DE1665794A1 - Verfahren zum Herstellen von Halbleiterbauelementen - Google Patents
Verfahren zum Herstellen von HalbleiterbauelementenInfo
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Description
Verfahren zum Herstellen von Halbleiterbauelementen.
Die Erfindimg bezieht sich auf ein Verfahren zum_ Her-at^elljen von
H-: !bloit.c-rbaue leinen ten nit wenigstens einem Halbleiterkristall
rz-vnetfoidrbhanfrifiem Widers tandswert, dessen halbleitende Kristallrhnsa
ir. '«/ösentliohen parallel zueinander ausgerichtete Einschlüsse
einer leitenden Phase enthält und/oder auf mindestens einer der
Pj-'ichon des Kristalls leitende, parallel zueinander ausgerichtete
Streifen aufgebracht sind. Als Halbleiter sind vor allem die bekannten
A1-^-J.By-Verbindun^-on aus den Elementen der III, und V.Gruppe
da? Pcriolenpystems, aber auch Germanium und Silizium geeignet.
Die Halbleiterbauelemente sollen u.a. als magnetfeldabhängige
V.'iderstände - die sog. "Peldplatten" - geeignet sein. Das Halbleitermaterial
kann (";utleitende, insbesondere nadelförmige und parallel
ausgerichtete Einschlüsse enthalten, die beim Erstarren der
Ilalbleiteraohmelze unmittelbar entstehen, z.B. NiSb-Nadeln in InSb.
vC/Rd .,.
bad ohg,naL
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Derartige Halbleiterkörper sind z.B. in Z.Phya.1-76. 399 bis 408
(1963) und in der USA-Patentschrift 3226 225 beschrieben worden.
Bei Verwendung der Halbleiterbauelemente als magnetfeldabhängiger Widerstand können auf das Halbleitermaterial parallel zueinander
liegende, leitende Streifen aufgebracht sein. Eine solche sog. Rasterplatte ist z.B. in der Zeitschrift ETZ-A 76.Jahrg.1.8,55,
513, 517 und in der USA-Patentschrift 2894 234 (Pig.6) beschrieben
worden.
Schon bei der Herstellung wurden Feldplatten beider Arten bisher
meist auf einen endgültigen Zwischenträger, die sog.Trägerplatte,
aufgebracht, der dann Bestandteil der Feldplatte war.- Bei der Anwendung wird die Feldplatte häufig in den Luftspalt eines magneten
gesetzt. Die magnetische Induktion nimmt bekanntlich sehr stark mit zunehmender Breite des Luftspaltes ab. Man hat sich daher bemüht,
die Halbleiterschicht und die Trägerplatte möglichet dünn zu machen.
Einerseits waren diese Feldplatten häufig auch dann noch zu dick, und andererseits erforderte die Herstellung schon der Trägerplatten
einen sehr gro3en Auswand. Denn diese Platten sollen so stabil sein, daß sie beim Abschleifen bzw. Xtzen der aufgekitteten Halbleitersehicht
nicht beschädigt werden. Wegen der erforderlichen Stabilität der Trägerplatte waren Feldplatten bisher nicht flexibel {biegsam)
. Sie kennten daher nur auf ebene Oberflächen aufgebracht werden. Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zum
Herstellen von Halbleiterbauelementen zu schaffen» deren Träger
oder sonstige Betriebsunterlage bzw. Befestigung nach der endgültigen Bearbeitung des Halbleiterkristalls noch frei wählbar ist und
gekrümmt bzw. flexibel sein kann«
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Die erfindunftsgenäße Lösung besteht darin, daß eine kristalline
Halbleiterscheibe auf eine ebene Arbeitsunterlage etoffschlüssig
aufgebracht und auf 1 bis 100 ji, insbesondere 5 bis 50 u,abgeschliffen
und/oder geätzt wird, daß die Halbleiterscheibe danach von der Arbeitsunterlage gelöst und abgeschwemmt wird und daß sie
dann auf einer gekrümmten und/oder flexiblen Betriebsunterlage des Bauelementes stoffschlüssig aufgebracht und mit elektrischen An-F^hIusοen
versehen wird.
