DE4004068A1

DE4004068A1 - Verfahren zur montage von halbleiterkristallen

Info

Publication number: DE4004068A1
Application number: DE4004068A
Authority: DE
Inventors: Evgenius Stjepanovic Bugajec; Vaclav Vaclavovic Prokopovic; Janos Bocsanczy
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-02-10
Filing date: 1990-02-10
Publication date: 1991-08-14
Also published as: US5095627A; JPH04214647A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Montage von Halblei terkristallen mit integrierten Schaltungen oder Schaltungs elementen und auf der Vorderseite im wesentlichen flächenbün dig freiliegenden Kontakten auf einer Unterlage einschließ lich der mechanischen Befestigung und der Herstellung der Leiterverbindungen. Ein solches Verfahren kann bei der Ferti gung sowohl von Einkristall-Schaltkreisen (IC) als auch von Hybrid-Integral-Schaltkreisen (HIC) Anwendung finden.

Bei der Fertigung von (Hybrid-)Integral-Schaltkreisen kommt es entscheidend darauf an, wie die Kristalle mit der Auflage verbunden werden. Das am weitesten verbreitete Verfahren ist die Drahtverbindung. Sie ist relativ einfach und eignet sich für alle Kristallarten. Bei diesem Verfahren werden die Halb leiterkristalle mittels eines Eutektikums oder auf andere Weise fest mit der Auflage verbunden, und dann werden die Leiterdrähte mit Ultraschall oder durch Thermopressung ange schweißt. Das Verfahren ist insgesamt sehr arbeitsintensiv. Dennoch sind die Leiterverbindungen nicht zuverlässig und me chanisch wenig belastbar. Außerdem sind deren elektrische Pa rameter sehr hoch (wodurch die Steigerung der Schaltfrequenz begrenzt wird) und von Teil zu Teil unterschiedlich.

Daneben sind Montageverfahren bekannt, welche die Verwendung von Kristallen mit kugeligen, säulen-, balken- oder spinnen artigen Ausgängen bzw. Kontakten voraussetzen. Die Herstel lung von Halbleiterkristallen mit solchen Spezialkontakten ist jedoch technologisch kompliziert und kostspielig. Außer dem gibt es bei derartigen Konstruktionen Probleme mit der Überwachung der Qualität der elektrischen Verbindungen, mit der Wärmeableitung aus dem Kristall und der hohen Ausschuß quote.

Um die zuletzt genannten Mängel zu vermeiden, ist in der GB-PS 21 30 794 ein Verfahren beschrieben, wonach die Kri stalle zunächst mit ihrer Vorderseite auf eine Hilfsauflage gesetzt und von der Rückseite aus mit Epoxyharz übergossen werden. Nach dem Erstarren des Harzes werden die Kristalle im Epoxyharz-Mantel von der Hilfsauflage gelöst, und anschlie ßend werden mittels Fotopolymerpaste mehrschichtige Leiter bahnen verlegt.

Das Verfahren hat den Vorteil, daß die Kontaktflächen auf der Vorderseite des Kristalls zugänglich sind und die Herstellung der Verbindungen relativ einfach ist. Die mechanische Festig keit der Verbindungen mit der Unterlage ist gut. Vorteilhaft ist auch die Linearität der HIC-Fläche.

Es gibt aber auch Nachteile, welche einer breiteren Anwendung des Verfahrens im Wege stehen. Hier sind die schlechte Wär meableitung und die ungünstigen, verhältnismäßig niedrige Frequenzen bedingenden Ultrahochfrequenz(UHF)-Charakteristika zu erwähnen. Die Kunststoffe altern schnell, und die Unterla ge hat eine geringe mechanische Festigkeit. Verhältnismäßig schlechte mechanische und elektrische Parameter haben auch die Polymerleiter. Schließlich muß besonderes fotoempfindli ches Pastenmaterial verwendet werden.

