DE1260033C2 - Verfahren zum herstellen von halbleiteranordnungen - Google Patents

Description

60

1j:>- f.ilifi'luii^ b«:triHi ein Verfahren zum Herstellen tu· Ha.U':ii<:fanordnungen mit einem Haibleiterkör- ;/<·.' (',1/1Ij(VAiIV: Sili/ium, Germanium oder einer .· 't:;.'.M-VaIIiV in:n Verbindung, bei dem mehrere mit I. >-i";',<j<->ri 7i:iM:hcne Halbleiterkörper an einem H..hMäfc<:iK,r|ji:r belustigt und gemeinsam weiteren '/■•ffüf.inii-.v.lif inen unterworfen werden.

Derartige HalbJeiteranordnungen werden in der Weise aufgebaut daß zunächst Halbleiterkristalle in gewünschter Größe und Form hergestellt, mit Kontakten versehen, geätzt, mit Schutzlack überzogen und gegebenenfalls in ein Gehäuse eingebaut werden.

Da die Manipulation mit Bauelementen von solch geringen Abmessungen schwierig und ihre einzelne Behandlung unwirtschaftlich ist, hat man schon versucht. Verfahren zu finden, die gestatten, eine größere Anzahl von Halbleiterkörpern gleichzeitig und gemeinsam zu behandeln, beispielsweise zu kontaktieren, zu ätzen oder mit Schutzüberzügen zu versehen.

So hat man beispielsweise Sperrschichtzellen in der Weise hergestellt daß man auf eine unter Zwischenlagen gebündelte Anzahl von Grundelektroden die Halbleiterschicht und die Deckelektrode aufbrachte und diese anschließend in einzelne Zellen aufteilte.

Es wurden auch schon mehrere Elektrodenstäbe gebündelt und mit einer Halbleiterplatte verbunden und diese Platte nachher zerschnitten.

Ferner ist e«n Verfahren zum Herstellen von Halble-teranordnungen vorgeschlagen worden, bei dem eine Anzahl von Trägerelektroden an einem Halbleiter körper angebracht wird und das ganze System durch Zerbrechen der Halbleiterplatte in einzelne Einheiten aufgespalten wird.

Diese bekannten Verfahren haben den Nachteil, daß es nicht möglich ist von Halbleiterkörpern der endgültigen Abmessungen auszugehen, daß beim Zertrennen ein Teil des Haibieitermaterials als Abfall verlorengeht und daß ferner die Gefahr besteht, daß einige Anordnungen durch mechanische Schaden unbrauchbar werden.

In der Zeitschrift »Electronics« vom 11.9.1959 ist auf den Seiten 132 bis 135 eine Vorrichtung zum Zusammenbau von Transistoren beschrieben, bei der am Halter eines Drehtisches zunächst ein Band befestigt wird, das in zwei Elektrodenteile zerschnitten ist. Der gezogene Halbleiterkörper ist an dem Band befestigt. Mehrere solche mit Elektroden versehene Halbleitervorrichtungen werden dann gemeinsam einer Ätzbehandlung unterworfen und schließlich automatisch an einem Sockel befestigt.

Weiterhin ist in der britischen Patentschrift 8 89 165 eine Vorrichtung zum Zusammenbau von elektrischen Halbleiteranordnungen beschrieben, die aus einem mit Bohrungen versehenen Isolierstoffkörper besteht. In die trichterförmigen Ansätze der Bohrungen werden die zusammenzubauenden Teile eingebracht.

Diese Verfahren nach der genannten Zeitschrift »Electronics« vom 11. 9. 1959 und der britischen Patentschrift 8 89 165 betreffen zwar auch Maßnahmen zur Halterung von Halbleiteranordnungen für eine gemeinsame Bearbeitung. Sie sind jedoch verhältnismäßig aufwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die der Befestigung an einem Hilfskörper dienenden Maßnahmen zugleich für die spätere Montage auf endgültigen Trägern, wie Kühlkörpern oder Sockeln, auszunutzen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Halbleiterkörper an einem bandförmigen Hilfsträgerkörper mit einem Lot angelötet werden, das einen niedrigeren Schmelzpunkt hat als das zum Anbringen der Elektrode an dem Halbleiterkörper verwendete Lot, und daß nach der gemeinsamen Behandlung der Halb'eiterkörper diese durch Schmelzen des Lotes zwischen dem Halbleiterkörper und dem Hilfsträgerkörper von letzterem abgelöst und unter

Verwendung des am Halbleiterkörper haftenden Lotes schließlich auf einer Kühlplatte oder in einem Gehäuse "befestigt werden.

Aus der DT-AS10 77 790 und der DT-AS. U 26 515ist zwar bekannt. Halbleiterkörper auf bandförmigen Streifen durch Löten oder Abscheidu. ig von Halbleitermaterial aus der Gasphase zu befestigen. Die Bänder bei diesen Verfahren bilden aber keine Hilfsträger im Sinne des Verfahrens der Erfindung, da sie nach erfolgter Verbindung verschnitten werden und ihre abgetrennten Teile mit den Halbleiterkörpern als elektrische Zuleitungen dauernd verbunden bleiben.