!lach den Verfahren können Feldplatten hergestellt werden, die unmittelbar
auch auf eine gekrümmte Betriebsunterlage, z.B. den Polschuh eines Magneten, auflegbar sind. Dadurch kann die Luftspaltbreite
die bei früheren Feldplatten mindestens 200 ρ betrug, auf unter 100 u, insbesondere auf 40 ρ und weniger, herabgesetzt werden.
Vor allem ist sehr vorteilhaft, daß die nach dem neuen Verfahren hergestellten Halbleiterbauelemente gekrümmte Halbleitericristalle
enthalten können. Da der Halbleiter zunächst auf einer Arbeitsunterlage
dünngeschliffen und/oder geätzt wird, istjer_so_-£le-xi-bel-------(biegsam),
daß die Be 1κγ1 ebsunt erläge des Bauelementes nicht nur gekrümmt,
sondern auch selbst flexibel (biegsam) sein kann.
Die nach dem neuen Verfahren hergestellte Feldplatte hat auch den Vorteil, daß aus ihr wegen d'er geringen Dicke evtl. freigewordene
Verlustwärme leicht ableitbar ist. So ist eine nur an den Kontaktstellen befestigte und sonst frei in den Raum ragende (flexible)
Halbleiterscheibe ausgezeichnet zur Messung von Magnetfeldern in verflüssigten Gasen, z.B.Helium, geeignet.
Das neue Verfahren ist auch weniger aufwendig als bisherige Herstellungsverfahren,
da bei Beschädigung der Halbleiterschicht
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während deren Bearbeitung nicht außer dem Halbleiter auch noch eine Trägerplatte als Ausschuß abfällt.
Bei einem Halbleitermaterial, das eine relativ geringe Durchlässigkeit
für elektromagnetische Wellen, z.B. Ultrarotlicht, besitzt, und.das wegen seiner vor- allem durch die ausgerichteten Einschlüsse
bedingten polarisierenden Wirkung trotzdem als Filter angewendet werden soll, int man bestrebt, die haltleitendo Schicht möglichst
dünn zu machen. Ohne eine Unterlage lassen sich HaIbIeiterkristalle,
wie z.3. Indiumantimonid oder Indiumphosphid, aber nicht beliebig dünn schleifen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist deshalb - wienn
die elektrischen Anschlüsse weggelassen werden- auch zur Herstellung
von polarisierenden Filtern geeignet, die z.B. in Solid-State
Slectronics Pergamon Press 1964, X1 835-841 beschrieben sind.
3ei der Hersteilung wird die Fläche der Halbleiterscheibe, mit der
sie auf die Arbeitsunterlage aufgelegt werden soll, geschliffen, insbesondere plangeschliffen und/oder poliergeätzt und gegebenenfalls
mit leitenden Streifen versehen. Als Arbeitsunterlage kann eine ebene polierte Platte verwendet werden, insbesondere Glas
odor Keramik. Auf einer einzigen Arbeitsunterlage können auch mehrere Halbleiterscheiben zugleich bearbeitet werden.
Bei it. erfindunpsgenäßen Verfahren werden eine Halbleiterscheibe und
die vorgesehene Arbeitsunterlage zunächst mit einer insbesondere ": bis 2 μ starken Kittschicht verklebt, die bei für den Haibleitor
unschädxieher. Temperaturen (z.B. bei Zimmertemperatur) lösbar j nt.
Als Kitt kann dabei ein Kapillarkleber verwendet werden, der se fchv/aoh viskos und so zusammengesetzt ist, daß er in dünner Schicht,
insbesondere 1 bis 2 u stark, biasenfrei zwischen Halbleiterscheibe
und Arbeitsunterlage liegt. Er soll in die Poren von
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Il'ijbleitcr und Unterlage eindringen und dort erhärten können. Derartige
dünnflüssige Kleber, z.B. Isamet, Monoment,' Sicomet, sollen
den Halblei tor auch nicht merklich bzw. störend dotieren und rückstnndnfrei
von ihm ablösbar sein. Der verwendete Kitt soll chemisch kalt lösbar nein und gegen beim Schleifen des Halbleiters benutzte
Subntansen, wie Schmiermittel, sowie gegen Ätzmittel resistent sein.
