DE69535361T2 - Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung und eine Halbleitervorrichtung - Google Patents

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  • Wire Bonding (AREA)
  • Encapsulation Of And Coatings For Semiconductor Or Solid State Devices (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung zur Oberflächenmontage, bei dem:
    eine Scheibe aus einem Halbleitermaterial, die eine erste Seite und eine gegenüber liegende, zweite Seite hat, an ihrer ersten Seite mit Halbleiterelementen versehen wird,
    die erste Seite der Scheibe mit einer Isolierschicht versehen wird,
    Leiterbahnen auf der Isolierschicht gebildet werden, die mit den Halbleiterelementen verbunden werden,
    die erste Seite der Scheibe mit einer Beschichtung versehen wird, mit den Leiterbahnen verbundene Gehäuseanschlüsse zum Montieren der Anordnungen auf einer Oberfläche gebildet werden und
    die Scheibe in einzelne Anordnungen unterteilt wird, die je zumindest zwei Gehäuseanschlüsse umfassen.
  • Die Erfindung betrifft auch eine Halbleiteranordnung zur Oberflächenmontage, versehen mit einem Körper aus einem Halbleitermaterial, der eine erste Seite und eine gegenüber der ersten Seite liegende, zweite Seite hat, mit einem Halbleiterelement; wobei Gehäuseanschlüsse eine erste Seite und eine gegenüber der ersten Seite liegende, zweite Seite haben, welche zweiten Seiten in ein und derselben Ebene liegen, und Leiterbahnen die sich an der ersten Seite des Körpers befinden und die Gehäuseanschlüsse das Halbleiterelement mit den Gehäuseanschlüssen verbinden,
  • Ein derartiges Verfahren ist aus US 3.543.106 bekannt. Bei diesem Verfahren werden auf der ersten Seite der Scheibe außer den Halbleiterelementen die Gehäuseanschlüsse gebildet; wobei jeder dieser Anschlüsse, Anschlussflecke genannt, eine Aluminiumschicht umfasst, die mit einer plattierten Nickelschicht und einer Lötperle bedeckt ist. Die erste Seite ist keine flache Oberfläche, der Abschnitt, wo die Halbleiterelemente gebildet worden sind, hat eine Oberfläche, die weiter von der Scheibenoberfläche entfernt liegt als die Oberfläche, wo die Anschlussflecke gebildet worden sind. Die Beschichtung auf der ersten Seite ist strukturiert, um die Anschlüsse an die Oberfläche zu bringen. Die Anordnung kann nicht auf einer flachen Oberfläche montiert werden.
  • US 3.475.664 offenbart ein Verfahren, bei dem eine Scheibe aus Halbleitermaterial mit Halbleiterelementen, einer Isolierschicht und Leiterbahnen versehen wird. Eine Anordnung wird dann mit einem isolierenden Klebstoff an einem Träger befestigt. Die Scheibe wird dann von ihrer zweiten Seite aus dünner gemacht, mit einer Metallisierung versehen und örtlich entfernt, um einen Kontakt für jedes einzelne Halbleiterelement zu erzeugen. Auf den Kontakten sind Drahtbonds zur wechselseitigen Verbindung und/oder zum Schaffen von Eingängen und Ausgängen vorgesehen.
  • US 4.131.909 offenbart ein anderes Verfahren, bei dem eine Scheibe aus Halbleitermaterial mit Halbleiterelementen, einer Isolierschicht und Leiterbahnen versehen wird. Hierbei wird die Scheibe vor dem Aufbringen der Isolierschicht und der Leiterbahnen örtlich entfernt. Die Leiterbahnen werden mit einer Isolierschicht und einer Beschichtung bedeckt. Durch Dünnermachen der Scheibe wird eine Aufteilung in voneinander isolierte Halbleiterinseln erreicht und werden einige Gebiete der Leiterbahnen freigelegt. Die Inseln und die freigelegten Gebiete werden mit einer Metallisierung bedeckt.
  • EP 447884 offenbart ein Gehäuse mit einem Anschlussrahmen, bei dem sich die Halbleiteranordnung auf einem Träger befindet. Das Gehäuse umfasst einen Deckel, der an dem Träger mit einer Schicht aus UV-aushärtbarem Epoxid befestigt ist, sodass die Halbleiteranordnung sich in einem Hohlraum befindet.
  • Der Erfindung liegt als erste Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art zu verschaffen, mit dem Halbleiteranordnungen gebildet werden können, die zur Montage auf einer flachen Oberfläche und zur Verwendung bei hohen Frequenzen geeignet sind.
  • Der Erfindung liegt als zweite Aufgabe zugrunde, eine Halbleiteranordnung der eingangs erwähnten Art zu verschaffen, die für hohe Frequenzen geeignet ist.
  • Die erste Aufgabe wird mit dem Verfahren nach Anspruch 1 gelöst.
  • Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Gehäuseanschlüsse direkt aus Halbleitermaterial der Scheibe gebildet. Die Gehäuseanschlüsse umfassen die Anschlussgebiete, die für eine gute elektrische Verbindung zwischen den Leiterbahnen und der zweiten Seite sorgen. Die zweite Seite ist verhältnismäßig eben, sodass die Halbleiteranordnung zu Oberflächenmontage geeignet ist. Die Scheibe wird durch die bulkreduzierende Behandlung von der zweiten Seite her dünner gemacht, beispielsweise indem die Scheibe in bekannter Weise dünn geschliffen wird oder geätzt, vorzugsweise bis zu einer Dicke hinab, die zwischen einigen Zehntel eines Mikrometers und einigen Mikrometern liegt. Solch eine dünne Scheibe sorgt für verhältnismäßig niedrige Kapazitätswerte in dem Halbleiterelement zwischen Abschnitten des Halbleiterelementes und dem Bulk der Scheibe. Dadurch ist das Halbleiterelement für hohe Frequenzen geeignet. Außerdem ist der Serienwiderstand in den Gehäuseanschlüssen von der ersten bis zur zweiten Seite in einer dünnen Scheibe verhältnismäßig klein. Die Beschichtung sorgt dafür, dass die dünner gemachte Scheibe trotzdem mechanisch verhältnismäßig stark ist, sodass sie bequem hantiert werden kann. In einer dünner gemachten Scheibe kann auch verhältnismäßig einfach eine Trennung zwischen Anschlussgebieten und Halbleiterelementen angebracht werden.
  • Das selektive Entfernen von Material kann beispielsweise durch Wegätzen mit Hilfe einer Ätzmaske oder durch selektives Verdampfen mit Hilfe eines Lasers erreicht werden. Das Material der Isolierschicht wird in Abhängigkeit von dem Halbleitermaterial so gewählt, dass das Halbleitermaterial entfernt wird, die Isolierschicht dagegen nicht. Derartige Kombinationen aus Halbleitermaterial und Isolierschicht sind bekannt; beispielsweise können die folgenden Materialkombinationen verwendet werden: GaAs und Siliciumnitrid; Silicium und Siliciumoxid oder Siliciumnitrid. Vorzugsweise wird Silicium als Halbleitermaterial verwendet. Die Isolierschicht kann dann beispielsweise eine Nitrid- oder Oxynitridschicht sein. Vorzugsweise wird eine Siliciumoxidschicht als Isolierschicht vorgesehen. Der Herstellungsprozess der Halbleiteranordnung kann dann in einfacher Weise in vorhandene Herstellungsprozesse aufgenommen werden, ohne dass zusätzliche Schritte zum Aufbringen der Isolierschicht notwendig sind.
  • Vorzugsweise wird an der zweiten Seite eine Maske vorgesehen, um das Halbleitermaterial zwischen den Halbleiterelementen und den Anschlussgebieten zu entfernen. Diese Maske kann beispielsweise eine Legierung wie z.B. Titan/Wolfram umfassen. Eine Gold enthaltende Schicht wird bei dem Verfahren vorzugsweise auf der zweiten Seite aufgebracht, welche Schicht mit Hilfe von Photolithographietechniken strukturiert wird, woraufhin die Anschlussgebiete und die Halbleitergebiete durch Wegätzen von Halbleitermaterial getrennt werden, wobei die strukturierte, Gold enthaltende Schicht als Ätzmaske verwendet wird. Die Photolithographiemaske wird beispielsweise dadurch justiert, dass Infrarotlicht zum Betrachten durch die Maske, Scheibe und Beschichtung hindurch verwendet wird.
  • Die Gold enthaltende Schicht ist sehr geeignet als Ätzmaske, weil sie die Verwendung langdauernder, verhältnismäßig stark ätzender Bearbeitungen erlaubt. Die strukturierte, Gold enthaltende Schicht kann außerdem direkt als Metallisierung des Gehäuseanschlusses dienen, sodass der Gehäuseanschluss beispielsweise direkt an eine Printplatte gelötet werden kann.
  • Vorzugsweise umfasst das Halbleitermaterial Silicium, und das Anschlussgebiet wird durch Ätzen der Scheibe in KOH von dem Halbleiterelement getrennt. Ätzen mit KOH führt zu wohldefinierten Kanten der Anschluss- und Kontaktgebiete, d.h. Kanten mit einer Neigung von ungefähr 55° zur zweiten Seite.
  • Die Beschichtung kann verhältnismäßig dick und mechanisch starr gewählt werden, um die Halbleiteranordnung mechanisch genügend stabil zu machen. Es ist vorteilhaft, wenn die Beschichtung eine verhältnismäßig starre Abdeckplatte umfasst. Beispielsweise kann eine Siliciumscheibe oder eine Keramikplatte für eine solche Abdeckplatte genommen werden. Die Abdeckplatte wird beispielsweise durch Waferbonden oder Kleben angebracht. Es ist vorteilhaft, einen wärmeaushärtenden Klebstoff zu nehmen, sodass die Verbindung zwischen der Halbleiterscheibe und der Abdeckplatte auch bei höheren Temperaturen stabil ist. Vorzugsweise umfasst die Beschichtung eine isolierende Abdeckplatte. Eine solche Abdeckplatte hat den Vorteil, dass die Hochfrequenzeigenschaften der Halbleiteranordnung günstig beeinflusst werden, weil es keine kapazitive Kopplung zwischen Leiterbahnen und der Abdeckplatte gibt. Vorzugsweise ist das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass als Beschichtung ein UV-aushärtender Klebstoff (UV: ultraviolette Strahlung) mit darauf einer Glasplatte als isolierende Abdeckplatte angebracht wird, woraufhin der Klebstoff durch die Glasplatte hindurch mit UV-Strahlung ausgehärtet wird. Ein UV-aushärtender Klebstoff kann in sehr kurzer Zeit bei Raumtemperatur ausgehärtet werden. Der Klebstoff hat den Voreil, dass darin keine Lösungsmittel vorliegen, sodass in der Klebstoffschicht zwischen der Glasplatte und der Halbleiterscheibe keine Hohlräume gebildet werden. Die Glasplatte wird gleichzeitig mit der Scheibe aufgeteilt, sodass jede Halbleiteranordnung an ihrer ersten Seite mit einem Teil der Glasplatte versehen ist. Die Verwendung einer Glasplatte hat viele Vorteile. Glas ist preiswert, starr, reichlich verfügbar, schützt die Halbleiteranordnung gegen äußere Einflüsse und hat eine glatte Oberfläche. Infolge des Anbringens der Glasplatte ist die Halbleiteranordnung beim Entfernen von Halbleitermaterial von der zweiten Seite der Scheibe und nach dem Beenden der Herstellung viel robuster, sodass bei den Bearbeitungen weniger Ausschuss auftritt. Da der UV-aushärtende Klebstoff auch transparent ist, bleiben die Halbleiterelemente durch die Glasplatte und die Klebstoffschicht sichtbar, sodass Handlungen, wie z.B. das Ausrichten für die Trennung der Halbleiterelemente und Anschlussgebiete und für das Aufteilen der Scheibe in einzelne Anordnungen einfach sind.
