DE1614773A1 - Method for contacting semiconductor components - Google Patents

Method for contacting semiconductor components

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Description

"Verfahren zum- Kontaktieren on Halbleiterbauelementen' Kontakte und-Leitbahnen-auf der Oberfläche eines Halbleiterbauelementes sollen eine bestimmte Mindestdicke aufweisen. Dies Ist-einerseIts-erforderlich, um die Halbleiterbauelemente mit einem der bekannten 1--oi#f"#i'--tieru-ngsverfahren in Gehäuse oder-Schaltungen so einbauen 'zu können,-daß zwischen den Elektroden bzw. Le bahnen des Halbleiter-bauelementes, und den jeweiligen Kontaktelementen-des Gehäuses oder der Schaltung eine gute und dauerhafte elektrische Verbindung zustande kommt* Andprerseits sinkt mit.der Dicke einer - Leitbahn ihr W:L-derstands-wert, -was beispielsweise bei -Solarelementen von besonderer Bedeutung ist, da der Widerstands-,wert der Leitbähnen-eines Solarelementesi die-steh aufder vom Licht bestrahlten Obörfläche des. Elementes befinden, nicht durch Verbreite rung der Lettbahnen Uerabgesetzt werden kann. Eino Verbreiterung#der.Leitbahnen bei-Sol-arelementen würde den-Wirkungsgrad der Batielemente herabsetzen, da die vom Licht bestrahlte Halbleiterfläche durch.-breite Leitbahnen zu sehr-verkleinert wird. Relativ dicke-Leitbahnen können beispielsweise durch-Aufdampfen hergestellt werden. Es hat sich jedoch erwiesen, daß die zur Aufäampfung erforderlichen hohen Temperaturen und besonders die zeitlich lange- Aufdampfdauer, die zur Herstellung dicker Leitbahnen erforderlich ist, die elektrischen Eigenschaften des Halbleiterbauelementes verändern oder das Bauelement ganz zerstören. Außerdem geht bei der Aufdampfung der Teil der Aufdampfsubstanz verloren, der sich auf der für die Aufdampfung erforderlichen Metall-oder Lackmaske niederschlägt. Handelt-es sich bei der Aufdampfsubstanz um Gold oder ein anderes wertvolles Metall, so ist bei der Herstellung dicker Leitbahnen der dadurch entstehende Verlust relativ groß4 Man kann, um dicke Leitbahnenherzustellen, auch so vorgehen, daß auf die Halbleiteroberfläche zunächst sehr dünne Leltbahnen oder Kontaktflächen aufgedampft und diese anschließend durch Tauchver.zinnen verstärkt werden. Die so herggste711ten Leitbahnen und Kontaktflächen sind jedoch meist uneben und an der Oberfläche gewölbt, so daß auch sie-die Anforderungen der Anwender der gefertigten Bauelemente nicht hinreichend erfüllen. Um auf einfache. billige und rat-ionelle*Weise Kontakte bzw Leltbahnen in relativ dicker Form auf Halbleiterbauelementen herzustellen,.wird erfindungsgemäß-ein Veirfahren-vorgeschla- gen, -das- vorsieht,. daß -die- Oberfläche eines HalbleiterkÖrpers mit einer dünnen" Isolierenden Schi-cht überzogen wird, und auf diese IsolierschIcht Metallkontakte.aufgebracht wer'den, daß die Metallköntakte d . urch Sintern de,s Halbleit-erbauele- mente's mit dem unter-der Isolierschicht befindlichen Halblel- te:r;material in elektr--isclie#i- Kontakt gebracht -werden, und daß schließlich die aue der-Iso-Lierschicht befindlichen' Kontakte er a durch galvanische --oder stromlüs:e Metall#a-bs,che2*#dun -v ' stärkt werden. Das ereindungsgemäße Ve . rfahren eigne . t - -.sich besonders zur. Kontaktierung -von SI-Solärzellen', bei'denen die-Isoller- schicht aus thermIsch. erzeu, tein- 3 ili iäumdi öxy,d bestehen- -kann und so dünn auszebildet wird -daß sie vom einfallenden- Licht oÜne, ifei-#e-r6s- -durohdit-u -gen wird. Als Kontaktmetalle - eIg- -nen sich Titäti oder- 'bei #reepe-iratütöü -von- 5,p , 0 -< - C leiLcht dÜ:rch, dIe SiO'-Schicht hindur - chdiffunda.6ren und mit dem darunt#rIiegendert HalbIöite-r'eindu guten elektris.chen Kontakt bilden. Auf die äe erste- Metallschicht -wird dann vor- teilhaftet,wäi-se" Silber öder 'ein Edelm'etall aufgedämpft auf dek b e- s.öiiä er s leicht - weiteres Kontaktmetall galvgn-1,sch-,abgeffl schieden.weden kann* Es hat-sich erwiesen, daß die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Kontakte eben sind, gut haften, mit definierter und ausreichender Dicke h#rstellbar sind und einen guten elektrischen Kontakt mit den zugeordneten Zonen des Halbleiterbauelementes ergeben."Method for contacting semiconductor components' contacts and interconnects-on the surface of a semiconductor component should have a certain minimum thickness. To be able to incorporate animal control processes into housings or circuits in such a way that a good and permanent electrical connection is established between the electrodes or tracks of the semiconductor component and the respective contact elements of the housing or circuit .the thickness of a - interconnect their W:, -which, for example, at -Solarelementen of particular importance, is L-derstands value because the electrical resistance, the value of a Leitbähnen-Solarelementesi the stand-aufder are irradiated by the light Obörfläche of the element. cannot be sold by widening the Lettbahnen. A broadening of the.conductor paths in solar elements would reduce the efficiency of the battery elements, since the semiconductor surface irradiated by the light is reduced too much by.-wide interconnects. Relatively thick interconnects can be produced, for example, by vapor deposition. It has been shown, however, that the high temperatures required for vapor deposition, and especially the long vapor deposition time required to produce thick interconnects, change the electrical properties of the semiconductor component or destroy the component completely. In addition, that part of the vapor deposition substance that is deposited on the metal or lacquer mask required for vapor deposition is lost during vapor deposition. If the vapor deposition substance is gold or another valuable metal, the resulting loss in the production of thick interconnects is relatively large.4 In order to produce thick interconnects, it is also possible to proceed in such a way that very thin interconnects or contact areas are first vapor-deposited onto the semiconductor surface and these are then reinforced by dip tin. The interconnects and contact surfaces produced in this way, however, are mostly uneven and curved on the surface, so that they too do not adequately meet the requirements of the users of the manufactured components. To be simple. cheap and rat-ionelle * way contacts or Lelt tracks in relatively thick form on semiconductor components produce, .is invention-a process-proposed- gen, -that- provides. that -the- surface of a semiconductor body is covered with a thin "insulating layer", and metal contacts are applied to this insulating layer, that the metal contacts d. by sintering, s semiconductor-building elements elements with the half-layer located under the insulating layer te: r; material is brought into electrical - isclie # i - contact, and that finally, the contacts located outside the insulating layer he a by galvanic - or current flow: e metal # a-bs, che2 * # dun -v ' strengthens will. The Ve . drive own . t - . especially to. Contacting -of SI solar cells', both of which the -Isollers- layer of thermal. erzeu, tein- 3 ili iäumdi öxy, d exist- -can and auszebildet so thin -that it from einfallenden- Light oÜne, ifei- # e-r6s- -durohdit-u -gen will. As contact metals - eIg- -can be Titäti or- 'with # reepe-iratütöü -von- 5, p, 0 - <- C leiLcht thÜ: rch, the SiO'-layer hindur - chdiffunda.6ren and with the below # rIliegendert HalbIöite-r'eindu good electric Make contact. The outer first metal layer is then pre- partially adhered, if "silver or a precious metal" were steamed on dek b e- s.öiiä er s easy - further contact metal galvgn-1, sch-, abffl divorced. can * It has been shown that the contacts produced according to the method according to the invention are flat, adhere well, can be produced with a defined and sufficient thickness and result in good electrical contact with the assigned zones of the semiconductor component.

Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden.The invention is to be explained in more detail using an exemplary embodiment will.

Figur 1 zeigt in p#erspektivischer Ansicht ein Solarelement, während in Figur 2 und 3 das Solarelement im Schnitt in zwei verschiedenen Fertigungsphasen dargestellt ist.FIG. 1 shows a solar element in a perspective view, while in FIGS. 2 and 3 the solar element is shown in section in two different manufacturing phases.

Das Solarelement nach Figur 1 besteht aus einem einkristallinen Sillzfum-HalbleiterkÖrper 1, der sich aus zwei Zonen unterschiedlichen Leitfähigkeitstyps zusammensetzt. Die eine Zone ist mit einem kammförmigen Metallkontakt 2 versehen, während die andere Zone auf der der Kammstruktur gegen-Überlfegenden Oberflächenseite des Halbleiterbauelementes einen flächenhaften Metallkontakt 3 besitzt. Die Leitbahnen 4 des kammfÖrmigen Metallkontaktes auf der vom Licht bestrahlten Oberflächenseite 5 des Solarelementes müssen schmal sein, um die vom Licht getroffene Halbleiternberfläche des Solarelementes möglichst weni& einzuschränken. Andererseits müssen die Leitbahnen einen kleinen Widerstand aufweisen, um Verluste in den Leitbahnen zu vermeiden. Die Leitbahnen müssen weiterhin gleichmäßig über die bestrahlte Oberfläche verteilt sein, um die inneren Verluste durch den Bahn:*iderstand des Halbleitermaterials klein zu halten.The solar element according to FIG. 1 consists of a monocrystalline Sillzfum semiconductor body 1, which is composed of two zones of different conductivity types. One zone is provided with a comb-shaped metal contact 2, while the other zone has a flat metal contact 3 on the surface side of the semiconductor component that overlaps the comb structure. The interconnects 4 of the comb-shaped metal contact on the surface side 5 of the solar element that is irradiated by the light must be narrow in order to restrict the semiconductor surface of the solar element that is struck by the light as little as possible. On the other hand, the interconnects must have a low resistance in order to avoid losses in the interconnects. The interconnects must continue to be evenly distributed over the irradiated surface in order to keep the internal losses due to the: * resistance of the semiconductor material low.

In Figur 2 ist das Solarelement 1 im Schnitt mit den beiden Halbleiterzonen 6 und 7 dargestellt. Zu seiner Herstellung geht man beispielsweise so vor, daß in einen pleitenden, eInkristallinen Silizium-Halbleiterkörper allseltig ein Ströstellenmaterial eindiffundiert wird, das im Randberelch des Halbleiterkörpers eine schmale n-leitende Zone 7 bildet. Der an einer Oberflächenseite vorhandene Teil dieser n-leitenden Zone 7 wird durch Ätzen oder Schlelfen soweit abgetragen, bis die p-leitende Zone 6 in diesem Bereich an die Oberfläche des Halbleiterbauelementes tritt und dort kontaktiert werden kann. Anschließend wird die Halblelteranordnung mit einer dünnen isolierenden Schicht 8 überzogen, die bei einem Si liztum-Halbleiterkörper vorteilhafterweiße aus Slliziumdioxyd besteht und weniger als looo R dick Ist. Diese Isolierschicht wird beispielsweise durch thermische Oxydation bei 8oo 0 C hergestellt.In FIG. 2, the solar element 1 is shown in section with the two semiconductor zones 6 and 7 . To manufacture it, the procedure is, for example, that an impurity material is diffused into a p-conducting, single-crystal silicon semiconductor body, which material forms a narrow n-conducting zone 7 in the edge region of the semiconductor body. The part of this n-conductive zone 7 present on one surface side is removed by etching or grinding until the p-conductive zone 6 reaches the surface of the semiconductor component in this area and can be contacted there. The half-parent arrangement is then coated with a thin insulating layer 8 which , in the case of a silicon semiconductor body, advantageously consists of silicon dioxide and is less than 1,000 R thick . This insulating layer is produced for example by thermal oxidation at 8oo 0 C.

Auf die dünne Isolierschicht, die für das einfallende Licht kein Hindernis bilde t, werden Metallkontakte bzw. Leitbahnen 3 und 4 zur Kontaktierüng der Halbleiterzonen 6 und 7 aufgedampft. Hierzu wird beispielsweise zunächst ein TItanbelag 9 und anschließend ein Silberbelag lo auf die Isolierschicht 8 aufgedampft. Die Aufdampfung erfolgt vorteilhafterwelse mit Hilfe der ansich bekannten Maskentechnik, wobei sowohl Metall- als auch Photolackmasken zur Anwendung gelangen können. Die aufgedampfte Titan-Silber-Schichtenfolge (ge 10) weist vorteilhafterweise eine Dicke von ca. 2/um auf. Metal contacts or interconnects 3 and 4 for contacting the semiconductor zones 6 and 7 are vapor-deposited onto the thin insulating layer, which does not form an obstacle to the incident light. For this purpose, for example, a titanium coating 9 and then a silver coating lo is vapor-deposited onto the insulating layer 8. The vapor deposition is advantageously carried out with the aid of the mask technology known per se, it being possible for both metal and photoresist masks to be used. The vapor-deposited titanium-silver layer sequence (ge 10) advantageously has a thickness of approximately 2 μm.

