DE1514230B2 - Halbleiterbauelement und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterkörper, an dessen einer Seite eine Mehrzahl von Elektroden angebracht sind, die über eine durchsichtige Isolierschicht mit musterförmig darauf angeordneten, aus einzelnen Flächenteilen bestehenden Metallschichten zur Zwischenkontaktierung mit Abnahmeelektroden des Halbleiterbauelementes verbunden sind, und auf ein Verfahren zu seiner Herstellung.

Es ist bekannt, als Zuleitungen freie Drähte zu verwenden, die an einem Ende "mittels Druck und Hitze an die Elektroden des Halbleiterkörpers angeschweißt werden und am anderen Ende mit Gehäusedurchführungen verbunden werden, die zu den Abnahmeelektroden des Bauelements führen. Dieses Verdrahtungsverfahren erweist sich insbesondere im Fall zahlreicher Zuleitungselektroden, wie beispielsweise bei integrierten Schaltungen, als zeitraubend und unrationell.

Beispielsweise werden im Verlauf der Herstellung von Transistoren auf einer Siliciumplatte von 20 bis mm Durchmesser 200 bis 1000 Einheiten hergestellt, die im ganzen behandelt und mit hoher Präzision, zumeist unter Anwendung von Photoätztechniken, an bestimmten Stellen dotiert und mit Zuleitungselektroden versehen werden. Sodann wird die Platte in die einzelnen Einheiten zerschnitten, die je mit einer Metallunterlage verbunden werden. Das nun beginnende Anschließen der Verbindungsdrähte stellt die mühseligste Arbeit bei der Herstellung des Transistors dar und erfordert die größte Geschicklichkeit des Arbeiters. Insbesondere bei der Herstellung von integrierten Halbleiterkreisen wirkt sich dieser zeitaufwendige Verfahrensschritt äußerst hemmend aus.

Es ist auch bekannt (deutsche Gebrauchsmusterschrift 1892 316), den Halbleiterkörper mit Isolierschichten so zu umhüllen, daß nur seine Elektroden von außen zugänglich sind, die dann durch auf die Isolierschicht aufgedampfte dünne Metallschichten mit der Abnahmeelektroden verbunden sind. Jedoch erweist sich auch das Anbringen der sehr zahlreichen und genau anzubringenden Löcher in der beispielsweise aus Glas bestehenden Isolierschicht als diffizile

ao Maßnahme, obendrein bedarf das bekannte Bauelement jedenfalls noch einer zusätzlichen Umhüllung zum Schutz der aufgedampften Metallschichten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Halbleiterbauelemente zu schaffen, die hinsichtlich ihrer inneren Zuleitungen einfach und billig herstellbar sind.

Das erfindungsgemäße Halbleiterbauelement ist, ausgehend von einem Bauelement der eingangs genannten Art, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschichten zur Zwischenkontaktierung auf einer vorgefertigten, isolierenden Schaltungsplatte aufgebracht und der Halbleiterkörper flächig mit dieser verbunden ist.

Die Herstellung der erfindungsgemäßen HaIbleiterbauelemente, bei der man die aus mehreren unzusammenhängenden Flächenteilen bestehende leitende Metallschicht auf der Schaltungsplatte aus Isoliermaterial in einem Muster aufbringt, das zumindest in einem Teil jedes Flächenteils mit der Anordnung wenigstens einiger der Elektroden am Halbleiterkörper übereinstimmt, die Platte mit der Metallschicht und die Elektroden des Halbleiterkörpers paßgerecht aneinanderlegt und zwischen den Elektroden und den daran anliegenden Teilen der Metallschicht eine feste, elektrisch leitende Verbindung herstellt, wird gemäß der -Erfindung vorteilhafterweise so durchgeführt, daß man die Metallschicht auf einem langen isolierenden Plattenstreifen in sich periodisch wiederholender Musterfolge aufbringt, jedes der Muster mit einem Halbleiterkörper verbindet und dann den Plattenstreifen mit den Halbleiterkörpern entsprechend den einzelnen Halbleiterbauelementen zerschneidet. Auf Grund dieses Verfahrens ist der erfindungsgemäße Halbleiterbauteil insbesondere für eine schnelle Massenfabrikation geeignet.

