JPS63261723A - 半導体素子の製造方法 - Google Patents

半導体素子の製造方法

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JPS63261723A
JPS63261723A JP63075825A JP7582588A JPS63261723A JP S63261723 A JPS63261723 A JP S63261723A JP 63075825 A JP63075825 A JP 63075825A JP 7582588 A JP7582588 A JP 7582588A JP S63261723 A JPS63261723 A JP S63261723A
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JP
Japan
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layer sequence
semiconductor substrate
contact plate
panel heating
layer
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JP63075825A
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フランツ　クルーツェック
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BBC Brown Boveri France SA
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BBC Brown Boveri AG Switzerland
BBC Brown Boveri France SA
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の概要〕 本発明は、半導体技術分野に関するものである。
本発明は、半導体素子、特に比較的大きな電力用半導体
素子の製造方法に関するものであり、該製造方法により
、円板状の半導体基板が金属製コンタンクト板へ材料接
合されており、該方法は、次のプロセスを包含している
。
一半導体基板と、該基板へ接合されるべきコンタンクト
板との間には、少くとも１つのはんだから成る層が配置
されており、該はんだ層は半導体基板の半導体材料と共
に１つの共融合金を形成してうるちのであり、 一コンタンクト板、はんだ層及び半導体基板からなる層
列は、はんだ及び半導体材料から成る合金の共融温度よ
り高い温度にまで加熱される。
〔従来の技術〕
電力用半導体素子を製造する場合、円板状の、多くの場
合、広い平面の半導体基板は、両側にコンタンクト列を
有しており且つ適切なケーシング内に納められている。
コンタンクト列は、多くの条件を満たしていなければな
らない。先づ第１に、該コンタンクト列は、負荷状態に
おいて半導体基板内に生じる熱を効果的に排出しなけれ
なばらない。換言すれば、良好な導電性を有していなけ
れなばならない。更に、コンタンクト列は、素子に高い
負荷交番性が生じる様に選択されていなけれなばらない
。つまり、温度変化により疲労が発生してはならない。
コンタンクト列が少くとも半導体基板の一方側でいわゆ
る「合金コンタンクトコ構造を呈している電力用半導体
素子が知られている（例えばＤＥ−ＰＳ２９１７１６５
参照のこと）。この為には、基板、通常Ｓｉ基板は、ア
ルミニウムはんだを用いて、モリブテン（Ｍｏ）又はタ
ングステン（Ｗ）から成るベース電極又はコンタンクト
板へ材料接合される。
上記の場合、アルミニウムフィルムがはんだとして半導
体基板とコンタンクト板との間に挿入され、成立した層
列が７００℃乃至８００℃まで加熱される。この温度に
おいて、はんだは、溶解し、隣接している半導体基板の
シリコン（Ｓｉ　）と共にＡｆとＳｉの合金を形成する
が、該合金は、５７７℃の共融温度による共融混合物で
ある。
従来の方法においては、合金にする為に、複数の素子が
積み重ねられ更に真空炉内で加熱されるか、又は、合金
されるべき層列が個々に連続炉中で制御大気下で加熱さ
れる。
両方法とも共通の欠点を持っている。つまり、長いプロ
セスサイクルにおける不均等な温度配分及び高い温度に