Es gibt bekannte Verfahren, die mit Unterlagen aus anorgani schen Werkstoffen arbeiten, z. B. aus Silizium, anodiertem Aluminium oder Keramik (japanisches Patent Nr. 56-4 823). Ge meinsam ist diesen Verfahren die Herstellung von Durchgangs- oder Blindbohrungen in der Unterlage, in die anschließend die Kristalle eingesetzt werden. Von der Rückseite der Kristalle aus wird dann Glas, Polysilizium oder ein anorganisches Di elektrikum aufgetragen. Die auf diese Weise entstehende HIC- Fläche ist eben und kann durch Vakuum-Aufdampfen mit Leiter bahnen versehen werden. Man kann dann die UHF-Leiterbahnen direkt an die Kontaktflächen der Halbleiterkristalle an schließen.

Bei allen diesen Verfahren ist es jedoch sehr schwer, ebene Materialgrenzen zu erreichen. Sie sind daher kaum zur Her stellung von Mehrkristall-HIC geeignet. Außerdem beeinträch tigen die vielen Bohrungen die mechanische Festigkeit der Unterlage und der gesamten Konstruktion. Die Herstellung der nach Lage und Größe hochpräzisen Bohrungen ist mit erhebli chen Aufwand verbunden und läßt sich kaum automatisieren. Die HIC-Konstruktionen sind anfällig gegen zyklische Temperatur schwankungen.

Ein weiteres bekanntes Verfahren gemäß US-PS 39 03 509 wird als Halbleiter-Thermoplast-Dielektrikum-Verfahren bezeichnet. Man befestigt dabei die Halbleiterkristalle auf der Unter lage, zieht galvanisch mehrere Säulen bis zu ihrer Höhe hoch, trägt ein Dielektrikum als Überdeckung auf, öffnet dieses an bestimmten Stellen und schließt obere Leiterbahnen an.

Vorteile dieses Verfahrens sind die hohe mechanische Festig keit und die hohe Zuverlässigkeit bei der Herstellung der Leiterverbindungen. Dem stehen als Nachteile gegenüber: ein begrenzter Frequenzbereich wegen der Übergangssäulen von ei ner Schicht zur anderen, die Notwendigkeit, die Halbleiter kristalle mit großer Genauigkeit auf die Unterlage aufzuset zen und Planität der Kristalle und Säulen einzuhalten, so daß auch die Verwendung unterschiedlich hoher Kristalle nicht möglich ist. Außerdem sind sehr komplizierte galvanische Vor gänge erforderlich, um die exakte Säulenhöhe zu gewährlei sten, und es ist nicht möglich, mehrere Kristalle dicht ne beneinander zu montieren.

Als der Erfindung am nächsten kommend wird ein von Schmid und Melchior unter dem Titel "Coplanar flip-chip mounting tech nique for picosecond devices" in der Zeitschrift Rev. Sci. Instrum. 55 (1984), Nr. 11, Seiten 1854-1858 veröffentlich tes Verfahren angesehen. Dieses besteht aus folgenden Schrit ten:

Zunächst werden gemäß Fig. 1 auf der Unterlage und dem Halb leiterkristall Ultrahochfrequenz (UHF)-Leiterbahnen aufge baut. Dann werden gemäß Fig. 2 Löt- und Flußmittel auf die Unterlage aufgebracht. Anschließend wird der Einkristall mit seiner Vorderseite, auf der sich die Kontakte befinden, auf die Unterlage aufgesetzt. Schließlich wird gemäß Fig. 4 in einer reduzierenden Atmosphäre gelötet.

Im einzelnen ist vorgesehen, daß ein optoelektronisches Bau element aus Halbleiterkristall GaAs mit koplanaren (in glei cher Ebene befindlichen), sich verjüngenden Leiterbahnen mit der Seite, auf welcher sich diese befinden, auf eine Saphir unterlage gelegt wird. Die letztere ist ebenfalls mit sich verjüngenden, koplanaren Leiterbahnen versehen. Auf alle Kon taktflächen der Unterlage wurde vorher auf elektrochemischen Wege eine 4 Mikrometer (mkm) dicke Indiumschicht und danach eine dünne Kolophonium-Schicht aufgetragen. Unter einem Mi kroskop wird der Kristall in die richtige Position gebracht. Das Kolophonium dient als Kleber. Dann erfolgt in einer H₂- Atmosphäre das Löten bei 250°C während einer Dauer von 30 Sekunden. Hierbei dient das Kolophonium als Flußmittel. Da nach werden die Kolophoniumreste mit Azeton entfernt, und der Kristall wird zum Schutz mit Silikongummi ummantelt.

Wichtige Vorteile dieses bekannten Verfahrens sind die rela tiv hohe mechanische Festigkeit und die Eignung der Leiter verbindung zwischen Kristall und Unterlage für den UHF-Be reich. Man kann dabei Halbleiterkristalle in der Größenord nung von wenigen Mikron mit solchen in der Größenordnung von einigen 100 oder 1000 Mikron verbinden. Vorteilhaft ist auch, daß keine Löcher in die Unterlage gebohrt zu werden brauchen. Andererseits bestehen dieselben Nachteile wie bei dem ebenfalls vorbekannten, sog. "flip-chip"-Verfahren, näm lich: die Wärmeableitung erfolgt nur über die Lötstellen, die Kontrolle der Lötverbindungen ist erschwert, die Lötbedingun gen sind kompliziert, man braucht besondere Lötaktivierungs bestandteile, und der Metallauftrag auf den beiden Teilen muß gut lötbar sein. Außerdem ist die restlose Entfernung des Ko lophoniums zwischen Unterlage und Kristall kaum möglich, und die Montagefläche des Kristalls muß erheblich größer sein als die Fläche des aktiven Elements, d. h. der Nutzungseffekt der teuren Halbleitermaterialien ist gering. Im genannten Fall brauchte man z. B. bei einer Fläche des aktiven Elements von weniger als 50 mkm² einen Kristall mit mindestens 4 mm² Mon tagefläche, d. h. es wird nur ein Achtzigtausendstel der Flä che des teuren GaAs-Kristalls genutzt. Schließlich besteht der Mangel, daß sich in dem engen Spalt zwischen der Unter lage und dem Kristall Feuchtigkeit aus der Luft sammelt, wo durch die elektrischen Eigenschaften der Verbindung beein flußt und die Metallkorrosion beschleunigt wird, was dann zum Ausfall des Bauelements führen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, durch welches die Erzeug nisqualität verbessert wird.

Vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zunächst die Halbleiterkristalle mit ihrer Vorderseite voll flächig mittels eines Dielektrikums materialschlüssig mit der Unterlage verbunden werden, dann die Kontakte jeweils wenig stens teilweise freigelegt werden, und dann durch Auftrag ei nes elektrisch leitfähigen Materials auf die Unterlage Lei terverbindungen zu den Kontakten hergestellt werden.

Der wesentliche Unterschied des erfindungsgemäßen Vorschlags gegenüber dem zuletzt erwähnten bekannten Verfahren besteht darin, daß abweichend von Fig. 1 auf dem Halbleiterkristall keine UHF-Leiterbahnen aufgebaut zu werden brauchen. Die nur mit einfachen in die Vorderfläche integrierten Kontaktflächen versehenen Kristalle werden mit ihrer Vorderfläche mittels einer sehr dünnen dielektrischen Schicht auf die mit entspre chenden Leiterbahnen versehene Unterlage geklebt. Danach wer den dann durch Entfernung von Material vom Halbleiterkristall die Kontakte wenigstens teilweise freigelegt, so daß sie von außen zugänglich sind. Die Kontakte des Kristalls und die Leiterbahnen der Unterlage liegen fast in derselben Ebene (Höhenunterschied 1-3 mkm), so daß im UHF-Bereich störende Kapazitäten der Verbindungsstellen praktisch nicht mehr auf treten.

Im Verhältnis zu dem erwähnten "flip-chip"-Verfahren ist zu bemerken, daß dort die Befestigung mittels besonderer Aufla gen nur an den Kontaktflächen erfolgt. Bei dem erfindungsge mäßen Vorschlag dagegen wird der Kristall vollflächig mit seiner gesamten Vorderseite auf der Unterlage befestigt, und es bedarf zuvor keiner besonderen Behandlung der Kristallkon taktflächen, also z. B. keiner Ausbildung besonderer Aufla gen, Säulen o. dgl. Das neue Verfahren führt außerdem zu ei ner wesentlich höheren mechanischen Festigkeit der Funktion.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den weiteren Vorteil, daß die Entfernung eines Teils des Materials des Kristalls diesen leichter und somit auch weniger empfindlich gegenüber mecha nischen Einwirkungen macht. Die Anordnung der Kontaktflächen des Kristalls und der Leiterbahnen auf der Unterlage im we sentlichen in derselben Ebene erlaubt die Mitbenutzung der Kontaktflächen des Kristalls als Teil der sich verjüngenden UHF-Leiterbahnen, so daß man mit dieser Konstruktion den ma ximal möglichen UHF-Wellenbereich erreicht. Außerdem ist we gen der großen Übertragungsfläche (die gesamte Vorderseite des Kristalls) und der minimalen Schichtdicke des Dielektri kums die Wärmeableitung verbessert, zumal sich die Wärmequel le unmittelbar nahe an der die Wärme ableitenden Unterlage befindet.