Anschließend wird die Halbleiteranordnung nach Figur 2 ca. 2 Minuten lang bei 5o0 0 C gesintert. Dabei diffundiert Titan durch die dünne SiO -Schicht und stellt den elektrischen 2 kontakt zu den Zonen 6 b.zw.'7 des Solarelementes her. Das in die Oxydschicht 8 eindiffundierte Titan ist in Figur 2 durch Punktierung angedeutet.The semiconductor arrangement according to FIG. 2 is then sintered at 50 ° C. for about 2 minutes. Titanium diffuses through the thin SiO layer and establishes the electrical contact to the zones 6 and 7 of the solar element. The titanium diffused into the oxide layer 8 is indicated in FIG. 2 by dots.

Figur 3 zeigt das fertig kontaktierte Solarelement. Dazu wurde die Anordnung nach Figur 2-in einen Elektrolyten eingebracht und an die'Kathode des galvanischen Bades angeschlossen. Als Elektrolyt dient beispielswelse-das Metallsalz des abzuscheidenden Metalls. Wird dann an die Elektroden des galvanischen Bades eine Spannung angelegt, so scheiden sich die Metallionen an den Titan-Silber-Kontakten 4 des Solarelementes ab, währeii(1 die an deri übrigeti St-ellen der Halbleiteroberfläche vorhandene Isollerschicht 8 ein Abscheiden des' Metalles verhindert. Auf diese Weise ver>stärken sich die Titan-Silber-Kontakte in-der erwünschten Form. Für die Verstärkung der Metallkontakte eignen sich besonders die Metalle Silber, Kupfer, Nickel oder Gold. Die Metallkontakte können auch durch stromlose Abscheidung verstärkt werden, das heißt, durch chemische Abscheidung aus einer geeigneten Lösung.Figure 3 shows the fully contacted solar element. For this purpose, the arrangement according to FIG. 2 was introduced into an electrolyte and connected to the cathode of the galvanic bath. For example, the metal salt of the metal to be deposited serves as the electrolyte. If a voltage is then applied to the electrodes of the galvanic bath, the metal ions are deposited on the titanium-silver contacts 4 of the solar element, while the insulating layer 8 present on the remaining part of the semiconductor surface prevents the metal from being deposited In this way, the titanium-silver contacts are strengthened in the desired form. The metals silver, copper, nickel or gold are particularly suitable for strengthening the metal contacts. The metal contacts can also be strengthened by electroless deposition, that is , by chemical deposition from a suitable solution.

Es hat sich herausgestellt,.daß es bei Solarelementen besonders vorteilhaft ist, die Metallkontakte bzw. Leitbahnen bis zu einer Dicke von ca. lo/um-zu verstärken.It has been found that it is particularly advantageous in the case of solar elements is to reinforce the metal contacts or interconnects up to a thickness of approx.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch dann zur Kontaktierung von Halbleiterbauelementen verwendet werden, wenn relativ dicke ]Reitbahnen. auf die Oberfläche von Dioden, Transistoren oder integrierten Schaltungen aufzubringen sind. Es ist für all die Bauelemente besonders geeignet,- bei denen die Leitbahnen,bzw.-die Kontakte über-ihre ganze Länge bzw. über einen Großteil ihrer Länge direkt mit der Halbleiteroberfläche bzw. mit einer Zone des Halbleiterbauelementes elektris-ch 1.eitend verbunden sein müssen. Dies gilt besonders für die Bauelemente, die Wärme-, Licht- oder andere Strahlungsenergie in elektrische Energie umwandeln.The method according to the invention can then also be used for contacting Semiconductor components are used when relatively thick] riding tracks. on the Surface of diodes, transistors or integrated circuits are to be applied. It is particularly suitable for all the components - in which the interconnects, or -the Contacts over their entire length or over a large part of their length directly with the Semiconductor surface or with a zone of the semiconductor component electrical 1. must be connected on both ends. This is especially true for the components, the heat, Convert light or other radiant energy into electrical energy.

Claims (2)

P a t e n t a n s p r ü c h e 1) Verfahren zum lontaktieren von Halbleiterbauelementen, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche eines HalbleiterkÖrpers mit einer dünnen, isolierenden Schicht überzogen wird und auf diese Isolierschicht Metallkontakte aufgebracht werden, daß die Metallkontakte durch Sintern des Halbleiterbauelementes mit dem unter der Isollerschicht befindlichen Halbleitermaterial in elektrischen Kontakt gebracht werden, und daß schließlich die auf der Isolierschicht befindlichen Kontakte durch galvanische oder stromlose Metallabscheidung verstärkt -werden. 2) Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch seine Anwendung auf Solarzellen. 3) Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Isolierschicht auf dem Halbleiterkörper eine thermisch erzeugte Oxydschicht verwendet wird. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitermaterial aus Silizium und die Isolierschicht aus Siliziumdioxyd besteht, wobei die Siliziumdioxydschicht weniger-als looo dick ist. 5) Verfahren nach Anspruch 3,-dadurch gekennzeichnet, daß die Siliziumdioxydschicht bei 8oo 0 C gebildet wird. -6) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Isolierschicht Titan und anschließend Silber zur Bildung von Metallkontakten unter Verwendung einer Auf-'Aampfmaske aufgedampft -wird. Verfahren nach Anspruch 6. dadurch gekennzeichnet, daß die aufgedampfte Titan-Silbe#-Schichtenfolge ca. 2/um dick ist. 8) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiterbauelement nach dem Aufdampfen der Metallkontakte bei ca- 500 0 C gesintert wird. 9) Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiterl#auelement ca. P atentan s p rü che 1) Method for contacting semiconductor components, characterized in that the surface of a semiconductor body is coated with a thin, insulating layer and metal contacts are applied to this insulating layer, that the metal contacts are made by sintering the semiconductor component with the underneath Semiconductor material located on the insulating layer are brought into electrical contact, and that finally the contacts located on the insulating layer are reinforced by galvanic or electroless metal deposition. 2) Method according to claim 1, characterized by its application to solar cells. 3) Method according to claim 1 and 2, characterized in that a thermally generated oxide layer is used as the insulating layer on the semiconductor body. Method according to Claim 3, characterized in that the semiconductor material consists of silicon and the insulating layer consists of silicon dioxide, the silicon dioxide layer being less than 1,000 thick. 5) Method according to claim 3, characterized in that the silicon dioxide layer is formed at 8oo 0 C. -6) Method according to claim 1, characterized in that titanium and then silver to form metal contacts using a vapor mask is vapor-deposited onto the insulating layer. Method according to claim 6, characterized in that the vapor-deposited titanium syllable # layer sequence is approximately 2 μm thick. 8) Method according to claim 1, characterized in that the semiconductor component is sintered at about 500 0 C after the vapor deposition of the metal contacts. 9) Method according to claim 8, characterized in that the semiconductor element approx. 2 Minuten lang gesintert wird. lo) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallkontakte auf der Isolierschicht durch elektrolytische Abscheidung verstärkt werden. 11) Verfahrer- nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallkontakte auf der Ißolierschicht durch stromlose, chemische Abscheidung verstärkt werden. 12) Verfahren nach Anspruch lo und 11,- dadurch gekennzeichnet, daß zur Verstärkung der-Metallkontakte eine LÖsung verwendet wird, aus der chemisch oder elektrolytisch Sil- ber, Kupfer, Nickel oder Gold auf den Metallkontakten abgeschieden wird. 13) Verfahren nach den Ansprüchen lo bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallkontakte auf der Isollerschicht bis zu einer Dicke von ca. lo/um verstärkt -werden. 14) Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, ge-.kennzeichnet durch seine Anwendung zur Kontaktierung von Solarzellen mit einer kammförmigen Leltbahnstruktur auf der einen und einem flächenhaften Kontakt auf der der Kammstruktur gegenüberliegenden Oberflächenseite des Halbleitevbauelementes.Is sintered for 2 minutes. lo) Method according to claim 1, characterized in that the metal contacts are reinforced on the insulating layer by electrolytic deposition. 11) Verfahrer- according to claim 1, characterized in that the metal contacts are reinforced on the Ißolierschicht by electroless, chemical deposition. 12) Method according to claim lo and 11, - characterized in that a solution is used to reinforce the metal contacts, from which silver , copper, nickel or gold is deposited chemically or electrolytically on the metal contacts. 13) Method according to claims lo to 12, characterized in that the metal contacts on the insulating layer up to a thickness of about lo / um are reinforced. 14) Method according to one of the preceding claims, characterized by its use for contacting solar cells with a comb-shaped Leltbahnstruktur on the one and a planar contact on the surface side of the semiconductor device opposite the comb structure.
DE19671614773 1967-02-25 1967-02-25 Method of making a SotarzeWe Expired DE1614773C3 (en)

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