  • Ein zusätzlicher Vorteil wird erhalten, wenn die Halbleiterelemente und/oder die Anschlussgebiete mit Kontaktgebieten versehen sind, die an die erste Seite grenzen und eine Menge Dotierstoffatome von mehr als 1019/cm3 umfassen, bevor die Leiterbahnen angebracht werden. Zwischen einer Leiterbahn und einem solchen verhältnismäßig stark dotierten Kontaktgebiet kann ein niederohmiger Kontakt hergestellt werden. Vorzugsweise werden die Anschlussgebiete, die von der ersten zur zweiten Seite verlaufen, mit einer Menge Dotierstoffatome von mehr als 1019/cm3 versehen. Die Gehäuseanschlüsse sind dann verhältnismäßig niederohmig, sodass eine gute elektrische Verbindung zwischen den Leiterbahnen an der ersten Seite und der zweiten Seite der Scheibe erzeugt wird. Die Halbleiteranordnung wird mit dieser zweiten Seite auf einer Printplatte montiert. Es gibt dann eine gute elektrische Verbindung zwischen dem Halbleiterelement und der Printplatte. Es ist nicht immer notwendig, ein stark dotiertes Kontaktgebiet zu verwenden, beispielsweise, wenn das Halbleiterelement zwischen der Leiterbahn an der ersten Seite und dem Halbleitermaterial der Scheibe mit einer Schottky-Diode versehen ist.
  • Es ist auch vorteilhaft möglich, mit dem Verfahren weitere Gehäuseanschlüsse herzustellen, beispielsweise aus Abschnitten der Scheibe, in denen sich die Halbleiterelemente befinden. Ein Abschnitt des Halbleiterelements steht nach der Montage dann direkt, d.h. ohne Verwendung einer Leiterbahn, mit einer Leiterbahn auf der Printplatte in Kontakt.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Halbleiteranordnungen hergestellt, ohne dass ein Anschlussrahmen, Bonddrähte oder Gehäuseanschlüsse aus Metall notwendig sind. Die Herstellung von erfindungsgemäßen Halbleiteranordnungen erfolgt, wenn sich die Anordnungen noch in einer Scheibe aus Halbleitermaterial befinden. Dank der IC-Technologien auf Waferebene, wie Photolithographie, Ätzen usw. macht das erfindungsgemäße Verfahren Halbleiteranordnungen mit sehr kleinen Abmessungen möglich. Zudem können Halbleiteranordnungen, die integrierte Schaltungen mit sehr vielen Gehäuseanschlüssen umfassen, in einfacher Weise verschafft werden, ohne dass zusätzliche Schritte notwendig sind. Die erfindungsgemäße Halbleiteranordnung ist daher verhältnismäßig preiswert.
  • Die zweite Aufgabe zum Verschaffen einer Halbleiteranordnung der eingangs erwähnten Art, die für hohe Frequenzen geeignet ist, wird mit der Anordnung nach Anspruch 5 gelöst.
  • Ein zusätzlicher Vorteil wird erhalten, wenn die Halbleiterelemente und/oder die Anschlussgebiete mit Kontaktgebieten versehen sind, die an die erste Seite grenzen und eine Menge Dotierstoffatome von mehr als 1019/cm3 umfassen, bevor die Leiterbahnen angebracht werden. Zwischen einer Leiterbahn und einem solchen verhältnismäßig stark dotierten Kontaktgebiet kann ein niederohmiger Kontakt hergestellt werden. Vorzugsweise werden die Anschlussgebiete, die von der ersten zur zweiten Seite verlaufen, mit einer Menge Dotierstoffatome von mehr als 1019/cm3 versehen. Die Gehäuseanschlüsse sind dann verhältnismäßig niederohmig, sodass eine gute elektrische Verbindung zwischen den Leiterbahnen an der ersten Seite und der zweiten Seite der Scheibe erzeugt wird. Es ist nicht immer notwendig, ein stark dotiertes Kontaktgebiet zu verwenden, beispielsweise, wenn das Halbleiterelement zwischen der Leiterbahn an der ersten Seite und dem Halbleitermaterial mit einer Schottky-Diode versehen ist.
  • Beispielsweise kann eine Siliciumscheibe oder eine Keramikplatte oder eine Glasplatte für die Abdeckplatte genommen werden. Die Abdeckplatte wird beispielsweise durch Waferbonden oder Kleben angebracht. Es ist vorteilhaft, einen wärmeaushärtenden Klebstoff zu nehmen, sodass die Verbindung zwischen der Halbleiterscheibe und der Abdeckplatte auch bei höheren Temperaturen stabil ist. Alternativ kann der Klebstoff ein UV-aushärtender Klebstoff sein. Die Verwendung einer Glasplatte hat viele Vorteile. Glas ist preiswert, starr, reichlich verfügbar, schützt die Halbleiteranordnung gegen äußere Einflüsse und hat eine glatte Oberfläche
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
  • 1 bis 6 im Querschnitt eine mit einem zum Verständnis der Erfindung nützlichen Verfahren hergestellte Diodenhalbleiteranordnung in verschiedenen Stadien der Herstellung.
  • 7 bis 9 eine damit verwandte Transistorhalbleiteranordnung, wobei 7 eine Draufsicht der ersten Seite, 8 eine Unteransicht der zweiten Seite und 9 ein Querschnitt ist.
