DE3310362A1 - Verfahren zur veraenderung der optischen eigenschaft der grenzflaeche zwischen halbleitermaterial und metallkontakt - Google Patents
Verfahren zur veraenderung der optischen eigenschaft der grenzflaeche zwischen halbleitermaterial und metallkontaktInfo
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Description
-
- Verfahren zur Veränderung der optischen Eigenschaft der
- Grenzfläche zwischen Halbleitermaterial und Metallkontakt.
- takt.
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren, wie es im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegeben ist.
- Es ist bekannt, nach dem Prinzip der integrierten Halbleitertechnik in einem Halbleiter-Substrat eine Vielzahl von elektronischen Funktionen zu integrieren, die nach früherer Technik durch zusammengeschaltete Einzel-Halbleiterbauelemente realisiert worden sind. Zu solchen elektronischen Funktionen gehört auch die Erzeugung von Lumineszenzstrahlung und der Empfang bzw. die Auswertung empfangener Strahlung. In einem Halbleiter-Substrat können eine Vielzahl Lumineszenzdioden und/ oder eine Vielzahl Foto-(Empfangs-)Dioden oder Foto transistoren vereinigt sein. Dabei ist es wichtig, daß einzelne Lumineszenzdioden und/oder einzelne Foto-Empfänger sich untereinander nicht in unerwünschter Weise beeinflussen, d.h. daß optisches übersprechen wenigstens auf ein zulässiges Mindestmaß herabgedrückt ist.
- In diesem Zusammenhang spielt das Reflexionsvermögen der Oberflächen des Halbleiter-Substrates für in das Substrat zurückreflektierte Strahlung eine wesentliche Rolle, und zwar insbesondere das Reflexionsvermögen solcher Oberflächenbereiche, in denen die Substratoberfläche mit einer Metallschicht versehen ist Diese Metallschicht kann insbesondere die rückseitige Metallbelegung des Substrates sein, die als Nasse-Anschluß vorge- sehen ist bzw. verwendet wird. Andererseits kann es aber auch durchaus erwünscht sein, daß eine hohe optische Reflexion an der Substrat-Rückseite in dem eng begrenzten Bereich einer im Substrat vorhandenen Lumineszenzdiode vorliegt, und zwar zum Zwecke der Intensitätsvergrößerung der erzeugten und durch die Vorderseite abzustrahlenden Lumineszenzstrahlung. Reflexion an übrigen Oberflächenbereichen des Substrates kann jedoch störend sein.
- Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Maßnahmen anzugeben, mit denen optisches Ubersprechen in integrierten Halbleiterschaltungen mit strahlungserzeugenden und/oder Strahlung empfangenden bzw. auswertenden Bauelemente-Funktionen auf ein Minimum reduziert ist.
- Diese Aufgabe wird für ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils dieses Patentanspruchs gelöst. Eine Weiterbildung bzw. weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
- Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, das unerwünschte optische Ubersprechen dadurch zu minimalisieren, daß das Reflexionsvermögen der mit einer Metallschicht versehenen Rückseite des Substrates für Strahlungsreflexion in das Substrat hinein um ein erhebliches Maß reduziert wird. Nach dem Prinzip der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß durch impulsweise, kurzzeitige Einstrahlung sehr hoher Lichtintensität, z.B.
- eines Lasers, die auf der Rückseite des Substrates aneinandergrenzenden Materialien kurzzeitig zum Aufschmelzen oder sogar zum relativ weitgehenden Abdampfen der Metallschicht örtlich erhitzt werden. Der Hauptanteil der Energie des eingestrahlten Laserlichtes wird im Grenzflächenbereich zwischen Substrat und der auf dessen Rückseite befindlichen Metallschicht absorbiert, wenn das Substrat von der Vorderseite her mit Licht solcher Wellenlänge, für das das Substrat absorptionsfrei ist, bestrahlt wird und das Licht damit die Grenzschicht zwischen Rückseitenkontakt und Substrat von der Substratseite her erreicht. Dies ist für kurzzeitig andauernde hohe Erhitzung des Materials ausreichend. Während einer solchen kurzzeitigen Erhitzung tritt ein Schmelzvorgang auf, der durch das nachfolgende Vorhandensein typischer Schmelzatrukturen erkennbar und nachweisbar ist. Das durch Energie-Einstrahlung auftretende Aufschmelzen erfolgt so kurzzeitig, z.B. 100 ns, daß nur geringe laterale Ausbreitung der Wärmewelle auftritt Gerade dieser Effekt läßt sich gemäß dem Anspruch 2 dazu verwenden, mit Hilfe auf der Vorderseite des Substrates beispielsweise als Masken wirkenden Kontaktelektroden komplementäre, selbstäustierte Flächenanteile der Substrat-Rückseite erfindungsgemäß in ihrem Reflexionsvermögen zu vermindern.
