DE1154871B

DE1154871B - Verfahren zum Herstellen von Halbleiterbauelementen mit wenigstens einem pn-UEbergang

Info

Publication number: DE1154871B
Application number: DEB60834A
Authority: DE
Inventors: Dr Friedrich Spitzer
Original assignee: BBC BROWN BOVERI and CIE; Brown Boveri und Cie AG Germany
Current assignee: BBC BROWN BOVERI and CIE; BBC Brown Boveri AG Germany
Priority date: 1961-01-13
Filing date: 1961-01-13
Publication date: 1963-09-26
Also published as: GB968230A; CH397878A

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

B 60834 Vmc/21g

ANMELDETAG: 13. J A N U A R 1961

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 26. SEPTEMBER 1963

Es ist bekannt, Halbleiterbauelemente, die eine nach dem Diffusionsverfahren erzeugte ρ+pn- oder n+np-Struktur aufweisen, zum Zwecke der Herstellung von beispielsweise Gleichrichterelementen oberflächlich mit einer Nickelfläche zu versehen und diese mit einem ätzbeständigen Metallüberzug, z. B. Gold, zu belegen (vgl. Fig. 1). die so vorbereiteten Halbleiterkörper werden durch Brechen, Sägen, Ätzen oder durch Ultraschallbohren in gleichrichtende Bauelemente vorgegebener Größe zerteilt (vgl. Fig. 2 und 3). Der bei der Zerteilung freigelegte pn-übergang wird zum Zwecke der Säuberung und der Entfernung gestörter Kristallbereiche einer Ätzbehandlung unterworfen. Nachträglich erfolgt eine Kontaktierung an den vergoldeten Flächen meist unter Verwendung von Blei oder Bleilegierungen als Lötmaterial.

Es ist ferner bekannt, die Ätzbehandlung erst nach dem Anbringen von Kontakten in der Weise durchzuführen, daß direkt auf der Nickelschicht der Halbleiterbauelemente Stromzuführungen geeigneten Querschnitts aus einem ätzbeständigen, gut leitenden Metall, z. B. Gold oder Silber oder aus unedlen Metallen, wie Kupfer, die mit Gold, Silber oder auch Blei plattiert sind, angebracht werden, dabei dient ein ätzbeständiges Legierungsmetall, vorzugsweise Blei oder eine Bleilegierung, als Lötmetall. Das so vorbereitete Halbleiterbauelement wird anschließend einer Ätzbehandlung unterworfen. Es hat sich dabei als zweckmäßig erwiesen, das als Legierungsmetall benutzte Blei oder die Bleilegierung durch eine Chlorierung gegen den Angriff des Ätzmittels besonders zu schützen.

Einem so hergestellten diffundierten Halbleiterbauelement haftet der Nachteil an, daß durch das angewandte Zerteilverfahren des Halbleiterkörpers der Rand des pn-Überganges in sehr geringem Abstand von der kontaktierten Fläche am äußeren Umfang des Halbleiterbauelementes liegt.

Zur Beseitigung dieses Nachteils wurde ein als Mesa-Technik bezeichnetes Verfahren bekannt, bei dem aus dem wie oben beschrieben ätzbeständig vorbereiteten Halbleiterkörper ein Halbleiterbauelement herausgeschnitten wird, dessen Fläche größer ist als die notwendige, aktiv gleichrichtende Fläche. Die Herstellung einer tafelförmigen Erhebung, des »Mesas«, erfolgt dann in der Weise, daß auf dem herausgeschnittenen diffundierten und ätzbeständig plattierten Element durch Aufbringen emes geeigneten Schutzes, z. B. aus Lack oder Wachs, die aktiv gleichrichtende Fläche mit dem gewünschten kleineren Durchmesser abgedeckt wird und von dem frei

Verfahren zum Herstellen

von Halbleiterbauelementen

mit wenigstens einem pn-übergang

Anmelder:

Brown, Boveri & Qe. Aktiengesellschaft, Mannheim-Käfertal, Boveristr. 22

Dr. Friedrich Spitzer, Lampertheim (Hess.), ist als Erfinder genannt worden

bleibenden Ring sowohl das darauf plattierte schützende Metall als auch das darunterliegende Silizium mit chemischen Mitteln bis zu einer gewissen Tiefe entfernt wird (vgl. Fig. 4). Auf diese Weise gelingt es, den empfindlichen pn-übergang von dem äußeren Umfang des Halbleiterbauelementes auf den durch Ätzung freigelegten Ring, jedoch noch in unmittelbarer Nähe der für den Kontakt vorgesehenen Fläche zu verlegen. Die so vorbereiteten Elemente werden, wie oben bereits beschrieben, kontaktiert. Es ist bekannt, auch hier die Kontaktierung vor dem Ätzvorgang durchzuführen, bei dem wiederum in der bereits beschriebenen Weise verfahren wird.

Der Mesa-Ätzung haftet der Nachteil an, daß durch die chemische Art des Abtragungsverfahrens relativ lange Ätzzeiten erforderlich sind, was insbesondere bei der Durchführung der Mesa-Ätzung nach der Kontaktierung hohe Anforderungen an die Ätzbeständigkeit der zur Verwendung gelangenden Legierungs- und Kontaktierungsmaterialien stellt und insbesondere die Gefahr der Verunreinigung der Oberfläche durch Fremdstoffe in sich birgt, die während des Ätzvorganges aus dem Legierungs- und Kontaktierungsmaterial herausgelöst wurden.

Außerdem ist es infolge der rein chemischen Art der Abtragung des Materials in der Ringzone nicht möglieh, die geometrische Form des Ringes zu beeinflussen und damit den pn-übergang in einem gewünschten Maße von der Kontaktfläche weiter weg auf den freigeätzten Ring nach außen zu verlegen.

Die Erfindung vermeidet die Nachteile der bekannten Verfahren, ohne ihre Vorteile preiszugeben. Sie bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Halbleiterbauelementen mit wenigstens einem pn-

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Übergang. Die Erfindung besteht darin, daß ein Halbleiterkörper eines Leitfähigkeitstyps mit einer umdotierten eindiffundierten Oberflächenschicht und mit einer darüberliegenden Nickelschicht versehen wird, daß aus dem Halbleiterkörper mit Hilfe eines um eine zur pn-Übergangsfläche senkrechte Achse rotierenden und/oder in dieser Achsrichtung z. B. mit Ultraschallfrequenz schwingenden Werkstückes ein zylindrischer Körper herausgeschnitten wird und unter Verwendung eines Schleifmittels eine kegelstumpfförrnige Ringzone so gebildet wird, daß der Rand des pn-Überganges etwa in der Mitte der Ringzone an die Oberfläche tritt.

An Hand der Fig. 1, 5, 6 und 7 soll die vorzugsweise Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt werden.

Ein p-leitender Halbleiterkristall 1, beispielsweise aus Silizium, ist durch Eindiffundieren eines Dotierungsstoffes im Bereich 2 in der Nähe der Oberfläche in den η-leitenden Zustand übergeführt worden. Die zwischen beiden Bereichen laufende, nur unscharf begrenzte Schicht 3 wird als Inversionsschicht oder pn-übergang bezeichnet. An der Unterseite des Halbleiterkörpers 1 ist diese Schicht entfernt und eine Majoritätsträger injizierende Zone 4 durch Eindiffusion einer geeigneten Dotierungssubstanz angebracht. Der gesamte Halbleiterkörper erhält eine Plattierung 5 aus Nickel und gegebenenfalls auch eine ätzbeständige, darüberliegende weitere Metallschicht, beispielsweise aus Gold.