Das erfindungsgemäße Verfahren bietet eine große Anzahl von Vorteilen und bringt damit einen erheblichen technischen Fortschritt gegenüber den herkömmlichen Verfahrensweisen. Zunächst ermöglicht seine Anwendung eine Vielzahl von Halbleiterbauelementen jeglicher Art, wie beispielsweise Transistoren oder Leistungsgleichrichter, gleichzeitig herzustellen, indem mehrere Halbleiterkörper mit ihren endgültigen Abmessungen zu gleicher Zeit behandelt werden. Da die in den bisher zum gleichzeitigen Herstellen einer Vielzahl von Halbleiteranordnungen bekannten Verfahren notwendige mechanische Bearbeitung zum Aufteilen des Systems in die einzelnen Einheiten zerfällt, müssen keine dadurch beschädigten Halbleitersysteme ausgeschieden werden. Ferner ergibt die gleichzeitige Behandlung einer Vielzahl von Halbleiterkörpern eine wesentliche Einsparung an Fertigungszeit. Die Zusammenfassung auf einem Hilfskörper ermöglicht eine einfachere manuelle Handhabung und damit fertigungstechnische Erleichterung gegenüber dem Bekannten. Durch die leichte Meßbarkeit der elektrischen Daten während des Herstellungsverfahrens kann der Behandlungsprozeß gesteuert und dadurch die Abweichung der Halbleiterelemente in den technischen Daten gering gehalten werden. Mit Hilfe des Hilfsträgerkörpers wird die gleichzeitige Aufbringung einer definierten gleichmäßigen Lotschichtstärke erzielt. Besonders hervorzuheben ist schließlich noch der Vorteil, daß die zusätzliche Bearbeitung der zum Einbau in ein Gehäuse oder zum Verbinden mit einer anderen Unterlage t forderlichen Lotschicht, die vor dem Ätzen der Einrichtung am Halbleiterkörper erzeugt wurde, entfällt, weil sie während des Ätzens oder anderer anschließender Behandlung nicht frei liegt, sondern mit einem Hilfsträgerkörper verbunden ist und damit eine Oxydierung durch das Ätzmittel und andere Umwandlungen der Oberfläche ausgeschlossen sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren soll nachstehend an Hand der Zeichnung näher beschrieben "verden.

Eine Anzahl von in bekannter Weise hergestellten und mit Elektroden versehenen Halbleiterkörpern 1 von beliebigem Querschnitt und mit einem oder mehreren durch Legieren oder Diffusion erzeugten pn-Übergängen werden auf einem Hilfsträgerkörper 2 durch Löten befestigt. Dies kann auf verschiedene Weise geschehen, etwa durch Überziehen des Hilfsträgerkörpers mit einer Lotschicht und anschließendem Verlöten der Halbleiterkörper mit dieser Schicht oder indem man Plättchen aus Lötmetall auf den Hilfsträgerkörper auflegt und dessen Verbindung mit den Halbleiterkörpern durch Erwärmen herbeiführt. In beiden Fällen erhält man die gewünschte definierte Lotschichtstärke. Bei dem Verfahren nach der Erfindung wird die Zusammensetzung der an den Hilfsträgerkörper angrenzenden Lotschicht 3 so gewählt, daß ihr Schmelzpunkt niedriger liegt als der Schmelzpunkt des Lotes, mit dem die Elektroden am Haibleiterkörper befestigt sind. Als besonders hierfür geeignet hat sich eine Legierung aus 96% Blei und 4% Gold erwiesen, während als Kontaktmetall für die z.B. aus Silber herzustellende Elektrode 4 vorzugsweise Reinb'ei 5 verwendet werden soll. Es liegt jedoch auch im Sinn der Erfindung, einen anderen geeigneten Stoff zu wählen, vorausgesetzt, daß er einen höheren Schmelzpunkt als die an den Hilfsträgerkörper 2 angrenzende Lotschicht 3 hat Besonders vorteilhaft ist es. einen Hilfsträgerkörper zu verwenden, der aus einer Legierung von 98% Blei und 2% Gold besteht Seine Form ist beliebig und wird zweckmäßig den räumlichen Gegebenheiten und Erfordernissen der zur weiteren Behandlung der Halbleiterkörper benutzten Geräte und Hilfsmittel angepaßt. In der Zeichnung ist ein leistenförmiger Hilfsträgerkörper dargestellt, an dem die Halbleiteranordnungen in entsprechendem Abstand in einer Reihe befestigt sind. Die in der oben beschriebenen Weise zu einem System zusammengefaßten Halbleitereinheiten können nun gemeinsam weiterbehandelt werden. Besonders hervorzuheben ist die Möglichkeit, die elektrischen Werte der Anordnungen während der Herstellung auf einfache Weise, gegebenenfalls auch mehrmals messen zu können und danach das Verfahren zu steuern, um Halbleiterbauelemente mit bestimmten Eigenschaften, wie z. B. mit einem engen Streubereich der Wärmewiderstände und geringen Abweichungen der Flußkennlinien, zu erhalten. Zum anderen können nun alle weiteren erforderlichen Verfahrensschritte an einer beliebig großen Anzahl von Halbleiteranordnungen gleichzeitig vorgenommen werden. In den meisten Fällen wird man ein Ätzverfahren anschließen, um etwa vorhandene Verunreinigungen von der Oberfläche des Halbleiterkörpers und besonders an und in der Umgebung der Austrittsstellen von pn-Übergängen zu entfernen. Als nächster Verfahrensschritt folgt zweckmäßig das Aufbringen eines Lackes oder eines anderen geeigneten Stoffes, um den gereinigten Halbleiterkörper vor dem Einwirken von Fremdstoffen zu schützen.

Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist jedoch auch in den Fällen vorteilhaft, wo man oberflächenstabilisierte Halbleiterkörper behandelt, bei denen der pn-übergang von einer Schutzschicht, beispielsweise einer Oxydschicht bedeckt ist, denn auch diese Halbleiterkörper werden in ein Gehäuse eingelötet oder mit einer, nötigenfalls kühlbaren Unterlage gut wärmeleitend verbunden.

Der nächste Verfahrensschritt besteht darin, die Halbleiterkörper von dem Hil^csträgerkörper abzulösen, um sie an einem Gehäuseboden oder an einer anderen Unterlage befestigen zu können. Zu diesem Zweck wird gemäß einem Ausführungsbeispiel nach der Erfindung der Hilfsträgerkörper durch Fremdheizung wie etwa durch Auflegen auf einen Heizkörper 6 oder auch in einem Ofen vorgewärmt, beispielsweise auf etwa 150⁰C, und schließlich werden die Halbleiterkörper durch Anlegen von Gleichstrom so lange erwärmt, bis sie von ihrer hilfsweise benutzten Unterlage getrennt und mit ihrem endgültigen Träger verlötet werden können. Das Ablösen kann jedoch auch ausschließlich durch Erwärmen des Hilfsträgerkörpers oder nur mit Hilfe eines durch die Halbleiterkörper geleiteten Gleichstromes erfolgen.

Man erhält so ohne Schwierigkeiten eine einwandfreie Verbindung zwischen Halbleiterkörper und Unterlage im Gegensatz zu den bekannten Verfahren, bei denen die mit dem Gehäuse oder einem anderen Träger

zu verbindende Lotschicht frei liegt und chemisch verändert, beispielsweise durch das Ätzmittel oxydiert, werden kann.

Das Verfahren nach der Erfindung ermöglicht eine wesentlich vereinfachte Herstellung jeglicher Bauelemente, die einen Halbleiterkörper enthalten, unabhängig davon, welche Art von Einbau im Gehäuse oder Anbringung auf einem Trägerkörper vorgesehen ist. Es hat sich insbesondere bei der Herstellung von Gleichrichtern als vorteilhaft erwiesen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patemansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von Halbleiteranordnungen mit einem Halbleiterkörper, vorzugsweise auv Silizium. Germanium oder einer intermetallischen Verbindung, bei dem mehrere mit Elektroden versehene Halbleiterkörper an einem Hilfsträgerkörper befestigt und gemeinsam weiteren Verfahrensschritten unterworfen werden, dadurch ge- «ο kennzeichnet, daß die Halbleiterkörper an einem bandförmigen Hilfsträgerkörper mit einem Lot angelötet werden, das einen niedrigeren Schmelzpunkt hat als das zum Anbringen der Elektrode an dem Halbleiterkörper verwendete Lot. und daß nach der gemeinsamen Behandlung der Halbleiterkörper diese durch Schmelzen des Lotes zwischen dem Halbleiterkörper und dem Hilfsträgerkörper von letzterem abgelöst und unter Verwendung des am Halbleiterkörper haftenden Lotes schließlich auf einer Kühlplatte oder in einem Gehäuse befestigt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsträgerkörper aus einem niedrigschmelzenden Lot besteht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper von dem Hilfsträgerkörper durch Erwärmen des Hilfsträgerkörpers abgelöst wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablösung durch Erwärmen des Halbleiterkörpers mit Hilfe von Gleichstrom erfolgt.

5. Verfahren nach einem der Anspräche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsträgerkörper mit Fremdheizung vorgewärmt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein leistenförmiger Hilfsträgerkörper verwendet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6. dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsträgerkörper aus einer Legierung von 98% Blei und 2% Gold hergestellt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7. dadurch gekennzeichnet, daß für die an den Hilfsträgerkörper angrenzende Lotschicht eine Legierung aus 96% Blei und 4 % Gold verwendet wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche I bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die auf den Hilfsträgerkörper aufgesetzten Halbleiteranordnungen so gemeinsam geätzt werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die auf den Hilfstrajv.-rkorper aufgesetzten Halbleiteranordnungen gemeinsam mit Lack überzogen werden.

Anwendung des Verfahrens nach einem der Ah-.jjpji h<: 1 bis 10 /um Herstellen von Gleichrich