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Verfahren zum gleichzeitigen Herstellen von mehreren Halbleiteranordnungen
Die Entwicklung der Halbleiterbauelemente, insbesondere für Hochfrequenzzwecke,
führt zu immer kleineren Abmessungen, die die Handhabung und Bearbeitung einer einzelnen
Anordnung erschweren und gewöhnlich komplizierte Hilfsgeräte erforderlich machen.
Aus diesem Grunde ist man im Interesse einer wirtschaftlichen Herstellung bestrebt,
Verfahren anzuwenden, bei denen möglichst viele Halbleiteranordnungert gleichzeitig
bearbeitet werden. Es ist bereits vorgeschlagen worden, durch rasterartige Unterteilung
einer größeren Halbleiterplatte auf dieser zahlreiche Halbleiteranordnungen herzustellen.
Man verwendet dazu zweckmäßig geeignete Masken, mit deren Hilfe Aufdampf- und Ätzprozesse
in der gewünschten Weise so gesteuert werden können, daß jeder Arbeitsprozeß auf
alle Halbleiteranordnungen in gleicher Weise einwirkt. Man ist damit in der Lage,
etwa eintausend auf einer größeren Platte aus Halbleitermaterial untergebrachte
Transistoren gleichzeitig mit Basis-, Emitter- und Kollektorzonen zu versehen.
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Die Kontaktierung der einzelnen Zonen bzw. Elektroden für elektrische
Anschlüsse und die Verbindung mit den entsprechenden Zuleitungen wurde bisher meist
bei jeder Halbleiteranordnung einzeln vorgenommen. So ist beispielsweise aus der
USA.-Patentschrift 2 814 853 ein Verfahren zum gleichzeitigen Herstellen
von Zonen und Elektroden an mehreren Halbleiteranordnungen bekanntgeworden. Die
elektrischen Verbindungen der Elektroden mit den Zuleitungen erfolgt bei diesem
Verfahren einzeln nach dem Zerteilen der Halbleiterplatte in einzelne Anordnungen.
Ein typisches Einzelverfahren zum Herstellen derartiger Verbindungen ist beispielsweise
das sogenannte Thermo-Kompressions-Verfahren, bei dem bekanntlich auf jede Zone
bzw. Elektrode der Halbleiteranordnung ein Zuleitungsdraht geführt und mit dieser
unter Anwendung von Wärme und Druck verbunden wird. Dieses Verfahren hat verschiedene
Nachteile. Obwohl es weitgehend mechanisiert werden kann, bleibt es doch immer ein
Einzelverfahren und stellt damit einen Engpaß bei der Massenherstellung von Halbleiterbauelementen
dar und erfordert überdies noch verhältnismäßig aufwendige Vorrichtungen. Außerdem
muß der zum Verbinden des Zuleitungsdrahtes mit einer Elektrode ausgeübte Mindestdruck
sehr genau eingestellt werden, da zu große Drücke die Eigenschaften der gesamten
Halbleiteranordnung nachteilig beeinflussen, so daß relativ hohe Ausfallquoten bei
der Herstellung entstehen.
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Aus der deutschen Auslegeschrift 1078 194 und der USA.-Patentschrift
2 890 395 sind ferner Verfahren zur Herstellung von elektrischen Verbindungen
zwischen zwei Elektroden auf einer Oberfläche einer Halbleiteranordnung und zwei
verhältnismäßig starken Zuleitungen unter Verwendung von leitenden Bahnen zwischen
je einer Elektrode und je einer Zuleitung bekannt. Bei diesen Verfahren
wird die Halbleiteranordnung von einem die Elektroden nicht bedeckenden Isoliermaterial,
durch das die zwei Zuleitungen geführt sind, umgeben. Die leitenden Bahnen werden
auf das Isoliermaterial zwischen je einer Elektrode und je einer Zuleitung
aufgebracht. Auch diese bekannten Verfahren weisen die Nachteile von Einzelverfahren
auf.