Tvi'oh dom 3ofestigen der Halbleiterscheibe auf der Arbeitsunterlage
v.jrd der Halbleiter erfindungsgemäß so bearbeitet, daß er seine
ond.rü'itige Form erhält. Dabei wird er auf eine solche Stärke abgenohliffen
und/oder geätzt, insbesondere auf weniger als 20 u, daß die entstandene Halbleiterscheibe flexibel ist und selbst auf gewölbten
Flächen (Betriebsunterlage) stoffschlüssig aufbringbar, insbesondere aufklebbar oder aufkittbar ist. Der auf der Arbeitsunterläge
aufgebrachte Halbleiter kann außerdem auch auf einen vorgegebenen V/iderstandswert und/oder die Oberflächenqualitat geätzt
worden. Ea kann in ihn beispielsweise auch eine Mäanderform geätzt
werden. Beim Ätzen des Halbleiters haben sich Maskentechniken bewähr t.
lUu:l: dieser Bearbeitung wird, der Halbleiter erfindungsgemäß von der
Arbeitsunterlage gelöst. Dazu können chemische Lösungsmittel verv/-;ridot
worden, mit deren Hilfe die formgeätzten flexiblen Halbleiterno-leibchen
auch von der Arbeitsunterlage abgeschwemmt, z.B. auf oin Ilylontuch, v/erden können. Diese einzelnen Halbleiterscheibchen
können dann, z.B. mit Hilfe eines feuchten Pinsels oder ähnliche Hilfsmittel aufgenommen und im nachfolgenden Verfahrensschritt auf
die gewünschte Betrieb3unterlage übertragen und dort befestigt werden. Bei dor Befestigung der Halbleiterscheibchen auf der Betriebsunterlage kann z.B. Kitt, insbesondere Araldit, verwendet werden.
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Magnetfeldabhängige flexible Halbleiterplättcfcen werden erfindungsgemäß
mit elektrischen Anschlüssen versehen. Das kann in herkömmlicher Weise geschehen. Es ist aber auch möglich, das Halbleiterplättchen
beim Befestigen an der Betriebsunterlage in ein und demselben Arbeitsgang mit elektrischen Anschlüssen zu versehen.
Beispielsweise kann das dadurch geschehen, daß der Halbleiter (evtl.. nur) mit seinen Kontaktstellen auf vorbereiteten Kontaktflächen
der Betriebsunterlage befestigt wird. Die Kontaktflächen auf der Betriebsunterlage können metallisiert sein und z.B. aus
verindiumierten Kupferflächen bestehen. Es ist dann möglich, das Halblei t'erplättchen durch Erhitzen der Kontaktstellen bzw. der
Betriebsunterlage, insbesondere durch Wärmestrahlung, mit der Betriebsunterlage
zu verbinden und gleichzeitig zu kontaktieren.
Die Kontaktsteilen des flexiblen Halbleiterplättchen3 können auchan
metallisierte Bereiche der vorgesehenen Betriebsunterlage herangeführt werden. Durch Aufdampfen eines gutleitenden Materials,
insbesondere Silber oder Aluminium, z.B. mit einer Maskentechnik, können dann leitende Brücken zwischen den metallisierten Bereichen
und den Kontaktstellen des Halbleiters hergestellt werden. Die Herstellung der Kontakte durch Aufdampfen kann besonders vorteilhaft
sein, da beim Aufdampfen keine Erhitzung der Kontaktstellen erforderlich ist.
An Hand der schematischen Zeichnung von Ausführungsbeispielen wird die Erfindung näher erläutert; es zeigen
Fig.1 und 2 zwei Halbleiterscheiben vor der erf/indtmgsgeraäßen
Bearbeitung,
Pig.3 bis 5 drei erfindungsgemäfle Verfahrensschritte, -
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Fig.6 bis 16 verschiedene Möglichkeiten der weiteren erfindungsgemäßen
Verfahrensschritte bei Halbleitern mit
magnetfeldabhängigem Widerstand.