Zum Abtragen von Material des Halbleiterkristalls, wie es für das Freilegen der Kontakte erforderlich ist, eignen sich be kannte Ätzverfahren. Das Ätzen von Halbleiterplatten und -kristallen ist weit verbreitet. Zur selektiven Behandlung verwendet man normalerweise ein technisch sehr aufwendiges fotolithographisches Verfahren. Für das erfindungsgemäße Ver fahren kann dagegen ein isotropes Ätzverfahren ohne Fotoli thographie angewendet werden. Dabei werden die nicht mit der Unterlage verbundenen Oberflächen gleichzeitig geätzt. Ausge hend von einer bestimmten Höhe des Kristalls wird dieser so geätzt, daß noch eine vorbestimmte Masse des Kristalls übrig bleibt, wenn die Kontaktflächen in dem gewünschten Maße frei gelegt und zugänglich gemacht worden sind. Dafür muß die Höhe des Kristalls der folgenden Bedingung genügen:

h < t · V_v

hierbei bedeuten

t Ätzzeit
V_v Ätzgeschwindigkeit senkrecht

Die Ätzzeit stellt man nach folgender Formel fest:

hierbei bedeuten

a die Entfernung zwischen der seitlichen Kristallkante und dem Kontakt
b die Länge der Kontaktfläche, gemessen in derselben Richtung wie a
V_h die seitliche Ätzgeschwindigkeit.

Daraus ergibt sich

Wenn die seitliche und die senkrechte Ätzgeschwindigkeit gleich sind, bleibt die Bedingung

h < a + b

welche praktisch immer erfüllt ist.

Das neue Verfahren ähnelt der Montage eines Kristalls mit balkenartigen Ausgängen. Im Unterschied dazu wird jedoch bei dem erfindungsgemäßen Vorschlag der Kristall behandelt, wäh rend er bereits fest mit der Auflage verbunden ist. Es fehlt das Auftragen einer dicken Metallschicht für balkenartige Ausgänge, und die ursprüngliche Größe des Kristalls kann be liebig sein. Außerdem entsteht bei dem erfindungsgemäßen Ver fahren keine störende Kapazität an den Verbindungsstellen zu den Kontakten.

Sehr wichtig ist, daß die endgültige Größe des Kristalls er heblich kleiner als die ursprüngliche Größe sein kann. Da durch eröffnen sich interessante Perspektiven in der Submil limeter-UHF-Technik. Darüber hinaus führt die Verringerung der Größe des Kristalls auch zu einer Verringerung thermome chanischer Spannungen im Kristallkörper und in der Befesti gungsschicht infolge unterschiedlicher Ausdehnungskoeffizien ten der miteinander verbundenen Stoffe.

Nachstehend wird anhand von Fig. 5 bis 7 das neue Verfahren im einzelnen anhand von Ausführungsbeispielen näher erläu tert.

Das Verfahren beginnt mit dem Aufsetzen und Befestigen eines Kristalls 1 auf einer Unterlage 2. Als Unterlage kann man z. B. eine Keramikplatte mit den Maßen 24×30×0,5 mm verwen den. Auf der Platte 2 befinden sich in vorbestimmter Anord nung Leiterbahnen 3 aus Aluminium, die eine Dicke von ca. 0,8 mkm haben. Vor dem Aufsetzen wird die Platte mit Azeton dämpfen gereinigt.

Man nimmt z. B. einen Si-Kristall (IC) von 1,2×1,2×0,4 mm Größe. Auf die Vorderseite des Kristalls wird ein lichtemp findlicher Kleber auf der Basis von Polymethacrylat aufgetra gen. Dazu benutzt man ein Stück Batist mit der Größe 60×50 mm, das in Kleber getränkt wird und mit dem man die Vor derseite des Kristalls deckt, so daß der Kleber die Kristall oberfläche benetzt.