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Aus der USA.-Patentschrift 2 944 321 ist schließlich ein Verfahren
zum gleichzeitigen Herstellen von mehreren Halbleiteranordnungen aus einer größeren
Platte aus einkristallinem Halbleitermaterial bekanntgeworden, bei dem gleichzeitig
mit Hilfe von Masken auf den einander gegenüberliegenden Oberflächen der Platte
für je eine Halbleiteranordnung je eine sperrende Elektrode hergestellt
werden.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum gleichzeitigen Herstellen
von mehreren Halbleiteranordnungen, die auf einer größeren Platte aus einkristallinem
Halbleitermaterial eines bestimmten Leitfähigkeitstyps angeordnet und durch rasterartige
Vertiefungen voneinander getrennt sind und zuvor mit Hilfe von Masken gleichzeitig
mit einer oder mehreren Schichten unterschiedlicher Leitfähigkeit sowie einer Oberfläche
mit zwei oder mehreren sperrenden und/oder sperrfreien Elektroden versehen worden
sind.
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Bei dem bekannten Verfahren der USA.-Patentschrift 2 944
321 werden nicht nur die sperrenden Elektroden gleichzeitig, sondern auch
die Zuleitungen gleichzeitig dadurch hergestellt, daß ein
aus metallischen
Längs- und Querstreifen bestehendes Netz mit den Elektroden unmittelbar verbunden
wird. Die einzelnen Halbleiteranordnungen werden schließlich dadurch erhalten, daß
das zwischen den Halbleiterelementen befindliche Halbleiterinaterial entfernt und
die Längs- und Querstreifen des Netzes getrennt werden. Das unmittelbare Verbinden
eines Netzes mit den Elektroden ist jedoch zum Herstellen von Halbleiteranordnungen
mit zwei oder mehr engbenachbarten Elektroden kaum realisierbar, da ein Netz verwendet
werden muß, dessen Maschenweite dem sehr kleinen Ab-
stand der Elektroden
entsprechen muß.
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Dieser Nachteil des Verfahrens nach der USA.-Patentschrift 2 944
321 wird erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß die mit den Elektroden versehenen
Oberflächen der Halbleiteranordnungen gleichzeitig mit einer die Elektroden nicht
bedeckenden Isolierschicht überzogen werden, daß auf die Oberflächen der Isolierschichten
ein aus metallischen Längs- und Querstreifen bestehendes Netz aufgebracht und mit
diesen fest verbunden wird, daß jede Elektrode mit einem Längsstreifen des Netzes
durch gleichzeitiges Aufbringen von leitenden Bahnen elektrisch verbunden wird,
daß durch Entfernung von Halbleitermaterial die Halbleiterplatte an den rasterartigen
Vertiefungen zerteilt wird und danach die einzelnen Halbleiteranordnungen durch
Zerschneiden der Längs- und Querstreifen des Netzes vollständig voneinander getrennt
werden.
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Bei dem Verfahren nach der Erfindung kann in vorteilhafter Weise ein
Netz verwendet werden, dessen Maschenweite den weit größeren Ab-
messungen
der einzelnen Halbleiteranordnungen entspricht. Ein weiterer Vorteil ist dadurch
gegeben, daß mit einem Netz Zuleitungen zu mehreren, auf einer Oberfläche der Halbleiteroberfläche
befindliehen benachbarten Elektroden gleichzeitig hergestellt werden können.
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Die einzelnen Verfahrensschritte der Erfindung werden mit Hilfe der
Zeichnung an Hand der F i g. 1 bis 3, die einzehie Stufen des Verfahrens
darstellen, näher erläutert. Die Figuren stellen eine stark vergrößerte Wiedergabe
der wirklichen Verhältnisse dar.
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F i g. 1 zeigt einen Ausschnitt aus einer größeren Platte
1 aus einkristallinem Halbleitermaterial be-stimmten Leitfähigkeitstyps.
Wie bereits vorgeschlagen worden ist, kann diese Platte durch Anbringen rasterartiger
Vertiefungen unterteilt werden. Es entstehen dabei je nach Abstand der einzelnen
Vertiefungen voneinander etwa achthundert bis eintausend einzelne Halbleiteranordnungen
einer Größe von 0,5 X 1 mm. Die Vertiefungen sind in F i
g. 1
aus Gründen der übersichtlichkeit nicht näher angedeutet.