- Im Zusammenhang mit der Erfindung ist darauf hinzuweisen, daß durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen das Verhalten bzw. kennlinien der Bauelemente-Funktionen bestrahlter und nicht bestrahlter Bereiche des Substrates vorteilhafterweise unverändert bzw. identisch bleiben.
- Weitere Erläuterungen der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels hervor.
- Fig.1 zeigt ein nach der Erfindung zu behandelndes Substrat und außerdem denjenigen Effekt einer Strah- lungsreflexion, der mit der Erfindung beseitigt wird.
- Fig.2 zeigt eine Darstellung zur Durchführung des Verfahrens.
- Fig.3 zeigt ein Beispiel für vollständiges Abdampfen.
- Fig.1 zeigt mit 2 bezeichnet ein Teilstück eines Halbleitersubstrates, das zwei Bereiche 3 und 4 enthält, in denen jeweils die Funktion einer Lumineszenzdiode realisiert ist. Auf der Vorderseite 5 des Substrates 2 sind Elektroden-Metallbelegungen 6 und 7 vorgesehen, die nicht dargestellte elektrische Anschlüsse haben. Auf der Rückseite 9 des Substrates 2 ist eine ganzflächig aufgebrachte Metallschicht 8 vorhanden, die, wie angedeutet, als (gemeinsamer) Masse-Anschluß für das ganze Substrat verwendet werden kann. Bei Anschluß der Metallschicht 8 einerseits und der Metallschicht 6 bzw. 7 andererseits an eine Spannungsquelle wird in den Bereichen 3 bzw. 4 des Substrates 2 Lumineszenzbestrahlung erzeugt, die durch die Pfeile 13 lediglich schematisch angedeutet ist. Auf den der Metallschicht 6 (bzw. 7) der Vorderseite 5 des Substrates 2 gegenüberliegenden Flächenanteil 22 der Metallschicht 8 der Rückseite 9 auftreffende Strahlung 13 wird, wie mit 113 angedeutet, zu hohem Anteil reflektiert, da an einer Grenze zwischen Halbleitermaterial und Metallschicht hohes Reflexionsvermögen für erzeugte Lumineszenzstrahlung auftritt.
- Mit gestrichelten Pfeilen 13' und 113' ist ein Beispiel für einen aus dem Substrat 2 austretenden Strahlungsan- teil des Lumineszenzdioden-Bereiches 3 angedeutet, der bei entsprechender Reflexion der Strahlung 13' an der Grenzfläche zwischen dem Halbleitermaterial des Substrates 2 und der Metallschicht 8 zwangsläufig auftreten würde. Diese Strahlung 113i würde mit Lumineszenzstrahlung zu verwechseln sein, die aus dem Bereich 4 des Substratkörpers 2 herrühren könnte. Ein solcher unerwünschter Effekt wird als (durch die Erfindung zu vermeidendes) Ubersprechen bezeichnet.
- Durch das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich dieses tibersprechen verhindern, denn während der Herstellung des fertigen, mit Bauelemente-Funktionen versehenen Substrates 2 erfolgt (siehe Fig.2) eine der Einfachheit halber ganzflächige Bestrahlung der Vorderseite 5 des Substrates mit impulsweiser energiereicher Lichtstrahlung 20. Diese Lichtstrahlung 20 tritt an den durch die Metallschichten 6 und 7 nicht abgedeckten Anteilen der Vorderseite 5 des Substrates 2 in dessen Halbleitermaterial ein. Die Wellenlänge dieser Lichtstrahlung 20 ist so gewählt, daß sie keine wesentliche Absorption im Halbleitermaterial erfährt. Zum Beispiel für GaAsxP1 x als Halbleitermaterial des Substrates 2 wäre dies Lichtstrahlung (vorzugsweise eines Lasers) 100, mit einer Wellenlänge im Bereich von 700 nm. Auf die Rückseite 9 bzw. auf die Metallschicht 8 der Rückseite des Substrates 2 auftreffende, durch die Pfeile 200 angedeutete Anteile der Strahlung 20 erzeugen durch auftretende Absorption an dieser Grenze bzw. im Metall der Metallschicht 8 in den Bereichen 12 8 eine - den Lichtimpulsen der Strahlung 20 entsprechende - kurzzeitige Temperaturerhöhung bis zum Schmelzen oder sogar bis wenigstens teilweisem, vorzugsweise sogar vollständigem, Verdampfen der Metallschicht 8. Ein solches Aufschmelzen und/oder Abdampfen erzeugt in den entsprechenden Bereichen 12 der Metallschicht 8 eine derartige Verringerung des Reflexionsvermögens für in das Substrat 2 reflektierte Strahlung 113, daß ein solcher Strahlungsanteil 113', entstanden aus einem Strahlungsanteil 13', für ein nach der Erfindung behandeltes Substrat praktisch nicht mehr auftritt.
- Statt eines Lasers kann auch eine entsprechend energiereiche Blitzlichtlampe 100 verwendet werden.
