DE3743044A1

DE3743044A1 - Verfahren zum herstellen von halbleiterbauelementen

Info

Publication number: DE3743044A1
Application number: DE19873743044
Authority: DE
Inventors: Johannes Deppe; Dieter Loewer
Original assignee: Semikron GmbH and Co KG
Current assignee: Semikron GmbH and Co KG
Priority date: 1987-12-18
Filing date: 1987-12-18
Publication date: 1989-06-29

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Halbleiterbauelementen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein solches Verfahren ist aus der DE-PS 35 24 301 bekannt. Bei dem bekannten Verfahren werden nach dem Zerteilen einer großflächigen, auf einer Trägerplatte befestigten Halbleiterscheibe in Halbleiterelemente kleinerer Flächenausdehnung gleichzeitig alle Elemente im Verbund an ihrer Randfläche durch Ätzen mit einem definierten Randprofil versehen und auf der freigelegten Oberfläche mit einem passivierenden Schutzüberzug abgedeckt.

Diese Methode ermöglicht die Ausbildung von Halbleiter elementen mit nur einer Abschrägung der Mantelfläche zum Randprofil, d.h. mit einem spitzen Winkel zwischen Mantelfläche und Sperrspannung aufnehmendem pn-Übergang, wie dies für Gleichrichter-Dioden mit hoher Sperrspannungs belastbarkeit vorgesehen ist.

Halbleiterelemente mit wenigstens zwei pn-Übergängen, insbesondere steuerbare Halbleiterelemente mit vier schichtförmigen Zonen abwechselnd unterschiedlichen Leitungstyps, zeigen optimale Sperrspannungsbelastbarkeit durch die Ausbildung der Mantelfläche mit sogenanntem doppelt positivem Winkel, d.h. mit jeweils spitzem Winkel zwischen Mantelfläche und jedem der beiden Sperrspannung aufnehmenden pn-Übergänge im Bereich der hochohmigen Mittelzone. Derartige Halbleiterelemente sind jedoch mit dem bekannten Verfahren nicht herstellbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit welchem in einfachen Schritten aus einer großflächigen Halbleiterscheibe Halbleiterelemente kleinerer Flächenausdehnung für steuerbare Halbleiter bauelemente mit doppelt abgeschrägter Randfläche, insbesondere mit doppelt positivem Winkel hergestellt werden können. Die Lösung der Aufgabe besteht bei einem Verfahren der eingangs genannten Art in den Maßnahmen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens nach der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 13 angegeben.

Anhand der Darstellungen in den Fig. 1 bis 4 wird das Verfahren erläutert. Fig. 1 zeigt in einem Block diagramm die Reihenfolge der wesentlichen Verfahrens schritte, Fig. 2 eine Vorrichtung zum Aufreihen der Halbleiterelemente, Fig. 3 eine Spannvorrichtung zum Einspannen eines aus Halbleiterelementen und Zwischen scheiben gebildeten Stapels und Fig. 4 den Stapel nach der Profilbildung der Randzone der Halbleiterelemente. Für gleiche Teile sind in allen Figuren gleiche Bezeichnungen gewählt.

Bei dem Verfahren werden Halbleiterscheiben mit einer Schichtenfolge für steuerbare Halbleiterelemente verwendet. Es beginnt gemäß Fig. 1 mit dem an sich bekannten Aufbringen einer großflächigen Halbleiter scheibe mit einer Folge von schichtförmigen Zonen abwechselnd entgegengesetzten Leitungstyps und wenigstens zwei pn-Übergängen auf eine Trägerplatte, z.B. aus Glas, vorzugsweise durch Kleben (1 a).

Die Trägerplatte weist eine größere Flächenausdehnung auf als die Halbleiterscheibe.

Anschließend wird auf der Halbleiterscheibe durch Maskieren eine Zerteilstruktur erzeugt. Dies kann z.B. mittels Photoprozeß oder aber mittels Siebdrucktechnik geschehen (1 b). Es sind unterschiedliche Verfahren bekannt.

Diese Schritte werden bei der Herstellung von kreis runden Halbleiterelementen angewandt. Das Zerteilen der Halbleiterscheibe gemäß dem vorgegebenen Zerteilmuster kann dann z.B. durch Ätzen erfolgen.

Sind vieleckförmige Halbleiterelemente vorgesehen, so kann das Zerteilen z.B. auch ohne die vorhergehenden Prozeßschritte (Aufbringen der Halbleiterscheibe auf eine Trägerplatte und Maskieren derselben) mit einem Zerteilmuster nur durch Sägen auf einem Sägeautomaten erfolgen.

Die Zerteilfugen verlaufen bis in das Klebematerial. Vorteilhaft werden Kreisscheibenelemente durch Sand strahlen und vieleckförmige Elemente durch Sägen der Halbleiterscheibe erzeugt.

