CS206947B1 - Způsob vytváření přilnavého niklového kontaktu křemíkových polovodiče' j vých součástek - Google Patents

Description

¢54) Způsob vytváření přilnavého niklového kontaktu křemíkových polovodiče' j vých součástek |Vynález se týká způsobu vytváření přilnavého niklového kontaktu křemíkových polovodičových součástek bez negativního ovlivnění technicko-fyzikálmch parametrů těchto součástek.

Bežproudové niklování je jedním z nejstarších způsobů přípravy ohmických kontaktů k výkono' vým křemíkovým polovodičům. Obvyklý postup sestává ze tří základních operací, a to z bezproudového poniklování křemíkových desek, že zažíhnutí této vrstvy niklu za vzniku silicidu a z bezproudového vyloučení vnější vrstvy niklu, umožňující pájení na měkko. V současné době se uplatňuje zejména tam, kde je měkké pájení křemíku k vnějším, například molybdenovým elektrodám technicky a ekonomicky výhodné, tj. především u menších součástek. U těchto osvědčuje bezproudově vytváI řený niklový kontakt své přednosti — nízký kontaktní odpor silicidu niklu na styku s křemíkem í (zejména typu N) a malou náročnost, pokud se týká potřebného zařízení.

Vlastní postup bezproudového niklování křemíku se obvykle zakládá na lázni známého složení (M. V. Sullivan, J. H. Eigler; J. Electrochem. Soc., 33,

1957,226):

NiCl₂.6H₂O ......... 30 g/1

NaH₂PO₂.H₂O........10 g/1

NH₄C1 ..........- · 50 g/í j citronan amonný.......65 g/1, která účinně pracuje při teplotách 80 až 100 °C po adjustaci pH čpavkem na hodnotu 10 až 11.

V dosavadní praxi kontaktování výkonových křemíkových součástek nalezl dále uplatnění alkalický fosfomanový aktivátor složení:

NaH₂PO₂.H₂O........ 20 až 30 g

KOH(30%) .........210 ml

H₂O .... ... . .... .' . 100 až 800 ml, v němž se křemíkové desky po předchozím zbavení oxidů v kyselině fluorovodíkové a po případném maskování planámí struktury fotorezistem krátce zpracovávají při teplotě 50 až 65 °C před prvním niklováním. Zažíhávání první niklové vrstvy se provádí ve vakuových pecích při teplotě do 700 °C při různých režimech ohřevu a ochlazování — podle konstrukčních podmínek jednotlivých pecí. Před druhým niklováním se již povrch křemíku zpravidla neaktivuje.

Nedostatky dosud aplikovaných postupů — nízká spolehlivost a reprodukovatelnost — vynikají zejména ve spojení s některými progresivnějšími metodami technologie zpracování křemíkové desky s Pn-přechody, jmenovitě s difúzí fosforu z plynné fáze a s používáním leštěných povrchů křemíkových desek při výrobě některých součástek. Hlavní závady spočívají v nedostatečném pokovení obou vodivostních typů vedle sebe, v tvorbě puchýřů při zažíhávání a v nízké přilnavos206947 ti niklových vrstev (zejména druhé vrstvy), projevující se často až v průběhu následující operace měkkého pájení, kdy je již možnost opravy vadných výrobků prakticky vyloučena.

Výše uvedené nedostatky dosavadních postupů odstraňuje způsob vytváření přilnavého niklového ¹ kontaktu podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že oleptání křemíkových desek před niklováním se provádí ve 20 % až nasyceném vodném (roztoku fluoridu amonného NH₄F buďto po dobu 1 až 3 minut při pokojové teplotě, anebo po dobu , 10 až 30 s při teplotě 90 až 100 °C, zažíhávaní ; následně vytvořené niklové vrstvy probíhá při teplotě 450 až 700 °C ve vakuu Vyšším než 0,0133 Pa, přičemž rychlost ohřevu na tuto teplotu je vyšší než 17 °C za minutu a po ukončení prodlevy na této teplotě je rychlost ochlazování menší než 5 °C za minutu, načež následuje oleptání křemíkových desek ve 20% až nasyceném vodném roztoku fluoridu amonného NH₄F buďto po dobu 1 až 3 minut při pokojové teplotě anebo po dobu 10 až 30 s při teplotě 90 až 100 °C a na vzniklý silicid niklu se vyloučí druhá niklová vrstva v lázni upravené přísadou 20% až nasyceného vodného roztoku fluoridu amonného NH₄F v množství do g na litr.

Příprava niklového kontaktu na křemíkových , deskách postupem podle vynálezu se vyznačuje velmi dobrou spolehlivostí a reprodukovatelností, ' výsledný kontakt je celistvý, adhezní a dobře vhodný k pájení. Zavedení tohoto postupu není ₍ náročné ani z hlediska pracnosti ani z hlediska ^! nebezpečí případných negativních účinků lidského činitele.

Dokonalé úpravy povrchu křemíku bezprostřed- ! ně před niklováním (tj. až po případném nanesení fotorezistové masky), resp. na jeho počátku se dosahuje koncentrovaným vodným roztokem fluoridu amonného (NH₄F), který za studená není vůči běžným druhům fotorezistu agresivní. Tento roztok se používá jednak jako leptací činidlo, nejvhodněji aplikované

a) u křemíkových desek s maskovanou planámí strukturou (např. u tyristorů) při pokojové teplotě, a to při operaci prvního niklování bezprostředně před aktivací ve výše zmíněném alkalickém aktivátoru a při operaci druhého niklování bezprostředně před vložením do niklovací lázně;

b) u nemaskovaných křemíkových desek (např. u diod) za tepla (při 90 až 100 °C) vždy bezprostředně před vložením do niklovací lázně (při prvním niklování zde odpadá jakákoliv potřeba další aktivace);

a jednak jako přísada přímo do niklovací lázně výše uvedeného složení, zejména při druhém niklování.

Redukční schopnost fosfornanu sodného v niklovací lázni se zvyšuje, jestliže se při přípravě této lázně rozpouští ve vodě odděleně od ostatních přísad a směšují se pak až připravené vodné roztoky.

Optimální tloušťka první niklové vrstvy na křemíkových deskách leží v rozmezí 0,8 až 1,3 μπι. Při těchto tloušťkách se při aplikaci postupu podle vynálezu bezpečně dosahuje pokovení obou vodivostních typů vedle sebe, avšak nehrozí ještě samovolné odlupování niklového povlaku, jaké se objevuje při větších tloušťkách, zejména na leštěných površích. Zároveň je takto tlustá vrstva prvního niklu po následujícím zažíhnutí spolehlivým podkladem pro vyloučení adhezní vrstvy druhého niklu. U druhé niklové vrstvy leží optimum tloušťky z hlediska dostatečné přilnavosti i náležité jakosti pokovení v mezích 0,6 až 1,1 μπι.

Při zažíhávaní první niklové vrstvy hraje důležitou úlohu rychlost ohřevu i rychlost ochlazování./ Je-li rychlost ohřevu na žíhací teplotu příliš nízká, hrozí nebezpečí vzniku puchýřů: proto se rychlost ohřevu volí od 17 °C/min. výš. Rychlost ochlazování má vliv na výsledné, zejména závěrné vlastnosti křemíkových součástek; je-li tato rychlost vysoká, vznikají v křemíku vnitřní pnutí, případně i mikrotrhliny. Vhodná rychlost ochlazování leží pod 5 °C, a to až na teplotu v okolí 500 °C; další ochlazování již může být rychlejší. ^;

Přikladl

Křemíkové desky s PNPN strukturou (po tyristory) se po oleptání v kyselině fluorovodíkové a po fotolitografickém maskování nepokovovaných (tj. nekontaktovaných) ploch fotorezistem, leptají ' 3 min. ve 33% roztoku fluoridu amonného při pokojové teplotě. Po oplachu ve vodě se aktivují , min. ve fosfomanovém alkalickém aktivátoru : výše uvedeného složení při teplotě 52 až 55 °C ‘ a bezprostředně poté se bezproudově niklují po tak dlouhou dobu, aby tloušťka vrstvy činila přibližně i 0,8 až 1,3 pm. Po smytí rezistové masky se desky j vloží do vakuové pece, průměrnou rychlostí okolo 50 °C/min. se ohřejí na teplotu 450 až 700 °C, na níž setrvají po dobu 30 min. Poté se ponechají! pomalu chladnout průměrnou rychlostí okolo !

°C/min. na teplotu 500 °C; další chladnutí již i může být rychlejší. ' i

Po opětném nanesení fotorezistové masky na nekontaktované plochy se desky leptají 3 min. ve 33% roztoku fluoridu amonného při pokojové ; teplotě a poté bez oplachu se vloží do niklovací lázně výše uvedeného složení, upraveného přísadou 75 ml/1 zásobního 33% roztoku fluoridu amonného. V této lázni se niklují po tak dlouhou dábu, aby výsledná tloušťka vrstvy dosáhla opět přibližně 0,6 až 1,1 μητ.

Příklad 2

Křemíkové desky s PN přechodem a s leštěným ! povrchem se po oleptání v kyselině fluorovodíkové a praní v deionizované vodě ponoří na 15 s. do 33 %' roztoku fluoridu amonného o teplotě cca 98 °Č (těsně pod bodem varu) a bez oplachu pak vloží do bezproudové niklovací lázně výše uvedeného složení, kde se vytvoří vrstva tloušťky přibližně 1 μιη. Zažíhnutí této vrstvy probíhá stejně jako ve výše i uvedeném příkladě 1. Další zpracování spočívá opět v leptání 15 s. ve 33% roztoku fluoridu amonného o teplotě cca 98 °C, po němž bez oplachu následuje vložení do niklovací lázně výše uvedeného složení, upraveného přísadou 75 ml/1

Claims (1)

1. í PŘEDMĚT

   I

   Způsob vytváření přilnavého niklového kontaktu křemíkových polovodičových· součástek bezproudovým niklováním, kdy bezprostředně před vlastním prvním niklováním se křemíkové desky oleptají a vrstva vytvořená následujícím niklováním se zažíhne, vyznačený tím, že oleptání křemíkových desek před niklováním se provádí ve 20% až nasyceném vodném roztoku fluoridu amonného ŇH₄F buďto po dobu 1 až 3 min. při pokojové teplotě, anebo po dobu 10 až 30 s. při teplotě 90 až Í00 °C, zažíhávání následně vytvořené niklové vrstvy probíhá při teplotě 450 až 700 °C ve vakuu zásobního 33% roztoku fluoridu amonného. Tloušťka druhé niklové vrstvy činí opět přibližné 1 μιη.

   VYNÁLEZU * vyšším než 0,0133 Pa, přičemž rychlost ohřevu na tuto teplotu je vyšší než 17 °C/min. a po ukončení prodlevy na této teplotě je rychlost ochlazování menší než 5 °C/min., načež následuje leptání křemíkových desek ve 20% až nasyceném vodném roztoku fluoridu amonného NH₄F buďto po dobu 1 až 3 min. při pokojové teplotě, anebo po dobu 10 až 30 s. pri teplotě 90 až 100 °C a na vzniklý silicid niklu se vyloučí druhá niklová vrstva v lázni upravené přísadou. 20% až nasyceného vodného roztoku fluoridu amonného NH₄F v množství do 30 g na litr.