DE3731558A1 - Method for producing a curvature-free semiconductor/glass composite - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a method according to the preamble of claim 1.
Verbindungen von Halbleitern mit Glasträgern finden bei der Herstellung von optischen transparenten und/oder gut iso lierenden Substraten Anwendung. Die optische Transparenz der Substrate wird bei optoelektronischen Bauelementen, z. B. Fotokathoden, und die Isolatoreigenschaften des Substrates werden beispielsweise bei Dünnfilmtransistoren ausgenutzt. Bei herkömmlichen Dünnfilmtransistoren wird die Halbleiter schicht, z. B. Si oder ein Verbindungshalbleiter, auf einen Glasträger aufgedampft. Dadurch erhält man eine mit Gitter fehlanpassungen behaftete Halbleiterschicht. Vorteilhafter ist es jedoch, den Halbleiterkörper zuerst epitaktisch herzustellen und nachträglich mit einem Glasträger zu ver binden. Für derartige Anwendungen ist ein Anglasverfahren notwendig, das einen klaren, störungsarmen Verbund des Glasträgers mit einem Halbleiter ermöglicht. Dabei wird meist bei Temperaturen oberhalb des Erweichungspunktes des Glases gearbeitet. Durch Druck und mit einer dünnen Haft vermittlerschicht wird der Anglasprozeß unterstützt.Semiconductors are connected to glass substrates at Production of optical transparent and / or good iso lating substrates application. The optical transparency of the Substrates is used in optoelectronic components, for. B. Photocathodes, and the insulator properties of the substrate are used for example in thin film transistors. In conventional thin film transistors, the semiconductor layer, e.g. B. Si or a compound semiconductor, on a Glass slides evaporated. This gives you one with a grid mismatched semiconductor layer. More advantageous however, the semiconductor body is epitaxial first to manufacture and subsequently ver with a glass support tie. A glass-on process is used for such applications necessary that a clear, low-interference network of Glass carrier with a semiconductor allows. Doing so mostly at temperatures above the softening point of the Glases worked. By pressure and with a thin stick the glass coating process is supported.
Haftvermittlerschichten sind bei elektrostatischen Anglas prozessen, sog. elektrostatischen Bondverfahren, nicht not wendig. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß vom Halbleitertyp abhängige Spannungen bis zu einigen kV zwi schen den Verbindungspartnern auftreten.Adhesion layers are used with electrostatic glass processes, so-called electrostatic bonding processes, not necessary agile. However, this method has the disadvantage that from Semiconductor type dependent voltages up to a few kV between occur between the connection partners.
Diese bekannten Anglasverfahren (siehe u. a. DE-OS 33 21 535) haben jedoch den Nachteil, daß der Glasträger während der Aufheizphase sich verformt und sich infolge der Schwerkraft nach unten wölbt. Kommt der gekrümmte Glasträger mit dem Halbleiterkörper in Kontakt, so wird dem Halbleiterkörper die Wölbung aufgezwungen. Bei z. B. einer Halbleiterscheibe mit einem Durchmesser von etwa 2 cm entstehen Krümmungen am Halbleiterkörper mit Krümmungsradien von 0,5 bis 2 m.These known glass-on processes (see, inter alia, DE-OS 33 21 535) have the disadvantage, however, that the glass support during the Heating phase deforms and changes due to gravity bulges down. The curved glass support comes with the Semiconductor body in contact, so the semiconductor body the bulge imposed. At z. B. a semiconductor wafer with a diameter of about 2 cm, curvatures occur on the Semiconductor body with radii of curvature from 0.5 to 2 m.
Durch z. B. punktuelles Andrücken des plastischen Glasträgers an den Halbleiter bei Temperaturen von ca. 650°C treten sowohl an der Anglasgrenze zwischen Halbleiterkörper und Glasträger als auch an der Glasrückseite Druckstellen auf. Durch die Druckstellen an der Grenzfläche Glas/Halbleiter werden dadurch nachteiligerweise die Gitterdefekte im Halb leiter stark erhöht (<106 cm-2). Die Druckstellen an der Glasrückseite, bis zu mehreren 100 µm tief, beeinträchtigen die optische Transparenz des Glases. Anglasverfahren, bei denen durch ganzflächigen Druck auf die Glasträgeroberfläche Glasträger und Halbleiterkörper miteinander verbunden wer den, erzeugen trotzdem einen gekrümmten Halbleiter/Glas- Verbund. Der durch die Aufheizphase plastisch gewordene gewölbte Glasträger verformt beim Anglasprozeß und beim anschließenden Abkühlprozeß den Halbleiterkörper.By z. B. punctual pressing of the plastic glass carrier on the semiconductor at temperatures of approx. 650 ° C occur both at the glass boundary between the semiconductor body and the glass carrier and on the glass back pressure points. The pressure points at the glass / semiconductor interface disadvantageously increase the lattice defects in the semiconductor (<10 6 cm -2 ). The pressure points on the back of the glass, up to several 100 µm deep, impair the optical transparency of the glass. Glass-on processes, in which glass substrate and semiconductor body are connected to one another by pressure across the entire surface of the glass substrate, nevertheless produce a curved semiconductor / glass composite. The curved glass substrate, which has become plastic due to the heating phase, deforms the semiconductor body during the glass-on process and during the subsequent cooling process.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein gat tungsgemäßes Anglasverfahren dahingehend zu verbessern, daß insbesondere bei einer industriellen Massenfertigung ein krümmungsfreier Halbleiter/Glas-Verbund zuverlässig und kostengünstig herstellbar ist.The invention is therefore based on the object of a gat to improve the appropriate glazing process so that especially in industrial mass production curvature-free semiconductor / glass composite reliable and is inexpensive to manufacture.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale. Vorteilhafte Umgestaltungen und/oder Weiterbildungen sind den Unteran sprüchen zu entnehmen.This problem is solved by the in the characterizing part of claim 1 specified features. Beneficial Modifications and / or further training are the Unteran sayings.
Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß bei dem erfin dungsgemäßen Anglasverfahren der Glasträger 2 durch eine Zwischenplatte 5 und ein darauf angebrachtes Planhaltege wicht 6 in Form gehalten wird und der Glasträger sich nicht bei Erwärmung nach unten wölbt. Die Zwischenplatte 5, die z. B. aus glasartiger Kohle besteht, sorgt außerdem für eine homogene Temperaturverteilung im Glasträger. Ein weiterer Vorteil ergibt sich daraus, daß der Glasträger 2 zunächst getrennt vom anzuglasenden Halbleiterkörper 4 gehalten wird und erst nach Erreichen der Anglastemperatur Halbleiterkör per und Glasträger miteinander in Verbindung gebracht werden. Der Verbindungsvorgang und das Planhalten des Verbundes werden unterstützt durch ein zusätzliches Druckgewicht 7, das vorzugsweise unmittelbar beim ersten Kontakt aufgesetzt wird. Mit einem derartigen Anglasverfahren wird ein krüm mungsfreier Halbleiter/Glas-Verbund hergestellt, der eine höhere Altersbeständigkeit besitzt, da keine zusätzlichen mechanischen Spannungen durch eine Krümmung der Oberfläche des Halbleiter/Glas-Verbundes auftreten. Weiterhin werden durch eine planare Oberfläche des Halbleiter/Glas-Verbundes unerwünschte Änderungen, z. B. in der Lichtdurchlässigkeit des Glases, vermieden.An advantage of the invention is that the glass carrier 2 is held in shape by the intermediate glass 5 and an attached Planhaltege weight 6 in the inven tion inventive glass process and the glass carrier does not bulge when heated down. The intermediate plate 5 , the z. B. consists of vitreous coal, also ensures a homogeneous temperature distribution in the glass carrier. Another advantage results from the fact that the glass carrier 2 is initially kept separate from the semiconductor body 4 to be glazed and only after reaching the glass transition temperature are the semiconductor body and glass carrier connected to one another. The connection process and the keeping of the composite are supported by an additional pressure weight 7 , which is preferably placed directly on the first contact. With such a glass-on process, a curvature-free semiconductor / glass composite is produced, which has a higher durability, since no additional mechanical stresses occur due to a curvature of the surface of the semiconductor / glass composite. Furthermore, a planar surface of the semiconductor / glass composite undesired changes, for. B. in the translucency of the glass avoided.
Die Auflagefläche des Glasträgers kann, wie in Fig. 1 darge stellt, größer sein als die des Halbleiterkörpers, ist aber vorzugsweise geringfügig kleiner, z. B. 0,3 mm im Durchmes ser (siehe Ausführungsbeispiel), so daß der Halbleiterkörper über den Glasrand reicht. Dadurch wird der Halbleiterkörper beim Anglasen nicht in den Glasträger gedrückt und zusätzli che, seitliche, mechanische Spannungen auf dem Halbleiter körper werden vermieden.The contact surface of the glass carrier can, as shown in Fig. 1 Darge, be larger than that of the semiconductor body, but is preferably slightly smaller, for. B. 0.3 mm in diameter (see embodiment), so that the semiconductor body extends over the glass edge. As a result, the semiconductor body is not pressed into the glass carrier during the glazing and additional, lateral, mechanical stresses on the semiconductor body are avoided.
Das in Fig. 1 dargestellte erfindungsgemäße Anglasverfahren wird in einer Anglasanlage, die aus einem Ofen, einer Tempe raturregeleinrichtung für den Ofen und eventuell einer Absaugvorrichtung besteht, durchgeführt. The illustrated in Fig. 1 Anglasverfahren invention is in a Anglasanlage that carried out from a furnace, a tempering raturregeleinrichtung for the furnace and possibly consisting of a suction device.
Die Verbundkomponenten werden im Ofen gleichmäßig auf Tem peraturen zwischen 500°C und 900°C erwärmt.The composite components are evenly heated to tem temperatures between 500 ° C and 900 ° C heated.
Die zum Anglasen notwendige Erweichungstemperatur des Glas trägers hängt von der verwendeten Glassorte ab. Die Tem peratur des Ofens wird über eine programmierbare Regelein richtung mit einer Regelgenauigkeit von ±1°C gesteuert. Die Temperatur wird mit Thermoelementen in bzw. unter der zwei ten Auflage 3 und im Ofen gemessen. Der Ofen ist evakuiert und/oder wird mit Spülgas (z. B. N2 oder H2) durchschickt, um jegliche Sauerstoffreste zu entfernen. Im Falle eines teil weise offenen Anglas-Ofens ist eine Absauganlage für die evtl. entstehenden toxischen Dämpfe vorteilhaft.The softening temperature of the glass carrier required for glazing depends on the type of glass used. The temperature of the furnace is controlled by a programmable control device with a control accuracy of ± 1 ° C. The temperature is measured with thermocouples in or under the second support 3 and in the oven. The furnace is evacuated and / or is flushed with purge gas (e.g. N 2 or H 2 ) to remove any residual oxygen. In the case of a partially open glass furnace, an extraction system for the toxic vapors that may arise is advantageous.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbei spiels näher erläutert unter Bezugnahme auf schematische Zeichnungen. Fig. 1a, b zeigt das erfindungsgemäße Anglas verfahren.The invention is explained below with reference to a game Ausführungsbei with reference to schematic drawings. Fig. 1a, b Anglas shows the inventive method.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht der Halb leiterkörper aus einem GaAs-Substrat mit einem Durchmesser von 21 mm und einer Dicke von etwa 300 µm und einer darauf epitaktisch aufgewachsenen GaAs/AlGaAs Heterostruktur mit einer gesamten Schichtdicke von etwa 6 µm. Auf die Hetero struktur ist eine Haftvermittlerschicht aus z. B. pyrolytisch abgeschiedenem SiO2 mit einer Schichtdicke von 130 mm auf gebracht.In a preferred exemplary embodiment, the semiconductor body consists of a GaAs substrate with a diameter of 21 mm and a thickness of approximately 300 μm and a GaAs / AlGaAs heterostructure grown epitaxially thereon with a total layer thickness of approximately 6 μm. On the hetero structure is an adhesive layer made of z. B. pyrolytically deposited SiO 2 with a layer thickness of 130 mm.
Der Glasträger ist als Stufenscheibe mit einem kleinsten Durchmesser von 20 mm und einem größten Durchmesser von 31 mm und einer Gesamdicke von 6 mm ausgebildet. Der Glas träger besteht aus Schottglas ZKN 7. Diese Verbundkomponen ten werden in die Anglasanlage eingelegt, derart, daß der äußere Rand der Stufenscheibe auf der ersten Auflage 1 auf liegt, zentrisch ausgerichtet zum Halbleiterkörper 4 auf der zweiten Auflage 3. Die Haftvermittlerschicht auf dem Halb leiterkörper weist zur Vorderseite des Glasträgers 2. Die Rückseite des Glasträgers 2 ist mit einer ca. 1 mm dicken Zwischenplatte 5 aus z. B. glasartiger Kohle oder Keramik belegt. Mit der Zwischenplatte 5 liegt ein Planhaltegewicht 6 von ca. 90 g auf. Während der Aufheizphase sind Glasträger 2 und Halbleiterkörper 4 nicht in Kontakt (Fig. 1a). Das Planhaltegewicht 6 verhindert während der Aufheizphase, daß der plastisch werdende Glasträger sich verformt und unter dem Einfluß der Schwerkraft sich nach unten wölbt. Bei einer Anglastemperatur von 650°C werden der Halbleiterkörper 4 und der mit Planhaltegewicht 6 und Zwischenplatte 5 belegte Glasträger 2 in Kontakt gebracht (Fig. 1b). Gleichzeitig wird ein Druckgewicht 7 von etwa 1,5 kg auf das Planhaltege wicht 6 aufgelegt. Nach ca. 3 min bei konstanter Temperatur wird der Glas/Halbleiter-Verbund mit einer typischen Rate von 2°C/min abgekühlt. Der Abkühlvorgang kann bei einer bestimmten Temperatur vorübergehend unterbrochen werden, bei der sich Halbleiterkörper und Glasträger in einem nahezu spannungsfreien Zustand befinden. Bei den im Ausführungsbei spiel genannten Verbundkomponenten liegt diese Temperatur zwischen 300°C und 450°C. Das Druckgewicht 7 wird vorzugs weise bis zu einer Temperatur von 100°C auf dem Planhalte gewicht 6 belassen, mindestens aber so lange, bis der Erwei chungspunkt des Glasträgers (im Ausführungsbeispiel ca. 530° C) unterschritten ist. The glass support is designed as a step plate with a smallest diameter of 20 mm and a largest diameter of 31 mm and a total thickness of 6 mm. The glass carrier is made of Schott glass ZKN 7. These composite components are inserted into the glazing system in such a way that the outer edge of the step plate lies on the first edition 1 , centered on the semiconductor body 4 on the second edition 3 . The adhesion promoter layer on the semiconductor body faces the front of the glass carrier 2 . The back of the glass carrier 2 is with an approximately 1 mm thick intermediate plate 5 made of z. B. glassy coal or ceramic. With the intermediate plate 5 there is a plane holding weight 6 of approx. 90 g. During the heating phase, glass substrate 2 and semiconductor body 4 are not in contact ( FIG. 1a). During the heating phase, the plane holding weight 6 prevents the plastic support, which is becoming plastic, from deforming and arching downwards under the influence of gravity. At a glass transition temperature of 650 ° C., the semiconductor body 4 and the glass carrier 2 covered with the plane holding weight 6 and intermediate plate 5 are brought into contact ( FIG. 1b). At the same time, a pressure weight 7 of about 1.5 kg is placed on the plan holding weight 6 . After about 3 minutes at constant temperature, the glass / semiconductor composite is cooled at a typical rate of 2 ° C / min. The cooling process can be temporarily interrupted at a certain temperature at which the semiconductor body and glass carrier are in an almost stress-free state. In the case of the composite components mentioned in the exemplary embodiment, this temperature is between 300 ° C and 450 ° C. The print weight 7 is preferably up to a temperature of 100 ° C on the plan holding weight 6 , but at least until the softening point of the glass support (in the exemplary embodiment is below 530 ° C).
Nach etwa 6 Stunden nach Beginn des Anglasvorganges kann der Halbleiter/Glas-Verbund aus der Anglasvorrichtung entnommen werden. Der erzeugte Halbleiter/Glas-Verbund zeichnet sich durch einen nahezu planen Halbleiterkörper bzw. eine Halb leiter/Glas-Grenze aus mit einer unwesentlichen Krümmung von weniger als 1 µm. Die Rückseite des Glasträgers ist nur gering deformiert, so daß diese Fläche keine Nachbehandlung erfordert.After about 6 hours after the start of the glazing process, the Semiconductor / glass composite removed from the glazing device will. The semiconductor / glass composite produced stands out through a nearly flat semiconductor body or a half ladder / glass boundary with an insignificant curvature of less than 1 µm. The back of the glass support is only slightly deformed, so that this surface is no post-treatment required.
Claims (7)
- - daß auf der Rückseite des Glasträgers (2) eine Zwi schenplatte (5) aus einem wärmebeständigen, sich mit dem Glasträger (2) nicht verbindenden Material aufge legt wird,
- - daß auf der Zwischenplatte (5) ganzflächig ein Planhal tegewicht (6) aufgelegt wird, und
- - daß während der Erwärmungsphase zum thermokompressiven Anglasprozeß der Glasträger (2) durch das Planhaltege wicht (6) krümmungsfrei gehalten wird.
- - That on the back of the glass support ( 2 ) is an inter mediate plate ( 5 ) made of a heat-resistant, with the glass support ( 2 ) non-connecting material is placed,
- - That on the intermediate plate ( 5 ) a planhal weight ( 6 ) is placed over the entire surface, and
- - That during the heating phase to the thermocompressive glass process the glass carrier ( 2 ) by the Planhaltege weight ( 6 ) is kept free of curvature.
- - daß während der Aufheizphase Glasträger (2) und Halb leiterkörper (4) getrennt gehalten werden, und
- - daß spätestens nach dem Zusammenbringen von Glasträger (2) und Halbleiter (4) ab einer geeigneten Anglastempe ratur ein Druckgewicht (7) auf dem Planhaltegewicht (6) aufgelegt wird und Halbleiter (4) und Glasträger (2) aneinandergepreßt werden.
- - That during the heating phase glass carrier ( 2 ) and semi-conductor body ( 4 ) are kept separate, and
- - That at the latest after bringing together the glass substrate ( 2 ) and semiconductor ( 4 ) from a suitable Anglastempe temperature, a pressure weight ( 7 ) is placed on the plan holding weight ( 6 ) and the semiconductor ( 4 ) and glass substrate ( 2 ) are pressed together.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8125 | Change of the main classification |
Ipc: C03C 27/00 |
|
| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |