DD269947A1

DD269947A1 - Verfahren zur herstellung langzeitstabiler ohmscher kontakte bei halbleiterchips

Info

Publication number: DD269947A1
Application number: DD31275688A
Authority: DD
Inventors: Karl Goernemann; Peter-Johannes Janietz; Guenter Heymann; Joerg Denecke; Helmut Muchow
Original assignee: Werk Fuer Fern Sehelektronik V
Priority date: 1988-02-08
Filing date: 1988-02-08
Publication date: 1989-07-12

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung langzeitstabiler ohmscher Kontakte nach vollautomatischem Befestigen der Halbleiterchips auf leitenden Traegern. Es werden durch Zusatz von niedrigschmelzenden Metall- oder Lot-Systemen zum Epoxikleber unter bekanntem Einsatz von Spannungsimpulsen definierter Groesse langzeitstabile Strompfade erzeugt. Die Erfindung wird bei der vollautomatischen Chipmontage besonders von optoelektronischen Bauelementen verwendet.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bet ifft ein Verfahren zur Herstellung langzeitstabiler ohmscher Kontakte nach dem Befestigen der Halbleiterchips auf leitenden Substratträgern.

Charakteristik des bekennten Standes der Technik

Gemäß dem Stand der Technik werden Halbleiterbauelemente so gefertigt, daß vereinzelte Halbleiterchips auf Substratträgern dergestalt befestigt werden, daß mechanisch genügend feste Verbindungen mit hinreichend hohem W/irmeableitvermögen entstehen.

Im Falle elektrisch leitender Verbindungen zwischen Rückseite des Halbleiterchips und leitfähigem Substratträger ist es erforderlich, langzeitstabile elektrische Verbindungen herzustellen, deren Herstellung weder die elektrischen noch elektrooptischen Eigenschaften des Halbleiterchips negativ beeinflussen. Gemäß den technischen Einsatzbedingungen wird üblicherweise ein ohmsches Kontaktverhalten angestrebt. Bekannt ist, daß die Ausbildung eines annähernd ohmschen Kontaktes vom Halbleitermaterial, seiner oberflächennahen Dotierungskonzentration, von der Natur des Kontaktmaterials, seiner Geometrie und Dicke sowie von thermischen Effekten, aber auch vom Verbindungssystem zwischen Halbleiterchip und Substratträger abhängt.

Für kostenungünstige Bauelemente sind aufgrund der Langzeitstabilitätsforderungen Edelmetallrückseitenmetallisierungen üblich, die durch eutektische Lötverfahren u.a. Kontaktierungsprinzipien mit den leitenden Trägern langzeitstabil verbunden werden. Nachteilig sind hier geringe Produktivität und damit hoher Preis der Bauelemente sowie hohe Prozeßtemperaturen, die gewöhnlich zur Verschlechterung der elektrischen und elektrooptischen Parameter führen.

Bekannt ist weiterhin die ökonomisch außerordentlich vorteilhafte Epoximontage, bei der die Chipmontage auf leitenden Trägern durch leitfähig gemachte, ede'.metallhaltige Epoxidharze.bei Temperaturen von 100⁰C bis 32O⁰C ausgehärtet, erfolgt. Bei diesem Verfahrensprinzip treten jedoch Schwierigkeiten besonders bezüglich der Langzeitstabilität der leitfähigen Kontakte zwischen Chiprückseite und leitendem Träger, sowie ihrer TTL-Kompatibilität, hervorgerufen durch Spannungsabfälle im Epoxisystem sowie infolge des Chipmontageprozesses auf

Es gibt bereits zahlreiche Verfahren, die diese Probleme zu beseitigen versuchen.

So wird der Einsatz binärer und ternärer Lötsysteme mit zahlreichen Modifikationen, auch mit dotierenden Zusätzen, die einen ohmschen Kontakt im Zyklus Il-Prozeß erzeugen, in den DD-Patentschriften 82790,40417 und 121224 beschrieben. Die Verwendung vor Stromimpulsen zur Verbesserung des ohmschen Langzeitverhaltens epoximontierter Bauelemente sowie zur Verminderung des Spannungsabfalls zwischen Halbleiterchip und leitendem Träger w„ <j in der DD-Patentschrift... WP H 01 L/262373 vorbeschrieben. Der Zusatz von dotierenden Füllstoffen wie z. B. Antimon zu edelmetallhaltigen Epoxid-Leitklebern wird in der DD-Patentschrift 160090 beschrieben.

Das Aufbringen von Metallionen enthaltenden Lösungen, deren Oxide eine gute elektrische Leitfähigkeit aufweisen, auf die Halbleiterrückseite vor der Epoximontage wird in der DD-Patentschrift 235137 dargelegt. Wenn auch eine durch dieses Verfahren hervorgerufene Ausbeutesteigerung und Verbesserung der Funktionsfähigkeit erreicht wird, bestehen die eingangs erwähnton Probleme der Langzeitstabilität und TTL-Kompatibilität sowie der Gesamtausbeute insbesondere bei allen bekannten Epoximontagevarianten in qualitativen Abstufungen.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung langzeitstabiler ohmscher Kontakte bei Halbleiterchips, die bei Prozeßtemperaturen durchgeführt werden, bei denen keine Verschlechterung der elektrischen und elektrooptischen Parameter eintritt.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, durch Modifizierung der Zusammensetzung des leitfähigen Epoxidharzes eine niederohmige langzeitstabile elektrische Verbindung zwischen Halbleiterchip und leitendem Träger zu erzielen. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß sowohl rückseitenmetallisierte oder rückseitengegetterte oder nichtmetaliisierte oder mit leitfähigen Oxiden bedeckte Halbleiterchips verwendet werden, wobei die Epoximontage in üblicher