In den Fig.1 und 2 ist eine Halbleiterscheibe 1 vor der erfindungsfiemäßen
Bearbeitung gezeigt. Die Scheibe gemäß Fig.1 enthält pärfUlcj
ausgerichtete Einschlüsse 2. Auf die Scheibe gemäß Fig.2 sind
reitende Streifen 3 aufgebracht. Beide Scheiben, sowie Scheiben, die
sowohl Einschlüsse als auch Streifen besitzen, können erfindungst'eniäf?
bearbeitet werden.'
In Fi1T.? ist eine Halbleiterscheibe 1 mit einem - wie oben beschrieben
- kalt lösbaren Kitt 5 auf eine Arbeitsunterlage 4 aufge-I.rächt.
?ίρ:.Λ zeigt den Halbleiter, der nach dem Schleifen bzw.
Ätzen mit 10 bezeichnet ist, noch auf der Arbeitsunterlage 4. Es ist in Fig.4 auch ein Einschnitt·6 im Halbleiter zu-sehen, der auch
in der perspektivischen Zeichnung der von der Arbeitsunterlage abgelösten Halbleiterscheibe gemäß FIf.5 zu sehen ist/ Wie sich
hui- dpr. folgenden Figuren ergibt, kann die Halbleiterscheibe durch
das Schleifen bsw. Atzen die mannigfaltigsten Formen erhalten. Der.
Halbleiter ist unabhängig davon stets mit 10 bezeichnet.
In den ?ig.€ bis 16 s-ind einige Möglichkeiten weiterer erfindungsftomäSer
Yerf aiir ens schritte bei flexiblen magnetfeldabhängigen Halbleiterkristallen
(Widerstand) gezeigt. Es kann für eine flexible Halbleiterscheibe als Betriebsunterlage unter anderem verwendet
werden: eine ebene oder gewölbte Platte, der Mantel oder der Rand
eines Voll- oder Hohlzylinders, eine Folie, ein langgestrecktes oder geschlossenes Band, eine gedruckte Schaltung oder eine dem
luftspalt zugewandte ebene oder gewölbte Stirnfläche der Polschuhe
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eines Magnetkreises ('evtl. unter Zwischenlegung einer Isolierung,
wie Kitt oder Kunststoff). -
Gemäß Fig.6 kann das flexible Halbleiterplättchen 10 auf einer ge-
^wölbten Fläche 11 liegen. In "Fig.? ist ein Beispiel gezeichnet, in
dem das Halbleiterplättchen 10 mit dem Anschluß auf dem Mantel den
Zylinders 12 und das Halbleiterplättchen 10 mit den Anschlüssen 8
.auf dem Rand eines Zylinders liegt. DasiHalbleiterplättchen 10 kann
auch-auf einer (biegsamen)Folie 13 gemäß Fig.8 aufgebracht sein.
Eine solche Folie kann z.B. in einen gewölbten Luftspalt eines Magnetkreises leicht eingeschoben werden. Statt der Folie 13 gemäß
Fig.S kann auch ein langgestrecktes Band 15 gemäß Fig.9 als Betriebsunterlage
der flexiblen Halbleiterscheibchen 10 verwendet werden. Das Band 15 kann endlos sein und über die Rollen 16 laufen.
Die elektrischen Anschlüsse und Zuleitungen 14 der Halbleiter können auch Bestandteil des Bandes sein.
Ein Beispiel einer gedruckten Schaltung mit biegsamen Halbleitern 10 ist in Fig.10 gezeichnet. Das Schaltbild ist in Fig.11 angegeben.
Die drei Halbleiter 10 sind mit einem Kontakt an die Kantaktfläche 20 mit dem1Anschluß E der (in der Regel biegsamen) Betriebsunterlage 19 leitend verbunden und mit dem anderen Kontakt an die
leitenden Bereiche 21 bis 23 mit den Zuleitungen I bis III angeschlossen. Eine solche Schaltung mit drei sj^mmetrisch um 120 auf
einem Kreis.versetzten magnetfeldabhängigen Widerständen (10) ist
z.B. für einen Schaltkopf zum Kommutieren elektrischer Maschinen
geeignet, wie er im deutschen Patent (Anmeldung S 105
VIIIb/21d1, PLA 66/1524) beschrieben ist.
