DE1294560C2

DE1294560C2 - Verfahren zur weichlotkontaktierung eines halbleiterbauelements

Info

Publication number: DE1294560C2
Application number: DE1961S0075482
Authority: DE
Inventors: Rolf 8501 Wolkersdorf Berkner
Original assignee: Semikron, Gesellschaft für Gleichrichterbau und Elektronik mbH, 8500 Nürnberg
Priority date: 1961-08-28
Filing date: 1961-08-28
Publication date: 1975-01-23
Also published as: DE1294560B

Description

zu versehen. Als Weiterbildung wird auf die Elektro-

40 denplatte ein erster Überzug aus Nickel, Eisen oder

Zur Kontaktierung mit Stromzuführungen weisen Kobalt und darauf dann die Schicht der zuerst ge-

die dafür vorgesehenen Kontaktflächen eines Halb- nannten Metalle aufgebracht. Der Vorteil dieser

leiterkörpers jeweils mindestens einen metallischen, Schichtenfolge wird darin gesehen, daß auch bei

weiterhin als Kontaktelektrode bezeichneten Überzug hoher Löslichkeit der Lötkontaktschicht aus Gold

fcuf. Bei nach einem Diffusionsverfahren dotierten 45 oder einem der anderen Metalle in dem Lotmaterial

Halbleiterkörpern bestehen die Kontaktelektroden dieses nicht unmittelbar auf das Tantal trifft, auf

Vorzugsweise aus einem oder mehreren Nickelüber- welchem es nur sehr schwer haftet, sondern zunächst

tügen. auf den ersten metallischen Überzug. Diese Schichten-

In der USA.-Patentschrift 2 793 420 ist ein Ver- folge zeigt jedoch ebenfalls die Nachteile der Passi-

lahren zum Aufbringen von Nickel auf einen Halb- 50 vierung des ersten Überzuges und damit der mangel-

leiterkörper aus Silizium durch Elektroplattieren und haften Benetzung desselben durch das Lot sowie im

anschließende Wärmebehandlung bei 700 bis 950° C Falle des Weichlötens unter Schutzgas die Anwendung

beschrieben. Zur Erzielung großflächiger Nickelelek- unerwünschter Verfahrenstemperaturen,

!roden ist dieses Verfahren für die Praxis jedoch un- Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, die ge-

feeignet. Nach dem bekannten Stand der Technik 55 nannten Nachteile beim Kontaktieren eines mit einer

Erfolgt die Aufbringung von zur Kontaktierung Kontaktschichtenfolge aus Nickel und aus einer gut

dienenden Nickelüberzügen auf dem Halbleitermate- benetzbaren Lötkontaktschicht versehenen Halbleiter-

rial vorzugsweise galvanisch oder stromlos. körpers mit Stromzuführungen zu vermeiden und

Es ist nun weiterhin bekannt, einen Halbleiter- darüber hinaus eine auch gegen thermische Wechselkörper mit Stromzuführungen durch Weichlöten zu 60 beanspruchung mechanisch feste, einwandfreie, verbinden, wofür sich Bleilote als vorteilhaft erwiesen flächenhafte Weichlotverbindung zu erzielen,
haben. Da sich Bleilote aber mit Nickelüberzügen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Weichlotschlecht verbinden, wurde vorgeschlagen, das Nickel kontaktierung eines Halbleiterbauelements, dessen mit einer dünnen Lötkontaktschicht aus Gold abzu- einkristalliner Halbleiterkörper mit einer eingebranndecken. Dieser Schichtenaufbau zeigt jedoch einige 65 ten Nickelelektrode und einer über dieser aufgebrachwesentliche Nachteile. Durch eine solche dünne Gold- ten, zur Verbindung mit Stromzuführungen dienenichicht — Goldschichten von mehr als 10 μ Dicke den, durch ein Weichlot gut benetzbaren Lötkontaktkommen aus wirtschaftlichen Gründen nicht in Be- schicht versehen iist.

Das erfindungsgemäße Verfahren besteht darin, galvanischen Abscheidung mit einer Stromdichte von daß zwischen der Nickelelektrode und der Lötkon- weniger als 1 Amp/dm² gearbeitet wird. Ein geeigtaktschicht eine auf der Nickelelektrode gut haftende, netes Kupferbad liefert bedarfsweise eine Zwischenaus einem anderen Metall bestehende Zwischen- schicht gewünschter Duktilität. Die Metalle Eisen und schicht aufgebracht wird, deren Dicke derart gewählt 5 Kobalt zeigen ähnliche günstige Eigenschaften. Bei ist und die aus einem Material mit solch geringer der Anordnung einer metallischen Zwischenschicht Löslichkeit in dem Weichlot besteht, daß sie während aus Kupfer haben sich innerhalb des Herstellungsdes Lötprozesses beim Anlöten der Stromzuführun- Verfahrens, insbesondere bei nachfolgenden Ätzgen nicht vollständig von dem Lot aufgelöst wird. prozessen, keine nachteiligen Wirkungen auf die

Die durch das Verfahren gemäß der Erfindung io physikalischen oder elektrischen Eigenschaften der

erzielte Kontaktschichtenfolge vermeidet sämtliche Halbleiter-Bauelemente ergeben,

aufgezeigten Schwierigkeiten und Nachteile und zeigt Die Löslichkeit der metallischen Zwischenschicht S

darüber hinaus den besonderen Vorteil einer höheren in dem vorgesehenen Weichlot soll insbesondere so

mechanischen Belastbarkeit des Weichlotkontakts gering sein, daß das Material der Zwischenschicht im

gegenüber thermischer Wechselbeanspruchung des 15 Bereich der Arbeitstemperatur der für die Herstellung

Halbleiter-Bauelements, insbesondere eines Halb- von Halbleiter-Bauelementen geeigneten Weichlote,

leiter-Gleichrichter-EIements. die je nach Lotzusammensetzung etwa zwischen 240

An Hand der in den F i g. 1 und 2 dargestellten und 350° C und damit noch in dem in bekannter

Ausführungsbeispiele sind Aufbau und Anordnung Weise für den Begriff »Weichlot« festgelegten Tem-

der nach dem Verfahren gemäß der Erfindung er- ϊο pera'.urbereich bis 450° C liegt, eine Löslichkeit von

zielten Kontaktschichtenfolge eines Halbleiter-Bau- weniger als 10 Gewichtspro..«nt aufweist,

elements aufgezeigt und erläutert. Die Aufbringung der Zwischenschicht 5 kann nach

F i g. 1 zeigt im Schnitt einen mit einer solchen an sich bekannten Verfahren erfolgen

Kontaktschichtenfolge versehenen Halbleiterkörper, in Auf die Zwischenschicht 5 wird weiterhin zur Be-

F i g. 2 ist schematisch der Aufbau eines Halbleiter- 25 günstigung des Lötprozesses noch eine Edelmetall-Bauelements mit einem durch Löten kontaktierten schicht 6 aufgebracht, deren Dicke vorzugsweise Halbleiterkörper dargestellt. ebenfalls 0,5 bis ΙΟμίη beträgt. Diese Lötkontakt-

Der in F i g. 1 gezeigte Halbleiterkörper weist, wie schicht 6 verhindert in vorteilhafter Weise eine Passidies insbesondere zur Herstellung von Halbleiter- vierung der metallischen Zwischenschicht und damit Gleichrichter-Elementen vorteilhaft ist, zwei stark 30 eine schlechte Haftung des Lotes auf der Kontaktdotierte äußere Zonen 2 und 3 entgegengesetzt liiiter- schichtenfolge. Weiterhin hat die Schicht 6 den schiedlichen Leitfähigkeitstyps und eine schwach Zweck, beim Unterteilen der Halbleiterscheiben in dotierte mittlere Zone 1 des Leitfähigkeitstyps der kleinere Tabletten durch Herausätzen ein zu starkes einen oder der anderen äußeren Zone auf, so daß Anätzen der hoch dotierten äußeren Zonen 2 und 3 eine sogenannte psn-Struktur gegeben ist. Die zur 35 des Halbleiterkörpers zu vermeiden.
Kontaktierung vorgesehenen Oberflächen des Halb- In F i g. 2 ist schematisch der mit Stromleitungsleiterkörpers, in der Darstellung die Zonen 2 und 3, bauteilen kontaktierte Halbleiterkörper dargestellt, sind mit einer eingebrannten Nickelschicht 4 versehen. Der aus den Zonen 1 bis 3 bestehende, mit einer

Bei Gem Verfahren nach der Erfindung wird nun Schichtenfolge 4 bis 6 gemäß F i g. 1 versehene Halbauf diese an beiden Kontaktflächen des Halbleiter- 4° leiterkörper 12 ist durch Weichlöten über eine Weichkörpers vorgegebene Nickelelektrode jeweils eine me- lotronde 13 mit dem gleichzeitig zur Stromleitung tallische Zwischenschicht 5 aufgebracht, die auf dem dienenden Gehäuseunterteil 11 und über eine weitere Nickelüberzug 4 gut haftet und von dem zur Kontak- Weichlotronde 14 mit dem oberen Leitungsanschluß tierung mit Stromzuführungen vorgesehenen Weich- 15 fest verbunden.

