DE2748341C2

DE2748341C2 - Method for contacting semiconductor components

Info

Publication number: DE2748341C2
Application number: DE19772748341
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Dr.-Ing. 4788 Warstein Seifert
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Seifert Wilhelm Dr-Ing 1000 Berlin De
Priority date: 1977-10-28
Filing date: 1977-10-28
Publication date: 1982-09-09
Also published as: DE2748341A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kontaktieren von Halbleiterbauelementen durch gleichzeitiges Auflöten einer Vielzahl von Kontaktelektroden auf die Oberfläche einer Halbleiterscheibe.The invention relates to a method for contacting semiconductor components by simultaneous Soldering a large number of contact electrodes onto the surface of a semiconductor wafer.

Nach bekannten Herstellungsverfahren werden Halbleiterbauelemente, wie zum Beispiel Dioden. Transistoren. Thyristoren oder Triacs. in der Weise hergestellt, daß die Oberfläche homogen dotierter Halbleiterscheiben durch den Einbau von weiteren Störstellen bildenden Kiementen mit Hilfe von Legierungs- und/oder Diffusionsverfahren ganz oder in Teilberei- yi chen bis in eine vorgegebene Tiefe in ihren elektrischen Eigenschaften derart verändert werden, daß eine Anordnung von Schichten und Bereichen verschiedener Leitfähigkeit und verschiedenen Leitungstyps entsteht. Die an der Oberfläche liegenden unterschiedlichen v, Bereiche v.erden sodann — rtwa durch Auflöten — mit Metallkoniakten versehen. Über diese Metallkontakte werden die Halbleiterbauelemente schließlich mit den Leitungszügen verbunden.Semiconductor components, such as, for example, diodes, are produced according to known manufacturing processes. Transistors. Thyristors or triacs. prepared in the manner that the surface homogeneously doped semiconductor wafers by the incorporation of other impurities forming Kiementen using alloying and / or diffusion process wholly or partially equipped yi Chen until changed in such a predetermined depth in their electrical properties, are that a Arrangement of layers and areas of different conductivity and different conductivity types is created. The different v, areas v lying on the surface. Then earth - roughly by soldering - provided with metal conicals. The semiconductor components are finally connected to the cable runs via these metal contacts.

Aus wirtschaftlichen (»runden ist es für eine rationelle Fertigungsweise zweckmäßig, kleine Und mittelgroße Elemente nicht in gesonderten Einzelfertigungen herzustellen, sondern die üblichen Arbeitsschritte, wie etwa die Maskierung, Dotierung und Metallisierung, an verhältsnismäßig großen Halbleiterscheiben vorzuneiv mert und diese erst danach, zum Beispiel durch Ätzen oder Sägen öder Sandstrahlen oder Ritzen und Brechen, ig kleinere Einzelelemente der vorgesehenen Größe zu zerteilen, die dann nach den üblichen Verfahren mit den stromführenden Leitern verbunden werden.For economic reasons, it is useful for a rational production method, small and medium-sized Do not produce elements in separate individual productions, but rather the usual work steps, such as masking, doping and metallization, for example, on relatively large semiconductor wafers mert and this only afterwards, for example by etching or sawing or sandblasting or scoring and breaking, ig smaller individual elements of the intended size cut, which are then connected to the current-carrying conductors according to the usual procedures.

Auf die großen Halbleiterscheiben wird dabei die Vielzahl der Metallkontakte meist mit Hilfe einer Lötvorrichtung aufgebracht. In dieser Lötvorrichtung ist die Lage der Abnahmeelektroden durch Aussparungen genau festgelegt. Sie entspricht dem Anordnungsmuster der Elemente in der Halbleiterscheibe, so daß die Abnahmeelektroden nach dem Beschichten mit d?m Lot und der zum Auflöten erforderlichen Wärmebehandlung sich an den jeweils vorgesehenen Stellen der Halbleiterscheibe befinden. Gegebenenfalls ist es dabei auch möglich, beide Oberflächenseiten der Halbleiterscheibe gleichzeitig in einsm einzigen Arbeitsschritt mit den Metallkontakten zu versehen.On the large semiconductor wafers, the large number of metal contacts is usually with the help of a Soldering device applied. In this soldering device, the location of the pick-up electrodes is through cutouts precisely defined. It corresponds to the arrangement pattern of the elements in the semiconductor wafer, so that the Pick-up electrodes after coating with the solder and the heat treatment required for soldering are located at the intended locations on the semiconductor wafer. If necessary, it is included it is also possible to use both surface sides of the semiconductor wafer simultaneously in a single work step to provide the metal contacts.