より、部分的に半導体基板から著しい量のシリコンがは
んだ層の比較的深い位置にまで溶は込む。
更に、場合によっては、平坦に拡散されているｐｎ接合
を持つ電力用半導体素子の場合、これはＧＴＯ（ゲート
・ターン・オフ）サイリスタに該当するのだが、このｐ
ｎ接合が破壊され、素子が機能しなくなる。
更に、連続炉内の保護大気は、より多くの欠陥のあるボ
ンディングを引き起こしており、該欠陥は、例えば、材
料接合に見られる細孔又はひびであり、それらは、接合
力を弱めている。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明の目的は、大量生産に適しており且つ合金プロセ
ス間における半導体材料の溶解が安全な量にまで低減さ
れる合金コンタンクトの製造方法を提供するとことにあ
る。
〔課題を解決する為の手段〕
この課題は、前述の方法の場合、 一層列の加熱が個々に真空状態において熱放射により行
われ、 一加熱の為には、パネル加熱素子が用いられ、該パネル
面は、接合されるべき層列の平面よりも大きいことによ
り解決された。
本発明の核心は、広い平面のフィルム加熱素子が用いら
れ且つ層列の加熱が真空状態における熱′放射により行
われることにより、非常に均一な温度配分が可能となり
、該非常に均一な温度配分が非常に良好に調整されてお
り且つ迅速に制御可能なことにある。
本発明の良好な実施例に基づき、２つの平行に配置され
ているフィルム加熱素子、特に導電性黒鉛フィルム形態
の加熱素子間で層列が加熱されるが、上記の場合、半導
体基板とコンタンクト板との間の材料接合面は、フィル
ム加熱素子の面に対し平行に方向づけされている。
半導体基板はシリコンから成り、はんだ材としてはアル
ミニウム（／ｌ）が使用され、コンタンクト板はモリブ
デン（ＭＯ）又はタングステン（Ｗ）から形成されてい
ることが好ましい。
〔実施例〕
次に本発明の実施例を図面を参照しながら詳細に説明す
る。
本発明は、一般概論を削減することなく、電力用ＧＴＯ
サイリスタの陽極側合金コンタンクトを例として詳細に
説明される。
いわゆる「パッケージング」、つまり上下に重ねて配置
されケーシング内に組込まれ、素子を成している種々の
部分の順序が、この種のＧＴＯサイリスク用として第１
図に図示されている。
中心の素子は、通常は円板状の半導体基板４であり、該
基板は、内部に適切にドーピングされた層列を有してお
り、１０・・・・・・１００ｍｍの大きさの直径と、０
．３・・・・・・０．５　ｍａ＋の大きさの厚さを有し
ている。
はソ゛シリコン（Ｓｉ）からのみ構成されている半導体
基板４は、合金によりコンタンクト板６（通常モリブデ
ン又はタングステンから成る）へ接合されている。半導
体基板４の縁には、不動態縁５が設けられており、該不
動態縁は、素子のしゃ断電圧力を高めている。
半導体基板４は、合金コンタンクトの対向側上で、上に
位置しているやはりモリブデン又はタングステンから成
るコンタンクト板３に接合されている。
半導体木板４から成る積み重ね及び両コンタンクト板３
．６は、２枚の均圧円板２．７の間に位置しており、該
均圧円板は、外側に配置されている冷却体１．８に対し
熱接合している（第１図とは異って、素子組立ての際に
全ての積み重ね物体がプレスコンタンクトされる。） 半導体基板４及びコンタンクト板６から成る合金コンタ
ンクトは、ＧＴＯサイリスタの場合、陽極側だけに限定
されている。理由は、第２図から明らかな如く、陰極側
は、絶縁性ポリイミド層が付される必要があるからであ
る。
第２図は、合金コンタンクトを有するＣＴＯサイリスク
の半導体基板４の横断面の一部を示している。半導体基
板４は、陰極（上側）から陽極（下側）に至るまでに複
数の交互に異ってドーピングされた層を包含しており、
該それらの層の内、陰極側の上側の２層（ｎ＋型エミフ
タ及びｐ型ベス）には、陰極コンタンクト板９及びゲー
トコンタンクト１１が設けられている。ゲートコンタン
クト１１は、既述のポリイミドから成る絶縁層で覆われ
ている。
半導体基板４は、陽極側では、接合層１２（ＡＪとＳｉ
　との合金）によりＭｏ　−コンタンクト板へ接合され
ている。陽極側上で拡散されているｐｎ接合は、わずか
に２〜３μｍの深さを有しているので、この種の合金コ
ンタンクトを形成する際の問題点は、合金プロセス中に
おけるＳｉ半導体基板の溶解深度を、ｐｎ接合の深さよ
り著しく下方に位置する様に限定することである。
これは、本発明に基づく方法により、一方で接合される
べき層列が非常に均一な温度配分下において加熱され且
つ、他方で、全加熱システムがわずかな熱容量による構
造であることにより達成された。
本発明の良好な実施例に基づく合金コンタンクト形成の
為の配列が第３図に示されている。この良好な実施例に
おいて、半導体基板４及びコンタンクト板６から成る層
列は、半導体基板４と、陰極板６との間の材料接合面が
、フィルム加熱素子１３．１７に対し平行に方向づけら
れている様に、２つの平行に配置されたフィルム加熱素
子１３及び１７間に配置される。
各フィルム加熱素子１３又は１７には、しかるべき熱量
Ｐ１又はＰ２が送られており、該熱出力は熱放射の形で
平面的に放射される。フィルム加熱素子１３．１７が特
に、黒鉛フィルム又は黒鉛板にかかわるものである場合
、熱量は、フィルムを流れる電流によって供給される。
合金プロセスの際に必要とされる半導体基板４及びコン
タンクト板６と、それらの間に位置しているはんだ層と
の間の面コンタンクトを形成及び保持する為には、層列
は、例えばＭｏの板の様なおちり１６で荷重される必要
がある。
あらかじめ軽く上下に積み重ねられている板側を十分に
同中心状態に配置する為に、列の周囲にはリング状の支
え１８　（第３図中に点線で示されている）が設けられ
ている。この支えは石英ガラスから形成されており、フ
ィルム加熱素子１３．１７からの熱放射を妨害すること
なく主要な面へ向けて透過させているのが好ましい。
均一な温度配分は、一方では、対流プロセスにより保証
される。その為には、真空状態下における合金プロセス
の為の加熱は、６５０℃においてｌＸ１０’ｍバールよ
り小さな圧力であれば、熱放射の交換によってのみ行わ
れるので好都合である。
他方、フィルム加熱素子１３．１７の平面が層列に見ら
れる円板の面よりも著しく大きい場合には、層列は、均
一な熱放射を受ける。従って、本発明に従った方法によ
る実験の成功例においては、直径約４０又は８０ｍｍの
半導体ウェファに合金コンタンクトを接合する為に、各
１０１００ｍｍＸ１００のサイズの黒鉛フィルムが用い
られた。黒鉛フィルムの間隔は、上記の場合＜５０ｍｍ
が選択されたが、比較的大きな平面の場合には、しかる
べく拡大される。
原則として言えることは、フィルム加熱素子１３．１７
の平面は、層列又は半導体ウェファ４の平面の少くとも
４倍に設定されているべきであると言うことである。特
に、層列に見られる結果として生じる半径方向温度勾配
は、５ｋよりも小さく保持されるべきである。
更に、フィルム加熱素子間の（ひいては層列における）
温度差が正確の調整されること、特に±２ｋの正確さで
あれば好都合である。
層列とフィルム加熱素子との間の良好な放射交換並びに
、０．２乃至０．５＋ｎｎ＋の厚さであれば好都合であ
るが黒鉛フィルムの小さな熱容量は、非常に正確且つ迅
速な温度制御及び調整を可能とする。
調整目的の為には、例えば、０．５１の直径のＮｉＣｒ
−Ｎｉ被覆された熱素子の様な第１温度センサ１４が、
層列と、上側フィルム加熱素子１３との間に自由に懸架
されている。この第１温度センサの短い反応時間は、既
知の構造のＰＩＤ調整装置によって実現される調整回路
の迅速性に役立っている。
層列内の温度測定は、第２温度センサ１５（第１温度セ
ンサ１４における熱素子に類似した）を介して行われる
のが合目的であるが、該第２温度センサは、おもり１６
内の深い半径方向に伸びる孔内に取付けられている。
第３図に基づく層列を用いて５４０℃以上の温度の真空
状態において合金コンタンクトを形成する場合、加熱率
は２０に７分、冷却率は６０に７分となる。
合金コンタンクト形成の為の上述の方法は、７７ｍｍま
での直径のシリコンから成る半導体基板において実施さ
れるが、該半導体基板は、各同じ直径を有するＭＯ（１
〜２．５　ｍｍの厚さ）から成るコンタンクト板へ材料
接合される。
〔発明の効果〕
全体として、発明により、接合面より下に位置する平坦
なｐｎ接合を危険にさらすことなく、電力用半導体用の
合金コンタンクトを容易に、迅速且つ確実に形成する方
法が提供される。
Ｓｉ　−半導体基板とＭｏコンタンクト板との接合の際
、上述の条件下に合金コンタンクトが得られるが、該合
金コンタンクトの半導体基板中へ及んでいる値は、１０
μｍより小さい。
【図面の簡単な説明】
第１図は、合金コンタンクトを有する比較的高い電力用