lot, insbesondere von einem Bieilot, gut benetzt wird. 45 Durch die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Die Zwischenschicht 5 darf nur eine geringe Passivie- erzielten Kontaktschichtenfolge und durch die darungsneigung aufweisen. Diese letztere Eigenschaft ist durch erzielbare gute Weichlotkontaktierung eines die Voraussetzung für eine gute Verbindung des Halbleiterkörpers mit Stromzufühningen ist gewähr-Weichlots mit der Kontaktelektrode für den Fall, daß leistet, daß auch bei thermischer Wechselbeansprudie äußere Kontaktschicht 6 beim Lötprozeß im 5" chung des Halbleiter-Bauelements kein vorzeitiges Weichlot gelöst wird. Für diese metallische Zwischen- Ablösen der Lö'kontaktschicht von den Nickelüberschicht 5 haben sich die Metalle Kupfer, Zink, Eisen zügen des Halbleiterkörpers und keine vorzeitigen und Kobalt sowie Legierungen aus diesen Metallen Ermüdungserscheinungen des Weichlotes erfolgen,
als sehr vorteilhaft erwiesen. Die Erfindung ist nicht auf Halbkiter-GIeiehrichter-

Die Dicke der metallischen Zwischenschicht beträgt 55 Elemente beschränkt. Das erfindungsgemäße Vervorzugsweise 0,5 bis 10 μΐη. Günstige Ergebnisse wur- fahren eignet sich in gleicher Weise auch für die Herden mit einer metallischen Zwischenschicht aus Kup- stellung von Halbleiter-Bauelementen mit zwei und fer erhalten, deren Verbindung mit der Nickelelek- mehr pn-Übergängen oder ohne pn-übergang und trode 4 dann besonders gut ist, wenn im Fall einer aus jeweils unterschiedlichem Halbleitermaterial.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

% _tracht — kann zwar die Benetzungsfähigkeit der

... ■ Weichlote verbessert werden, nicht aber deren

Patentansprüche: Einhefte Verbindung mit dem Nickelüberzug, da

u -_m ι «inrri7eß das Gold fast augenblicklich vom

1 Verfahren zur Weichlotkontaktierung eines g.^ i»ü ^B^ ^ m

Halbleiterbaue ements,desseneinknstallinerHalb- 5 Lot geiosi wuu. __ntu,__H° hereits beim AnfhHn

leiterkörper mit einer eingebrannten Nicke.elek- Passi«S^Ä S5Ä

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durch ein Weichlot gut benetzbaren Lötkontakt- oder aber bereUs ^^g ^n^m A

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und der Lötkontaktschicht eine auf der Nickel- Weichlote m.t der Kontaktelektrode^"°^ mechaelektrode gut haftende, aus einem anderen Metall nische Festigkeit des ^a"» Kon^telektrode und bestehende Zwischenschicht aufgebracht wird, Weichlot bestehenden Kontakte^
deren Dicke derart gewählt ist und die aus einem .₅ gegen thermische W«^^™*™?^«" Material mit solch geringer Löslichkeit in dem wird. Ein weiterer Nachteil besteht dann, daß die Weichlot besteht, daß sie während des Lötpro- Benetzung der Nickelelektrode durch das Weichlot, zesses beim Anlöten der Stromzufuhreen nicht insbesondere be.m Loten unter Schutepa*. Curch bevollständig von dem Lot aufgelöst wird. " trächtliche Erhöhung der Verfahrenstemperatur über
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- 20 die Arbeitstemperatur des Weichlotes erzwungen kennzeichnet, daß als Material für die metallische werden muß. Das kann unter Umstanden eine Beein-Zwischenschicht Kupfer, Zink, Eisen oder Kobalt trächtigung der physikalischen Eigenschaften des oder eine Legierung aus diesen Metallen verwen- Halbleitermaterials zur Folge haben. Schließlich kann det wird bei Anordnung einer Goldschicht zwischen Nickel-
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch 25 elektrode und Weichlotschicht die Aufnahme von gekennzeichnet, daß die metallische Zwischen- Gold durch das Weichlot, insbesondere durch das schicht eine Dicke von 0,5 bis 10 μπι aufweist. Bleilot, zur Bildung spröder intermetallischer Phasen
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch in der Weichlotschicht und damit zu deren thermigekennzeichnet. daß die Löslichkeit des Materials scher Ermüdung führen.

der metallischen Zwischenschicht im Weichlot 30 Um bei der Herstellung von legierten Gleichrich-

weniger als 10 Gewichtsnrozen« beträgt. tern den Halbleiterkörper während oder nach dem
5. Verfahren nach Anspruch I bis 4, dadurch Legierungsprozeß mit einer häufig als Elektrodengekennzeichnet, daß auf die metaJische Zwischen- platte bezeichneten Kontaktscheibe aus Wolfram, schicht als gut benetzbare Lötkontaktschicht eine Molybdän oder Tantal flächenhaft zu verbinden, ist dünne Edelmetallschicht aufgebracht wird. 35 es gemäß der britischen Patentschrift 846 448 bekannt, die insbesondere aus Tantal bestehende Elektrodenplatte vor Herstellung der Verbindung mit einer

dünnen Schicht aus Gold, Silber, Indium oder Zinn