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Diese Halbleiteranordnungen können nun mit verschiedenen Schichten
unterschiedlicher Leitfähigkeit oder von Eigenleitfähigkeit und mit sperrfreien
oder gleichrichtenden Elektroden versehen werden. Verfahren dazu sind an sich bekannt
und sollen hier nicht näher erläutert werden, da sie zum Verständnis der Erfindung
nicht von Bedeutung sind. Die Erfindung geht vielmehr von fertig aufgebauten Halbleiteranordnungen
aus, wie sie nach dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 als Transistoren
eine Basisschicht und auf dieser Basisschicht je eine sperrende Emitterelektrode
und eine sperrfreie Basiselektrode aufweisen. Die Elektroden sind in der Zeichnung
nicht zu sehen, da sie unter den Leitbahnen 7 a und 7 b liegen.
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Durch Verwendung geeigneter Masken, die die Halbleiteranordnungen
so abdecken, daß die Elektroden bedeckt sind, werden Isolierschichten.4 aufgebracht,
die unmittelbar bis zum äußeren Rand der Elektroden verlaufen, die Elektroden selbst
aber frei lassen. Die Isolierschichten können z. B. durch Aufdainpfen von Siliziummonoxyd
oder Siliziumdioxyd auf die auf etwa 2801 C erhitzte Platte 1 erzeugt
werden. Es ist auch möglich, die Isolierschichten durch therinische Zersetzung von
Silanen herzustellen und die Elektroden nachträglich durch Ätzprozeß wieder freizulegen.
Anschließend wird auf die Halbleiterplatte ein geeignetes Netz 5 aus metallischen
Längs- 5 a und Querstreifen 5 b aufgelegt. Der
Abstand der Längs- und Querstreifen des Netzes richtet sich nach der Größe der auf
der Halbleiterplatte 1 angeordneten Halbleiteranordnungen. Er wird so bemessen,
daß beim Auflegen des Netzes die Längsstreifen nur die auf den Halbleiteranordnungen
3 aufgebrachten Isolierschichten 4 berühren und daß die Querstreifen
5 b zwischen den einzelnen Halbleiteranordnungen verlaufen. Die Querstreifen
dienen im wesentlichen nur zur mechanischen Stabilisierung des Netzes. Das Netz
kann z. B. aus versilberten Kupferfolien bestehen. Die Dicke der Folien wird zweckmäßig
so gewählt, daß ihre obere Fläche mit der Oberfläche der Emitter-und Basiselektrode
etwa in einer Höhe liegt (etwa 7 bis 10 R).
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Das Netz wird mit den Halbleiteranordnungen fest verbunden. Zu diesem
Zweck können z. B. die auf den Isolierschichten aufliegenden Seiten der Netzstreifen
mit einem geeigneten Klebstoff, z. B. mit einem kalt- oder heißhärtenden Kunstharz,
versehen werden. Der Klebstoff muß Temperaturen bis etwa 2001 C aushalten
können. Es ist weiterhin möglich, zwischen den Isolierschichten 4 und dem Netz durch
Aufbringen eines geeigneten Metalls in bekannter Weise eine sogenannte Metall-Keramik-Verbindung
herzustellen.
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Auf die mit dem Metallnetz versehene Oberfläche der Halbleiterplatte
1 wird anschließend eine geeignete Maske aufgelegt, die so eingeteilt ist,
daß ein Streifen zwischen je einer Elektrode und einem Längsstreifen
5 a des Netzes frei bleibt. Durch diese freie Stelle der Maske kann anschließend
eine leitende Bahn z. B. durch kaltes Aufdampfen im Hochvakuum aufgebracht werden,
die mit ihrem einen Ende die Elektrode und mit ihrem anderen Ende die Längsbahn
5a bedeckt und kontaktiert.
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Zum Schutz der einzelnen Anordnungen kann man diese anschließend unter
Verwendung geeigneter Masken mit einer weiteren Isolierschicht, z. B. aus Quarz,
bedecken.
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Im nächsten Verfahrensschritt wird die mit den Halbleiteranordnungen
und dem Metallnetz versehene Oberfläche der Halbleiterplatte 1 in ein ätzfestes
Material eingebettet und anschließend von der nicht geschützten Rückseite der Halbleiterplatte
her durch Einwirkung eines geeigneten Ätzmittels das Halbleitermaterial abgetragen,
bis die zwischen den Halbleiteranordnungen 3 befindlichen Ätzgräben erreicht
und damit die einzelnen Halbleiteranordnungen voneinander getrennt sind. Anschließend
wird
das ätzfeste Material wieder entfernt. Die einzelnen Halbleiteranordnungen werden
dann immer noch durch das Netz 5 zusammengehalten.
