DE2414163A1 - METHOD FOR MANUFACTURING SEMICONDUCTOR COMPONENTS - Google Patents
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Description
pil /γ i\ Ka/SL pil / γ i \ Ka / SL
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BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden (Schweiz)BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden (Switzerland)
Verfahren zur Herstellung von HalbleiterbauelementenProcess for the production of semiconductor components
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Halbleiterbauelementen, deren freiliegende pn-Uebergänge einen elektrisch isolierenden Belag aufweisen, auf eine Haltevorrichtung zur Ausführung des Verfahrens und auf Halbleiterbauelemente, die nach diesem Verfahren hergestellt werden.The present invention relates to a method for the production of semiconductor components, the exposed pn junctions thereof have an electrically insulating covering on a holding device for carrying out the method and on Semiconductor components that are manufactured using this process.
Ein Verfahren zur Herstellung derartiger Halbleiterbauelemente ist bereits aus der deutschen Offenlegungsschrift 2 134 647 bekannt. Bei diesem Verfahren werden die Halbleiterbauelemente durch stirnseitiges Abdecken der Halbleiterscheiben mit zwei Zwischenlagen aus Silber und nachfolgendes Verkleben der Zwi-A method for producing such semiconductor components is already known from German Offenlegungsschrift No. 2,134,647. In this method, the semiconductor components are covered by the front side of the semiconductor wafers with two Intermediate layers of silver and subsequent gluing of the intermediate
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Α..Α ..
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schenlagen mit einem den pn-Uebergang abdeckenden Kunststoffbelag hergestellt. Die Verwendung von Zwischenlagen aus Silber und die sich hieraus ergebenden Schwierigkeiten bei der Zentrierung der Halbleiterscheiben beim provisorischen Zusammenbau des Halbleiterbauelementes verteuern die Herstellung solcher Bauelemente erheblich. Ein weiterer Nachteil ist darin zu sehen, dass mit diesem Verfahren nur Halbleiterbauelemente hergestellt werden können, die keine Anschlüsse für Gatekontaktelektroden aufweisen. layers with a plastic coating covering the pn junction manufactured. The use of intermediate layers made of silver and the resulting difficulties in centering of the semiconductor wafers during the provisional assembly of the semiconductor component make the production of such components considerably more expensive. Another disadvantage is that with With this method, only semiconductor components can be produced which have no connections for gate contact electrodes.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, mit dem Halbleiterbauelemente in einfacher und wirtschaftlicher Weise hergestellt werden können und bei dem das danach erstellte Halbleiterbauelement den Anschluss und die gleichzeitige Zentrierung der Anode zu Kathodenbolzen und Gatekontaktelektrode ermöglicht.It is therefore the object of the invention to specify a method with which semiconductor components can be used in a simple and economical manner can be produced and in which the semiconductor component created afterwards the connection and the simultaneous centering allows the anode to the cathode bolt and gate contact electrode.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass Halbleiterscheiben zwischen auswechselbaren, zentrierten Distanzscheiben aufeinander gestapelt, in einer Haltevorrichtung befestigt, in den zwischen den Distanzscheiben und den Halbleiterscheiben verbleibenden Zwischenräumen mit einem elektrisch isolierenden Belag versehen und durch Entfernen der Distanzscheiben voneinander getrennt werden.The object is achieved in that semiconductor wafers are placed on top of one another between exchangeable, centered spacer disks stacked, fastened in a holding device, in the remaining between the spacers and the semiconductor wafers Provide the gaps with an electrically insulating coating and separate them from one another by removing the spacers will.
Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, die Halbleiterscheiben mit Hilfe eines Zentrierringes auf den in einer Zentrier-It has proven to be particularly advantageous to use the semiconductor wafers with the help of a centering ring on the in a centering
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schablone vertikal geführten Distanzscheiben zentrisch anzuordnen, den aus Distanz- und Halbleiterscheiben bestehenden Stapel mit Hilfe einer Druckschraube federnd und drehbar in der Haltevorrichtung zu befestigen und eine flüssige Kunststoffmasse mit Hilfe einer Injektionsspritze unter langsamer Rotation des horizontal gelagerten Stapels auf die freibleibenden pn-Uebergänge der Halbleiterteile aufzutragen, in einer Vakuumvorrichtung zu entgasen und in einem Trockenofen auszuhärten .to arrange the template vertically guided spacer discs centrally, the stack consisting of spacer and semiconductor wafers is resilient and rotatable with the help of a pressure screw to attach the holding device and a liquid plastic mass with the help of an injection syringe while slowly rotating the horizontally stored pile onto the remaining unoccupied Apply pn junctions to the semiconductor parts, degas them in a vacuum device and cure them in a drying oven .
Ein so hergestelltes Halbleiterbauelement weist einen ringförmigen, reifenähnlichen Wulst auf, der fest auf den pn-Uebergängen haftet und so einen vorzüglichen Schutz gegen elektrische Ueberschläge, Staub und Feuchtigkeit gewährt. Durch den ringförmigen Wulst werden aber auch die empfindlichen Ränder der spröden Halbleiterscheiben gegen mechanische Einwirkungen geschützt und die Zentraerungsprobleme ,beim Gehäusezusammenbau beherrscht.' So ermöglichen die Innen- und Aussenwülste eine für die Druckkontaktierung notwendige Zentrierung der anöden- und kathodenseitigen Kontaktstempel und bewirken gleichzeitig die Zentrierung des Kathodenbolzens zur Gatekontaktelektrode. Die Abmessungen des aufgetragenen reifenähnlichen Belages können jeder geometrischen Form der Halbleiterscheibe angepasst werden·.A semiconductor component produced in this way has an annular, tire-like bead, which is firmly on the pn-transitions adheres and thus provides excellent protection against electrical flashovers, dust and moisture. Through the ring-shaped However, the bead also protects the sensitive edges of the brittle semiconductor wafers against mechanical effects and the centering problems in housing assembly controlled.' In this way, the inner and outer bulges enable the anode and cathode-side contact stamp and at the same time cause the centering of the cathode bolt to the gate contact electrode. the Dimensions of the applied tire-like coating can be adapted to any geometric shape of the semiconductor wafer.
Nachstehend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigen:The invention is explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment shown in the drawing. Show:
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Pig. 1 eine Haltevorrichtung nach der Erfindung zur Zentrierung und Fixierung von Halbleiterscheiben und zwischengelegten Distanzscheiben,Pig. 1 shows a holding device according to the invention for centering and fixing semiconductor wafers and interposed spacers,
Fig. 2 den Querschnitt durch eine zwischen Distanzscheiben gelagerte und mit einem reifenförmigen Belag versehene Halbleiterscheibe, undFig. 2 shows the cross section through a mounted between spacers and provided with a tire-shaped covering Semiconductor wafer, and
Fig. 3 Querschnitte durch verschiedenartig aufgebaute HaIbleiter-scheiben nach der Erfindung.3 shows cross sections through semiconductor disks of different construction according to the invention.
In Fig. 1 ist mit 1 ein Spannrahmen bezeichnet, dessen Grundplatte 2 über vertikale Träger 3 mit einer Deckplatte 4 verbunden ist. Die Grundplatte 2 besitzt eine Oeffung 5 zur Aufnahme einer unteren Druckplatte 6, welche in einem mit einer Tellerfeder 7 versehenen Axiallager 8 federnd und drehbar angeordnet ist. Die Deckplatte 4 weist ein Gewinde 9 zur Führung einer Druckschraube 10 auf^ welche über eine drehbar gelagerte Kugel 11 mit einer oberen Druckplatte 12 in Verbindung steht. Mit 13 ist eine halbkreisförmige Zentrierschablone bezeichnet. Die Bezugszeichen 14 und 15 beziehen sich auf Distanz- und Halbleiterscheiben. In Fig. 1, 1 denotes a clamping frame, the base plate 2 connected to a cover plate 4 via vertical supports 3 is. The base plate 2 has an opening 5 for receiving a lower pressure plate 6, which is in one with a plate spring 7 provided axial bearing 8 is resiliently and rotatably arranged. The cover plate 4 has a thread 9 for guiding a Pressure screw 10 on ^ which via a rotatably mounted ball 11 is in communication with an upper pressure plate 12. With a semicircular centering template 13 is designated. the Reference numerals 14 and 15 relate to spacer and semiconductor wafers.
