DE4209983A1 - Verfahren zur Herstellung von in einem Gehäuse angeordneten Halbleiterbauelementen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Halbleiterbauelementen und eine damit hergestellte IMPATT- Diode nach den Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 4.

Die Erfindung findet Verwendung bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen, mit sehr kleinen Abmessungen deren Einbau im Gehäuse mit herkömmlicher Technologie nicht mehr möglich ist.

Aus dem Stand der Technik sind z. B. IMPATT-Dioden bekannt, die auf Wärmesenken aufgebaut werden. Die Oberfläche der Wärmesenke wird vergoldet und die Diode wird "up side­ down" auf die Oberfläche der Wärmesenke aufgebondet. Ein Quarzring mit vergoldeter Stirnseite wird ebenfalls auf die Wärmesenke aufgebracht und umschließt die IMPATT-Di­ ode.

Auf die vergoldete obere Seite des Quarzringes werden nun kreuzförmige Goldbändchen angebracht und mit dem obenlie­ genden Kontakt der Diode verbunden. Nach dem Aufbonden ei­ nes Deckels auf den Goldring ist die Diode hermetisch ver­ schlossen.

Zur Herstellung einer vollständigen IMPATT-Diode ist somit nicht nur die Fertigung der Diode notwendig, es müssen auch die Kontaktbändchen und die isolierenden Quarzringe hergestellt werden.

Werden die Abmessungen der Diode sehr klein, z. B. Ringdi­ oden mit einem Durchmesser von 200 µm und einer Ringbreite von weniger als 10 µm, kann die herkömmliche Aufbautechnik nicht mehr verwendet werden, da die Bondfläche für die Bondwerkzeuge zu klein ist.

Diese Problematik ist nicht nur bei IMPATT-Dioden gegeben, sondern generell bei Halbleiterbauelementen mit sehr klei­ nen Abmessungen, die in ein Gehäuse eingebaut werden, z. B. BARRIT-Dioden.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde eine Auf­ bautechnik für Halbleiterbauelemente mit Gehäuse anzuge­ ben, bei der mit einem einfachen Prozeßablauf Halbleiter­ bauelemente auch mit geringen Abmessungen hergestellt wer­ den können und die Prozeßausbeute als auch die Zuverläs­ sigkeit des Prozeßablaufes erhöht wird.

Die Aufgabe wird gelöst durch die im kennzeichnenden Teil der Patentansprüche 1 und 4 angegebenen Merkmale. Vorteil­ hafte Ausgestaltungen und/oder Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß die zum Aufbau des Ge­ häuses notwendigen Komponenten, nämlich Gehäusewand und Anschlußkontakte, zugleich mit dem Halbleiterbauelement mit der Mikrostrukturtechnik hergestellt werden können.

Die noch notwendigen Bondprozesse reduzieren sich auf das Verbinden von Gehäuse und Halbleiterbauelement mit anderen Bauelementen und auf das Verkapseln der Anordnung. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können eine Vielzahl von Halb­ leiterbauelementen mit entsprechendem Gehäuse auf einem Substrat hergestellt werden, die durch Sägen oder Brechen von einander abgetrennt werden können.

Weiterhin ist vorteilhaft das die Anschlußkontakte, sog. Anschlußbändchen, zwischen Halbleiterbauelement und Gehäu­ sewand eine Überlänge besitzen, so daß das Halbleiterbau­ element im Gehäuse vertikal verschiebbar ist.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels be­ schrieben unter Bezugnahme auf schematische Zeichnungen.

Gemäß Fig. 1 wird in die Rückseite eines Halbleitersub­ strates 1 zumindest eine Wanne 2 geätzt, so daß unterhalb der Wanne das Substrat eine Restdicke von etwa 200 µm be­ sitzt. Vorder- und Rückseite des Substrates werden mit ei­ ner Oxidschicht 3 bedeckt. Auf der Vorderseite des Sub­ strates 1 wird ein Fenster 4 eingebracht, daß das Substrat teilweise freiliegt und es wird eine Bauelementschichten­ folge 5 auf der Vorderseite aufgewachsen. Anschließend wird auf der Vorder- und der Rückseite eine Metallschicht 6 aufgebracht. Durch Verstärken der Metallschicht in Teil­ bereichen werden auf der Vorderseite bondbare Metall­ schichten, sog. Bondflächen 9a, 9b und auf der Rückseite die Maskierungsschicht 10 gebildet (Fig. 2).

Anschließend wird auf der Vorderseite zumindest ein Halb­ leiterbauelement 11 zwischen den Bondflächen 9a, 9b durch z. B. Mesa-Ätzung hergestellt.

Die Maskierungsschicht 10 auf der Rückseite besitzt auf der dem Halbleiterbauelement gegenüberliegenden Seite ein Fenster 12. Durch geeignete Ätzprozesse wird im Bereich dieses Fensters 12 das Substrat freigelegt. Die Oxid­ schicht 3 auf der Vorderseite wird entfernt (Fig. 3).

Die gesamte Vorderseite wird mit einer Schutzschicht 14 abgedeckt. Auf der Rückseite wird im Bereich des Fensters in das Substrat ein Graben 13 geätzt, derart, daß das Sub­ strat unterhalb des Halbleiterbauelementes 11 in einen Be­ reich b entfernt wird. Anschließend wird auf die Maskie­ rungsschicht 10 und auf die Innenflächen des Grabens 13 eine Metallschicht aufgebracht und Kontaktbänder 15 struk­ turiert (Fig. 4).

Die Schutzschicht 14 auf der Vorderseite wird teilweise bis auf das Substrat entfernt, so daß lediglich die Bond­ flächen 9a, 9b und das Halbleiterbauelement 11 geschützt bleiben. Zwischen den Bondflächen 9a, 9b und dem Halbleiterbauelement 11 und seitlich der Bondflächen 9a, 9b wird das Substrat entfernt. Unterhalb der Bondfläche 9a, 9b bleibt das Substrat erhalten und es werden Distanz­ stücke 16 ausgebildet, die die Gehäusewand bilden (Fig. 5).

Außerdem bleibt ein dünner Steg 17 zwischen der Wanne 2 und den Distanzstücken 16 bestehen. An diesen Stellen kann später der Halbleiterkörper aus dem Substrat gebrochen werden (Fig. 5).

Die Schutzschicht 14 wird nun vollständig entfernt und die zwischen den Kontaktbändern 15 und den Distanzstücken 16 vorhandene Oxidschicht wird weggeätzt (Fig. 5). Die Kon­ taktbänder sind jetzt nur noch an den Distanzstücken befe­ stigt. Es werden dadurch abgewinkelte Kontaktbänder gebil­ det, deren Überlänge l so gewählt wird, daß sie zumindest der Höhendifferenz d entspricht, die zwischen den Bondflä­ chen 9a, 9b für die Distanzstücke und der Oberfläche des Halbleiterbauelementes 11 besteht (Fig. 6).

Ist das mit dem oben beschriebenen Verfahren hergestellte Halbleiterbauelement 11 z. B. eine IMPATT-Diode, so muß die Diode auf eine Wärmesenke gebondet werden. Um eine gute Wärmeableitung zu ermöglichen, wird die Kontaktschicht 19 der Diode möglichst dünn gehalten. Auf dem Distanzstück 16 sind hingegen im Interesse einer guten Bondung Bondflächen 9a, 9b mit dickerer Metallauflage erwünscht. Beide Ober­ flächen liegen somit nicht in einer Ebene, sollen aber auf der planen Wärmesenke 18 aufliegen (Fig. 6). Die resultie­ rende Distanz d muß durch das flexible Kontaktbändchen 15, welches die Diode auf der Rückseite hält, aufgefangen wer­ den. Dies wird erreicht durch Entfernen eines Teils der Auflagefläche des Bändchens. Dadurch entstehen abgewin­ kelte Kontaktbänder 15. Wird nun die Diode nach unten ge­ drückt, so strafft sich das Bändchen und der Knick wird reduziert oder vollständig ausgerichtet. In Fig. 6 sind die Verhältnisse an einem schematischen Querschnitt darge­ stellt. Die Höhe der Distanzstücke 16 beträgt z. B. 200 µm. Die Kontaktbänder 15 besitzen beispielsweise eine Länge von etwa 240 µm, wobei die Überlänge etwa 1 = 20 µm beträgt. Der Außendurchmesser der z. B. als Ringdiode ausgestalteten IMPATT-Diode beträgt etwa 200 µm mit einer Ringbreite von ca. 10 µm.

Wird die Ätztechnik geschickt eingesetzt, so können die Einzelelemente ohne weiteres Sägen oder Ritzen gewonnen werden. Dazu wird außerhalb der Kontakte zusammen mit dem Freilegen der Bändchen eine Vertiefung geschaffen, die sich der ursprünglichen Vertiefung auf der Scheibenrück­ seite soweit nähert, daß nur noch ein dünner Steg 17 zwi­ schen dem Halbleiterrahmen für die IMPATT-Diode und dem Substrat stehen bleibt (Fig. 5). Ein Herausbrechen der Di­ odenstruktur wird dann leicht möglich.

Claims (6)

1. Verfahren zur Herstellung von Halbleiterbauelementen, die in einem Gehäuse eingebracht sind, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zumindest ein Halbleiterbauelement, das da­ zugehörende Gehäuse und die Anschlußkontakte in inte­ grierter Aufbautechnik aus und auf einem Halbleitersub­ strat hergestellt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitersubstrat (1) beidseitig strukturiert wird, derart,

• - daß auf der Vorderseite des Halbleitersubstrates zumindest ein Halbleiterbauelement (11) hergestellt wird und zwei Bondflächen (9a, 9b) für das dazugehörende Gehäuse seitlich neben das Halb­ leiterbauelement (11) angeordnet werden (Fig. 3),
• - daß durch Foto- und Ätzprozesse die Rückseite des Halbleitersubstrates unterhalb des Halbleiterbau­ elementes (11) entfernt wird und Kontaktbänder (15) von der Oberkante der Substratrückseite zum Halbleiterbauelement (11) hergestellt werden (Fig. 4),
• - daß das Halbleitersubstrat zwischen Halbleiterbau­ element (11) und den Bondflächen (9a, 9b) und seitlich der Bondflächen (9a, 9b) derart entfernt wird, daß unterhalb der Bondflächen (9a, 9b) das Halbleitersubstrat erhalten bleibt und die Di­ stanzstücke (16) und ein dünner Steg (17) gebildet und die Kontaktbänder (15) teilweise freigelegt werden (Fig. 5).

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch Entfernen eines Teils der Auflagefläche der Kon­ taktbänder (15) auf dem Halbleitersubstrat eine Überlänge l der Kontaktbänder hergestellt wird.

4. IMPATT-Diode mit einem Gehäuse hergestellt nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Distanzstücke (16) die Gehäusewand bilden und daß die IM- PATT-Diode zwischen den Distanzstücken (16) angeordnet und an Kontaktbändern (15) befestigt ist, die mit der Ober­ seite der Distanzstücke (16) verbunden sind.

5. IMPATT-Diode nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktbänder eine Überlänge l besitzen, die min­ destens der Höhendifferenz d zwischen den Bondflächen (9a, 9b) der Distanzstücke (16) und dem Kontakt (19) der IM- PATT-Diode entspricht (Fig. 6).

6. IMPATT-Diode nach den Ansprüchen 4 oder 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die IMPATT-Diode auf einer Wärmesenke (18) angeordnet ist und die Bondflächen (9a, 9b) der Distanzstücke (16) und der Kontakt (19) der IMPATT-Diode auf die Wärmesenke in einer Ebene gebondet sind.