Weise zwischen Ciiiprückseite und leitendem Träger erfolgt, und die erfindungsgemäße Ausgestaltung darin besteht, durch zusätzliche Beimischung nichtorganischer edelmetallfreier Komponenten permanent elektrisch leitende Kanäle zwhchen Träger und Halbleiterchip durch Aufschmelzen dieser nichtorganischen leitfähigen edelmetallfreien Komponenten im Prozeß der Epoximontage und gegebenenfalls durch an sich bekannte elektrische Impulsbelastungen zu erzeugen. Erfindungsgemäß werden dazu dem Leitklebersystem bestehend aus Epoxikomponente und geringen Anteilen feinverteiltem Edelmetall niedrig schmelzende Metalle oder Metall-Lot-Systeme in feinverteilter Form beigegeben. Voraussetzung für die Einsatzfähigkeit ist eine Schmelztemperatur < 32O⁰C, vorzugsweise aber £ 25O⁰C. Als Metalle oder Metall-Lot-Systeme kommen vorzugsweise In-, Sb- und Bi-haltiga Legierungen, beispielsweise Woodsches- oder Newtonsches Metall oder Devardsche Legierung zum Einsatz. Die Teilchengröße wird dabei so gewählt, daß sie 50 μΐπ nicht überschreitet und vorzugsweise im Bereich um 10 pm liegt. Das Metall oder Metall-Lot-System geht dabei keine schädlichen Wechselwirkungen mit der Halbleiterrückseitfi ein, die sperrende Schichten unmittelbar im Oberflächenbereich der Halbleiterrückseite hervorrufen. Außerdem nehmen sie keinen schädlichen Einfluß auf die feinverteilte Edelmetallbeimengung wie auch auf das Klebersystem insgesamt. Erfindungsgemäß erfolgt bei den Temperaturen der Epoximontage im Zeitraum von 10 bis 180min ein Aufschmelzen der niedrigschmelzenden Metall- oder Lot-Systeme und damit eine sichere Ausbildung elektrischer Kontaktbereiche mit geringem Übergangswiderstand. Nach der Epoximontage in der üblichen bekannten Verfahrensweise erfolgt durch Einwirken eines bekannten definierten elektrischen Stromimpulses oder einer Impulsfolge ein weiteres geometrisch eng begrenztes Aufschmelzen des Metall- oder Lotsystems, wobei zusätzlich langzeitstab^!le Strompfade zwischen leitfähigem Träger und Halbleiterrückseite erzeugt werden. Dieser Vorgang wird wiederholt, bis die elektrischen bzw. optischen Parameter der HL-Bauelemente, vorzugsweise von optoelektronischen Bauelementen, in der erforderlichen Qualität erreicht werden.

Als besonders vorteilhaft erweist sich, daß bei dieser Verfahrensweise die vollautomatische Chipmontage in ursprünglicher Form beibehalten wird und trotzdem auch nichtmetallisierte HL-Rückseiten eingesetzt werden können und langzeitstabile Kontakte in hoher Ausbeute erhalten werden. Vorteilhaft ist weiterhin, daß durch entsprechende elektronische Zusatzschaltungen die elektrischen Eigenschaften durch Einsatz von Stromimpulsen beim Auftreten von Alterungserscheinungen wieder verbessert werden können

Die Erfindung soll anhand von Ausführungsbeispielen erläutert werden:

1. Eine rückseitig unmetallisierte Si-Halbleiterschdbe mit ausgebildeten Fototransistorstrukturen wird rückseitig nach Vereinzeln vollautomatisch chipgebondet. Danach wird der elektrisch leitende Epoxidharzkleber, dem 25 Gew.-% feinverteilter Woodscher Metallegierung mit einer Teilchengröße im Bereich von 5 bis 20 μηι zugemischt wurden, aufgetragen.

Jetzt erfolgt die Leitkleberaushärtung bei 20O⁰C. Die umhüllten und vereinzelten Bauelemente werden für 10μ& einem Stromimpuls von 600mA ausgesetzt. Man erhält Halbleitorchips mit guter ausgebildeten langzeitstabilen ohmschen Kontakten.

2. Eine vereinzelte rückseitenmetallisierte GsP-Scheibe mit ausgebildeten pn-Übergängen wird vollautomatisch chipgebondet.

Dem aufzutragenden Chipkleber werden dabei 35% feinverteiltes Newtonsches Metall mit einer Teilchengröße im Bereich von 5 bis 30pm beigemischt. Nach dem Aushärten bei 250°C werden die Bauelemente umhüllt und einem Stromimpuls von s, 60OmA ausgesetzt. Man erhält Halbleiterchips mit gut ausgebildeten langzeitstabilen ohmschen Kontakten.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung langzeitstabiler ohmscher Kontakte von auf leitenden Trägern vollautomatisch montierten Halbleiterchips unter Verwendung bekannter leitender Epoxikleber, die thermisch oder durch elektrische Impulsbelastungen aktivierbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß dem Epoxikleber niedrigschmelzende nichtedelmetallhaltige Metall- oder Lotsysteme beigemischt werden, wobei ihre Teilchengröße¹ zwischen 5 und δΟμηι, vorzugsweise zwischen 5 und 20Mm liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als niedrigschmelzendes Metall- oder Lotsystem Woodsches oder Newtonsches Metall oder Devardsche Legierungen verwandet werden.