DE2548528A1 - Passivating semiconductor components with metal contact beads - uses application of amorphous glass layer on contact carrying surface - Google Patents

Passivating semiconductor components with metal contact beads - uses application of amorphous glass layer on contact carrying surface

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DE2548528A1 DE19752548528 DE2548528A DE2548528A1 DE 2548528 A1 DE2548528 A1 DE 2548528A1 DE 19752548528 DE19752548528 DE 19752548528 DE 2548528 A DE2548528 A DE 2548528A DE 2548528 A1 DE2548528 A1 DE 2548528A1
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Abstract

A glass layer is used for the passivation, and it must be removed again in the region of connections of further lead to the contact beads. An amorphous, plain glass layer is deposited on the surface of a semiconductor disc containing a number of semiconductor components. Then the greater part of the glass layer is mechanically removed from the highest tips of the m etal contact beads. This is followed strengthening the glass layer by heat treatment. Finally the glass layer is exposed to an etchant, chemically aggressive to the glass, unit the glass residue is removed from the metal contact bead tips. The etchant is preferably a mixt. of hydrochloric and hydrofluoric acids.

Description

"Verfahren zum Passivieren von mit Metallkontaktbergen versehenen Halbleiteranordnungent Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Passivieren von mit Netallkontaktbergen versehenen Haibleiteranordnungen mit einer Glasschicht die im Bereich der AnschlußsQellen weiterer Zuleitungen an die Kontaktberge wieder entfernt werden muß. "Process for passivating metal contact peaks The invention relates to a method for passivating Semiconductor arrangements provided with metal contact peaks with a glass layer removed again in the area of the connection sources of further supply lines to the contact peaks must become.

Eines der gebräuchlichsten Halbleiterbauelementtist die sogenannte DH-Diode. Eine derartige Halbleiterdiode besteht aus einem Halbleiterkörper, in dem ein sich zu einer Oberflächenseite hin erstreckender pn-Übergang verläuft.One of the most common semiconductor devices is the so-called DH diode. Such a semiconductor diode consists of a semiconductor body in to which a pn junction extends to one surface side.

Dieser pn-Übergang ist an der Oberfläche mit einer Isolierschicht passiviert. Der Halbleiterkörper besteht meist aus Silizium und die Isolierschicht aus Siliziurndioxyd oder Siliziumnitrid. Die beiden Zonen des Halbleiterkörpers werden auf einander gegenüberliegenden Oberflächenseiten mit elektrischen Anschlußkontakten versehen. Der eine Kontakt bedeckt beispielsweise die gesamte, von pn-Übergängen freie Rückseite des Halbleiterkörpers Auf der mit einer Isolierschicht abgedecken Vorderseite des Halbleiterkörpers wird in die Isolierschicht zunächst ein Kontaktierungsfenster eingebracht.This pn junction is on the surface with an insulating layer passivated. The semiconductor body usually consists of silicon and the insulating layer made of silicon dioxide or silicon nitride. The two zones of the semiconductor body are on opposite surface sides with electrical connection contacts Mistake. One contact covers, for example, the whole of the pn junctions free back of the semiconductor body on the with an insulating layer The front side of the semiconductor body is covered in the insulating layer first introduced a contact window.

In dieses Fenster wird eine erste Kontaktschicht eingebracht, die mit weiteres Kontaktmaterial verstärkt wird. Beispielsweise wird auf die erste Kontaktschichü weiteres Material solange galavanisch abgeschieden, bis sich ein u#b.er die Oberfläche hochragender halbkugelförmiger oder mesaförmiger Anschlußkontakt ergibt. Diese sogenannten Metallkontaktberge bestehen beispielsweise aus Silber oder Aluminium Ein solcher Halbleiterkörper wird abschließend zwischen zwei metallischen Anschlußstempeln, die beispielsweise von den Enden zweier Kontaktierungsdrähte gebildet werden, eingeklemmt. Die Enden er Anschlußstempel bzw. der Kontaktierungsdrähte werden zusammen mit dem Halbleiterkörper mit einem Quarzglasröhrchen umschmolzen.A first contact layer is introduced into this window is reinforced with further contact material. For example, on the first contact layer further material galvanically deposited until a u # b.er the surface towering hemispherical or mesa-shaped connection contact results. These so-called Metal contact peaks consist, for example, of silver or aluminum The semiconductor body is then placed between two metallic connection stamps, which are formed, for example, by the ends of two contacting wires, clamped. The ends of the terminal stamp or the contacting wires are together with the Semiconductor body melted with a quartz glass tube.