  • 10 und 11 eine erfindungsgemäß hergestellte Halbleiteranordnung, die mit einer integrierten Schaltung mit vielen Gehäuseanschlüssen versehen ist, wobei 10 ein Querschnitt und 11 eine Draufsicht der ersten Seite ist.
  • Die Zeichnung ist rein schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Teile haben in der Zeichnung im allgemeinen gleiche Bezugszeichen.
  • 6 zeigt eine Halbleiteranordnung 1 mit Gehäuseanschlüssen 2, 12 aus Halbleitermaterial. 1 bis 6 zeigen, wie eine solche Halbleiteranordnung 1 hergestellt wird. Hierzu wird eine Scheibe 3 des Halbleitermaterials an einer ersten Seite 4 ihrer zwei Seiten 4, 5 (siehe 1) mit einem Halbleiterelement 6 versehen. Es werden zwei Halbleiterelemente 6 gezeigt. In der Praxis werden in der Scheibe 3 viele Halbleiterelemente 6 angebracht. In diesem Beispiel ist die Scheibe 3 eine Siliciumscheibe mit einem n+-Substrat (Dotierung 1019/cm3), die mit einer epitaktisch aufgebrachten n–-Schicht versehen ist (Dicke 3 μm, Dotierung 1015/cm3). Ein Diodenhalbleiterelement 6 wird in der Scheibe 3 in bekannter Weise vorgesehen, indem ein p+-Gebiet 17 (Dotierung 1020/cm3) durch Diffusion angebracht wird, wobei ein pn-Übergang zwischen dem p+-Gebiet 17 und der n–-Epitaxieschicht gebildet wird.
  • Das Anschlussgebiet 8 wird mit einem Kontaktgebiet 19 mit einer Menge Dotierstoffatome von mehr als 1019/cm3 versehen (siehe 1). Zwischen einer später anzubringenden Leiterbahn 7 und einem solchen verhältnismäßig stark dotierten Kontaktgebiet 19 kann dann ein verhältnismäßig niederohmiger Kontakt hergestellt werden. Das p+-Gebiet 17 wirkt in diesem Beispiel gleichzeitig als Kontaktgebiet für das Halbleiterelemnt 6. Vorzugsweise wird das von der ersten Seite 4 zur zweiten Seite 5 verlaufende Anschlussgebiet 8 mit einer Menge Dotierstoffatome von mehr als 1019/cm3 versehen. In diesem Beispiel wird das Anschlussgebiet 8 durch das n+-Gebiet 19 und das n+-Substrat der Scheibe 3 gebildet. Das Anschlussgebiet 8 ist dann verhältnismäßig niederohmig, sodass eine gute elektrische Verbindung zwischen der ersten Seite 4 und der zweiten Seite 5 der Scheibe erzeugt wird.
  • Die erste Seite 4 wird mit einer Isolierschicht 10 versehen. Bei Verwendung von Silicium als Halbleitermaterial kann beispielsweise Siliciumnitrid oder Siliciumoxynitrid für die Isolierschicht 10 verwendet werden. In diesem Beispiel wird eine Silicium oxidschicht als Isolierschicht 10 aufgebracht. Der Herstellungsprozess der Halbleiteranordnung 1 kann dann in einfacher Weise in vorhandene Herstellungsprozesse aufgenommen werden, ohne dass zusätzliche Schritte zum Aufbringen der Isolierschicht 10 notwendig sind. Die Siliciumschicht 10 ist in diesem Beispiel vom sogenannten LOCOS-Typ. Um eine solche Isolierschicht 10 aufzubringen, wird das Silicium der Scheibe 3 in bekannter Weise durch eine Siliciumnitridmaske hindurch oxidiert, indem die Scheibe 3 fünf Stunden lang bei 1000°C feuchtem Sauerstoff ausgesetzt wird. Dadurch wird eine 1 μm dicke Schicht aus Siliciumoxid 10 erzeugt.
  • Zwischen dem Halbleiterelement 6 und einem Anschlussgebiet 8 wird auf der Isolierschicht 10 eine Leiterbahn 7 angebracht (siehe 2). Die Leiterbahn 7 stellt einen elektrischen Kontakt mit dem Halbleiterelement 6 und mit dem Anschlussgebiet 8 über Kontaktlöcher in der Isolierschicht 10 her. Die Leiterbahn 7 umfasst Gold. Auf der Oberfläche 4 werden in einem Sputterprozess eine 0,1 μm dicke Ti-Schicht, eine 0,1 μm dicke Pt-Schicht und eine 1,0 μm dicke Au-Schicht aufgebracht. Diese Schichten werden anschließend in bekannter Weise mit Hilfe von Photolithographietechniken strukturiert. Eine Kratzschutzschicht 20 aus Siliciumnitrid wird in bekannter Weise über den Leiterbahnen 7 angebracht. Die erste Seite 4 der Scheibe wird dann mit einer Beschichtung 9 versehen (siehe 3). Um die Halbleiteranordnung 1 mechanisch genügend stabil zu machen, wird die Beschichtung 9 verhältnismäßig dick oder mechanisch verhältnismäßig starr gewählt, beispielsweise durch Verwendung einer dicken Schicht aus Kunststoff oder einer verhältnismäßig dünnen Schicht aus Kunststoff, die mit einem Keramikmaterial wie z.B. Glaskügelchen gefüllt ist. Es ist vorteilhaft, wenn die Beschichtung 9 eine verhältnismäßig starre Abdeckplatte 13 umfasst. Für eine solche Abdeckplatte 13 kann beispielsweise eine Siliciumscheibe oder eine Keramikplatte genommen werden. Die Abdeckplatte wird beispielsweise mittels Waferbonden oder mit Hilfe einer Klebstoffschicht 11 angebracht. Eine isolierende Abdeckplatte 13 hat den Vorteil, dass die Hochfrequenzeigenschaften der Halbleiteranordnung günstig beeinflusst werden, weil es keine kapazitive Kopplung zwischen Leiterbahnen und der Abdeckplatte gibt. Es ist vorteilhaft, einen wärmeaushärtenden Klebstoff für die Klebstoffschicht 11 zu nehmen. Ein solcher Klebstoff erweicht bei höherer Temperatur nicht oder nahezu nicht, sodass die Verwindung auch bei höherer Temperatur stabil ist. Vorzugsweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren als Beschichtung 9 ein UV-aushärtender Klebstoff mit darauf einer Glasplatte 13 angebracht, wobei der Klebstoff 11 durch die Glasplatte 13 hindurch mit UV-Strahlung ausgehärtet wird. Hierdurch wird erreicht, dass die Halbleiteranordnung 1 beim Entfernen von Halbleitermaterial von der zweiten Seite 5 der Scheibe 3 und nach der Fertigstellung viel stabiler ist, sodass während der Bearbeitungen weniger Ausfall auftritt. Ein UV-aushärtender Klebstoff kann in sehr kurzer Zeit bei Raumtemperatur ausgehärtet werden. Der Klebstoff hat den Vorteil, dass darin keine Lösungsmittel vorliegen, sodass in der Klebstoffschicht zwischen der Glasplatte 13 und der Halbleiterscheibe 4 keine Hohlräume infolge von Verdampfung von Lösungsmitteln gebildet werden. Außerdem wird dieser Klebstoff nur aushärten, wenn kein Sauerstoff vorhanden ist. Das bedeutet, dass Klebstoff, der während der Herstellung an anderen Stellen vorkommt als zwischen der Glasplatte 13 und der Scheibe 3, in einfacher Weise entfernt werden kann, weil dieser Klebstoff wegen des Vorhandenseins von Sauerstoff in Luft nicht aushärtet. Ein Kunstharzklebstoff wie z.B. ein Epoxid- oder Acrylatklebstoff kann als UV-aushärtender Klebstoff verwendet werden. Im vorliegenden Beispiel wird Hexandioldiacrylat 1,6 verwendet.
  • Als Glasplatte wird in diesem Beispiel eine Pyrexplatte mit einer Dicke von 1 mm verwendet. Auch kann beispielsweise eine Keramikplatte als Abdeckplatte 13 verwendet werden. Es genügt, wenn die Abdeckplatte eine verhältnismäßig niedrige Durchlässigkeit für UV-Strahlung hat. Der UV-aushärtende Klebstoff 11 kann mit nur einer kleinen Menge UV-Strahlung ausgehärtet werden. Es ist auch möglich, den UV-aushärtenden Klebstoff in einer Behandlung bei höherer Temperatur auszuhärten. Aushärten mit UV-Strahlung ist jedoch einfacher als Aushärten bei höherer Temperatur. Die Abdeckplatte darf einen Ausdehnungskoeffizienten haben, der sich von dem des Halbleitermaterials der Scheibe 3 unterscheidet. In den nachfolgenden Prozesschritten werden keine großen Temperaturänderungen verwendet, sodass die Unterschiede bei der Ausdehnung zwischen Abdeckplatte 13 und Scheibe 3 klein sind und durch die Klebstoffschicht 11 ausgeglichen werden.
  • In der Praxis wird die Scheibe aus Halbleitermaterial 3 nach dem Anbringen der Beschichtung 9 dünn gemacht, indem Material von der zweiten Seite 5 der Scheibe 3 entfernt wird. In diesem Beispiel wird die Dicke der Scheibe 3 durch Schleifen von der zweiten Seite 5 her auf ungefähr 10 μm verringert.
  • 4, 5 und 6 zeigen, wie anschließend das Anschlussgebiet 8 vom Halbleiterelement 6 getrennt wird, indem Material an der zweiten Seite 5 selektiv von der Scheibe 3 entfernt wird, wobei die Isolierschicht 10 erfindungsgemäß als Stoppschicht verwendet wird. Die dünner gemachte Scheibe 3 wird hierzu an der zweiten Seite 5 mit einer leitenden Schicht versehen, die mit einer Maske strukturiert wird. Die Maske wird dadurch justiert, dass Infrarotlicht zum Betrachten durch die Maske, Scheibe und Abdeckplatte hindurch verwendet wird. 4, 5 zeigen, wie die strukturierte Metallschicht 15 anschließend als Maske zum Trennen des Anschlussgebietes 8 und des Halbleiterelementes 6 verwendet wird. Die Metallschicht 15 ist als Maske viel geeigneter als eine übliche mit Photolithographie erhaltene Maske. Sie erlaubt die Verwendung stark ätzender Bearbeitungen, eventuell bei einer verhältnismäßig hohen Temperatur, während gleichzeitig diese Metallschicht als Metallisierung an der zweiten Seite 5 dient.
  • Ein zusätzlicher Vorteil wird bei der Trennung des Halbleiterelementes 6 und des Anschlussgebietes 8 an der zweiten Seite 5 erhalten, wenn die strukturierte leitende Schicht 15 Gold umfasst. Im vorliegenden Beispiel werden eine 0,1 μm dicke Ti-Schicht, eine 0,1 μm dicke Pt-Schicht und eine 1,0 μm dicke Au-Schicht auf der zweiten Seite in einem Sputterprozess aufgebracht. Diese Schichten werden dann in bekannter Weise mit Hilfe von Photolithographietechniken strukturiert. Das Anschlussgebiet 8 wird anschließend durch Ätzen der Scheibe in KOH von dem Halbleiterelement 6 getrennt. Das Gold der strukturierten leitenden Schicht 15 ist äußerst beständig gegen KOH. Ätzen mit KOH führt zu wohldefinierten Kanten der Anschluss- und Kontaktgebiete, d.h. Kanten, die zu der zweiten Seite 5 eine Neigung 16 von 54,75° haben (siehe 5 und 6). Das Ätzen stoppt automatisch, sobald die Isolierschicht 10 erreicht ist. Die Gehäuseanschlüsse können somit sehr genau definiert werden.
  • Die mit der Beschichtung 9 versehene Halbleiterscheibe 3 wird dann in einzelne Halbleiteranordnungen 1 mit Gehäuseanschlüssen 2, 12 aufgeteilt, die von Abschnitten 2 der Scheibe 3 gebildet werden, in denen sich das Halbleiterelement 6 befindet, und Abschnitten 12 der Scheibe 3, in denen sich das Anschlussgebiet 8 befindet (siehe 6). Die Abdeckplatte 13 wird gleichzeitig mit der Scheibe 3 aufgeteilt, sodass jede Halbleiteranordnung 1 an ihrer ersten Seite 4 mit einem Abschnitt der Abdeckplatte 13 versehen ist.
  • Ein derartiges Verfahren ist besonders zur Herstellung von Halbleiteranord nungen zur Oberflächenmontage geeignet, sogenannten oberflächenmontierten Anordnungen oder SMDs (SMD: surface mounted device). Die Abmessungen einer solchen Halbleiteranordnung können an Standardabmessungen für SMDs angepasst werden. Die Höhe der Halbleiteranordnung kann somit angepasst werden, indem für die Abdeckplatte 13 eine andere Dicke genommen wird. Die Halbleiteranordnung wird in dem vorliegenden Beispiel in einem Standardmaß 0402 für SMDs hergestellt (Abmessungen 0,04 × 0,02 × 0,02 Zoll, 1 × 0,5 × 0,5 mm). Die Halbleiteranordnung 1 wird bei Oberflächenmontage mit ihrer zweiten Seite 5, d.h. mit der Goldschicht 15, auf einer Printplatte montiert. Dadurch wird eine zufriedenstellende Verbindung zwischen dem Halbleiterelement 6 und der Printplatte erhalten.
  • 7 bis 9 zeigen als zweites Beispiel eine Halbleiteranordnung mit einem Transistor als Halbleiterelement. Dieser Transistor wird in analoger Weise wie die Diode in dem ersten Beispiel von 1 bis 6 hergestellt. 7 ist eine Draufsicht der ersten Seite 4, 8 eine Unteransicht der zweiten Seite 5 und 9 eine Seitenansicht dieses Transistors. Ein solcher Transistor wird aus einer Siliciumscheibe 3 hergestellt, die ein mit einer n–--Epitaxieschicht versehenes n+-Substrat umfasst. Diese Scheibe 3 wird in bekannter Weise mit einer Siliciumoxidschicht versehen, die mittels eines Photolithographieverfahrens mit einer verhältnismäßig groben Maske mit Kontaktlöchern für die Anschlussgebiete 28 und 38 versehen wird. Dann werden die Gebiete 28 und 38 in bekannter Weise durch diese Kontaktlöcher hindurch mittels Diffusion von n-Dotierstoffatomen gebildet. Hierbei werden n+-Gebiete gebildet, die von der Seite 4 zur Seite 5 durchlaufen. In einem folgenden Schritt werden die LOCOS-Gebiete 10, das p-Basisgebiet 25, das p+-Basiskontaktgebiet 24 und die n+-Emittergebiete 26 mit bekannten Standardfertigungstechniken gebildet, wie z.B. Oxidation, Implantation und Diffusion. Anschließend wird eine Ti/Pt/Au-Schicht auf die erste Seite 4 gesputtert, wie in dem ersten Beispiel. Diese Schicht wird strukturiert, wobei die Leiterbahnen 27 und 37 gebildet werden. Die Bahn 27 verbindet die Basiskontaktgebiete 24 mit dem Anschlussgebiet 28, und die Bahn 37 verbindet die Emittergebiete 26 mit dem Anschlussgebiet 38. Über diesen Leiterbahnen 27, 37 wird eine Kratzschutzschicht 20 aus Siliciumnitrid angebracht. Dann werden ein UV-aushärtender Klebstoff 11, in diesem Fall Hexandioldiacrylat 1.6, und eine Abdeckplatte 13 aus Pyrexglas mit einer Dicke von 1 mm auf der ersten Seite 4 angebracht. Der Klebstoff 11 wird durch die Glasplatte 13 hindurch mit UV bestrahlt. Dann wird die Scheibe 3 von der zweiten Seite 5 aus bis zu einer Dicke von ungefähr 100 μm in einem Schleifprozess dünner gemacht. Die Pyrexglasplatte 13 sorgt dafür, dass die Scheibe 3 während des Schleifens nicht bricht. Auf die zweite Seite 5 wird dann, wie im ersten Beispiel, eine Ti/Pt/Au-Schicht aufgesputtert. Diese Schicht wird mit Hilfe einer Maske strukturiert, wobei für jedes Halbleiterelement drei Gebiete 15 erzeugt werden (siehe 8 und 9). Die Scheibe 3 wird dann einer Ätzbehandlung mit KOH unterworfen. Die Glasplatte 13 schirmt dabei die erste Seite 4 der Halbleiteranord nung ab. Dabei entstehen einzelne Gehäuseanschlüsse 22, 32, 42, nämlich ein Anschluss 22 für die Basis, ein Anschluss 32 für den Emitter und ein weiterer Anschluss 42 für den Kollektor für jedes Halbleiterelement. Dann werden mittels Drahtsägen der Scheibe 3 die einzelnen Halbleiteranordnungen, wie in 7 bis 9 gezeigt, gebildet. Die Ausrichtung für den Sägeprozess ist sehr einfach, weil die Halbleiterelemente durch die Glasplatte 13 und den Klebstoff 11 sichtbar sind. Die gebildeten Halbleiteranordnungen können mit ihren zweiten Seiten direkt auf eine Printplatte, eine Folie oder Ähnliches montiert werden.
