CS239986B1

CS239986B1 - Method of manufacturing a power semiconductor device

Info

Publication number: CS239986B1
Application number: CS843463A
Authority: CS
Inventors: Jan May; Jaromir Louda; Daniela Ricarova; Timotej Simko; Jaroslav Homola
Original assignee: Jan May; Jaromir Louda; Daniela Ricarova; Timotej Simko; Jaroslav Homola
Priority date: 1984-05-10
Filing date: 1984-05-10
Publication date: 1986-01-16
Also published as: CS346384A1

Abstract

Řešení se týká způsobu výroby výko nové polovodičové součástky w s alespoň jed ním přechodem PN a s alespoň jedním ploš ně členěným kontaktem pro vedení proudu. V desce polovodičového materiálu je vytvořena vnitřní struktura polovodičové součástky. Jedna plocha desky je opatřena celoplošným kontaktem, tvořeným alespoň dvěma v vrstvámi různých kovů. První vrstva tlouštky maximálně 5/um je vytvořena ko vem ze skupiny nikl/titan, hliník, zla to, molybden, wolfram, £hrom v nebo jejich silicidy. Druhá vrstva tlouštky maximálně 8/Um je vytvořena jedním z kovů ze skupi ny stříbro, nikl, zlato. Takto vytvořený kontakt se rozčlení s použitím například fotolitografické techniky, případně se velkoplošná deska rozčlení na menší des tičky. Deska nebo destičky polovodičové ho materiálu se neokonatáktovanou stranou přitaví ve vakuu nebo ochranné atmosféře při teplotě vyšší než 400 °C pomocí mezi- vrstvy na bázi hliníku k molybdenovému nebo wolframovému kotouči.The solution relates to a method of manufacturing a high-power semiconductor component with at least one PN junction and at least one surface-divided contact for conducting current. The internal structure of the semiconductor component is created in a semiconductor material plate. One surface of the plate is provided with a full-surface contact formed by at least two layers of different metals. The first layer with a maximum thickness of 5 µm is formed by a metal from the group of nickel/titanium, aluminum, gold, molybdenum, tungsten, chromium or their silicides. The second layer with a maximum thickness of 8 µm is formed by one of the metals from the group of silver, nickel, gold. The contact thus formed is divided using, for example, photolithographic techniques, or the large-area plate is divided into smaller plates. The wafer or wafers of semiconductor material are fused with the non-contacted side in a vacuum or protective atmosphere at a temperature higher than 400 °C using an aluminum-based interlayer to a molybdenum or tungsten disc.

Description

Vynález se týká způsobu výroby výkonové polovodičové součástky s alespoň jedním přechodem PN a s alespoň jedním plošně členěným kontaktem pro vedení proudu.The present invention relates to a method of manufacturing a power semiconductor component having at least one PN junction and at least one flat-faced current-carrying contact.

Výkonové polovodičové součástky jsou obvykle složeny z polovodičového systému tvořeného křemíkovou destičkou s PN přechody, spojenou z jedné strany s dilatační elektrodou, například z wolframu nebo molybdenu, a z druhé strany pokovenou vrstvou kovového materiálu, například zlata, hliníku, niklu, stříbra apod. Systém je kluzně uložen mezi měděné velkoplošné vývody pouzdra součástky nebo je stlačen přítlačnou konstrukcí bezpotenciálového modulu.Power semiconductor components are usually composed of a semiconductor system consisting of a silicon wafer with PN junction, connected on one side with an expansion electrode, for example tungsten or molybdenum, and on the other side with a metallized layer of metallic material such as gold, aluminum, nickel, silver etc. slidably mounted between the copper large-area terminals of the component housing or compressed by the pressure-free design of the potential-free module.

Proces výroby polovodičového systému je nejprve tvořen vysokoteplotními operacemi, například difusemi, epitaxí, oxidacemi, přičemž ve velkoplošné křemíkové desce je vytvářena vnitřní struktura s PN přechody. Křemíkové struktury pro polovodičové systémy menších průměrů jsou dále vyčleněny z velkoplošné desky například ultrazvukovým vykružováním, rozvrtáváním, laserovým řezáním apod. Následuje připájení křemíkových destiček k dilatačním molybdenovým nebo wolframovým elektrodám pomocí pájky na bázi hliníku ve vakuu nebo ochranné atmosféře při teplotě vyšší než 400°C. Opačná strana křemíkových desek je dále celoplošně pokovena vrstvou kovového materiálu, například zlata,The process of manufacturing a semiconductor system is first formed by high temperature operations, such as diffusions, epitaxis, oxidations, and an internal structure with PN transitions is formed in the large-area silicon wafer. Silicon structures for semiconductor systems of smaller diameters are further separated from the large-area plate by ultrasonic bending, drilling, laser cutting, etc. . The opposite side of the silicon wafer is further metallized with a layer of metallic material such as gold,

239 986 hliníku, stříbra, niklu vakuovým napařením, naprášením, chemicky nebo elektrochemicky.239 986 aluminum, silver, nickel by vacuum vapor deposition, sputtering, chemically or electrochemically.

Plošné rozčlenění kontaktu na katodové a řídící - resp.bázové a emitorové oblasti se provádí běžným fotolitogfafickým postupem.The surface division of the contact into the cathode and control - resp. Base and emitter regions is carried out according to the usual photolithophaphic procedure.