Die beschriebene Diode wird, wie dies auch bei anderen Halbieiterbauelementen der prall ist, in großer Stückzahl aus einer Halbleiter scheibe gewonnen. Hierzu werden beispielsweise die bekannten Maskierungs-,.Diffusions- und Ätzprozesses verwendet. Nach der Druchführung aller Verfahrensschritte wird die Scheibe in Einzelelemente der beschriebenen Art zerteilt.The diode described is, as is also the case with other semiconductor components the plump is obtained in large numbers from a semiconductor wafer. For this For example, the known masking, diffusion and etching processes are used. After all process steps have been carried out, the pane is divided into individual elements of the type described.

Es hat sich nun gezeigt, daß im Randbereich zwischen den Netallkontaktbergen und der auf der Halbleiteroberfläche befindlichen Oxydschicht Unregelmäßigkeiten und Störeffekte auftreten, die vielfach zum Ausfall des Halbleiterbauelementes führen. Um diese Störursache zu beseitigen, wurde auf die mit dem Metallkontaktberg versehene Oberflächenseite des HalbleitereAementes eine zusätzliche Passivierungsschicht aufgebracht, die beispielsweise aus B 203 besteht.It has now been shown that in the edge area between the metal contact mountains and irregularities in the oxide layer located on the semiconductor surface and disruptive effects occur, which often lead to failure of the semiconductor component. In order to eliminate this cause of interference, the one provided with the metal contact mountain was applied An additional passivation layer is applied to the surface side of the semiconductor element, which consists of B 203, for example.

Diese Passivierungsschicht gettert positive Ionen an der an den Netallkontaktberg angrenzenden Oxydschichtkante und verhindert, daß Verunreinigungen durch diese Bruchstelle zur Haibleiteroberfläche gelangen. Bei dem bisher üblichen Verfahren wurden die Einzeldioden nach dem Auf teilen der Halbleiterscheibe mit B203 passiviert und in ein Glasgehäuse eingeschmolzen. Dabei wurde die auf dem Netallkontaktberg vorhandene, isolierende Passivierungsschicht mit Hilfe des Anschlußstempels verdrängt, so daß eine elektrische Verbindung zwischen dem Anschluß stempel und dem Kontaktberg zustande kam.This passivation layer gets positive ions on the metal contact mountain adjacent oxide layer edge and prevents contamination through this break point get to the semiconductor surface. In the previously usual procedure, the Individual diodes after dividing the semiconductor wafer with B203 passivated and in a glass case melted down. The existing on the Netallkontaktberg, insulating passivation layer displaced with the help of the connection stamp, so that an electrical connection between the connection stamp and the contact mountain came.

Es hat sich gezeigt, daß bei dieser Verfahrensweise zahlreiche Bauelemente unzureichend passiviert sind, so daß sie als Ausfall ausgesondert werden mußten. Der vorliegenden Patentanmeldung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dessen Hilfe Ausfälle, die auf verschlechterten Kenndaten oder unzureichender Kontaktierung beruhen, verhi.ndert werden und gleichzeitig eine gute Passivierung der Halbleiterbauelemente erzielt wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf die mit den Metallkontaktbergen versehene Oberflächenseite einer eine Vielzahl von Halbleiteranordnungen enthaltenden Halbleiterscheibe eine amorphe, nicht verfestigte Glasschicht aufgebracht wird, daß danach zumindest der größte Teil der Glasschicht von den höchsten Erhebungen der Netallkontaktberge mechanisch abgetragen wird, daß dann die Glasschicht durch Aufschmelzen verfestigt wird und daß schließlich die Halbleiteroberfläche solange einem das Glas angreifenden chemischen Ätzmittel ausgesetzt wird, bis die auf den Metällkontaktbergen zurückgebliebenen Glaspartikel abgetragen sind.It has been shown that in this procedure numerous components are insufficiently passivated, so that they had to be rejected as failure. The present patent application is based on the object of specifying a method with whose help failures, which are due to deteriorated characteristics or inadequate contacting are based, are prevented and at the same time a good passivation of the semiconductor components is achieved. This object is achieved in that on the with The surface side of a plurality of semiconductor devices provided with the metal contact peaks containing semiconductor wafer applied an amorphous, unsolidified glass layer becomes that afterwards at least the largest part of the glass layer from the highest elevations the metal contact mountains is mechanically removed, that then the glass layer through Melting is solidified and that finally the semiconductor surface as long a chemical etchant that attacks the glass is exposed to until the Metal contact mountains remaining glass particles have been removed.