- Infolge der Maskenwirkung der Metallschicht 6 und 7 auf der Vorderseite 5 des Substrates 2, diese Metallschichten 6 und 7 sind für die Strahlung 20 hochreflektierend, verbleiben entsprechend abgeschattete Anteile 22 der Rückseite 9 bzw. der Metallschicht 8 unverändert hochreflektierend. In den Bereichen 3 und 4 erzeugte Lumineszenzstrahlung 13 kann unvermindert als reflektierte Strahlung 113 aus dem Substrat 2 (wie dargestellt) herausreflektiert werden. Ein Vorzug der Erfindung ist dabei der, daß keine besonderen Justierungsmaßnahmen erforderlich sind, d.h. Selbstjustierung eintritt.
- Fig.3 zeigt ein nach der Erfindung behandeltes Substrat, bei dem vollständige Verdampfung der beestrahlten Anteile 12 der Schicht 8 durchgeführt worden ist.
- Ein nach der Erfindung zu behandelndes Substrat 2 hat z.B. eine Dicke von 500 um Die laterale Abmessung einer Elektroden-Metallbeschichtung 6 bzw. 7 kann z.B. 100/um betragen. Unter Anwendung der Erfindung können benachbart angeordnete Lumineszenzdioden-Funktionen substratdickenabhängig auf einen Abstand von z.B. 150/um und weniger raumsparend aneinander angenähert sein, weil auf- grund der Erfindung störendes optisches Ubersprechen verhindert ist.
- Ein der Erfindung gemäßes Ergebnis wird auch schon dann erzielt, wenn die durch die Bestrahlung 200 erzeugte Wärmeeinwirkung nur dazu führt, die zuvor noch nicht anlegierte Metallschicht 8 anzulegieren. Auch dann verliert die ansonsten hochreflektierende Fläche der Metallschicht 8 in den betroffenen Bereichen 12 ein wesentliches Maß ihres Reflexionsvermögens.
- 7 Patentansprüche 3 Figuren - Leerseite -
Claims (7)
- Patentansprüche: Verfahren zur Veränderung der optischen Eigenschafs ten der Grenzfläche zwischen dem Halbleitermaterial eines Substrates und einer auf diesem Substrat befindlichen Metallschicht, g e k e n n z e i c h n e t dadurch, daß zur Reduzierung des Reflexionsvermögens dieser Grenzfläche (9) für unerwünschte Reflexionen (13', 113'), die in das Innere des Substrates 2 gerichtet sind, diese Grenzfläche (9) impulsweise mit Lichtstrahlung (20) bestrahlt wird, daß die Lichtintensität so hoch bemessen wird, daß an dieser Grenzfläche (9) das Halbleitermaterial des Substrates (2) und das Metall der Metallschicht (8) durch den auf diese Grenzfläche (9) auftreffendeiStrahlungsanteil (200) eines jeweiligen Impulses kurzzeitig wenigstens aufgeschmolzen werden und wobei die Wellenlänge der Lichtstrahlung so gewählt ist, daß das Halbleitermaterial des Substrates (2) für diese Lichtstrahlung (20, 200) höchstens geringe Absorption hat.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, g e k e n n z e i c h -n e t dadurch, daß für selbstjustierte bareichsweise (120) Reduzierung des Reflexionsvermögens dieser Grenzfläche (9) die dieser Grenzfläche (9) gegenüberliegende Oberfläche (5) des Substrates (2) vor Durchführung der Bestrahlung (20) mit für die ausgewählte Strahlung hochreflektierender Maskierung (6, 7) versehen wird (Fig.1, Fig.2).
- 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, g e k e n n -z e i c h n e t dadurch, daß die Lichtintensität des auf die Grenzfläche (9, 120) auftreffenden Strahlungsanteils (200) so groß bemessen wird, daß Abdampfung des Metalls der Metallschicht (8) erfolgt.
- 4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, g e k e n n -z e i c h n e t dadurch, daß Strahlung (20) eines Lasers (100) verwendet wird.
- 5. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, g e k e n n -z e i c h n e t dadurch, daß Strahlung (20) einer Blitzlichtlampe (100) verwendet wird.
- 6. Verfahren nach einem der Ansprfiche 1 bis 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Intensität des Strahlungsanteils (200) so bemessen ist, daß während vorangegangener Bearbeitungsschritte noch nicht anlegiertes Metall der Metallschicht (8) durch das Auftreffen des Strahlungsanteils (200) ohne abzudampfen soweit anlegiert wird, daß ursprünglich vorhandene hohe Reflexion beseitigt ist.
- 7. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 bei der Herstellung von lichtoptischen elektronoschen Bauelementen, bei denen in einem Substrat (2) nebeneinander mehrere lichtemittierende und/oder lichtempfangende, voneinander optisch entkoppelte Einzelelemente (3, 4) vorgesehen sind.
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