  • Als erste Ausführungsform wird eine mit einer erfindungsgemäßen integrierten Schaltung versehene Halbleiteranordnung gezeigt. 10 zeigt eine Halbleiteranordnung zur Oberflächenmontage, die eine Abdeckplatte 13 umfasst, auf der ein Körper 42 aus einem Halbleitermaterial und aus dem Halbleitermaterial hergestellte Gehäuseanschlüsse 12 mit einer ersten Seite 4 ihrer zwei Seiten 4, 5 angebracht sind, wobei der Körper 42 an seiner ersten Seite 4 mit einem Halbleiterelement 6 versehen ist, das Kontaktgebiete 50 hat, die über Leiterbahnen 7 mit der ersten Seite 4 der Gehäuseanschlüsse 12 verbunden sind, während die zweiten Seiten 5 der Gehäuseanschlüsse in ein und derselben Ebene 60 liegen. In diesem Beispiel umfasst das Halbleiterelement 6 eine integrierte Schaltung (IC, in 10, 11 nicht abgebildet). Die Gehäuseanschlüsse 12 sind mit einer n+-Dotierung versehen und aus der gleichen Halbleiterscheibe hergestellt wie der Körper 42 mit der integrierten Schaltung 6. Die Anordnung und Herstellung der Halbleiteranordnung dieser ersten Ausführungsform der Erfindung sind analog denen der ersten beiden Beispiele. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Körper 42 an seiner zweiten Seite 5 weiter rückgeätzt als die Gehäuseanschlüsse 12. Die Halbleiteranordnung wird mit ihrer zweiten Seite 5 auf einer Printplatte montiert, beispielsweise indem ein Tropfen leitender Klebstoff auf die zweite Seite 5 der Gehäuseanschlüsse 12 aufgebracht wird und die Halbleiteranordnung dann auf einer Printplatte platziert wird. Die Gehäuseanschlüsse 12 liegen in ein und derselben Ebene 60, sodass die Halbleiteranordnung mit all ihren Gehäuseanschlüssen 12 mit Leiterbahnen auf der Printplatte Kontakt machen kann. Der Abschnitt 42 der Scheibe 3, in dem sich das Halbleiterelement 6 befindet, macht nach dessen Montage darauf keinen Wärme- oder elektrischen Kontakt mit der Printplatte.
  • Obwohl in den vorhergehenden Ausführungsformen und Beispielen bestimmte Techniken verwendet worden sind, wird deutlich sein, dass auch alternative Techniken verwendet werden können, ohne die Erfindung zu schmälern. So kann das Einbringen von Dotierstoffatomen durch Diffusion aus einer dotierten Schicht oder durch Implantation erfolgen, der eine Nachbehandlung folgt. Das Ätzen von Halbleitermaterial mittels eines nasschemischen Verfahrens kann durch Ätzen in einem Plasma ersetzt werden. Als Alternative zum Sägen der Scheibe 3 kann auch Ritzen und Brechen verwendet werden. Für mehr Einzelheiten zu den bekannten Techniken wird der Leser auf Handbücher verwiesen, wie z.B. S.M. Sze: "VLSI Technology", Mc-Graw-Hill Book Company, und S. Wolf: "Silicium Processing for the VLSI Era", Bd. 1, 2, Lattice Press.
  • In den Beispielen sind die Halbleiteranordnungen mit Dioden oder Transistoren oder integrierten Schaltungen (ICs) versehen. Es ist auch möglich, andere Halbleiterelemente herzustellen, wie z.B. Thyristoren usw. Pro Halbleiteranordnung können zusätzlich zu den mit einem Anschlussgebiet versehenen Gehäuseanschlüssen eventuell mehrere weitere mit einem Halbleiterelement versehene Gehäuseanschlüsse vorhanden sein oder hergestellt werden.
  • Die Anschlussgebiete können eventuell teilweise von der zweiten Seite 5 aus angebracht werden. So kann beispielsweise erst ein an die erste Seite 4 grenzendes stark dotiertes Kontaktgebiet 19 gebildet werden, und später kann ein stark dotiertes Gebiet, das an die zweite Seite 5 grenzt und das Kontaktgebiet 19 überlappt, von der zweiten Seite her durch Diffusion oder Implantation angebracht werden, nachdem die Leiterbahn und die Beschichtung angebracht worden sind und die Scheibe dünner geschliffen worden ist. Es ist auch möglich, dass mehrere Reihen von Gehäuseanschlüssen nebeneinander angebracht werden. So können komplexe integrierte Schaltungen mit sehr vielen Gehäuseanschlüssen versehen werden. Die Leiterbahnen 7 können auch als Mehrlagenverdrahtung ausgeführt werden, sodass kreuzende Bahnen möglich sind. Die Glasplatte 13 kann mit einer lichtundurchlässigen Schicht versehen werden, sodass auch Halbleiterelemente, die lichtempfindlich sind, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gefertigt werden können.
  • Die erfindungsgemäßen Halbleiteranordnungen können mit Hilfe von Oberflächenmontage auf vielen Substrattypen montiert werden, beispielsweise auf Printplatten, Folien, Keramiksubstraten usw.
  • Es ist auch möglich, die Halbleiteranordnungen mit zusätzlichen Isolierschichten zu versehen. So kann beispielsweise nach dem Trennen der Halbleiterelemente und Anschlussgebiete die Halbleiteroberfläche durch das Anbringen von Epoxid oder Glas in den geätzten Hohlräumen zwischen Halbleiterelementen und Anschlussgebieten passiviert werden.

Claims (7)

  1. Verfahren zum Herstellen von Halbleiteranordnungen zur Oberflächenmontage, mit den Schritten: a) Verschaffen einer Scheibe (3) aus einem Halbleitermaterial, die eine erste flache Seite (4) und eine gegenüber liegende, zweite flache Seite (5) hat, mit: – Halbleiterelementen (6) an ihrer ersten Seite (4), wobei jedes der Elemente eine integrierte Schaltung mit Kontaktgebieten (50) umfasst, – einer Isolierschicht (10) an ihrer ersten Seite (4) und – in der ersten Seite (4) der Scheibe gebildeten Anschlussgebieten (8, 28, 38) b) Bilden von Leiterbahnen (7) auf der Isolierschicht (10), wobei die Leiterbahnen (7) mit Kontaktgebieten (50) der Halbleiterelemente (6) verbunden werden, c) Bedecken der Leiterbahnen (7) mit einer Kratzschutzschicht (20), d) Versehen der ersten Seite (4) der Scheibe (3) mit einer Beschichtung (9), die eine Abdeckplatte (13) umfasst, durch Festkleben der Abdeckplatte (13) mit einem wärmeaushärtenden oder UV-aushärtenden Klebstoff (11), wobei die genannte Abdeckplatte (13) eine Keramikplatte oder eine Glasplatte ist und einen Ausdehnungskoeffizienten hat, der sich von dem der Scheibe (3) aus Halbleitermaterial unterscheidet, e) Dünnermachen der Scheibe (3) mittels einer bulk-reduzierenden Behandlung über die gesamte Oberfläche ihrer zweiten Seite (5) f) Bilden von Gehäuseanschlüssen (2, 12; 22, 32,42), zum Montieren der Anordnungen auf einer Oberfläche, an den Leiterbahnen (7) durch Entfernen von Halbleitermaterial zwischen der integrierten Schaltung (6) und den Anschlussgebieten (8; 28, 38) von der zweiten Seite (5) der Scheibe (3), bis die Isolierschicht (10) örtlich freigelegt ist, wodurch die Gehäuseanschlüsse (12) aus dem genannten Halbleitermaterial gebildet werden, welche Gehäuseanschlüsse (12) je einen Abschnitt der Scheibe (3) umfassen, der an der zweiten Seite (5) mit einer Metallisierung (15) versehen ist, und in denen jeweils ein Anschlussgebiet (8; 18; 38) vorhanden ist, und wobei die die integrierten Schaltungen (6) umfassenden Abschnitte der Scheibe (3) weiter von der zweiten Seite (5) aus zurückgeätzt werden als die Gehäuseanschlüsse (12), und g) Unterteilen der Scheibe (3) in einzelne Anordnungen, die je zumindest zwei Gehäuseanschlüsse (12) umfassen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem in Schritt a) das Anschlussgebiet durch ein Kontaktgebiet (19) verschafft wird; das durch eine Epitaxieschicht verläuft, die an der ersten Seite (4) der Scheibe (3) aufgebracht ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Epitaxieschicht n–-dotiert ist, das Substrat n+-dotiert ist und das Kontaktgebiet (19) n+-dotiert ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Klebschicht (11) einen UV-aushärtenden Klebstoff enthält, die Abdeckplatte (13) eine Glasplatte (13) ist und der Klebstoff durch die Glasplatte (13) hindurch mit UV-Strahlung ausgehärtet wird.
  5. Halbleiteranordnung (1) versehen mit: – einem Körper (42) aus einem Halbleitermaterial, der eine erste Seite (4) und eine gegenüber der ersten Seite (4) liegende, zweite Seite (5) hat, mit einem Halbleiterelement (6), das eine integrierte Schaltung mit Kontaktgebieten (50) ist, – Leiterbahnen (7), die sich auf einer Isolierschicht (10) an der ersten Seite (4) des Körpers (2, 42) befinden und die Kontaktgebiete (50) mit Gehäuseanschlüssen (12) verbinden, welche erste Seiten (4) und zweiten Seiten (5) haben, wobei sich die Anschlüsse (12) benachbart zu dem Körper (42) befinden, – einer isolierenden Abdeckplatte (13), an der sich die erste Seite (4) des Körpers (42) und die erste Seite (4) der Gehäuseanschlüsse (12) befinden, dadurch gekennzeichnet, dass sie dadurch zur Oberflächenmontage geeignet ist, dass: – die Leiterbahnen (7) mit einer Kratzschutzschicht (20) bedeckt sind, auf der die Abdeckplatte (13) mit einem wärmeaushärtenden oder UV-aushärtenden Klebstoff (11) befestigt ist, wobei die Abdeckplatte (13) eine Glasplatte oder eine Keramikplatte ist, die einen anderen Ausdehnungskoeffizienten hat als der Körper aus Halbleitermaterial, und – die Gehäuseanschlüsse (12) das gleiche Halbleitermaterial umfassen wie der Körper (42) und Anschlussgebiete (8) umfassen, wobei ihre zweiten Seiten (5) in ein und derselben Ebene (60) liegen, – die zweite Seite (5) des Körpers (42) relativ zu der Ebene (60) versenkt ist, definiert durch die zweiten Seiten (5) der Gehäuseanschlüsse, sodass der Körper (42) nach der Montage auf einer Printplatte mit dieser keinen Wärme- oder elektrischen Kontakt macht.
  6. Halbleiteranordnung nach Anspruch 5, in der mehrere Reihen von Gehäuseanschlüssen vorhanden sind.
  7. Halbleiteranordnung nach Anspruch 5, in der die Leiterbahnen als Mehrlagenverdrahtung gebildet sind.
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