Das Glas wird auf den Metallkontaktbergen beispielsweise mit Hilfe eines scharfkantigen Gegenstandes abgestreift, der in beiden Richtungen diagonal zu den Bruchlinien der Halbleiterscheibe über diese hinweggeführt wird. Dadurch ist sichergestellt, daß auch bei unterschiedlicher Höhe der verschiedenen Metallkontaktberge zumindest der größte Teil der Glasschicht von deren höchsten Erhebung abgestreift wird.The glass is on the metal contact mountains for example with the help a sharp-edged object stripped diagonally in both directions to the break lines of the semiconductor wafer is passed over this. Through this it is ensured that even with different heights of the various metal contact peaks stripped at least most of the glass layer from its highest elevation will.

Die Erfindung und ihre weitere vorteilhafte Ausgestaltung soll im folgenden noch anhand eiflöS Ausführungsbeispieles näher erläutert werden.The invention and its further advantageous embodiment are intended in will be explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment.

n der Figur 1 ist eine Halbleiterscheite 1 dargestellt, die eine Vielzahl von Planardioden 2 enthält. Die eine Zone jeder Planardiode ist mit einem Metallkontaktberg 3 versehen, während der Kontakt an die zweite Zone durch eine die ganze Rückseite der Halbleiüerscheibe bedeckende Metallschicht gebildet wird. In der Figur 1 sind die Bruchlinien 5 und 6 angedeutet, an denen die Halbleiterscheibe zur Vereinzelung der Bauelemente durchgetrennt wird. Ferner erkennt man in der Figur 1 einen scharfkantigen Gegenstand 7 bzw. 8, der diagonal zu den Bruchlinien 5 und 6 in beiden ichtungen über die Halbleiterscheibe geführt wird. Bei dem scharfkantigen Gegenstand kann es sich beispielsweise um eine dünne und federnd nachgebende Metall-, Kunststoff- oder Gummileiste handeln.In FIG. 1, a semiconductor billet 1 is shown which has a plurality of planar diodes 2 contains. One zone of each planar diode is with a metal contact mountain 3 provided while contacting the second zone through a whole back the metal layer covering the semiconductor wafer is formed. In the figure 1 are the break lines 5 and 6 indicated, where the semiconductor wafer for isolation the components is severed. Furthermore, a sharp-edged one can be seen in FIG Item 7 or 8, which is diagonal to break lines 5 and 6 in both directions is guided over the semiconductor wafer. The sharp-edged object can it is, for example, a thin and resiliently yielding metal, plastic or rubber bar act.

In der Figur 2 ist die Halbleiterscheibe im Schnitt dargestellt. Über die Halbleiteroberftäche ragen die # hBlbkugelförmigen oder mesaförmigen Metallkontaktberge 3, die unterschiedliche Größen und unterschiedliche Formen an der Oberfläche aufweisen konnen. Der nicht von den Metallkontaktbergen bedeckte Teil der Halbleiteroberfläche ist mit einer die pn-Übergänge 9 überdeckendenöxydschicht 4 abgedeckt. Die Rückseite der Halbleiterscheibe ist beispielsweise mit einem mehrschichtigen Metallkontakt 12 versehen. Auf diese Jlalbleiteranordnung wird nun eine amorphe Glasschicht 10 aufgebracht. Dies geschieht vorzugsweise durch Sedimentation in einer Glassuspension. Das Glas besteht beispielsweise aus einem Zinkborsilikatglas oder einem Aluminiumborsilikat mit einem Schmelzpunkt in der Größenordnung von ca. 600 C.The semiconductor wafer is shown in section in FIG. Above the semiconductor surface protrudes the spherical or mesa-shaped metal contact peaks 3, which have different sizes and different shapes on the surface can. The one not from the metal contact mountains covered part of the The semiconductor surface is provided with an oxide layer 4 covering the pn junctions 9 covered. The back of the semiconductor wafer is for example with a multilayer Metal contact 12 is provided. An amorphous one is now applied to this semiconductor arrangement Glass layer 10 applied. This is preferably done by sedimentation in one Glass suspension. The glass consists for example of a zinc borosilicate glass or an aluminum borosilicate with a melting point on the order of about 600 C.