In der Lötvorrichtung sorgen mehrere — in der Regel zur Sicherheit etwa 4 — sogenannte Justierstifte dafür, daß die Lage der Halbleiterscheibe genau an der vorgesehenen Stelle festgelegt ist und jeweils eine räumliche Übereinstimmung zwischen den zu kontaktierenden Oberflächenbereichen der Halbleiterscheibe und aen Abnahmeelektroden besteht. Dabei ist eine sehr hohe Genauigkeit der Justierung erforderlich; denn die Lage der Kontaktelektroden auf den Halbleiterscheiben soll bei den meisten Bauelementen nicht mehr als etwa 0,05 mm von der vorgesehenen Stelle abweichen. Dies marhte bisher ein sehr genaues und daher auch außerordentlich aufwendiges Rundschleifen der Halbleiterscheiben erforderlich, was den Fertigungsablauf erschwerte und verteuerte.In the soldering device, several - usually about 4 - so-called alignment pins ensure that that the position of the semiconductor wafer is set exactly at the intended location and one in each case spatial correspondence between the surface areas of the semiconductor wafer to be contacted and aen pickup electrodes. A very high level of accuracy is required for the adjustment; because the position of the contact electrodes on the semiconductor wafers should no longer be the case for most components than about 0.05 mm from the intended location. So far this has been a very precise and therefore extremely complex cylindrical grinding of the semiconductor wafers is required, which affects the production process made more difficult and expensive.

Es ist bekannt (Soiid State Technology, Februar 1975, Seite 40 bis 43), zur Kennzeichnung und Handhabung der Halbleiterscheiben von den kreisförmigen Scheiben ein Segment abzutrennen und die geradlinige Trennungskante als Mittel zur Orientierung zu verwenden. Solche Halbleiterscheiben mit einem abgetrennten Segment sind als handelsübliches Produkt in größerer Anzahl hergestellt und geliefert worden. Es muß hierbei als nachteilig angesehen werden, daß ein erheblicher Anteil der Scheibenfläche des Halblüterkörpers. der mit hohem Aufwand hergestellt ist, mit dem abgetrennten Segment nutzlos verlorengeht.It is known (Soiid State Technology, February 1975, Pages 40 to 43), for the identification and handling of the semiconductor wafers from the circular disks cut off a segment and use the straight separating edge as a means of orientation. Such semiconductor wafers with a severed segment are larger than a commercially available product Number manufactured and delivered. It must be regarded here as a disadvantage that a considerable Proportion of the disc area of the half-blooded animal. which is manufactured with great effort, with the separated Segment is lost useless.

Mit zunehmender Größe der Halbleiterscheiben, die an sich ja nach Möglichkeit angestrebt wird, entsteht eine weitere Schwierigkeit bei der Justierung für die anschließende Lötung, weil einmal aus den obengenannten Gründen der genauen Lagerung nur ein äußerst geringer Spielraum /wischen der Halbleiterscheibe und den Jiistierstiften vot handen sein darf, andererseits aber die Wärmeausdehnung der größeren Halbleiterscheiben während der hohen Löttemperaluren bereits so erheblich ist ■■- bei einem Schcibendurchmesser von 76 mm beträgt die Dehnung /um Beispiel schon etwa 0.2 mm —. daß Verspannungen und mechanische Beschädigungen der Halbleiterscheiben an den lustier Stifter auftreten Daher wird von einer gewissen Halb!eiterscheibengroße an die gleichzeitige Lotung eine Viel/ahl von Kontaktelektrode mit einer Lötvorrichtung praktisch überhaupt unmog' hWith the increasing size of the semiconductor wafers, which is actually aimed at if possible, arises another difficulty in the adjustment for the subsequent soldering, because once from the above For reasons of precise storage, only an extremely small margin / wipe the semiconductor wafer and the judicial pens may be available, but on the other hand the thermal expansion of the larger semiconductor wafers during the high soldering temperatures is already so is considerable ■■ - with a pulley diameter of The expansion is 76 mm / for example about 0.2 mm -. that tension and mechanical Damage to the semiconductor wafers to the lustier Founders occur, therefore, from a certain half-volume disk size to the simultaneous plumbing a variety of contact electrodes with a Soldering device practically impossible at all

Aufgabe der Erfindung ist ein Verfahren, dasThe object of the invention is a method that

einerseits sowohl die Vorteile einer mögliehst großen Halbleiterscheibe ausnutzt, indem die Abfolge der einzelnen Arbeitsschritte, wie Maskieren, Ätzen, Dotieren, Isolieren, Kontaktieren, jeweils gleichzeitig an einer Vielzahl von Einzelelementen vorgenommen wird, das dennoch andererseits aber auch eine geiläUe Und leicht durchzuführende justierung bei der Lösung der Kontakteiektroden ermöglicht.on the one hand, both the advantages of the largest possible Exploits semiconductor wafer by changing the sequence of the individual work steps, such as masking, etching, doping, Isolating, contacting, is carried out simultaneously on a large number of individual elements, the nevertheless, on the other hand, it is also awesome and easy adjustment to be carried out when solving the Contact electrodes made possible.

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Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zum Kontaktieren von Halbleiterbauelementen durch gleichzeitiges Auflöten einer Vielzahl von Kontaktelektroden auf die Oberfläche einer Halbleiterscheibe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Halbleiterscheibe nach Ablauf der übrigen Arbeitsschritte, aber vor der Kontaktierung in eine Anzahl gleich großer, jeweils gleiches Anordnungsmuster von Einzelelementen tragende und von geraden Trennungskanten begrenzte Sektoren aufgeteilt wird, die ihrerseits in einer Lötvorrichtung mit den Kontaktelektroden versehen werden, wobei die die Sektoren begrenzenden Trennungskanten als Bezugskanten für die Justierung verwendet werden.This task is carried out in a method for contacting semiconductor components simultaneous soldering of a large number of contact electrodes onto the surface of a semiconductor wafer solved according to the invention in that the semiconductor wafer after completion of the remaining work steps, but before contact is made into a number of the same size, in each case the same arrangement pattern of individual elements load-bearing sectors delimited by straight separating edges, which in turn are divided into a soldering device with the contact electrodes, which delimit the sectors Separation edges can be used as reference edges for the adjustment.

Mit der Erfindung wird erreicht, daß alle einzelnen Arbeitsschritte bis auf die Kontaktierung jeweils immer gleichzeitig an einer großen Scheibe vorgenommen werden können. Auf diese Weise lassen sich also ohne weiteres alle obengenannten Vorteile einer rationellen Arbeitsweise an einer Vielzahl von Elementen wahrnehmen. Aber auch die Kontaktierung selbst kann — wenn auch nur an einem Teilstück der Scheibe — immerhin doch auch noch und überhaupt gleichzeitig an einer größeren Zahl von Elementen vorgenommen werden. Dabei ist es besonders vorteilhaft, daß die Trennungslinien der Scheibe, die nach der Trennung dann die Kanten der entstandenen Sektoren bilden, zugleich als Bezugskanten für die Justierung dienen. Aus diesem Grund entfällt bei der Kontaktierung gemäß der Erfindung sowohl das genaue und umständliche Rundschleifen der Halbleiterscheibe als auch das zusätzliche Anbringen einer solchen Bezugskante an der Scheibe, die für ihre Justierung bisher erforderlich war.With the invention it is achieved that all individual work steps always except for the contact can be carried out simultaneously on a large disc. In this way you can do without further enjoy all of the above-mentioned advantages of an efficient way of working on a large number of elements. But the contacting itself can also - even if only on a section of the pane - at least but can also be carried out on a larger number of elements at the same time. It is particularly advantageous that the dividing lines of the disc, which after the separation then the Form edges of the resulting sectors, at the same time serve as reference edges for the adjustment. For this In the contacting according to the invention, both the precise and the cumbersome reason do not apply Cylindrical grinding of the semiconductor wafer as well as the additional attachment of such a reference edge the disc that was previously required for its adjustment.