In Fig.12 ist ein biegsames Halbleiterplättchen 10 gezeichnet, das
zwischen die (der Einfachheit halber eben gezeichneten) Polschuhe
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25 und 26 eines Magneten gesetzt ist. Dabei kann das Halbleiterplättchen
mit den Schichten 2? und 28 gegen die Polschuhe elektrisch isoliert sein. Bei einem derartigen Magnetkreis wurden "bei
Ausführungsbcispielen Luftspalte auf weniger als 40 ρ Breite hergestellt, wobei die zur Luft spalt breite gehörig.en Isolierschichten
27 und 23 bis über 1000 V spannungsfest waren.
In Pig.13 ist ein gekrümmtes Halbleiterscheibchen TO gezeichnet,
das in einen Magnetkreis gesetzt ist, dessen radial magneti<.sierte
Polschuhe 30 und 31 gegeneinander um die Achse 32 verdrehbar sind
und dessen Luftspalt bei 33 stark erweitert ist. Befindet sich das
Plättchen 10 also ganz im erweiterten Luftspalt 33, so ist es
praktisch magnetfeldfrei, befindet sich das Plättchen 10 im schmalen
Bereich des Luftspaltes, so ist es einem starken Magnetfeld
ausgesetzt. Bei Ausführungsbeispielen konnten flexible Halbleiter=*
scheiben, z.B. gemäß Pig.13, auf einen Krümmungsradius bis herab
zu etwa 7 mm gebogen werden.
In den Pip.14 bis 16 ist gezeigt, wie erfindungsgemäße Halbleiter
10 kontaktiert werden können. Die Betriebaunterlage 35 gemäß Pig.14
kann vor dem Anbringen des Halbleiters. 10 mit Kontaktflächen 36
\md 37 .und deren Anschlüssen 40 versehen sein. Das Halbleiterscheibchen
10 kann dann durch Lptung, insbesondere-durch berührungaloses
Löten mittels V/ärmestrahlung, mit den Kontakten 36» 37 verbunden
werden. Dabei ist es möglich, daß. nur die Kontaktstellen
den ilalbleiterscheibchens, auf der Betriebsunterlage aufliegen und
die übrigen Bereiche des Scheibchens 10 frei von jeder Unterlage
sind. Hin solches Beispiel iat in Pig.15 gezeichnet, wobei Pig.16
einen Schnitt längs der Linie XVI-XVI von Pig.15 ist. In den Pig.15
und 16 sind gleiche Teile wie JLn Pig» 14 bezeichnet. Der Halbleiter
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10 gemäß Pig.15 und 16 ist jedoch durch Aufdampfen einer elektrisch
leitenden Schicht 41 über den Kontaktbereioh 36 bzw. 37» der Betriebsunterlage 35 und die Kontaktstellen des Halbleiters 10 mit
der Betriebsunterlage kontaktiert und verbunden. Dabei ist es zweckmäßig - vor dem Anlegen des Halbleiters 10 an die Betriebsunterlage - an die vorgesehene Berührungastelle etwas. Kitt zu
bringen, damit dieser - wie bei 42 gezeichnet - den Spalt zwischen
dem Kontaktbereich 36 bzw. 3? und dem Halbleiter 10 ausfüllt.