Als Suspensionslösung wird beispielsweise Isoprophylalkohol und Essigsäureäthyl verwendet. Die Halbleiterscheibe wird in der Suspension in eine Zentrifuge eingebracht, so daß sich beim Zentrifugieren auf der Halbleiteroberfläche eine amorphe Glasschicht niederschlägt, die auch nach dem Trocknen mit mechanischen Mitteln leicht entfernt werden kann.Isopropyl alcohol and ethyl acetate are used as suspension solutions used. The semiconductor wafer is placed in the suspension in a centrifuge, so that an amorphous glass layer forms on the semiconductor surface during centrifugation that can easily be removed by mechanical means even after drying can be.

Diese amorphe Glasschicht wird von den höchsten Erhebungen der Netallkontaktberge 3 mit Hilfe des über die Halbleiterscheibe geführten scharfkantigen Gegenstandes 8 abgestreift.This amorphous glass layer is made up of the highest elevations of the metal contact mountains 3 with the help of the sharp-edged object guided over the semiconductor wafer 8 stripped.

Dieser Zustand ist in der Figur 3 dargestellt. Da die Netallkontaktberge teilweise uneben sind oder Absenkungen aufweisen, verbleiben auf ihnen die Reste 11 der Glasschicht 10. Oft handelt es sich dabei nur um wenige Glaspartikel, die aber eine ohmsche Kontaktierung der Metallkontaktberge verhindern.This state is shown in FIG. Since the metal contact mountains are partially uneven or have depressions, the residues remain on them 11 of the glass layer 10. Often there are only a few glass particles that but prevent ohmic contact with the metal contact peaks.

Um auch diese Glasreste 11 von der Oberfläche der Netallkontaktberge entfernen zu können, muß die Glasschicht zunächst auf die Scheibenoberfläche aufgeschmolzen werden.To this glass remnants 11 from the surface of the metal contact mountains To be able to remove, the glass layer must first be melted onto the pane surface will.

Dies geschieht je nach Glasart bei Temperaturen zwischen 5000 und 600 C und dauert in der Regel einige Minuten.Depending on the type of glass, this happens at temperatures between 5000 and 600 C and usually takes a few minutes.

Durch diese Temperaturbehandlung erhält man eine feste, polykristalline und in der Regel durchsichtige Glasschicht 10.This temperature treatment gives a solid, polycrystalline one and usually transparent glass layer 10.

Die Oberfläche der Halbleiterscheibe wird nun einer Ätzlösung ausgesetzt, die einen kleinen Teil der Glasschicht 10 abträgt. Wenn von einer beispielsweise 5 /um dicken Glasschicht in der Ätzlösung 1 /um abgetragen wird, hat dies keinen negativen Einfluß auf die elektrischen Eigenschaften der Bauelemente. Bei dieser Abtragung werden aber die Reste 11 der Glasschicht 10 auf den größten Erhebungen der Metallkontaktberge sicher entfernt, so daß nun eine elektrische Kontaktierung der Netallkontaktberge mit den Anschlußstempeln eines Gehäuses keine Schwierigkeiten mehr bereitet.The surface of the semiconductor wafer is now exposed to an etching solution, which removes a small part of the glass layer 10. For example, if from one 5 / um thick glass layer is removed in the etching solution 1 / um, this has no negative influence on the electrical properties of the components. At this However, the remnants 11 of the glass layer 10 on the largest elevations are removed the metal contact mountains safely removed so that electrical contact is now made the metal contact mountains with the connection stamps of a housing no difficulties more prepares.

In der Figur 4 ist die Halbleiteranordnung nach dem Ätzen dargestellt. Die Glasschicht bedeckt nur noch die Seitenflächen der Metallkontaktberge und die Oxydschicht 4. Als Ätzlösung wird beispielsweise ein Gemisch aus Fluß säure und Salzsäure verwendet. Bei einer geeigneten Konzentration und Mischungsverhältnis der Lösung reichen oft wenige Sekunden, um die Glasschicht 20 so weit abzutragen, daß auf den Kontaktbergen keine Glaspartikel mehr verbleiben. Die in der figur 4 dargestellte Halbleiterscheibe muß nun noch entlang der Bruchlinien 5 und 6 in Einzelelemente aufgeteilt werden.In FIG. 4, the semiconductor arrangement is shown after the etching. The glass layer only covers the side surfaces of the metal contact mountains and the Oxide layer 4. A mixture of hydrofluoric acid and, for example, is used as the etching solution Hydrochloric acid used. At a suitable concentration and Mixing ratio of the solution often a few seconds are enough to remove the glass layer 20 so far that that no more glass particles remain on the contact mountains. The one shown in Figure 4 The semiconductor wafer shown must now be broken down into individual elements along the break lines 5 and 6 be divided.

Ein Einzelelement wird dann gemäß Figur 5 in ein Glasgehäuse 13 eingeschmolzen Das Gehäuse besteht aus zwei an die Zuleitungsdrähte angebrachten Anschlußstempen 14 und 15, zwischen denen das Halbleiterbauelement 1 abgeordnet ist Die Metallschicht 12 des Rückseitenkontaktes steht mit dem Stempel 14 in elektrischem Kontakt, während der Metallkontaktberg 3 mit dem Anschlußstempel 15 elektrisch leitend verbunden ist. Die Kontaktstempel bestehen vielfach aus Molybdän. Sie werden mit einem Glasrohr 16 umschmolzen, das dann das Gehäuse für die DH-Diode bildet.An individual element is then melted into a glass housing 13 according to FIG The housing consists of two connection stamps attached to the lead wires 14 and 15, between which the semiconductor component 1 is arranged. The metal layer 12 of the rear contact is in electrical contact with the punch 14, while the metal contact mountain 3 is electrically conductively connected to the connection stamp 15 is. The contact stamps are often made of molybdenum. You will be using a glass tube 16 remelted, which then forms the housing for the DH diode.

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Claims (6)

Patentansprüche 9 erfahren zum Passivieren von mit Netallkontaktbergen versehenen Haibleiteranordnungen mit einer Glasschicht die im Bereich der Anschlußstellen weiterer Zuleitungen an die Kontaktberge wieder entfernt werden muß, dadurch gekennzeichnet, daß auf die mit den Metallkontaktbergen versehene Oberflächenseite einer eine Vielzahl von Halbleiteranordnungen enthaltenden Halbleiterscheibe eine amorphe, nicht verfestigte Glasschicht aufgebracht wird, daß danach zumindest der größte Teil der Glasschicht von den höchsten Erhebungen der Metallkontaktberge mechanisch abgetragen wird, daß dann die Glasschicht durch Aufschmelzen verfestigt wird und daß schließlich die Halbleiteroberfläche solange einem das Glas angreifenden chemischen Ätzmittel ausgesetzt wird, bis die auf den Netallkontaktbergen zurückgebliebenen Glaspartikel abgetragen sind. Patent claims 9 learn about the passivation of metal contact mountains provided semiconductor arrangements with a glass layer in the area of the connection points further supply lines to the contact peaks must be removed again, characterized in that that on the surface side provided with the metal contact mountains one a plurality of semiconductor devices containing semiconductor wafer an amorphous, not solidified Glass layer is applied that then at least most of the glass layer is mechanically removed from the highest elevations of the metal contact mountains that then the glass layer is solidified by melting and that finally the Semiconductor surface exposed to a chemical etchant that attacks the glass is removed until the glass particles remaining on the metal contact mountains are removed are. 2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Glas von den Metallkontaktbergen mit. Hilfe eines scharfkantigen Gegenstandes abgestreift wird, der in beiden Richtungen diagonal zu den Bruchlinien der Halbleiterscheibe über diese hinweggeführt wird. 2) Method according to claim 1, characterized in that the glass from the metal contact mountains with. Stripped with the help of a sharp-edged object that is diagonal in both directions to the break lines of the semiconductor wafer is carried over this. 3) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichrlet, daß die Glasschicht aus einer Suspension durch Ablagerung auf die Oberfläche der Halbleiterscheibe aufgebracht wird.3) Method according to claim 1, characterized in that the glass layer applied from a suspension by deposition on the surface of the semiconductor wafer will. 4) Verfahren nach einem der vorangehenden Pa-tent:ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung von Borsilikatgläsern mit einer Aufschmelztemperatur von ca. 600 C.4) Method according to one of the preceding patents: claims, characterized through the use of borosilicate glasses with a melting temperature of approx. 600 C. 5) Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche gekennzeichnet durch die Verwendung einer Ätzlösung aus einem Salzsäure- Flußsäure- Gemisch.5) Method according to one of the preceding claims by using an etching solution from a hydrochloric acid-hydrofluoric acid mixture. 6) Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Glasschicht mit einer Dicke von ca. 5 um6) Method according to one of the preceding claims, characterized by using a layer of glass about 5 µm thick
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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FR2423866A1 (en) * 1978-04-18 1979-11-16 Westinghouse Electric Corp DIODE ENCAPSULATED IN GLASS
WO1999012200A1 (en) * 1997-09-03 1999-03-11 Siemens Aktiengesellschaft Method for making a semiconductor chip or a wafer with protective layer

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