Ganz besonders wirkt sich vorteilhaft aus, daß durch die beiden, einen Winkel miteinander bildenden geradlinigen Kanten der Scheibensektoren für eine genaue Justierung in der Lötvorrichtung nur noch drei Justierstifte erforderlich sind. Je zwei dieser Justierstifte legen die Lage der einen Kante fest, der dritte Justierstift die Lage der anderen Kante. Die Beschränkung auf nur drei (ustierstifte. die wegen der Form der Sektoren für eine sichere Halterung hinreichend sind, bringt den weiteren Vorteil, daß sich die derart geteilte Halbleiterscheibe bei der während der Lötung auftre- /-, tenden Wärmp ausdehnen kann, ohne daß dabei die Gefahr einer Beschädigung durch die Justierstifte besteh;, und dies wiederum bedeutet, daß die Justierung unabhängig vom .Scheibendurchmesser ist und dieser hinsichtlich seiner Größe ohne Beschränkung gewählt v> werden kann. Mit dem Verfahren gemäß der Erfindung lassen sich daher die Vorteile der großen Halbleiter scheiben nutzen und dennoch die Nachteile bezüglich ihrer Wärmeausdehnung vermeiden.It is particularly advantageous that the two form an angle with one another straight edges of the disc sectors for an exact adjustment in the soldering device only three Alignment pins are required. Two of these alignment pins each determine the position of one edge, the third Alignment pin the position of the other edge. The restriction to only three (ustierstifte. Which because of the shape of the Sectors are sufficient for a secure mounting, brings the further advantage that the semiconductor wafer divided in this way occurs during the soldering / -, tend heat can expand without the risk of damage by the alignment pins exist; and this in turn means that the adjustment is independent of the disk diameter and this is chosen without restriction with regard to its size v> can be. With the method according to the invention, therefore, the advantages of large semiconductors use discs and still the disadvantages regarding avoid their thermal expansion.

Ein weiterer Vor'jil des Verfahrens nach der Erfindung ist dadurch begründet, daß die als Be/ugskan ten dienenden Trennungskanten erst unmittelbar vor ihrer Verwendung hergestellt weroen und keiner Gefährdung durch irgendeine mögliche Beschädigung während des gesamten Fertigungsverfahrens ausgesetzt sind.Another advantage of the method according to the invention is based on the fact that, as a Be / ugskan The separating edges used were only produced immediately before they were used, and none Exposure to any possible damage during the entire manufacturing process are.

Ist die Markierung der Trennlinien auf der großen Halbleiterscheibe mit Hilfe eines Ätzverfahrens vorgesehen, so läßt sich in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung diese Ätzung in Vorteilhafter Weise mit dem ohnehin erforderlichen Ätzschfitt verbinden, der zum öffnen des Diffusionsmtistefs angewendet wird, wo* durch zwei Arbeitsschritte zu einem einzigen Arbeits-If the marking of the dividing lines on the large semiconductor wafer is provided with the help of an etching process, in a further embodiment of the invention, this etching can be carried out in an advantageous manner with the Anyway necessary Ätzschfitt connect to the opening the diffusion command is applied where * through two work steps to a single work

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Yi schritt vereinigt und vereinfacht werden. Dabei wird außerdem eine höhere Genauigkeit der Ätzung erzielt, weil sogenannte Schiefmuster vermieden werden. Yi step to be united and simplified. A higher accuracy of the etching is also achieved because so-called skewed patterns are avoided.

Schließlich bietet sich durch das Verfahren nach der Erfindung die Möglichkeit an, auch solche zur Kontaktierung vorgesehenen Halbleiterscheiben, die zerbrochen sind und die daher sonst verworfen werden müßten, noch nutzbringend zu verwerten. Hat nämlich das Bruchstück der Scheibe wenigstens die Größe eines Sektors oder kann es auf eine solche Größe gebracht werden, läßt sich die Weiterverarbeitung wie bei einer unbeschädigten Scheibe ohne Verlust oder nur mit geringem Verlust durchführen und somit zur Erhöhung der Ausbeute beitragen.Finally, the method according to the invention offers the possibility of also such Contacting provided semiconductor wafers which are broken and which are therefore otherwise discarded would still have to exploit usefully. The fragment of the disc is at least the size of one Sector or it can be brought to such a size, the further processing can be as with a perform undamaged disc without loss or with little loss and thus increase contribute to the yield.

Bei der Aufteilung der Halbleiterscheibe in einzelne Sektoren sind an und für sich beliebige Mittelpunktswinkel möglich, doch ist es zweckmäßig und vorteilhaft, daß der Winkel 90° beträgt, weil einmal die Ausrichtung der Scheibe zur Kennzeichnung der senkrecht aufeinanderstellenden Tronnungslinien einfacher ist zum anderen weil mit einer einen Durchmesser bilde.; ien Trennungslinie jeweils Begrenzungslmien für zwc, Sektoren erhalten werden und schließlich weil die einzelnen Flächen der bei der Trennung erhaltenen "ier Quadranten verhältnismäßig groß sind und somit eine entsprech ;.id große Zahl von Elementen auch schon auf der Fläche eines Quadranten untergebracht werden kann und überdies eine günstigere Flächenausnutzung gegeben ist.When dividing the semiconductor wafer into individual Sectors are in and of itself any central angle possible, but it is expedient and advantageous that the angle is 90 °, because once the alignment of the disc to identify the perpendicular to each other On the other hand, separation lines are easier because one of them forms a diameter .; ien dividing line in each case delimiting lines for two sectors and finally because the individual surfaces of the "ier" obtained in the separation Quadrants are relatively large and therefore have a correspondingly large number of elements the area of a quadrant can be accommodated and, moreover, a more favorable use of space given is.

An einem Ausführungsbeispiel sei das Verfahren nach der Erfindung noch einmal kurz erläutert. Die Figuren zeigen in teilweise schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel für das Verfahren gemäß dem Stand der Technik (Fi g. 1) und für das Verfahren nach der Erfindung (Fig. 2). Gleiche Bauteile tragen die gleichen Bezugszeichen.The method according to the invention will be briefly explained again using an exemplary embodiment. The figures show, in a partially schematic representation, an exemplary embodiment for the method according to FIG Prior art (Fig. 1) and for the method according to the invention (Fig. 2). The same components carry the same reference numerals.

Ein herkömmliches Verfahren, wie es zum Beispiel in Solid State Technology, Februar 1975. Seite 40 bis 43, beschrieben wird, ist in F i g. 1 dargestellt. Nach diesem Verfahren wird zunächst eine Halbleiterscheibe 1. die auf ihrer Oberfläche ein Anordnungsmuster der Einzelelemente 2 trägt, für die Kontaktierung in folgender Weise justiert. Von der sorgfältig rundge schliffenen Scheibe 1 wird ein Segment 3 abgetrennt, dessen Fläche für die Weiterverarbeitung verloren ist und das die Ausbeute daher entsprechend vermindert.A conventional method such as that described in Solid State Technology, February 1975. Pages 40 to 43, is described is in FIG. 1 shown. According to this method, first a semiconductor wafer 1. the an arrangement pattern of the Carries individual elements 2, adjusted for the contact in the following way. From the carefully rounded cut disk 1, a segment 3 is cut off, whose area is lost for further processing and which therefore reduces the yield accordingly.