Das Gleichrichterelement wird aus dem so vorbereiteten Halbleiterkörper in einem Arbeitsgang, ohne Benutzung chemischer Mittel, auf mechanische Weise mit Hilfe eines Werkzeuges herausgeschnitten, und gleichzeitig wird ein Ringbereich 6 von der äußeren Umrandung bis zum Umfang der gewünschten Kontaktfläche 7 abgetragen. Die Abtragung dieses Ringbereiches erfolgt erfindungsgemäß in einem vorgegebenen flachen Winkel, so daß er die Form eines Kegelstumpfes annimmt. Es ist jedoch möglich, nach diesem Verfahren auch andere geometrische Formen für den Ringbereich herzustellen. Wie aus Fig. 6 und 7 ersichtlich, wird durch diese Behandlung die Inversionsschicht auf der gesamten Oberfläche des Halbleiterkörpers mit Ausnahme der eigentlichen Kontaktfläche 7 entfernt. Die kegelstumpfförmige Abtragung (vgl. die Fig. 5) des Ringbereiches 6 hat den Vorzug, daß die an die Oberfläche tretende Randzone 8 des pn-Überganges je nach der Wahl des Anstellwinkels an eine beliebige Stelle des Ringbereiches gelegt werden kann. Vor allem kann der Abstand dieser Randzone der Kontaktfläche gegenüber den bisher bekannten Verfahren erheblich vergrößert werden, woraus sich eine erhöhte Sicherheit gegen den schädlichen Einfluß leitender Oberflächenschichten ergibt.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht neben der erheblichen Verkürzung der Arbeitszeit und dem geringeren Materialaufwand vor allem in der Sicherheit gegen Verunreinigungen durch störende Fremdstoffe infolge Wegfalles eines langer andauernden Ätzvorganges.

Im Anschluß an die mechanische Bearbeitungsstufe wird das Halbleiterbauelement noch einer kurzen Ätznachbehandlung unterworfen, die lediglich den Zweck hat, den Halbleiterkörper zu reinigen und gestörte Kristallstellen zu entfernen. Falls das Ausschneiden des Halbleiterbauelementes unter Verwendung eines relativ feinen Schleifmittels erfolgt, kann in besonders gelagerten Fällen die Nachätzung unter anderem auch entfallen.

Erfolgt die Nachätzung vor der Kontaktierung, so muß die aktive Kontaktfläche ätzbeständig plattiert sein. Erfolgt sie nach der Kontaktierung, dann entfällt die ätzbeständige Plattierung. Im letzteren Fall wird auf der vernickelten Kontaktfläche eine flächenhafte Stromzuführung aus einem ätzbeständigen, gut leitenden Metall, z. B. Gold, Silber oder aus unedlen Metallen, z. B. Kupfer, aufgebracht, die durch Gold, Silber oder auch durch Blei ätzbeständig plattiert sind. Das Aufbringen erfolgt unter Verwendung eines ätzbeständigen Legierungsmetalls, beispielsweise Blei oder einer Bleilegierung.

Vor dem Aufbringen der flächenhaften Stromzuführung kann gegebenenfalls eine Zwischenlage eines Materials mit gleichem oder ähnlichem Ausdehnungskoeffizienten wie der des Halbleitermaterials vorgesehen werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von Halbleiterbauelementen mit wenigstens einem pn-übergang, dadurch gekennzeichnet, daß ein Halbleiterkörper eines Leitfähigkeitstyps mit einer umdotierten eindiffundierten Oberflächenschicht und mit einer darüberliegenden Nickelschicht versehen wird, daß aus dem Halbleiterkörper mit Hilfe eines um eine zur pn-Übergangsfläche senkrechte Achse rotierenden und/oder in dieser Achsrichtung z. B. mit Ultraschallfrequenz schwingenden Werkstückes ein zylindrischer Körper herausgeschnitten wird und unter Verwendung eines Schleifmittels eine kegelstumpfförmige Ringzone so gebildet wird, daß der Rand des pn-Überganges etwa in der Mitte der Ringzone an die Oberfläche tritt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Nickelschicht eine weitere ätzbeständige Metallschicht aufgebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausschneiden und das Schleifen gleichzeitig in einem Arbeitsgang vorgenommen werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem mechanischen Bearbeiten eine Ätzbehandlung vorgenommen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die ätzbeständige Metallschicht ein gut leitendes Material, beispielsweise Gold, Silber oder mit Hilfe eines ätzbeständigen Legierungsmetalls ätzbeständig plattierte unedle Metalle, wie Blei oder Bleilegierungen, die zur Erhöhung der Ätzbeständigkeit mit einer Schicht eines unlöslichen Halogenids überzogen sein können, verwendet wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschriften Nr. 1 213 751,
285, 1232232;
USA.-Patentschrift Nr. 2 878147;
Bell Syst. Techn. Journ., Januar 1960, S. 87 bis 104.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen