NL8200561A - Werkwijze voor het neerslaan van een metaal. - Google Patents

Description

EHN 10.274 T

* -··» % N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

"Vferkwijze voor het neerslaan van een metaal."

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het neerslaan van een metaal op een warmtegeleidend substraat, waarbij het oppervlak van het substraat op tenminste êên plaats in een bad door een laserbundel bestraald wordt en het metaal uit het bad op die plaats op het 5 substraat wordt neergeslagen.

m de techniek worden werkwijzen, waarbij substraten van metaal? lagen warden voorzien, veelvuldig toegepast. Het gaat daarbij cm volledige of gedeeltelijke bedekking van een substraatoppervlak. Bij gedeeltelijke bedekking van een substraatoppervlak wordt bijvoorbeeld een 10 maskering van het substraatoppervlak toegepast, waardoor met metaal te bedekken delen van dat oppervlak worden vrijgelaten. Ook kan metaal op het gehele substraatoppervlak warden aangebracht en vervolgens bijvoorbeeld met behulp van een geschikte maskeringstechniek van plaatsen, waar het metaal niet gewenst is, worden verwijderd.

15 Een belangrijk probleem bij de gedeeltelijke bedekking van sub- straatcppervlakken net. iretaallagen zijn de kosten. Zowel bij gemaskeerd opbrengen als verwijderen van. het metaal, wordt over een relatief groot oppervlak metaal aangebracht waardoor vaak metaal terecht komt op plaatsen waar het niet gewenst is. Bovendien zijn de gebruikelijke masker ings-20 technieken vaak omslachtig en tijdrovend.

Het is bekend (zie i^opl. Phys. Letters 35 651-653 (1979)) cm ander vermijding van maskeringstechnieken op een warmte-isolerend substraat galvanisch metaal neer te slaan pp plaatsen,die door een laserbundel worden bestraald,en in de naaste omgeving van die plaatsen. De lo-25 kale metallisatie hangt waarschijnlijk samen met lokale warmte-ontwik-keling door bestraling met de laserbundel.

Het is echter van belang dat het, onder vermijding van maskerings-technieken, ook mogelijk wordt cm, al of niet galvanisch, plaatselijk metaal neer te slaan op een warmtegeleidend substraat. Een dergelijke 30 techniek is bijvoorbeeld van belang cm een halfgeleiderlichaam te kunnen monteren op een wanrrte-absorberend substraat (z.g. heatsink).

In het bovengenoemde artikel is vermeld dat metaal is neergeslagen pp een metallisch substraat ter plaatse waar dit substraat is be-·' 8200561 * EHN 10.274 2 straald met een laserbundel.

Bij experimenten die aan de uitvinding ten grondslag liggen is echter gebleken dat het metaal ook buiten de bestraalde plaatsen en hun naaste omgeving wordt neergeslagen en wel met een dikte die afneemt met 5' de afstand tot de bestraalde plaats, zodat een gewenste begrenzing van het neerslag niet gemakkelijk wordt verkregen.

Met de uitvinding wordt onder meer beoogd de homogeniteit van de dikte en de begrenzing van het metaalneerslag althans in belangrijke mate te verbeteren.

10 De uitvinding berust onder meer op het inzicht dat het gebrek aan selektiviteit waarschijnlijk samenhangt met het vaak hoge warmtege- -leidend vermogen van toegepaste substraten waardoor het effekt van de laserbundel zich van de bestraalde plaats sterk naar de niet-bestraalde omgeving van die plaats uitbreidt.

15 De in de aanhef vermelde werkwijze wordt volgens de uitvinding derhalve daardoor gekenmerkt, dat het metaal op een, zich althans ter plaatse van de bestraalde plaats en zijn niet-bestraalde omgeving bevindende, laag van het substraat wordt neergeslagen, welke laag een warmte-geleidingscoëfficiënt heeft die kleiner is dan de warmtegeleidingscoëffi-20 ciënt van het. aan de laag grenzende materiaal van het substraat.

Bij de werkwijze volgens de uitvinding blijft het neerslaan van metaal beperkt tot die plaatsen die door de laserbundel bestraald worden en hun naaste omgeving en is het metaalneerslag nagenoeg homogeen van dikte en begrensd.

25 De werkwijze volgens de uitvinding kan electroless worden uit gevoerd, bij voorkeur wordt het metaal echter langs galvanische weg neergeslagen.

Bijzonder goede resultaten qua selektiviteit worden verkregen indien de verhouding van de warmtegeleidingscoëfficiënten van de mate-30 rialen van de laag en van het aangrenzende substraat kleiner is dan de verhouding van de dikte van de laag en de diameter van de laserbundel.

Bij voorkeur wordt het substraat een platte vorm gegeven en strekt de laag zich althans langs één hoofdvlak van het substraat uit.

Een dergelijk substraat is in het algemeen eenvoudig te vervaar-35 digen en bovendien kan dan de laag elders op het substraat met voordeel worden toegepast bij een andere bewerkingsstap waarbij een lokale warmtebehandeling moet worden toegepast.

Waar de toepassing van het substraat voor halfgeleiderinrichting- 8200561 Λ i' PHN 10.274 3 en een werking als "heatsink" vereist, worden vaak koper of koperhoudende legeringen toegepast, bij voorbeeld koperzink-, kqpertin- en. koperzircoon-legeringen. Dergelijke materialen hebben een hoge warmtegeleidingscoëffi-ciënt en lenen zich, zonder meer, slecht voor seléktieve bedekking met g behulp van een laserbundel.

Bij voorkeur wordt de laag verkregen door neerslaan van een materiaal behorende tot de groep bestaande uit cobalt- en nikkelfosforlege-ringen, nikkelboorlegeringen en titaannitride. Hiermee worden gunstige resultaten bereikt wat betreft bijvoorbeeld het aanbrengen van voor half-geleiderinrichtingen noodzakelijke metalliseringsgebieden en wordt de werking van het substraat als heatsink niet nadelig beïnvloed.

Bij voorkeur wordt als metaal goud neergeslagen. Dit geschiedt bijvoorbeeld qp een nikkelfosforlaag. Het selektieve goudneerslag kan dan bijvoorbeeld warden toegepast voor het solderen van een halfgeleider-15 lichaam, dat bijvoorbeeld uit silicium bestaat, terwijl elders op het substraat de nikkelfosforlaag kan worden gebruikt voor externe verbindingen met delen van het halfgeleiderlichaam door aluminiumbonding.

De uitvinding zal nu worden toegelicht aan de hand van een voorbeeld en van bijgaande tekening.

2Q In de tekening stelt figuur 1 schematisch een aanzicht voor van een deel van een halfgeleider inrichting in een stadium van vervaardiging met behulp van de werkwijze volgens de uitvinding, stelt figuur 2 schematisch een doorsnede voor volgens de lijn II-II in figuur 1 van de halfgeleiderinrichting in dat stadium en 25 geeft figuur 3 schematisch een opstelling weer voor het uitvoe ren van de werkwijze volgens de uitvinding.

Bij de vervaardiging van de als voorbeeld gekozen halfgeleiderinrichting wordt uitgegaan van een warmtegeleidend substraat 1.. Een oppervlak 2 van het substraat 1 wordt op een plaats 3 in een bad bestraald 3Q door een laserbundel waarbij het metaal uit het bad op die plaats 3 op het substraat 1 wordt neergeslagen.

Het gevormde metaalneerslag is aangeduid met het verwijzings- cijfer 5.

Volgens de uitvinding wordt het metaal op een, zich althans ter 3g plaatse van de bestraalde plaats 3 en zijn niet-bestraalde omgeving bevindende, laag 7 van het substraat 1 neergeslagen, welke laag 7 een warmtegeleidingscoëfficiënt heeft die kleiner is dan de warmtegeleidings-coëfficiënt van het aan de laag 7 grenzende materiaal van het substraat 1.

8200561 EHN 10.274 4 *

Met behulp van de werkwijze volgens de uitvinding kan worden bereikt dat het metaalneerslag 5 nagenoeg beperkt blijft tot de door de laser bestraalde plaats 3 en zijn naaste omgeving hetgeen, bijvoorbeeld in het geval waarin selektief goud wordt neergeslagen, tot belangrijke 5' kostenbesparingen kan leiden.

Bij voorkeur wordt uitgegaan van een plat, bijvoorbeeld kamvor-mig, substraat met een dikte van 0,4 irm en tanden 4,6 en 9, en strekt de laag 7 zich langs het gehele oppervlak van het substraat uit.

Voor het substraat wordt bij voorkeur een koperzinklegering toe-10 gepast met bijvoorbeeld een samenstelling van 85 gewichts % koper en 15 gewichts % zink. Dit materiaal heeft een warmtegeleidingscoëfficiënt van ca. 0,38 cal/cm.sec. K bij een temperatuur van 20°C.

De laag 7 wordt bij voorkeur verkregen door het op een gebruikelijke wijze galvanisch dan wel electroless neerslaan van een nikkel-15 fosforlaag. Het materiaal van deze laag heeft een warmtegeleidingscoëfficiënt van ca. 0,01 cal/cm.sec. K bij een temperatuur van 20°C. De laag is bijvoorbeeld 4 ^um dik.

Het metaalneerslag 5 vordt verkregen door galvanische depositie (zie fig. 3) vanuit een goudbad 36 met bijvoorbeeld de samenstelling: 20 kaliumgoudcyanide KAu(CN) 2 1Q0g/l en citroenzuur C^HgO-, 100g/l, waarvan de pH met behulp van KOH op 5,6 is gesteld.

De voor de depositie benodigde spanning wordt geleverd door een potentiostatische spanningsbron 40, waarmee de spanning tussen het als kathode 39 geschakelde substraat en de referentie-elektrode 38 konstant 25 op 800 mV wordt gehouden door de spanning tussen de kathode 39 en een goudanode 37 te regelen . De te bestralen plaats van het substraat wordt met een 20W argonlaser 31 via een optisch lenzensysteem 32,33,35 en een sluiter 34 bestraald. De laserbundel heeft ter plaatse van de kathode een diameter van 100^um. De depositiesnelheid bedraagt ca. 2 ^uit/sek.

30 In het beschreven voorbeeld bedraagt de verhouding van de warmtegeleidingscoëfficiënten van de materialen van de laag 7 en van het aangrenzende substraat hetgeen belangrijk kleiner is dan de verhouding van dikte van de laag en de diameter van de laserbundel, die bedraagt.

35 Het metallische neerslag 5 heeft bijvoorbeeld een ronde vorm met een diamter van 300^um, is 4^um dik en bestaat uit goud. Op het neerslag 5 kan een halfgeleiderlichaam 8 van ongeveer dezelfde afmeting en eventueel met een van een goudlaag voorzien oppervlak op een gebruike- 8200561 *?= _ 4 ΕΉΝ 10.274 5 _______lijke wijze door solderen worden bevestigd. --------

In het halfgeleiderlichaam is reeds een schakelelement, bijvoorbeeld een transistor, gevormd. Het substraat 1 dient hier voor kontak-tering en warmte-afvoer van het halfgeleiderlichaam 8. Op het halfgelei-5 derlichaam reeds aanwezige kontaktplaatsen kunnen door aluminiumbonding met de laag 7 op de tanden 6 en 9 worden verbonden en na omhulling van de halfgeleiderinrichting worden de tanden 4,6 en 9 van elkaar gescheiden, deze tanden dienen voor uitwendige kontaktering van de halfgeleiderinrichting.

10 De werkwijze volgens de uitvinding is niet beperkt tot het ge geven voorbeeld doch kan binnen het kader van de uitvinding op vele wijzen warden gevarieerd. Bijvoorbeeld kan in plaats van goud, als metaal platina of iridium worden neergeslagen.

15 * 20 25 1 35 8200561

Claims (6)

1. 2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het metaal langs galvanische weg wordt neergeslagen.
2. 3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, net het kenmerk, dat de verhouding van de warmtegeleidingscoëfficiënten van de materialen van de laag en van het aangrenzende substraat kleiner is dan de verhouding van 16 de dikte van de laag en de diameter van de laserbundel.
3. 4. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het substraat een platte vorm wordt gegeven en de laag zich althans langs één hoofdvlak van het substraat uitstrekt.
4. 5. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, met het 20 kenmerk, dat als materiaal voor het substraat koper of koperlegeringen worden toegepast.
5. 6. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de laag wordt verkregen door neerslaan van een materiaal behorende tot de groep bestaande uit cobalt- en nikkelfosfor legeringen, 25 nikkelboorlegeringen en titaannitride.
6. 7. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat als metaal goud wordt neergeslagen. 30 1 8200561 *