In Fig. 2 bezeichnet 16 einen in den aus den Distanzscheiben 14 und der Halbleiterscheibe 15 gebildeten Zwischenraum aufgebrachten elektrisch isolierenden, reifenförmigen Belag, welcherIn Fig. 2, 16 denotes one of the spacers 14 and the gap formed between the semiconductor wafer 15 and applied electrically insulating, tire-shaped covering, which
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einen äusseren 17 und einen inneren Wulst 18 aufweint.an outer 17 and an inner bead 18 weep.
Die Halbleiterscheiben 15 werden in der Haltevorrichtung gemiiss Fig. 1 zwischen auswechselbaren Distanzscheiben I^ aufeinandergestäpelt, beginnend mit der auf der unteren Druckplatte 6 lagernden und seitlich durch die halbkreisförmige Schablone 13 geführten Distanzscheibe. Mit Hilfe eines in der Zeichnung nicht dargestellten Zentrierringes, der die Halbleiterscheibe 15 randseitig umfasst, und dessen äusserer Durchmesser demjenigen der Distanzscheibe entspricht, wird die Halbleiterscheibe 15 in der Zentrierschablone 13 geführt und zentrisch auf der Distanzscheibe lH angeordnet.The semiconductor wafers 15 are stacked on top of one another in the holding device according to FIG. With the help of a centering ring, not shown in the drawing, which surrounds the semiconductor wafer 15 at the edge and whose outer diameter corresponds to that of the spacer disk, the semiconductor wafer 15 is guided in the centering template 13 and arranged centrally on the spacer disk 1H .
Das Zentrieren der Halbleiterscheiben mit dem Zentrierring kann entfallen,, wenn die Halbleiterscheibe dieselben radialen Abmessungen wie,die Distanzscheiben aufweisen. Der mit dem elektrisch isolierenden Belag zu versehende Stapel kann dann durch einfaches Einschieben der Halbleiterscheiben zwischen zwei Distanzscheiben in der Zentrierschablone erstellt und in der Haltevorrichtung fixiert werden.The centering of the semiconductor wafers with the centering ring can be omitted if the semiconductor wafer has the same radial dimensions like, the spacers have. The one with the electric insulating coating to be provided stack can then by simply pushing the semiconductor wafers between two spacers created in the centering template and fixed in the holding device.
Die Distanzscheiben' 14 trennen nicht nur die Halbleiterscheiben 15 voneinander, sondern haben auch die Aufgabe zwischen sich und den Halbleiterscheiben einen Zwischenraum zu bilden, der gemäss Fig. 2 mit einem elektrisch isolierenden Belag 16 ge- · füllt werden kann. Im Ausführungsbeispiel ist dieser Belag reifenförmig ausgebildet, da die zylinderförmige Distanz-The spacers' 14 not only separate the semiconductor wafers 15 from each other, but also have the task of forming a space between them and the semiconductor wafers, which according to FIG. 2 with an electrically insulating covering 16 can be filled. In the exemplary embodiment, this covering is designed in the shape of a tire, since the cylindrical spacer
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scheibe an der oberen und unteren Stirnkante jeweils eine ringförmige Versetzungsstufe aufweist. Die offenliegenden pn-Ueber-' gänge befinden sich nun in den Zwischenräumen und werden durch den Belag geschützt.washer on the upper and lower front edge, one ring-shaped each Has dislocation stage. The exposed pn junctions are now in the spaces and are through the pavement protected.
Ein aus Distanzscheiben und Halbleiterscheiben aufgebauter Stapel wird an der Oberseite mit einer Distanzscheibe abgeschlossen und durch Anziehen der Druckschraube 10 zwischen der oberen 12 und der unteren Druckplatte 6 fixiert. Nach Entfernen der Zentrierschablone 13 lässt sich der zwischen den Druckplatten zusammengepresste Stapel um seine Längsachse rotieren, wobei die zwischen Druckschraube 10 und oberer Druckplatte 12 angebrachte Kugel und das an der unteren Druckplatte 6 angeordnete Lager 8 die Rotationsbewegung ermöglichen. Eine in Achsrichtung des Stapels unterhalb des Lagers 8 angebrachte Tellerfeder 7 nimmt die durch die Druckschraube 10 und den Stapel auf die untere Druckplatte 6 und das Lager 8 ausgeübten Druckkräfte auf und bewirkt einen gleichmässigen Druck auf die Halbleiterscheiben 15 und eine federnde Anordnung des Stapels.A stack made up of spacer disks and semiconductor wafers is closed at the top with a spacer disk and fixed between the upper 12 and lower pressure plate 6 by tightening the pressure screw 10. After removal using the centering template 13, the stack compressed between the pressure plates can be rotated about its longitudinal axis, with the ball attached between the pressure screw 10 and the upper pressure plate 12 and that arranged on the lower pressure plate 6 Bearings 8 allow the rotational movement. A plate spring 7 attached in the axial direction of the stack below the bearing 8 takes the pressure forces exerted on the lower pressure plate 6 and the bearing 8 by the pressure screw 10 and the stack and causes an even pressure on the semiconductor wafers 15 and a resilient arrangement of the stack.
Die eingespannten Halbleiterscheiben werden sodann mit einer geeigneten Kunststoffmasse vergossen.The clamped semiconductor wafers are then cast with a suitable plastic compound.
Um reine Oberfläche und eine gute Haftung zwischen den Halbleiterscheiben und der Kunststoffmasse zu erreichen, empfiehlt es sich, die Oberflächen der Halbleiterscheiben vor dem Einbau in die Haltevorrichtung zu reinigen, etwa durch Stufenätzung, zu waschen, zu trocknen und staubfrei aufzubewahren.To ensure a clean surface and good adhesion between the semiconductor wafers and to achieve the plastic compound, it is advisable to remove the surfaces of the semiconductor wafers prior to installation to be cleaned in the holding device, for example by step etching, washing, drying and storing dust-free.
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Das Vergiessen kann durch Einspritzen von Silikonkautschuk mittels einer Injektionsspritze in die zwischen den Distanzscheiben und den Halbleiterscheiben verbleibenden Zwischenräume erfolgen. Hierzu ist es zweckmässig, die Halterung waagrecht zu lagern und den aus Distanz- und Halbleiterscheiben bestehenden Stapel langsam zu drehen, so dass der in die Zwischenräume eingespritzte Silikongummi gleichmässig und weitgehend luftblasenfrei aufgetragen wird. Restliche Luftblasen werden in einer nachfolgenden Vakuumbehandlung über ca. 20-30 Minuten bei einem Druck von weniger als 1 Torr entfernt. Auf diese Weise bilden sich luftblasenfreie Beläge 16, die verbesserte elektrische Eigenschaften der Aktivelemente zur Folge haben.Potting can be carried out by injecting silicone rubber with an injection syringe into the space between the spacer disks and the gaps remaining in the semiconductor wafers. For this purpose, it is advisable to keep the bracket horizontal to store and those consisting of spacer and semiconductor wafers Rotate the stack slowly so that the silicone rubber injected into the gaps is uniform and largely is applied without air bubbles. Any remaining air bubbles are removed in a subsequent vacuum treatment for approx. 20-30 minutes removed at a pressure of less than 1 torr. In this way, air bubble-free deposits 16, the improved electrical properties of the active elements result.
Wegen seiner besonders guten elektrischen Eigenschaften und seiner günstigen Viskosität hat sich vor allem Zweikomponenten-Silikonkautschuk als geeignete Vergussmasse erwiesen. Jedoch ist bei seiner Verwendung darauf zu achten, dass beimMischen von Silikonkautschuk und Härter möglichst wenig Luft eingerührt wird. Ueberschüssige Luft kann jedoch ohne weiteres in einer Vakuumkammer etwa bei einem Druck von 10 - 10 Torr entfernt werden, jedoch ist es für ein verlustfreies Arbeiten empfehlenswert, den Glasbehälter in der Vakuumkammer nur zu einem Drittel mit der Vergussmasse zu füllen.Because of its particularly good electrical properties and its favorable viscosity, two-component silicone rubber has become particularly popular proved to be a suitable casting compound. However, when using it, make sure that when mixing As little air as possible is stirred in by silicone rubber and hardener. Excess air can, however, easily in a Vacuum chamber can be removed at a pressure of around 10 - 10 Torr, but it is recommended for loss-free work, Fill the glass container in the vacuum chamber only one third with the potting compound.
Die Aushärtung der Silikonkautschukmasse kann in einem regelbaren Trockenofen vorgenommen werden. Zunächst wird der Kaut-The curing of the silicone rubber compound can be carried out in an adjustable drying oven. First, the chew is
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schuk bei massiger Temperatur, beispielsweise 7O0C, ca. 1 Stunde vorpolymerisiert und anschliessend bei ca. 150°C über annähernd 2 Stunden vollständig polymerisiert. Nach dem Abkühlen wird der Stapel durch Lösen der Druckschraube 10 aus der Haltevorrichtung entfernt und die mit dem Silikonkautschuk ringförmig umhüllten Halbleiterscheiben 15 von den Distanzscheiben getrennt. Als Werkstoff für die Distanzscheiben hat sich vor allem Polytetrafluorathylen bewährt, da dieses Material wegen seiner antiadhäsiven Eigenschaften und seines kleinen Reibungskoeffizienten eine leichte Trennung des Stapels in Halbleiterbauelemente und Distanzscheiben ermöglicht.Schuk prepolymerized at moderate temperature, for example 7O 0 C, about 1 hour, and subsequently completely polymerized at about 150 ° C over approximately 2 hours. After cooling, the stack is removed from the holding device by loosening the pressure screw 10 and the semiconductor wafers 15, which are encased in a ring with the silicone rubber, are separated from the spacers. Polytetrafluoroethylene has proven itself as a material for the spacer disks, since this material enables easy separation of the stack into semiconductor components and spacer disks due to its anti-adhesive properties and its low coefficient of friction.
Der ausgehärtete Belag aus Silikonkautschuk weist ausgezeichnete elektrische Eigenschaften auf, besitzt eine gute mechanische Festigkeit und haftet gut auf der Halbleiterscheibe. Er schützt die Halbleiterscheibe gegen mechanische Stösse und hält von den pn-Uebergängen Staub und Feuchtigkeit fern.The cured silicone rubber coating has excellent electrical properties and good mechanical properties Strength and adheres well to the semiconductor wafer. It protects the semiconductor wafer against mechanical impacts and holds dust and moisture away from the pn junctions.
Das Verfahren nach der Erfindung ist nicht nur auf die in den Figuren 1 uns 2 dargestellten Halbleiterscheiben mit doppelt negativ angeschrägtem Winkel beschränkt. Es ist wie der Fig. zu entnehmen ist, ebenfalls zur Abdeckung der freiliegenden pn-Uebergänge von Halbleiterscheiben mit einfach negativ (Fig.3a), einfach negativ - einfach positiv (Fig.3b) und doppelt positiv (Fig.3d) angeschrägtem Winkel anwendbar. Die geometrischen Abmessungen und Gestaltungen der Halbleiterscheiben sind für die Durchführung des Verfahrens ohne Bedeutung.The method according to the invention is not only applicable to the semiconductor wafers shown in FIGS. 1 and 2 with double limited negative beveled angle. As can be seen in the figure, it is also used to cover the exposed pn-transitions of semiconductor wafers with single negative (Fig.3a), single negative - single positive (Fig.3b) and double positive (Fig.3d) beveled angle applicable. The geometric dimensions and designs of the semiconductor wafers are irrelevant for carrying out the method.
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