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Die Rückseite der Halbleiteranordnungen wird auf ähnliche Weise durch
ein zweites Netz aus metallischen Längs- und Querstreifen 6 kontaktiert.
Dieser Verfahrensschritt ist in Fig. 2 dargestellt. Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel,
das die Herstellung von sogenannten Mesa-Transistoren betrifft, stellt die Rückseite
gleichzeitig die Kollektorzone dar, und es besteht die Aufgabe, mit der Kollektorzone
einen sperrfreien Kontakt herzustellen. Zweckmäßig verwendet man wiederum ein Netz,
das aus versilberten Kupferfolien besteht. Die Rückseite des Netzes, die mit den
Halbleiteranordnungen in Berührung kommt, wird mit einem Material versehen, das
geeignet ist, bei einem Erwärmungsvorgang die Kupferfolien mit dem Halbleitermaterial
sperrfrei zu kontaktieren. Wenn die Halbleiterplatte aus p-leitendem Gerinanium
besteht, kann man für diesen Zweck z. B. eine Schicht aus einer Zinn-Gallium-Legierung
aufbringen. Bei Verwendung von p-leitendem Silizium als Halbleitermaterial eignet
sich z. B. reines Gallium. Grundsätzlich muß das aufgebrachte Material den gleichen
Leitungstyp hervorrufen, wie ihn die Halbleiterplatte bereits aufweist. Es ist selbstverständlich
auch mög-
lich, die Zwischenschicht statt auf die Rückseite des Netzes direkt
auf die Rückseite der Halbleiteranordnungen aufzubringen. Nachdem das zweite Netz
6 auf die Rückseiten der Halbleiteranordnungen aufgelegt ist, werden die
Halbleiteranordnungen gemeinsam mit dem Netz auf etwa 2001 C
erhitzt, wodurch
Netz und Halbleiter zusammenlegieren. Damit ist die Kollektorseite der Halbleiteranordnungen
sperrfrei kontaktiert.
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Es besteht nun nur noch die Notwendigkeit, die einzelnen Halbleiteranordnungen
voneinander zu trennen. Das kann auf sehr einfache Weise, z. B. durch Zerschneiden
der Längs- und Querstreifen der beiden Netze 5 und 6, erreicht werden.
Es liegen dann einzelne Halbleiteranordnungen vor, deren Elektroden kontaktiert
und mit Zuleitungen in Form je eines Stückes versilberter Kupferfolie versehen
sind.
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Da die Anordnungen sehr klein sind, ist es einfach, diese mit einer
Schutzhülle zu versehen. Es genügt dazu z. B., auf die Halbleiteranordnungen einen
Kunststofftropfen zu bringen. Ebensogut können die Halbleiteranordnungen in einem
Glastropfen eingebettet werden. Es ist dabei lediglich darauf zu achten, daß die
Enden der Zuleitungsfolien aus der Umhüllung hinausragen.
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In F i g. 3 ist ein derartiges fertig umhülltes Halbleiterbauelement
dargestellt. Entsprechend dem vorliegenden Beispiel würde es einen sogenannten Mesa-Transistor
für Hochfrequenzzwecke darstellen, dessen Kollektor durch die Metallfolie
6 a kontaktiert ist u!ld der auf der anderen Oberfläche je eine durch
die Metallfolien 5 a kontaktierte Emitter- und Basiselektrode
aufweist. Zur besseren Kennzeichnung ist es zweckmäßig, beim Trennen der Halbleiteranordnungen
durch Zerschneiden der Metallnetze die Schnitte so zu führen, daß, wie in F i
g. 3 dargestellt, die Längsbahnen des oberen Netzes 5a noch durch einen Querstreifen
5 b zusammenhängen. Dieser kann dann in der Mitte bei der durch eine
gestrichelte Linie angedeuteten Stelle 9 aufgetrennt und die Enden auseinandergebogen
werden, was die Verbindung mit Schaltungen erleichtert.