Nun werden die durch Zerteilen hergestellten Halbleiterelemente kleinerer Flächenausdehnung von der Trägerplatte abgelöst (1 d). Dafür kann in bekannter Weise ein halogenierter Kohlenwasserstoff verwendet werden.

Das Zerteilen der Halbleiterscheibe nach unterschied lichen Verfahren gestattet jeweils die gleichzeitige Ausbildung von Halbleiterelementen mit unterschiedlicher Form und Flächenausdehnung.

Erfindungsgemäß werden Halbleiterelemente (1) gleicher Form und Flächenausdehnung im Wechsel mit deckungsgleichen Zwischenscheiben (2) (Fig. 2) gestapelt. Diese bestehen vorzugsweise aus ätzbeständigem Kunststoff. Ihre Dicke ist unkritisch. Z.B. können für Halbleiterelemente quadratischer Form und mit einer Seitenlänge von 5 mm Zwischenscheiben aus Polyäthylen mit gleichen Abmessungen und einer Dicke von 0,5 mm verwendet werden.

Die Halbleiterelemente werden im Wechsel mit den Zwischenscheiben (2) in einer Vorrichtung (3) gestapelt (1 e), welche ohne weitere Verfahrensmaßnahmen die Stapelteile deckungsgleich aufzureihen erlaubt. Prismenförmige Vorrichtungen eignen sich bei Herstellung von vieleckförmigen Halbleiterelementen und z.B. halbrohrförmige Vorrichtungen bei der Herstellung von kreisscheibenförmigen Halbleiterelementen. Vorteilhaft ermöglicht jedoch eine prismenförmige Vorrichtung jeweils das Stapeln von Halbleiterelementen jeder Form und Fläche.

Die in der Stapelvorrichtung (3) befindliche Anordnung von deckungsgleichen Halbleiterelementen (1) und Zwischenscheiben (2) wird nun in einer Spannvorrichtung (6) fest angebracht, die erfindungsgemäß zur weiteren Bearbeitung des Stapels an seinem ganzen Umfang geeignet ausgebildet ist (1 f).

In einem anschließenden Verfahrensschritt wird der fest eingespannte Stapel einem Ätzprozeß unterworfen (1 g). Im Falle der Verwendung eines Naßätzverfahrens sind Ätzmaterialien in großer Anzahl für den vorgesehenen Abtrag bekannt. Dabei taucht auch die Spannvorrichtung (3) in das Ätzmittel ein. Durch Ätzabtrag in Abhängigkeit von der Schichtenfolge und vom Störstellenprofil der Halbleiterelemente wird dabei an ihrer Mantelfläche eine die Hauptflächen verbindende Vertiefung (1 a) erzeugt. Diese bildet jeweils zwischen Sperrspannung aufnehmendem pn-Übergang und Mantelfläche im Bereich der hochohmigen Mittelzone einen Winkel < 90° und hat die Form einer Hohlkehle. Es wird demzufolge im Verlauf der Mantel fläche über die pnp-Struktur ein doppelt positiver Winkel erzielt, wie er für die in Betracht gezogenen Bauelemente erwünscht ist. Erfindungsgemäß wird somit gleichzeitig an einer nur durch fertigungstechnische Gesichtspunkte begrenzten Anzahl von Halbleiterelementen für steuerbare Halbleiterbauelemente in überraschend einfacher Weise ein definiertes Randprofil für hohe Sperrspannungsbelastbarkeit ausgebildet.

Nach dem Ätzen und Reinigen der Mantelflächen der Halbleiterelemente wird in die Vertiefung (1 a) jedes Halbleiterelements ein passivierender und stabilisierender Überzug (18) eingebracht (1 h). Dafür werden vorteilhaft organische Substanzen, z.B. Silikonharze oder Silikon kautschuke, verwendet. Aus diesen Materialien sind Substanzen bekannt und vorliegend erforderlich, die auf den Zwischenscheiben (2) nicht haften, auf dem Halbleitermaterial dagegen gut haften und bei den beim Lötkontaktieren der Halbleiterelemente auftretenden Prozeßtemperaturen beständig sind.

Das Aufbringen des passivierenden Überzuges (18) kann z.B. durch Eintauchen des Stapels mit der Spannvorrichtung oder aber auch durch Aufstreichen des Überzugsmaterials erfolgen. Nach dem Aushärten des Überzuges wird die Spannvorrichtung (3) geöffnet, und die Halbleiterelemente (1) werden separiert, d.h. von den Zwischenscheiben (2) getrennt. Dies kann durch eine mechanische Abstreif vorrichtung erfolgen.