の半導体素子の既知の構造の断面図。 第２図は、合金コンタンクトを有するＧＴ○素子の部分
断面図。 第３図は、本発明の良好な実施例に基づき合金コンタン
クトを形成する為の層列を示す図。 参照番号リスト １．８・・・・・・冷却体 ２．７・・・・・・等価板（ｃｕ　） ３．６・・・・・・コンタンクト板（Ｍｏ）４・・・・
・・半導体基板 ５・・・・・・不動態縁 ９・・・・・・陰極コンタンクト １０・・・・・・絶縁層 １１・・・・・・ゲートコンタンクト １２・・・・・・接合層 １３．１７・・・・・・フィルム加熱素子１４．１５・
・・・・・温度センサ １６・・・・・・おもり １８・・・・・・支え ヨ飄盗ムー呈■ヒ１

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）１枚の円板状の半導体基板（４）の少なくとも一
    方の面に金属製コンタンクト板が接合される半導体素子
    、特に比較的大電力用の半導体素子の製造方法にして、
    前記製造方法は、 （ａ）前記半導体基板（４）と、前記その半導体基板へ
    接合されるべきコンタンクト板（６）との間にはんだか
    ら成る少くとも１つの層が配置されており、前記はんだ
    は、前記半導体基板（４）の半導体材料と共に共融合金
    を形成し、 （ｂ）コンタンクト板（６）、はんだ層及び半導体基板
    （４）から成る層列は、はんだ及び半導体材料からなる
    合金の共融温度より高い温度にまで加熱されるプロセス
    を包含しており、 （ｃ）前記層列の加熱は、真空状態における熱放射によ
    り行われ、 （ｄ）前記加熱の為には、パネル加熱素子（１３、１７
    ）が用いられ、前記パネル加熱素子の平面は、接合され
    るべき層列の平面よりも大きいことを特徴とする半導体
    素子の製造方法。
  2. （２）（ａ）前記層列は、２つの平行に配置されている
    パネル加熱素子（１３、１７）間において加熱され、 （ｂ）前記半導体基板（４）と、前記コンタンクト板（
    ６）との間の材料接合面は、前記パネル加熱素子（１３
    、１７）の平面に対し平行に方向づけされていることを
    特徴とする請求項第（１）に記載の方法。
  3. （３）（ａ）前記パネル加熱素子（１３、１７）は、導
    電性フィルム黒鉛であり、 （ｂ）前記両パネル加熱素子の加熱力（Ｐ＿１、Ｐ＿２
    ）は、調整されており、 （ｃ）この調整の為に、前記パネル加熱素子（１３、１
    ７）の一方と、前記層列との間に１つの第１温度センサ
    （１４）が設けられていることを特徴とする請求項（２
    ）に記載の方法。
  4. （４）（ａ）前記層列において、前記半導体基板（４）
    は、前記コンタンクト板（６）より上方に配置されてお
    り、 （ｂ）前記層列は、前記半導体基板（４）上に位置して
    いるおもり（１６）により荷重されており、 （ｃ）前記おもり（１６）内には、前記層列内の温度を
    測定する為の第２温度センサ（１５）が設けられている
    ことを特徴とする請求項（３）に記載の方法。
  5. （５）（ａ）前記半導体基板（４）は、シリコン（Ｓｉ
    ）から形成されており、 （ｂ）はんだとしては、アルミニウム（Ａｌ）が用いら
    れており、 （ｃ）前記コンタンクト板（６）は、モリブデン（Ｍｏ
    ）又はタングステン（Ｗ）から形成されていることを特
    徴とする請求項（４）に記載の方法。
  6. （６）（ａ）前記フィルム黒鉛の厚さは、０．２と０．
    ５ｍｍの間であり、 （ｂ）前記フィルム黒鉛の加熱面は、前記層列の平面の
    少くとも４倍であり、 （ｃ）６５０℃における真空状態は、１×１０＾−＾５
    ｍｂａｒよりも良好であり、 （ｄ）前記層列内の温度は、±２ｋの正確さで調整され
    ており、 （ｅ）前記層列に見られる温度の半径方向勾配は、５ｋ
    より小さく保持されており、 （ｆ）前記層列は、石英ガラスから成る１つのリング状
    支え（１８）によってセンタリングされることを特徴と
    する請求項（３）に記載の方法。
JP63075825A 1987-04-03 1988-03-29 半導体素子の製造方法 Pending JPS63261723A (ja)

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