Erfindungsgemäß kann also bei der Herstellung des Halbleiterbauelementes eine Vielzahl von Elektroden des Halbleiterkörpers gleichzeitig mit Zuführungen versehen werden, wobei es hinsichtlich des Zeitaufwandes praktisch keine Rolle spielt, ob je Halbleiterbauelement viele oder wenige Zuleitungen herzustellen sind. Das Aufbringen der Flächenteile der Metallschicht in Form des Musters auf die Schaltungsplatte bei deren Vorfertigung kann gemäß bekannten Techniken, beispielsweise der Photoätztechnik, mit großer Genauigkeit durchgeführt werden. Die Schaltungsplatte besteht aus einem durchsichtigen Isoliermaterial, z. B. Glas, so daß das Aufeinan-

derliegen der zu verbindenden Leiterteile optisch, ertrecken sich, von Glaseinsätzen 18 isoliert, Klem-

z. B. unter dem Mikroskop, kontrolliert werden menstifte 19 und 20.

kann. Das Auflegen der durchsichtigen Schaltungs- Die Verbindung zwischen den Elektroden 5 und 6

platte auf die Elektroden des Halbleiterkörpers in und den oberen Teilen der Klemmenstifte 19 bzw. 20

der richtigen Kontaktstellung und das anschließende 5 wird über Verbindungsdrähte 19' bzw. 20', z.B.

gemeinsame Verbinden sämtlicher Kontaktstellen be- Golddrähte, hergestellt. Zu deren Anbringung wird

reitet keine Schwierigkeiten und kann innerhalb kur- gemäß einem bekannten Verfahren der Bauteil in

zer Zeit auch von ungelerntem Personal durchgeführt einer inerten Atmosphäre auf eine Temperatur von

werden. 300° C bis 400° C erhitzt, die Spitze des jeweiligen

Mit den Abnahmeelektroden, also den äußeren io Verbindungsdrahtes 21 wird auf der entsprechenden Klemmen des Halbleiterelementes können die Flä- Zuleitungselektrode, also der Basiselektrode 5 und chenteile der Metallschicht über die Gehäusewand dann der Emitterelektrode 6, unter Kontrolle durch durchsetzende Leitungsdrähte oder -stifte verbunden mikroskopische Betrachtung angeordnet, woraufhin sein, die an der Metallschicht angelötet sind. Diese ein Keil 25 aus einem Metall, das so hart wie Saphir Lötung erfordert vergleichsweise nur geringe Sorg- 15 ist, während einer geeigneten Zeitdauer einen ausreifalt, da zu ihrer Anbringung an der Metallschicht chenden Druck ausübt, wodurch die Metallteile, das eine verhältnismäßig große Fläche zu Verfügung Gold des Verbindungsdrahtes und das Aluminium steht. Auch kann der Halbleiterkörper an einer sei- der Elektrode, zusammengeschweißt werden. In gleiner Flächen mehrere in einer Ebene liegende Elek- eher Weise werden die Verbindungsdrähte 19' und troden aufweisen, die mit den auf der isolierenden 20 20' mit den Klemmenstiften 19 bzw. 20 verbunden.
Platte befindlichen Flächenteilen der Metallschicht in In Fig. 2 a und 2b ist der Halbleiterkörper geKontakt stehen, und auf der gegenüberliegenden nauer dargestellt, und zwar bildet das Siliziumsub-Fläche eine Elektrode aufweisen, die mit leitenden strat 1 die Kollektorzone des Transistors, dessen Ba-Teilen der Gehäusewand, insbesondere dem Gehäu- siszone 2 und Emitterzone 3 durch selektive Diffuseboden verbunden ist, der dann ohne besondere 25 sion im Substrat ausgebildet sind. An der Oberfläche Maßnahmen zur Zwischenkontaktierung als eine der des Halbleiterkörpers befindet sich die Oxidschicht Abnahmeelektroden des Bauelementes dient. Die 4, in der öffnungen ausgebildet sind, durch welche Schaltungsplatte kann den gegenüberliegenden Teil die Basiszone 2 und die Emitterzone 3 mit der Basisdes Gehäuses darstellen. Das entstehende Bauele- elektrode 5 bzw. der Emitterelektrode 6 verbunden ment zeichnet sich durch besondere Einfachheit und 30 sind. Diese Elektroden erstrecken sich über die Oxiddurch Eignung als Standardteil aus. .. . schicht 4 und erweitern sich an entgegengesetzten

Als Halbleiterkörper kommen beispielsweise Le- Enden zu kreisförmigen Zuleitungselektroden 7

gierungs-Diffusions-Transistoren, Planartransitor, bzw. 8. .

Mesatransistor oder integrierte Schaltungen in Frage. Eine in F i g. 2 c gezeigte transparente Platte 9 aus

. Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der 35 isolierendem Material, die einen wesentlichen Teil

Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschrei- des erfindungsgemäßen Halbleiterbauteils darstellt,

bung. In der Zeichnung ist die Erfindung beispiels- im beschriebenen Beispiel eine Glasplatte, weist Flä-

weise veranschaulicht, und zwar zeigt chenteile 10 und 11 einer aufgedampften Metall-

Fig. 1 einen bekannten Transistor während des schicht auf. Die Flächenteile 10 und 11 haben innen,

Verfahrens der Herstellung seiner inneren Zuleitun- 40 einander gegenüberliegend, Elektrodenkontaktstellen geii, im Längsschnitt, .12 bzw. 13, deren Anordnung und Abstand den Zu-

F i g. 2 a einen Planartransistor in Draufsicht, leitungselektroden 7 und 8 gemäß F i g. 1 entspre-

Fig. 2b einen Schnitt durch den Transistor gemäß chen. An den Enden der Platte 9 sind Aussparungen

Fig. 2 a in einer Ebene A -A', 14 bzw. 15 vorgesehen, welche die Verbindung zu

Fig. 2c eine Draufsicht auf eine für den Transi- 45 den Leitungsdrähten, die zu den Transistorklemmen

stör gemäß F i g. 2 a verwendbare, die Zuleitungen führen, erleichtern.·

tragende transparente Platte, Wie aus Fig. 3 ersichtlich, ist beim montierten

F i g. 2 d und 2 e den strichpunktiert eingekreisten Transitor der Halbleiterkörper durch Lötung mittels

Teil der Platte gemäß Fig. 2c in Draufsicht bzw. in der.dazwischen angeordneten Goldlegierung 17 mit

Querschnitt, 50 der Metallunterlage 16 verbunden, die einen Teil des

F i g. 3 einen erfindungsgemäßen Halbleiterbauteil Transistorgehäuses darstellt und durch die je durch

in Vertikalschnitt, den Glaseinsatz 18 die Klemmstifte 19 und 20 für die

F i g. 4 eine Legierungs-Diffusions-Transistor im Basiszuleitung bzw. für die Emitterzuleitung isoliert

Vertikalschnitt während der Herstellung, hindurchgeführt sind.

F i g. 5 a, 5 b, 5 c perspektivische Ansichten zur 55 Die Verbindungen im erfindungsgemäßen Transi-

Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Herstel- stör werden folgendermaßen hergestellt: Nachdem

lungsverfahrens für Massenproduktion, die Zuleitungselektroden 7 und 8 des Halbleiterkör-

F i g. 6 in perspektivischer Darstellung einen Halb- pers mit den Elektrodenkontaktstellen 12 und 13 an

leiterbauteil mit einer integrierten Schaltung. der Platte 9 unter Kontrolle durch mikroskopische

Ein als bekannter Transistor ausgebildeter Halb- 60 Betrachtung in Übereinstimmung gebracht worden

leiterkörper weist gemäß F i g. 1 ein als Kollektor- sind, wird die Glasplatte 9 in einer Ausrichtvorrich-

zone dienendes Substrat 1 auf, in dem eine Basis- tung gehalten, und nach dieser Zusammenstellung

zone 2 und eine Emitterzone 3 ausgebildet sind, mit der Teile (F i g. 3) wird der Bauteil in einer Inertgas-

denen durch öffnungen in einem Oxidfilm 4 Elektro- atmosphäre erhitzt. Sodann wird die Platte 9 auf

den 5 bzw. 6, die z. B. aus Aluminium bestehen kön- 65 den Halbleiterkörper fest aufgepreßt und dadurch

nen, in Verbindung stehen. Das Substrat 1 ist auf verschweißt. Gleichzeitig werden die Metallflächen-

eine Metallunterlage 16 mittels eines Goldlegierungs- teile 10 und 11 mit den Klemmenstiften 19 und 20,

lots 17 aufgebracht. Durch die Metallunterlage 16 die in die Aussparungen 14 bzw. 15 eingesetzt sind,

mit einem Lötmetall 21 verbunden, das einen niedrigen Schmelzpunkt hat.

In F i g. 4 ist das Verbinden der Platte 9 mit einem Halbleiterkörper des Legierungsdiffusionstyps angedeutet. Das Substrat 1 des Transistors besteht aus p-leitendem Germanium und bildet den Kollektor; die Basis 2 ist ein durch Diffusion gebildeter n-leitender Bereich, und der Emitter 3 besteht aus einer rekristallisierten p-leitenden Schicht.

Zur Verbindung der Zuleitungen mit den Zuleitungselektroden werden zuerst die metallene Basiselektrode 5 und die metallene Emitterelektrode 6 durch Beobachtung unter dem Mikroskop durch die transparente Platte 9 hindurch zur Deckung mit den Metallflächenteilen 10 bzw. 11 gebracht und dann in einer Inertgasatmosphäre bei hoher Temperatur, die für Germanium und Silizium 150° bis 600° C betragen kann, einer Druckschweißung unterzogen.

In F i g. 5 ist ein Herstellungsverfahren von erfindungsgemäßen Planartransistoren erläutert, das sich insbesondere für die Massenproduktion eignet. Das einzelne Halbleiterkörperelement ist in F i g. 5 a gezeigt. Die Basiselektrode 5 und die Emitterelektrode 6 sind als Metallschichten auf die Fläche des Siliziumsubstrats 1 aufgedampft. Mit dessen Rückseite ist eine Metallunterlage 16 aus Molybdän durch die Goldlegierungslötung 17 verbunden.

F i g. 5 b zeigt einen Glasplattenstreifen 27, an dessen Unterseite in periodischer Wiederholung des Musters Metallflächenteile 26 aufgetragen sind. Das Muster ist der Anordnung der Zuleitungselektroden des zugehörigen Halbleiterkörpers angepaßt.

Der Glasplattenstreifen 27 wird in Richtung eines Pfeils 28 fortbewegt. Die Transistorelemente gemäß F i g. 5 a werden nacheinander in der oben beschriebenen Weise mit dem Glasplattenstreifen 27 verbunden, der anschließend entlang Schnittlinien 29 in Stücke geschnitten wird. Anschließend werden gemäß F i g. 5 c ein Klemmenstift 19 für die Basis und ein Klemmenstift 20 für den Emitter mit den Metallflächenteilen 26 verbunden, während ein Klemmenstift 22 für den Kollektor mit der Rückseite des Substrats 1 bzw. der Metallunterlage 16 mittels eines niedrig schmelzenden Lötmittels oder eines elektrisch leitenden Anstrichs verbunden wird.

