DE3310362C2

DE3310362C2 -

Info

Publication number: DE3310362C2
Application number: DE19833310362
Authority: DE
Inventors: Claus Dr. 8035 Gauting De Weyrich; Eberhard F. Dr. 8023 Pullach De Krimmel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1983-03-22
Filing date: 1983-03-22
Publication date: 1992-04-16
Also published as: DE3310362A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfah ren, wie es im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ange geben ist.

Es ist bekannt, nach dem Prinzip der integrierten Halb leitertechnik in einer Halbleiterschicht eine Viel zahl von elektronischen Funktionen zu integrieren, die durch zusammengeschaltete Einzel- Halbleiterbauelemente realisiert worden sind. Zu sol chen elektronischen Funktionen gehört auch die Erzeu gung von Lumineszenzstrahlung und der Empfang bzw. die Auswertung empfangener Strahlung. In einem Halbleiter bauelement 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-Emp fänger sich untereinander nicht in unerwünschter Weise beeinflussen, d. h. daß optisches Übersprechen wenig stens auf ein zulässiges Mindestmaß herabgedrückt ist. In diesem Zusammenhang spielt das Reflexionsvermögen der Oberflächen der Halbleiterschicht für in die Halbleiterschicht zurückreflektierte Strahlung eine wesentliche Rolle, und zwar insbesondere das Reflexionsvermögen sol cher Oberflächenbereiche, in denen die Oberfläche mit einer Metallschicht versehen ist. Diese Metall schicht kann insbesondere die rückseitige Metallbele gung der Halbleiterschicht sein, die als Masse-Anschluß vorge sehen ist bzw. verwendet wird. Andererseits kann es aber auch durchaus erwünscht sein, daß eine hohe optische Reflexion an der Rückseite in dem eng begrenzten Bereich einer in der Halbleiterschicht vorhandenen Lumineszenzdiode vorliegt, und zwar zum Zwecke der Intensitätsvergrößerung der erzeugten und durch die Vorderseite abzustrahlenden Lumineszenzstrahlung. Reflexion an übrigen Oberflächenbereichen der Halbleiterschicht kann jedoch störend sein.

In der DE-AS 15 14 288 ist ein Verfahren beschrieben, mit dem ein Halbleiterkörper, insbesondere aus Silizium, durch eine metallische Zwischenschicht auf einem metallischen Trägerkörper befestigt wird. Diese Zwischenschicht wird durch Erhitzen verflüssigt und bildet nach dem Erstarren die Verbindung zwischen dem Halbleiterkörper und dem Trägerkörper. Die Erhitzung geschieht durch Absorption einer durch den Halbleiterkörper hindurch auffallenden Strahlung derartiger Wellenlänge, daß die Strahlung im Halb leiterkörper praktisch nicht und in der Zwischenschicht in hohem Maße absorbiert wird. Diese Strahlung kann z. B. von einem optischen Maser erzeugt werden. Die Zwischenschicht be steht z. B. aus Gold. Als Beispiele für den Halbleiter körper werden ein Dioden- oder Transistorelement oder ein Festkörperschaltkreis genannt. Die Funktionselemente befinden sich dabei an einer Vorderseite des Halbleiterkörpers, während die Zwischenschicht an der diesbezüglichen Rückseite angeordnet wird.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Maßnah men anzugeben, mit denen optisches Übersprechen in inte grierten Halbleiterschaltungen mit strahlungserzeugen den und/oder Strahlung empfangenden bzw. auswertenden Bauelemente-Funktionen auf ein Minimum reduziert ist.

Diese Aufgabe wird für ein Verfahren nach dem Oberbe griff des Patentanspruchs 1 mit den Merkmalen des kenn zeichnenden Teils dieses Patentanspruchs gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfin dung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, das uner wünschte optische Übersprechen dadurch zu minimalisie ren, daß das Reflexionsvermögen der mit einer Metall schicht versehenen Rückseite der Halbleiterschicht partiell für Strah lungsreflexion in die Halbleiterschicht hinein um ein erhebli ches Maß reduziert wird. Nach dem Prinzip der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß durch impulsweise, kurz zeitige Einstrahlung sehr hoher Lichtintensität, z. B. eines Lasers, die auf der Rückseite der Halbleiterschicht an einandergrenzenden 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 der Halbleiterschicht und der auf dessen Rückseite befindlichen Metallschicht absorbiert, wenn das Halbleiterbauelement von der Vorderseite her mit Licht solcher Wellenlänge, für das die Halbleiterschicht absorptionsfrei ist, bestrahlt wird und das Licht damit die Grenzschicht zwischen Rückseitenkontakt und Halbleiterschicht von der Halbleiter seite 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 Schmelzstrukturen erkennbar und nachweisbar ist. Das durch Energie-Einstrahlung auftretende Aufschmelzen er folgt so kurzzeitig, z. B. 100 ns, daß nur geringe late rale Ausbreitung der Wärmewelle auftritt. Gerade dieser Effekt läßt sich dazu verwenden, mit Hilfe auf der Vorderseite der Halbleiterschicht beispiels weise als Masken wirkenden Kontaktelektroden komplemen täre, selbstjustierte Flächenanteile der Rück seite in ihrem Reflexionsvermögen zu ver mindern.

Im Zusammenhang mit der Erfindung ist darauf hinzuwei sen, daß durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen das Verhal ten bzw. Kennlinien der Bauelemente-Funktionen bestrahl ter und nicht bestrahlter Bereiche der Halbleiterschicht vor teilhafterweise unverändert bzw. identisch bleiben.

Weitere Erläuterungen der Erfindung gehen aus der nach folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels her vor.

Fig. 1 zeigt ein nach der Erfindung zu behandelndes Halbleiter bauelement und außerdem denjenigen Effekt einer Strah lungsreflexion, der mit der Erfindung beseitigt wird.

Fig. 2 zeigt eine Darstellung zur Durchführung des Ver fahrens.

Fig. 3 zeigt ein Beispiel für vollständiges Abdampfen.

Fig. 1 zeigt mit 2 bezeichnet ein Teilstück einer Halb leiterschicht, die zwei Bereiche 3 und 4 enthält, in denen jeweils die Funktion einer Lumineszenzdiode reali siert ist. Auf der Vorderseite 5 der Halbleiterschicht 2 sind Elektroden-Metallbelegungen 6 und 7 vorgesehen, die nicht dargestellte elektrische Anschlüsse haben. Auf der Rückseite 9 der Halbleiterschicht 2 ist eine ganzflächig aufgebrachte Metallschicht 8 vorhanden, die, wie ange deutet, als (gemeinsamer) Masse-Anschluß für das ganze Halbleiterbauelement verwendet werden kann. Bei Anschluß der Metall schicht 8 einerseits und der Metallschicht 6 bzw. 7 ande rerseits an eine Spannungsquelle wird in den Bereichen 3 bzw. 4 der Halbleiterschicht 2 Lumineszenzbestrahlung er zeugt, die durch die Pfeile 13 lediglich schematisch an gedeutet ist. Auf den der Metallschicht 6 (bzw. 7) der Vorderseite 5 der Halbleiterschicht 2 gegenüberliegenden Flä chenanteil 22 der Metallschicht 8 der Rückseite 9 auf treffende Strahlung 13 wird, wie mit 113 angedeutet, zu hohem Anteil reflektiert, da an einer Grenze zwischen Halbleitermaterial und Metallschicht hohes Reflexions vermögen für erzeugte Lumineszenzstrahlung auftritt.

Mit gestrichelten Pfeilen 13′ und 113′ ist ein Beispiel für einen aus der Halbleiterschicht 2 austretenden Strahlungsan teil des Lumineszenzdioden-Bereiches 3 angedeutet, der bei entsprechender Reflexion der Strahlung 13′ an der Grenzfläche zwischen der Halbleiter schicht 2 und der Metallschicht 8 zwangsläufig auftre ten würde. Diese Strahlung 113′ würde mit Lumineszenz strahlung zu verwechseln sein, die aus dem Bereich 4 der Halbleiterschicht 2 herrühren könnte. Ein solcher uner wünschter Effekt wird als (durch die Erfindung zu ver meidendes) Übersprechen bezeichnet.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich dieses Übersprechen verhindern, denn während der Herstel lung des fertigen, mit Bauelemente-Funktionen versehenen Halbleiterbauelementes erfolgt (siehe Fig. 2) eine der Einfachheit halber ganzflächige Bestrahlung der Vorderseite 5 der Halbleiter schicht 2 mit impulsweiser energiereicher Lichtstrah lung 20. Diese Lichtstrahlung 20 tritt an den durch die Metallschichten 6 und 7 nicht abgedeckten Anteilen der Vorderseite 5 der Halbleiterschicht 2 in der Halbleitermate rial ein. Die Wellenlänge dieser Lichtstrahlung 20 ist so gewählt, daß sie keine wesentliche Absorption im Halbleitermaterial erfährt. Zum Beispiel für GaAs_xP_1-x als Halbleitermaterial der Halbleiterschicht 2 wäre dies Licht strahlung (vorzugsweise eines Lasers) 100, mit einer Wellenlänge im Bereich von 700 nm. Auf die Rückseite 9 bzw. auf die Metallschicht 8 der Rückseite der Halbleiterschicht 2 auftreffende, durch die Pfeile 200 angedeutete Anteile der Strahlung 20 erzeugen durch auftretende Ab sorption an dieser Grenze bzw. im Metall der Metall schicht 8 in den Bereichen 12 eine - den Lichtimpulsen der Strahlung 20 entsprechende - kurzzeitige Temperatur erhöhung 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 Refle xionsvermögens für in die Halbleiterschicht 2 reflektierte Strah lung 113, daß ein solcher Strahlungsanteil 113′, ent standen aus einem Strahlungsanteil 13′, für ein nach der Erfindung behandeltes Halbleiterbauelement praktisch nicht mehr auf tritt.

Statt eines Lasers kann auch eine entsprechend energie reiche Blitzlichtlampe 100 verwendet werden.

Infolge der Maskenwirkung der Metallschicht 6 und 7 auf der Vorderseite 5 der Halbleiterschicht 2, diese Metallschichten 6 und 7 sind für die Strahlung 20 hochreflektierend, ver bleiben entsprechend abgeschattete Anteile 22 der Rück seite 9 bzw. der Metallschicht 8 unverändert hochreflek tierend. In den Bereichen 3 und 4 erzeugte Lumineszenz strahlung 13 kann unvermindert als reflektierte Strahlung 113 aus der Halbleiterschicht 2 (wie dargestellt) herausreflek tiert 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 Halbleiterbauelement bei dem vollständige Verdampfung der bestrahlten Anteile 12 der Schicht 8 durchgeführt worden ist.

Eine nach der Erfindung zu behandelnde Halbleiterschicht 2 hat z. B. eine Dicke von 500 µm. Die laterale Abmessung einer Elektroden-Metallbeschichtung 6 bzw. 7 kann z. B. 100 µm betragen. Unter Anwendung der Erfindung können benach bart angeordnete Lumineszenzdioden-Funktionen substrat dickenabhängig auf einen Abstand von z. B. 150 µm und weniger raumsparend aneinander angenähert sein, weil auf grund der Erfindung störendes optisches Übersprechen 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 we sentliches Maß ihres Reflexionsvermögens.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements mit einer Vielzahl von Einzelelementen, die gemeinsam in einer Halbleiterschicht ausgebildet sind, welche an ihrer Rückseite ganzflächig an ein Metall grenzt, wobei die Halbleiterschicht durch ihre Vorderseite mit Licht, welches im Halbleitermaterial nur unwesentlich absorbiert wird, kurzzeitig so bestrahlt wird, daß das Material an der Grenzfläche erweicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelelemente als lichtempfangende und/oder lichtaus sendende Einzelelemente nebeneinander in der Halbleiterschicht (2) ausgebildet sind und daß das Licht die in Strahlrichtung lateral zu den Einzelelementen liegenden Teile des Materials aufschmilzt oder verdampft, so daß die Reflexion für das nachzuweisende und/ oder ausgesandte Licht der Einzelelemente gegenüber der unbe handelten Grenzfläche vermindert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Vorderseite (5) Masken für die Lichtstrahlung (20) derart aufgebracht werden, daß die herzustellenden reflex mindernden Teile (12) jeweils durch nichtbestrahlte Flächen anteile (22) der Grenzfläche unterbrochen werden, wobei sich diese Flächenanteile (22) jeweils in der Projektion einer dieser Masken in Richtung der Lichteinstrahlung (20) befinden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Vorderseite (5) für die Einzelemente Metallschichten (6, 7) als Kontaktelektroden vorhanden sind und daß diese Metallschichten (6, 7) als Masken für die Licht strahlung (20) verwendet werden, so daß die herzustellenden reflexmindernden Teile (12) jeweils durch nichtbestrahlte Flächenanteile (22) der Grenzfläche unterbrochen werden, wobei sich diese Flächenanteile (22) jeweils in der Projektion einer dieser Metallschichten (6, 7) in Richtung der Lichtstrahlung (20) befinden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Intensität der Lichtstrahlung (20) so bemessen wird, daß der an der Grenzfläche auftreffende Anteil (200) der Licht strahlung noch nicht anlegiertes Metall anlegiert.