Die Trennungskante 4 der restlichen Scheibe wird dann an zwei Justierstifte 5 angelegt, die eine unerwünschte Bewegung der Scheibe senkrecht /ur Richtung der Trennungskanie verhindern. Wenigstens zwe. weitere Justieritifte 5 am Kreisumfang der Halbleiterscheibe I verhindern eine unerwünschte seitliche Bewegung ir, einer zur Trennungskante para^Mele.i Kichtung Die Lage der Halbleiterscheibe ist dadurch /war hinreichend genau festgelegt; durch di-? starre Linfügung und Linpassung in den Raum, i/er von den lustierstiften begrenzt wird, ist andererseits aber auch kein Spielraum mehr für eine Wärmeausdehnung vorhanden.The separating edge 4 of the rest of the disk is then placed against two alignment pins 5, which prevent undesired movement of the disk perpendicular to the direction of the separating edge. At least two. further Justieritif te 5 on the circumference of the semiconductor wafer I prevent unwanted lateral movement ir, one to the separating ^{edge para M} ele.i Kichtung The position of the semiconductor wafer is / was determined with sufficient accuracy; through di-? Rigid joining and fitting into the space, which is limited by the lustrous pencils, on the other hand, there is also no longer any leeway for thermal expansion.

Gemäß dem Verfahren nach der hrfindung wird ein Sektor einer Halbleiterseheibe 1 — beispielsweise und bevorzugt ein Quadrant — mit einer entsprechenden Anordnung der Einzelelemente 2 mit seinen Trerinungskanten 6 an drei Justierstifte 5 angelegt Je zwei dieser justierstifte 5 sichern r η der einen Trennungskante 6 und der dritte Justierstiff 5 an der anderen Trennungskante 6 hinreichend genau die Lage der Scheibe- Im Unterschied zu den oben beschriebenen Verfahren kannAccording to the method according to the invention, a sector of a semiconductor wafer 1 - for example and preferably a quadrant - with a corresponding arrangement of the individual elements 2 with its separation edges 6 applied to three adjustment pins 5 Two of these adjustment pins 5 each secure r η of one separating edge 6 and the third Justierstiff 5 on the other separating edge 6 with sufficient accuracy the position of the disc Im Difference to the procedure described above can be

sich die Halbleiterscheibe 1 bei der Erwärmung auf LöUlempefaturen aber dennoch ungehindert auf den Bereich 7 ausdehnen, ohne daß eine Beschädigung der Kanten 6 oder der ganzen Scheibe 1 durch die Justierslifte5 zu befürchten wäre.However, the semiconductor wafer 1 is still unimpeded on the heating on LöUlempefaturen Expand area 7 without damaging the edges 6 or the entire pane 1 by the Justierslifte5 would be to be feared.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Method for contacting semiconductor components by simultaneously soldering a < > A large number of contact electrodes on the surface of a semiconductor wafer, characterized that the semiconductor wafer (1) after completion of the other work steps, but before Contacting in a number of the same size, the same arrangement pattern of individual elements (2) load-bearing and by straight separating edges (6) bounded sectors is divided, which in turn in a soldering device are provided with the contact electrodes, the sectors delimiting Separating edges (6) can be used as reference edges for the adjustment.

2. The method according to claim 1, characterized in that the semiconductor wafer (1) in four Quadrant "is divided.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the separating edges (6) the semiconductor wafer (1) are marked with the aid of an etching process.

4. The method according to claim 3, characterized in that that the etching process for marking the sectors and the etching process for opening one Diffusion pattern can be made in a single step.

5. The method according to claim 1 to 4, characterized in that provided for contacting Semiconductor wafers (1) which are broken but whose fragments are not of sufficient size have, brought to the form of the sectors used and processed further.