Anschließend werden diese Teile mit Kunstharz oder einem niedrig schmelzenden Glas überzogen oder eingeschlossen, um die mechanische Festigkeit zu erhalten, einer Verschmutzung des Bauteils vorzubeugen und den Transistor vor einer Verschlechterung seiner Charakteristiken zu schützen.

Die Erfindung ist insbesondere für integrierte Schaltungen mit Vorteil anwendbar. Gemäß F i g. 6 ist eine integrierte Schaltung 23 mit ihren Anschlußelektroden an leitende Metallflächenteile 24 angeschlossen, die auf dem mittelflächigen Teil eines rechtwinklig schalenförmigen Glasbehälters 32 aufgebracht sind. Der Glasbehälter 32 ist mit Anschlußdrähten 31 versehen, die mit den Metallflächenteilen 24 Verbindung haben und aus 53% Fe, 29% Ni und 18% Cu bestehen.

Die Anschlußdrähte 31 können entweder vor oder nach dem Verbinden der integrierten Schaltung 23 mit den Metallflächenteilen 24 mit diesen verlötet werden. Die Metallflächenteile 24 können direkt auf den Glasbehälter 32 aufgebracht werden oder aber auf eine Glasplatte, die anschließend zu einem Glasbehälter weitergefertigt wird.

Nach Herstellung aller elektrischen Verbindungen wird eine aus Metall oder Glas hergestellte Abdekkung an dem Behälter unter Verwendung eines Glases mit niedrigem Schmelzpunkt angeschmolzen. Die isolierenden Platten können vorteilhaft aus hitzebeständigem Borsilicatglas oder aus Quarzglas bestehen. Die bevorzugten leitenden Metalle umfassen z. B. Platin, Indium, Gold, Kupfer, Aluminium, Silber in reinem Zustand sowie deren Legierungen.

Die Herstellung der mit entsprechend verteilten Metallflächen versehenen isolierenden Platten ist leicht mit hoher Präzision und in großen Mengen durch Vakuumaufdampfen eines der genannten Metalle auf die gesamte Oberfläche der Platte und durch anschließendes Photoätzen des aufgedampften Metalls gemäß bekannten Verfahren möglich. Man kann jedoch auch das Metall durch eine Metallblende auf die Platte aufdampfen. Ist keine besondere Präzision erforderlich, so kann ein leitender Belag durch eine Blende mit dem gewünschten Muster mittels des sogenannten Siebverfahrens und anschließender Sinterung aufgebracht werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterkörper, an dessen einer Seite eine Mehrzahl von Elektroden angebracht sind, die über eine durchsichtige Isolierschicht mit musterförmig darauf angeordneten, aus einzelnen Flächenteilen bestehenden Metallschichten zur Zwischenkontaktierung mit Abnahmeelektroden des Halbleiterbauelementes verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschichten (10 bis 13) zur Zwischenkontaktierung auf einer vorgefertigten, isolierenden Schaltungsplatte (9) aufgebracht und der Halbleiterkörper (1) flächig mit dieser verbunden ist.

2. Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements nach Anspruch 1, bei dem man die aus mehreren unzusammenhängenden Flächenteilen bestehende leitende Metallschicht auf der Schaltungsplatte aus Isoliermaterial in einem Muster aufbringt, das zumindest in einem Teil jedes Flächenteils mit der Anordnung wenigstens einiger der Elektroden am Halbleiterkörper übereinstimmt, die Platte mit der Metallschicht und die Elektroden des Halbleiterkörpers paßgerecht aneinanderlegt und zwischen den Elektroden und den daran anliegenden Teilen der Metallschicht eine feste, elektrisch leitende Verbindung herstellt, dadurch gekennzeichnet, daß man die Metallschicht (26) auf einem langen isolierenden Plattenstreifen (27) in sich periodisch wiederholender Musterfolge aufbringt, jedes der Muster mit einem Halbleiterkörper verbindet und dann den Plattenstreifen mit den Halbleiterkörpern entsprechend den einzelnen Halbleiterbauteilen zerschneidet.