Nach dem Aufsetzen des Kristalls auf die Unterlage derart, daß die Kontaktflächen des Kristalls an den entsprechenden Leiterbahnen anliegen, erfolgt das Andrücken des Kristalls mit Druckluft und das Bestrahlen mit UV-Licht. Die Bestrah lungszeit beträgt ca. 50-70 sec. Die UV-Strahlung dringt durch die Unterlage hindurch und bewirkt das Erstarren des mit 4 bezeichneten Kleberfilms zwischen dem Kristall 1 und der Unterlage 2. Die herausgedrückten Kleberreste erstarren nicht, weil der Luftsauerstoff hier als Inhibitor die Fotopo lymerisation des Klebers verhindert. Diese Reste werden mit einer Mischung aus Isopropylspiritus und Azeton im Verhältnis 3 : 1 ausgewaschen. Die Qualität der Reinigung wird mit einem Duckelfeldmikroskop kontrolliert.

Die nächste Operation (siehe Fig. 6) ist die Ätzung des Kri stalls 1 zum Freilegen der nach dem Klebevorgang gemäß Fig. 5 zunächst vollständig eingeschlossenen Kontakte 6. Diese kön nen aus Aluminium bestehen und z. B. jeweils eine Kontaktflä che von 100×100 mkm haben. Der Abstand zur zeitlichen Kante des Kristalls beträgt 50 mkm. Zur Ätzung verwendet man ein plasmachemisches Verfahren in einer Gasmischung SF6 : Ar. Der Komponentenverbrauch beträgt 2,4 bzw. 8,7 l/Std, die Leistung 3,7±0,1 kW und der Arbeitsdruck 30±2 Pa. Die Ätzgeschwin digkeit liegt bei etwa 1,2-1,5 mkm/min. Die Ätzung erfolgt in zwei Phasen. Zunächst werden die Kontaktflächen zu etwa 40-50% freigelegt, dann wird die SiO₂-Schicht 5, welche auf der nach unten gekehrten Vorderseite des Kristalls 1 aus gebildet ist, und bisher noch die ansonsten freigelegten Kon taktflächen bedeckt, weggeätzt. Hierfür verwendet man die gleiche Anlage, benutzt jedoch Chladon 218. Der Verbrauch beträgt 1,5±0,1 l/Std, die Leistung 2,8±0,1 kW, der Ar beitsdruck 105-110 Pa und die Ätzgeschwindigkeit 0,11-0,12 mkm. Danach wird dann wieder das Material des Halblei terkristalls, im Beispielsfall Silizium, wie oben beschrie ben, weiter geätzt, bis die Kontaktflächen ganz freigelegt sind, allerdings noch teilweise überdeckt sind von der SiO₂- Schicht 5, wie aus Fig. 6 hervorgeht.

Danach folgt dann ein Arbeitsvorgang zur Herstellung der mit 7 bezeichneten Leiterverbindungen zu den Kontakten 6, so daß am Ende die Anordnung gemäß Fig. 7 erhalten wird. Für die Herstellung der Leiterverbindungen stehen mehrere Verfahren zur Verfügung, von denen einige nachstehend beispielhaft be schrieben werden.

Beispiel 1: Herstellung der Leiterverbindungen durch Aufdamp fen von Metall mittels einer Maske.

Für dieses Verfahren wird zunächst die Aluminiumoberfläche entsprechend vorbereitet. Man taucht die Keramikplatten in 5-7%ige Natronlauge bei etwa 60-70°C und während einer Dauer von etwa 1-2 min. Dann werden die Platten mit deioni siertem Wasser abgewaschen und in einem staublosen Luftstrahl getrocknet. Danach kommen sie in ein eine Zinklösung enthal tendes Bad mit folgender Zusammensetzung:

ZnO - 45 - 50 g/l
NaOH - 450 - 500 g/l

Das Bad hat Zimmertemperatur, und die Eintauchdauer beträgt etwa 15-30 sec. Während dieser Zeit werden die Platten dau ernd hin und her bewegt. Die dabei entstehende Zinkschicht soll gleichmäßig, d. h. ohne helle oder dunkle Flecken sein, sonst wird der Vorgang wiederholt. Anschließend werden die Teile in deionisiertem Wasser gewaschen und getrocknet. Dann wird die Zinkschicht mit 10-20%iger Salpetersäure ca. 10-20 sec lang geätzt, dann gewaschen und noch einmal auf die gleiche Weise in die Zinklösung eingetaucht, diesmal für etwa 8-10 sec. Danach werden die Platten wieder wie zuvor gewa schen und getrocknet.

Nach dem Auftragen der Zink-Kontaktschicht werden die Unter lagen mit einer Reliefmaske abgedeckt und in die Aufdampfkam mer gestellt. Die Maske besteht aus einer Bronzefolie, deren Dicke etwa so groß oder größer ist als die Höhe des Kri stalls. Im Beispielsfall ist die Kristallhöhe 100±10 mkm. In diesem Fall wird eine Folie BrB2 von 100 mkm Stärke genom men. Die Folie wird beidseitig mit Fotoresist beschichtet. Da nach wird sie auf einer Seite mit dem Muster der Leiterver bindungen und auf der anderen Seite mit dem Muster der Lei terverbindungen sowie außerdem der Kristallauflagefläche be lichtet und dann in üblicher Weise der eine Teil des Fotore sists entfernt. Auf beide Seiten wird dann auf die freigeleg ten Flächen galvanisch aus dem nachstehend angegebenen Elek trolyten Nickel aufgetragen:

Ni(NH₂SO₃) · 4 H₂O:\|500-600 g/l
NiCl₂ · 6 H₂O:	5-6 g/l
H₃BO₃:	30-40 g/l
Natriumlaurylsulfat:	0,1-0,15 g/l
pH-Wert:	3,2-3,8
Temperatur:	+55 ± 5°C
Stromdichte:	0,9 A/cm²

Die Stärke des Nickelauftrags beträgt 5-8 mkm. Anschließend entfernt man den Fotoresist und ätzt mit einer Ätzlösung HNO₃ : H₂O=2 : 1 die Bronzefolie im offenen Fenster, d. h. auf den freiliegenden Flächen, weg. Im Bereich der Kristall auflagefläche muß das Metall der Folie von der einen Seite her in seiner ganzen Stärke, d. h. bis zu der auf der anderen Seite aufgetragenen Nickelschicht, ausgeätzt werden. Dies er laubt es dann, die Maske trotz des auf der Unterlage befe stigten Kristalls fest und dicht an die Oberfläche der Unter lage anzulegen. Die Öffnungen bzw. Fenster in der Maske für die Leiterverbindungen sind um 10-15 mkm schmaler als die entsprechenden Leiterbahnen, um beim Auflegen der Maske auf die Leiterbahnen die Genauigkeit zu erhöhen. Schließlich wer den die Leiterverbindungen 7 durch Auftragen einer 5-5,5 mkm starken Kupferschicht durch die Maske hindurch herge stellt.

Beispiel 2: Herstellung der Leiterverbindungen durch Laser pantographie

In diesem Fall werden die gereinigten Unterlagen in eine Kam mer mit einer durchsichtigen Scheibe als Sichtfenster einge legt. Die Plattenebene ist parallel zur Scheibenebene. Die Kammer wird mit Aluminium-Triisobutyl-Dämpfen im Wasserstoff strom unter 40-50 Pa aufgefüllt. Ein Laserstrahl zeichnet das benötigte Muster der Leiterverbindungen. Die Laserlei stung beträgt dabei 5-100 W/cm². Man kann einen Mehrmoden- Ne-Laser benutzen, dessen Strahldurchmesser 20-30 mkm be trägt. Die Temperatur am Auftreffpunkt des Laserstrahls liegt bei 220-260°C. Bei dieser Temperatur werden die Aluminium- Triisobutyl-Dämpfe aufgespalten, und Aluminium fällt aus. Um eine Schichtstärke von 2-2,5 mkm zu erreichen, muß man die in Frage kommenden Stellen mehrmals bestrahlen.

Beispiel 3: Herstellung der Leiterverbindungen durch Ausfäl lung aus einer Nickellösung mittels Laser.

Die Unterlage wird ebenso, wie im Beispiel 1 beschrieben, vorbereitet. Nach dem Zinkauftrag wird die Platte in einen Behälter mit einer Fensterscheibe derart eingelegt, daß sie parallel zur Scheibe liegt. Durch den Behälter wird eine Nic kellösung folgender Zusammensetzung gepumpt:

NiSO₄:\|22-25 g/l
NaH₂PO₂:	15-20 g/l
Milchsäure 40%:	35-40 g/l
Tioharnsäure:	0,001-0,002 g/l
H₃BO₃:	10-15 g/l
Ammoniak:	11-12 g/l
pH:	4,6-5,6

Die Temperatur der Lösung beträgt 20-25°C. Zum Ausfällen verwendet man einen Mehrmoden-Ne-Laser mit 1-200 W/cm² Lei stung und einem Strahldurchmesser von 30-50 mkm. Die damit erreichte Temperatur beträgt auf der Oberfläche 90-100°C. Dabei fällt Nickel aus, setzt sich auf der Unterlage ab und bildet die Leiterverbindungen. Mit einem Strahldurchgang er reicht man eine 0,4-0,6 mkm starke Metallschicht. Für eine Schichtstärke von 3-4 mkm braucht man also mehrere Durch gänge.

Beispiel 4: Herstellung der Leiterverbindungen durch chemi sche Nickelfällung.

Der Arbeitsvorgang beginnt mit der Vorbereitung der Alumi niumoberflächen, wie im Beispiel 1 beschrieben. Die zur An wendung kommende Nickellösung ist im Beispiel 3 angegeben. Die Lösungstemperatur beträgt 80-90°C, die Fertigungslei stung ist <100 cm²/l. Die Stärke der Nickelschicht hängt von der Dauer der Behandlung ab. In 30-40 min erreicht sie etwa 8-11 mkm. Nach dem Nickelauftrag werden die Unterlagen ge waschen und getrocknet.

Das erfindungsgemäße Verfahren unterscheidet sich von den bekannten Verfahren durch folgende Vorteile:

- Es handelt sich um ein zuverlässiges Gruppenherstel lungsverfahren, bei welchem in jedem Verfahrensschritt eine Vielzahl von Kontadten der Halbleiterkristallen mit ihren Leiterverbindungen gleichzeitig behandelt werden können;
- Die Vorderseite des Kristalls ist durch die Unterlage selbst gegen äußere Einwirkungen geschützt;
- Man erreicht ohne Bohrungen und unabhängig vom Material, daß sich im Endzustand die Kontaktflächen des Kristalls und die Leiterverbindungen im wesentlichen in derselben Ebene befinden;
- Man vermeidet störende Kontaktflächenkapazität;
- Die UHF-Leiterbahnen reichen bis zu den Kontaktflächen bzw. integrieren diese;
- Die Wärmequelle des Kristalls liegt unmittelbar neben der wärmeableitenden Unterlage;
- Die Höhe des Kristalls kann bis auf die epitaxiale Schicht reduziert werden;
- Die Leiterverbindungen können visuell kontrolliert wer den;
- Man kann auch Kristalle mit beschädigten bzw. sehr klei nen Kontaktflächen benutzen;
- Man kann für die Kontaktflächen jedes für elektrische Kontakte geeignete Metall verwenden;
- Die thermomechanischen Spannungen infolge unterschiedli cher linearer Ausdehnungskoeffizienten einerseits der Unterlage und andererseits des Kristalls können klein gehalten werden.

Insgesamt ist festzustellen, daß mit dem neuen Verfahren ein maximal möglicher Ausstoß an qualitativ hochwertigen, zuver lässigen, wassergeschützten und schnellschaltenden Teilen mit hoher mechanischer Festigkeit und optimaler Wärmeableitung bei großer Montagedichte erreicht wird. Außerdem ist das Ver fahren relativ einfach durchzuführen und läßt sich gut auto matisieren. Alle Kommunikationsverbindungen zwischen den Kri stallen können im voraus auf den Unterlagen vorbereitet wer den und diese nach der Kontrolle direkt zur Montage gehen.

Schließlich ist noch einmal darauf hinzuweisen, daß das er findungsgemäße Verfahren an die Kristallherstellung nur Standardanforderungen stellt: die Kontaktflächen müssen sich im Umfangsbereich befinden, und zwischen den Kontaktflächen dürfen sich außer herstellungsbedingten keine Funktionsele mente befinden.

Claims

1. Verfahren zur Montage von Halbleiterkristallen mit inte grierten Schaltungen oder Schaltungselementen und auf der Vorderseite im wesentlichen flächenbündig freiliegenden Kontakten auf einer Unterlage einschließlich der mechani schen Befestigung und der Herstellung der Leiterverbin dungen, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die Halblei terkristalle (1) mit ihrer Vorderseite vollflächig mit tels eines Dielektrikums (4) materialschlüssig mit der Unterlage (2) verbunden werden, dann die Kontakte (6) je weils wenigstens teilweise freigelegt werden, und dann durch Auftrag eines elektrisch leitfähigen Materials auf die Unterlage Leiterverbindungen (7) zu den Kontakten hergestellt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dielektrikum (4) aus einer polymerisierten anaeroben Verbindung besteht.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dielektrikum (4) ein lichtempfindlicher Kleber ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, daß die Kontakte des Kristalls durch Ätzung mittels einer chemischen Flüssigkeit freigelegt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, daß die Kontakte des Kristalls durch plas machemische Ätzung freigelegt werden.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die Unterlage (2) aus Keramik besteht.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, daß die Unterlage (2) aus einem monokri stallinen Halbleiter besteht.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, daß die Unterlage (2) aus einem polykri stallinen Halbleiter besteht.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge kennzeichnet, daß die Leiterverbindungen (7) durch Me tallauftrag hergestellt werden.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die Leiterverbindungen (7) durch Metallauftrag mit anschließender Fotolithographie hergestellt werden.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge kennzeichnet, daß die Leiterverbindungen (7) durch Aus fällung von Metall aus einer Salzlösung mittels eines La serstrahls hergestellt werden.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge kennzeichnet, daß die Leiterverbindungen (7) durch ther mische Spaltung einer gasförmigen metallorganischen Ver bindung hergestellt werden.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge kennzeichnet, daß die Leiterverbindungen (7) durch chemi sche Ausfällung von Metall aus einer flüssigen Lösung hergestellt werden.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge kennzeichnet, daß die Leiterverbindungen (7) durch Aus fällung von Metall aus einer gasförmigen metallorgani schen Verbindung mittels Laserstrahl hergestellt werden.

15. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ätzung des Kristalls (1) auf allen freiliegenden Oberflächen gleichzeitig erfolgt.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß beim Ätzen ein Teil der eine Seitenfläche und der Rück seite der Kontakte (6) freigelegt werden.

17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeich net, daß das Ätzen in mehreren Schritten erfolgt, wobei zunächst der Kristall (1) über der die Rückseite der Kon takte (6) überdeckenden epitaxialen Schicht (5) bis etwa zur halben Kontaktfläche weggeätzt wird, dann die epita xiale Schicht (5) etwa bis zur halben Kontaktfläche (6) weggeätzt wird, und dann der Kristall (1) oberhalb der epitaxialen Schicht (5) im wesentlichen über der gesamten Kontaktfläche (6) weggeätzt wird.

18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß bei der Herstellung der Leiter verbindungen (7) das Metall auf die Unterlage und den freigelegten Bereich der Rückseite der Kontakte (6) auf getragen wird.

19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß vor der materialschlüssigen Verbindung des Kristalls (1) mit der Unterlage (2) auf dieser Leiterbahnen (3) ausgebildet werden, auf welche bei der Herstellung der Leiterverbindungen (7) Metall aufgetragen wird.

20. Schaltungselement, bestehend aus einer Unterlage (2) und wenigstens einem damit mechanisch und elektrisch verbun denen Halbleiterkristall (1) mit einfachen Kontakten (6), dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkristall (1) mit seiner Vorderfläche und im wesentlichen flächenbündi gen Kontaktflächen (6) mittels eines Dielektrikums (4) vollflächig mit der Unterlage (2) materialschlüssig ver bunden ist und auf der Unterlage (2) ausgebildete Leiter bahnen (3) durch metallische Leiterverbindungen (7) mate rialschlüssig mit der Rückseite der Kontakte (6) verbun den sind.