11 Patentansprüche
16 Figuren
16 Figuren
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Claims (1)
- Pate η tans p. r ü ehe1. Verfahren zum Herstellen von Halbleiterbauelementen mit v/£i;if3Ftens einem Halbleiterkristall mit magnetfeldabhängigem Viidcrstandswert, dessen halbleitende Kristallphase im wesentlichen parallel zueinander ausgerichtete Einschlüsse einer leitenden Phase enthält und/oder auf mindestens einer der Flächen dos Kristalls leitende, parallel zueinander ausgerichtete Streifen aufgebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine kristalline Halbleiterscheibe auf eine ebene Arbeitsunterlage stoffseklüssig aufgebracht und auf 1 bis 100 u, insbesondere 5 bis 5C u, abgeschliffen und/oder geätzt wird, daß die Halbleiterscheibe danach von der Arbeitsunterlage gelöst und abgeschwemmt wird und daß sie dann auf einer gekrümmten und/oder flexiblen 3etricbcunterläge des Bauelementes stoffschlüssig aufgebracht und mit elektrischen Anschlüssen versehen wird.2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche der Halbleiterscheibe, mit der sie auf die Arbeitsunterlago aufgelegt wird, vorher mit leitenden Streifen versehen wird.3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Halblei terscheibe und Arbeitsünterlage mit einer, insbesondere 1 bis 2 u starken, Kittschieht verklebt werden, die bei für den Halbleiter unschädlichen, insbesondere bei Zimmertemperatur lösbar ist.- 11 - vC/Rd109852/0319BAD4. Verfahren nach. Anspruch 3, dadurch "gekennzeichnet, daß als Kitt ein Kapillarkleber verwendet wird, der so schwach viskos und. so zusammengesetzt ist, daß er in dünner Schicht -* insbesondere■ 1 bis 2° γ. stark - blasenfrei zwischen Halbleiterscheibe und Arbeitsunterlage liegt und in deren Poren eindringt und dort. unter Sauerstoffentzug erhärtet, der den Halbleiter nicht merklich bzw. störend dotiert und rückstandsfrei von ihm ablösbar ist und der gegen beim Schleifen des Halbleiters verwendete Substanzen, wie Schmiermittel, sowie gegen evtl. benutzte Ätzmittel resistent ist.5. Verfahren nach Anspruch t, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der Arbeitsunterlage aufgebrachte Halbleiterscheibe auf einen vorgegebenen Yifiderstands^wert und/oder die gewünschte Form und/ oder Oberflächenqualität geätzt wird. - - ,■6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der = Halbleiter mit dem zum Lösen des Kittes benutzten Lösungsmittel von der Arbeitsunterlage abgeschwemmt wird.7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für das Halbleiterbauelement als IJetriebsunterlage eines oder mehrerer Halbleiterplättchen der Mantel eines Zylinders oder eine Folie bzw. ein geschlossenes Band - evtl. unter Zwischenlegung einer Isolierung, wie Kitt oder Kunststoff - verwendet wird.S. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß nur die Kontaktstellen des von der Arbeitsunterlage abgelösten Halbleiterplättchens an der Betriebsunterlage befestigt werden und daß das Halbleiterplättchen so mit der Betriebsunterlage verbunden wird, daß sein magnetisch zu beeinflussender Bereich frei, in den Raum ragt.- 12 - VC109852/03199, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiterplättchen in ein und demselben Arbeitsgang an der Betriebsunterlage befestigt und mit elektrischen Anschlüssenversehen wird. '1,1. Verfahren nach den Ansprüchen 1,8 und 9S dadurch gekennzeichnet, daß die als Auflagestellen für die Kontaktstellen des Halbleiterplättchens vorgesehenen Flächen der Betriebsunterlage vor dein Auflegen des Halbleiterplättchens metallisiert und mit elektrischen Anschlüssen versehen werden und daß die Kontaktierung dos Halbleiterplättchens durch Erhitzen der Kontaktstellen bzw. der Betriebsunterlage, insbesondere durch Wärmestrahlung, erfolgt.11. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktstellen des von der Arbeitsunterlage abgelösten Halbleiterplättchens an metallisierte Bereiche der Betriebsunterlage herangeführt werden und durch Aufdampfen eines gutleitenden Materials, insbesondere Silber oder Aluminium, z.B. mittels Ilaskentochnik, leitenden Brücken zwischen den metallisierten Bereichen und den Kontaktstellen hergestellt werden.- 13 .. -rr . VC/Rd109852/0319Ö ORIGINALL e e r s e i t e
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