Zaslání nevýhodou popsaného procesu je nezbytnost pokovovat a fotolitograficky zpracovávat křemíkové struktury již vyčleněných malých průměrů, což podstatně zvyšuje pracnost výroby a klade velké nároky na kapacitu zařízení v oblasti kusových operací, například expozičních zařízení při fotolitografickém zpracování. Kromě toho jsou pokovované a fotolitograficky zpracovávané struktury již opatřeny dilatačními elektrodami, které značně znesnadňují fotolitografický proces a jejichž přítomnost vede k větší nepřesnosti rozčleněného motivu kontaktu*,Sending the disadvantage of the described process is the necessity of metallization and photolithographic processing of silicon structures of already allocated small diameters, which considerably increases the manufacturing effort and places high demands on the capacity of the equipment in the area of lump operations, for example the exposure equipment during photolithographic processing. In addition, plated and photolithographically processed structures are already provided with dilatation electrodes, which make the photolithographic process considerably more difficult and the presence of which leads to greater inaccuracy of the disaggregated motif of contact *,

Uvedené nedostatky odstraňuje způsob výroby výkonové polovodičové součástky podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že v desce polovodičového materiálu se vytvoří vnitřní struktura polovodičové součástky, načež se jedna plocha desky opatří celoplošným kontaktem/tvořeným alespoň dvěma vrstvami různých kovů, přičemž první vrstva tloušťky minimálně 5_<xim se vytvoří kovem ze skupiny nikl, titan, hliník, zlato, molybden, wolfram, chrom nebo jejich silicidy a druhá vrstva tloušťky maximálně S^aud se vytvoří jedním z kovů ze skupiny stříbro, nikl, zlato a poté se takto vytvořený kontakt rozčlení s použitím například fotolítografické techniky, případně se velkoplošná deska rozčlení na menší destičky, načež ae deska nebo destičky polovodičového materiálu neokontaktovanou stranou přitaví ve vakuu nebo ochranné atmosféře při teplotě vyšší než 400 °C pomocí mezivrstvy na bázi hliníku k molybdenovému nebo wolframovému kotouči.[0007] The method of manufacturing a power semiconductor component according to the invention is characterized by the fact that an inner structure of the semiconductor component is formed in the semiconductor material board, after which one surface of the board is provided with full contact / at least two layers of different metals. 5 _<xim forming metal from the group of nickel, titanium, aluminum, gold, molybdenum, tungsten, chromium or their silicides and the second layer of a maximum thickness S ^ AUD is formed with one metal from the group of silver, nickel, gold, and then the thus formed contact splitting using, for example, photolithography techniques, optionally splitting the large-size plate into smaller plates, after which the non-contacted plate or plates of semiconductor material are sealed in a vacuum or protective atmosphere at a temperature greater than 400 ° C using an aluminum-based interlayer km an olybdenum or tungsten disk.

Způsob výroby -výkonové polovodičové součástky podle vynálezu zajišťuje dobré elektrické parametry součástek i dobrou ekonomičnost výrobního procesu. Kontakt je deponován β fotolitograficky zpracován na velkoplošné křemíkové desce bez dilatační elektrody. Takto vytvořený vrstvový kontakt je odolný teplotě připájení křemíkové destičky k dilatační elektrodě, tj. teplotnímu režimu v oblasti 400 až 800 °C.The production method of the power semiconductor component according to the invention ensures good electrical parameters of the components and good economics of the production process. The contact is deposited β photolithographically processed on a large silicon wafer without an expansion electrode. The layer contact thus formed is resistant to the brazing temperature of the silicon wafer to the diode electrode, i.e. the temperature regime in the region of 400 to 800 ° C.

Příkladem provedení je výroba rychlých tyristorů 0 16 a 24 mm pro bezpotenciálové moduly. Na výchozí křemíkovou deskuAn example of this is the production of 0 16 and 24 mm fast thyristors for potential-free modules. On the default silicon wafer

239 986 průměru 50 mm s vnitřní celodifusní ΡΝΊΊί strukturou je napařena vrstva titanu tlouštky 0,9^um a následně galvanicky překryta vrstvou niklu 0,3«Aim a stříbra tlouštíky 4_ťA«n· Následuje fotolitografické rozčlenění kontaktu, dále pak rozkroužení 50 mm křemíkové desky ultrazvukem na 2 ks PUPU struktur průměru 24 mm a 2 ks PNUT struktur průměru 16 mm* Jednotlivé struktury jsou spájeny s dilatačními Mo elektrodami pájkou AISi ve vakuu při teplotě 700 °C.239 986 50 mm diameter inner celodifusní ΡΝΊΊί structure of the vapor deposition layer of titanium thickness of 0.9 microns and subsequently covered with a galvanic nickel layer of 0.3 "AIM and silver thickness _T 4« n · Following photolithography breakdown contact, then rozkroužení 50 mm ultrasonic plates for 2 pieces of PUPU structures of 24 mm diameter and 2 pieces of PNUT structures of 16 mm diameter * The individual structures are brazed with diode Mo electrodes by AISi solder under vacuum at 700 ° C.

Vynález nalezne uplatnění při výrobě všech typů výkonových polovodičových součástek·The invention finds application in the manufacture of all types of power semiconductor devices.

Claims

Object of the invention

239 986

Method for producing a power semiconductor component with at least one junction and at least one flat-faced current-carrying contact, characterized in that an internal structure of the semiconductor component is formed in the semiconductor material board, after which one board surface is provided with a full-area contact consisting of at least two layers of different metals; a first layer of maximum thickness of 5 µm is formed by a metal of nickel, titanium, aluminum, gold, molybdenum, tungsten, chromium or silicides thereof and a second layer of maximum thickness of 8 µm is formed by one of the metals of silver, nickel, gold and then the thus formed contact is broken up using, for example, a photolithographic technique, or the large-scale plate is broken up into smaller plates, after which the plate or plates of the semiconductor material are sealed by the non-contacted side in a vacuum or protective atmosphere at a temperature above 400 ° C aluminum-based interlayers to molybdenum or tungsten disk.