Fig. 2 zeigt die Anordnung von Halbleiterelementen (1) unterschiedlicher Form und Flächenausdehnung in einer prismenförmigen Vorrichtung (3) und davor vieleck förmige Halbleiterelemente (1) mit Zwischenscheiben (2) im Stapel angeordnet. Die in der Längsachse der Vorrichtung (3) verlaufende, z.B. nutenförmige Aussparung (4) wird benötigt, um eine Beschädigung von vieleckförmigen Halbleiterelementen (1) durch Anstoßen der entsprechenden Ecke beim Einlegen in die Vorrichtung zu vermeiden. An wenigstens einer Stelle im Verlauf der beiden Prismenebenen ist ein Steg (5) befestigt als Anschlag für den Elementenstapel. Die Verwendbarkeit von nur einer Vorrichtung (3) zum jeweiligen Herstellen von Stapeln mit Halbleiterelementen beliebiger Flächenausdehnung trägt erheblich zur Wirtschaftlichkeit des Verfahrens nach der Erfindung bei. Die Vorrichtung (3) gestattet durch ihre freiliegenden Stapelflächen das einfache, auch mechanisierbare Einbringen von Halbleiterelementen (1) im Wechsel mit Zwischenscheiben (2). Die beiden Stapelflächen der Vorrichtung schließen vorzugsweise einen Winkel von = oder < 90° ein, wodurch das Aufreihen von Halbleiterelementen aller üblichen Flächenformen in gleich vorteilhafterweise möglich ist. Die Stapelvorrichtung (3) ermöglicht ohne besondere Formgebung in gewünschter Weise einen mechanisierten Verfahrensablauf zum Ausbilden und Einspannen eines Elementenstapels.

Aus der Stapelvorrichtung (3) wird der Stapel mit den Halbleiterelementen (1) mit einer Spannvorrichtung (6) gemäß der in Fig. 3 dargestellten Bauform aufgenommen und in dieser zusammengepreßt. Sie ist eine mechanische Spannvorrichtung und besteht aus einem im wesentlichen U-förmigen Träger (7), dessen einer Schenkel (7 a) an der Innenseite des freien Endes eine Anlegefläche für ein Stapelende aufweist, und dessen anderer Schenkel (7 b) bei angepaßter Länge zur Aufnahme eines Spannbolzens (13) vorgesehen ist. Dazu ist am freien Ende des anderen Schenkels (7 b) eine Durchbohrung (8) derart ausgebildet und angebracht, daß ihre Längsachse zum Mittelpunkt der Anlegefläche des einen Schenkels (7 a) verläuft. Der in der Durchbohrung geführte Spannbolzen (13) ist an seinem außerhalb des Einspannbereiches liegenden Ende (13 a) mit einer Arretierscheibe (14) sowie mit einer Öffnung (15) als Spannhilfe versehen. Die Spannvorrichtung (6) ist für eine Aufnahme von Halbleiterelementen beliebiger Form und Größe bemessen. Die Anlegefläche des einen Schenkels (7 a) kann auch mit einem an diesem befestigten Anlegeteil (9) erzielt werden. Dazu weist der Spann bolzen (13) ein entsprechend angepaßtes Endstück (10) auf. Eine Schraubenfeder (16) zur Erzielung eines aus reichenden Stapelpreßdruckes umschließt den Spannbolzen innerhalb des Einspannbereiches und nimmt außerdem weiter die durch Prozeßwärme, z.B. beim Ausbilden des Randprofils, entstehende Längendehnung des Stapels auf. Eine Zentrierung des Stapels ist nicht erforderlich. Die Halbleiterelemente (1) können in beliebiger elektrischer Orientierung im Stapel angeordnet werden. Die Spannvorrichtung (6) kann aus ätzbeständigem Metall, aus Metall mit ätzbeständigem Überzug oder aber aus einem ätzbeständigen Kunststoff bestehen.

Nach dem Aushärten des Passivierungsüberzuges (18), wobei die Halbleiterelemente (1) noch im Verbund in der Spannvorrichtung (6) angeordnet sind, wird der Stapel der Spannvorrichtung entnommen (1 i). Er zerfällt infolge der losen Anordnung seiner Teile zu Halbleiterelementen (1) und Zwischenscheiben (2). Damit liegen ohne zusätzliche Verfahrensmaßnahmen die mit einem Randprofil (1 a) und mit einem Schutzüberzug (18) auf dem Randprofil versehenen Halbleiterelemente in der nur durch die Kapazität der verwendeten Vorrichtungen begrenzten Anzahl zur Weiter verarbeitung vor.

Fig. 4 zeigt einen Stapel, wie er mit dem Verfahren nach der Erfindung hergestellt wird, um bei für steuerbare Halbleiterbauelemente vorgesehenen Halbleiterelementen ein gewünschtes Randprofil zu erzielen. Die im Wechsel mit den Zwischenscheiben (2) angeordneten Halbleiterelemente (1) weisen an ihrer Mantelfläche eine, beide Kontaktseiten verbindende Vertiefung (1 a) auf, die durch entsprechenden Ätzabtrag bei der Profilbildung etwas zurückliegend von der Stapeloberfläche beginnt. Sie kann die Form einer Hohlkehle haben oder im wesentlichen dreieck förmig ausgebildet sein und stellt jeweils eine doppelte Abschrägung der Mantelfläche entsprechend einer Profilbildung mit doppelt positivem Winkel dar, wie er für optimale Sperrspannungsbelastbarkeit bei den vorgesehenen Halbleiterbauelementen gefordert wird.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens bestehen darin, daß mit bekannten Prozeßschritten zur gleich zeitigen Herstellung einer Anzahl von Halbleiterelementen kleinerer Flächenausdehnung aus einer Halbleiterscheibe auch an Halbleiterelementen mit einer Folge von drei oder mehr Schichten abwechselnd entgegengesetzten Leitungstyps im Verbund ein Randprofil für optimale Sperrspannungsbelastbarkeit hergestellt werden kann, daß zur Herstellung dieses Randprofils einfachste Vorrichtungen verwendet werden können, und daß jede der verwendeten Vorrichtungen für sämtliche Baugrößen der vorgesehenen Halbleiterelemente einsetzbar ist.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen von Halbleiterbauelementen, bei dem

a) eine großflächige Halbleiterscheibe nach vor gegebenem Muster in Halbleiterelemente (1) kleinerer Fläche zerteilt wird,
b) gleichzeitig an allen Halbleiterelementen ein definiertes Randprofil erzeugt wird, und
c) die freigelegte Oberfläche des Randprofils der Halbleiterelemente wenigstens abschnittweise mit einem passivierenden Überzug (18) abgedeckt wird,

dadurch gekennzeichnet, daß

d) eine Halbleiterscheibe mit einer Schichtenfolge für steuerbare Halbleiterbauelemente verwendet wird,
e) aus den Halbleiterelementen (1) kleinerer Fläche und aus mit diesen deckungsgleichen und im Wechsel vorgesehenen Zwischenscheiben (2) ein Stapel gebildet wird,
f) der Stapel in einer für seine Bearbeitung am ganzen Umfang geeigneten Spannvorrichtung (6) fest angebracht wird,
b1) an der Mantelfläche der sämtlichen, jeweils durch zwei Zwischenscheiben (2) abgegrenzten Elemente (1) des Stapels eine Vertiefung (1 a) erzeugt wird,
c1) der passivierende Überzug (18) in die Vertiefung (1 a) eingebracht wird und
g) die Halbleiterelemente (1) nach dem Öffnen der Spannvorrichtung (3) separiert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Herstellen des Stapels Zwischenscheiben (2) aus ätzbeständigem Kunststoff verwendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stapel aus Halbleiterelementen kleinerer Fläche (1) und aus Zwischenscheiben (2) in einer prismenförmigen Vorrichtung (3) gebildet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Halbleiterelemente (1) kleinerer Fläche in Kreis scheibenform vorgesehen werden und der Stapel aus den Halbleiterelementen und aus den Zwischenscheiben (2) in einer rohr- oder halbrohrförmigen Vorrichtung gebildet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Verwendung einer mechanischen Spannvorrichtung (6) .

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spannvorrichtung (6) verwendet wird, bei welcher der Stapel mittels eines Spannbolzens (13) und eines von diesem geführten Federkraftspeichers, z.B. einer Schraubenfeder, zwischen den Schenkeln (7 a, 7 b) eines U-förmigen Trägers (7) eingespannt ist.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spannvorrichtung aus ätzmittelbeständigem Metall verwendet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spannvorrichtung mit ätzmittelbeständigem Überzug verwendet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Randprofil (1 a) der Halbleiterelemente (1) durch Ätzen erzeugt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Randprofil (1 a) der Halbleiterelemente (1) eine zwischen den beiden Hauptflächen verlaufende Vertiefung in Form einer Hohlkehle erzeugt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Randprofil (1 a) der Halbleiterelemente (1) eine zwischen den beiden Hauptflächen verlaufende Vertiefung in Form eines sogenannten doppelt positiven Winkels erzeugt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als passivierender Überzug (18) eine organische Substanz verwendet wird, die auf dem Halbleitermaterial gut haftet, auf dem Material der Zwischenscheiben (2) nicht haftet, und die bei den beim Lötkontaktieren der Halbleiterelemente auftretenden Prozeßtemperaturen beständig ist.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der passivierende Überzug (18) durch Aufstreichen oder durch Tauchen eingebracht wird.