwischen gleichen Materialien, wobei das eine Material eine epitaktische Schicht ist, deren aufgrund der epitaktischen Herstellung besonders gute Halbleitereigenschaften für das herzustellende Bauelement ausgenutzt werden. Mit einer wie nach dem Verfahren der älteren Patentanmeldung hergestellten Halbleitervorrichtung ist ein guter Wärmekontakt zu der wärmeabführenden, als Kühlkörper wirkenden Unterlage erreicht. Der gute Wärmekontakt erfordert aber, daß eine gute Verbindung zwischen der epitaktischen Schicht über die auf ihr befindliche Elektrodenschicht zu der Unterlage erreicht ist. Gegebenenfalls kann auch die Elektrodenschicht weggelassen sein, die dann elektrisch durch die metallene Unterlage ersetzt wird.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine mechanisch besonders stabile Ausführungsform einer Halbleitervorrichtung, die nach einem Verfahren der älteren Patentanmeldung hergestellt ist, anzugeben. Diese Aufgabe wird mit einem Herstellungsverfahren erreicht, wie es im Patentanspruch 1 angege ben ist.
• Diese erfindungsgemäße Halbleitervorrichtung wird nach dem wie oben angegebenen Verfahren der älteren Anmeldung hergestellt, wobei jedoch der Substratkörper und die Querschnittsfläche der im ersten Ät#schritt herzustellenden Vertiefung zueinander so bemessen sind, daß -er außerhalb dieser Vertiefung der fertigen, auf der Unterlage befindlichen Hslbleitervorrichtung volumen- und flächenmäßig sehr viel größer als das mesa-artige Halbleiterelement ist. Vergleichsweise zu der in der älteren Anmeldung angegebenen Fig.3 ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung der in dieser Figur gezeigte Rand 12 wesentlich größer, und zwar auch wesentlich größer als das in der Mitte befindliche mesa-artige Halbleiterelement.
• Die Figurtzeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Bezüglich Einzelheiten dieser Vorrichtung, die hier nicht besonders ausführlich beschrieben sind, wird auf die ältere Patentanmeldung verwiesen. Mit 41 ist das nach dem zweiten Ätzschritt der älteren Anmeldung hergestellte, in der Mitte der Vertiefung stehengebliebene, Mesa-artige Halbleiterelement mit dem Übergang 42 zwischen dem noch verbliebenen Material des Substratkörpers 43 und dem Material der epitaktischen Schicht 44 bezeichnet. Mit 45 ist die oben erwähnte zweite Elektrode und mit 46 die erste schichtförmige Elektrodenbelegung der epitaktischen Schicht 44 bezeichnet. Die als Kühlkörper dienende Unterlage ist mit 47 bezeichnet, die Teil- eines nidBt dargestelltes Gehäuses sein kann, in dem die erfindungsgemäße Halbleitervorrichtung eingebaut ist. Das Gehäuse kann z.B. ein Resonator für ein als Gunn-Element verwendetes Halbleiterelement 41 sein.
• Mit 52 ist der außerhalb der im ersten Ätzschritt hergestellten Vertiefung Anteil des Substratkörpers bezeichnet. Dieser Anteil 52 besteht aus dem Halbleitermaterial des Substratkörpers und ist im Regelfall mit 42 materialmäßig identisch.
• Die in der Figur senkrechten Außenflächen 53 sind die Außenflächen des Substratkörpers. Diese Flächen können z.B. beim Zerteilen eines scheibenförmigen größeren Substratkörpers entstanden sein, aus dem eine Vielzahl solcher erfindungsgemäßer Halbleitervorrichtungen hergestellt werden können.
• In dem Anteil 52 setzt sich der Übergang 42 zwischen dem Material des Substratkörpers und der epitaktischen Schicht fort.
• Da es sich um denselben ursprünglichen Übergang handelt, ist dieser Übergang auch in dem Anteil 52 mit 42 bezeichnet. Die beim zweiten Ätzschritt hergestellte ringförmige Vertiefung, die durch diesen Übergang noch hindurchgeht und vorzugsweise bis auf die Elektrodenschicht 46 reicht, schneidet somit diesen Ubergang 42, wie in der älteren Anmeldung angegeben, mehr als einmal, nämlich zweimal, in geschlossenen Kurven, deren Schnitte mit 61 und 62 bezeichnet sind. 54 ist der obere Rand.
• Das Thermo-Kompressionsverfahren wird ~wie in der älteren Anmeldung beschrieben, durch Ausüben von Druck auf den Anteil 52 durchgeführt. Insbesondere liegt eine feste Verbindung zwischen dem Anteil 52 und der Unterlage 47 vor. Da der Anteil 52 erfindungsgemäß relativ groß bemessen ist, wirkt dieser ringförmige Anteil 52 mechanisch dahingehend, daß er mechanische Spannungen aufnimmt, die aufgrund thermischer Effekte in der gesamten Halbleitervorrichtung auRreten können.
• Dies können sowohl Zug- als auch Scherspannungen sein. Mit dem Anteil 52 werden aufgrund dessen Bemessung mechanische Spannungen von dem Halbleiterelement 41 ferngehalten. Dies wird insbesondere dann verständlich, wenn man sich als Beispiel angegebene, bevorzugte Bemessungen vergegenwärtigt, nämlich daß Durchmesser bzw. eine Längsabmessung zwischen den Flächen 53 1 mm beträgt, der Durchmesser des Halbleiterelementes 41 0,1 mm beträgt, die innen gelegene Randfläche 152 des Anteils 52 einen Durchmesser von nicht mehr als 0,3 bis 0»4 mm und die Dicke des Anteils 52 etwa 0,1 bis 0,3 mm bemessen sind. Die Dicke der Unterlage 47 beträgt z.B. 0,1 mm.
• Die Höhe des Halbleiterelementes 41 beträgt nur einige /um und ist in der Figur sehr übertrieben hoch wiedergegeben.
• Auch die Dicke der Epitaxieschicht 44 beträgt, wie üblich, nur wenige /um.
• Fig. zeigt lediglich andeutungsweise eine Aufsicht auf eine erfindungsgemäße Halbleitervorrichtung nach Fig.1. Gleiche Einzelheiten der Fig.2 tragen mit der Fig.1 jeweils identische Bezugszeichen.
• Eine wie erfindungsgemäße Halbleitervonicbtung wird vorzugsweise zusammen mit einer Vielzahl gleicher Halbleitervorrichtungen aus einem großen Substratkörper hergestellt, der in die Substratkörper der einzelnen Halbleitervorrichtungen zerteilt wird, z.B. in rechteckige Teilstücke, die dann einzeln auf ihrer jeweiligen Unterlage 8 angebracht werden. Einzelheiten hierzu sind ebenfalls der genannten älteren Anmeldung zu entnehmen.
• 2 Patentansprüche 2 Figuren

Claims (2)

1. Patentanspr#che \verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung mit einem mesa-artigen IIalbieiterelement mit Halbleiterübergang, das sich auf einer metallenen Unterlage befindet, unter Anwendung eines Terfahrens nach der Patentanmeldung P 23 23 438.0, bei dem um das Halbleiterele ment eine ringförmige Vertiefung geätzt wird, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß um das Halbleiterelement (41) bzw. um die das Element umgebende ringförmige Vertiefung herum ein im wesentlichen ringförmiger Anteil (52) des Substratkörpers, aus dem die Halbleitervorrichtung hergestellt wird, belassen wird, wobei die lateralen Abmessungen dieses Anteils (52) vergleichsweise zu denen des Halbleiterelementes (41) mehrfach größer bemessen werden, so daß dieser Anteil (52) in bezug auf das Halbleiterelement (41) einen mechanisch stabilen Ring auf der Unterlage t47) bildet.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c hn e t , daß bei einem Halbleiterelement mit einem Durchmesser in der Größenordnung von 0,1 mm die Außen-Längsabmessung des Anteils (52) zwischen dessen Seitenflächen (53) gemessen in der Größenordnung von 1 mm bemessen ist.