DE2829917A1 - Verfahren zum herstellen von halbleiterbauelementen - Google Patents

Verfahren zum herstellen von halbleiterbauelementen

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Semikron GmbH and Co KG
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Description

  • VERFAHREN ZUM HERSTELLEN VON HALBLEITERBAUELEMENTEN
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Halbleiterbauelementen mit den Merkmalen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Im Rahmen der Fertigung von Halbleiterbauelementen werden im Anschluß an die Erzeugung von Schichten unterschiedlichen Leitungstyps in Halbleiterkörpern auf deren Kontaktflächen metallische Uberzüge als Kontaktschichten zu ihrer Verbindung mit Stromleiterteilen aufgebracht.
  • Es ist bekannt, derartige Überzüge durch Aufdampfen der dafür vorgesehenen Kontaktmetalle auf die entsprechenden Kontaktflächenbereiche und durch Legieren mit der Unterlage aus Halbleitermaterial herzustellen. Diese Methode erfordert erheblichen Materialeinsatz sowie hohen Arbeits- und Vorrichtungsaufwand beim Aufdampfen und erlaubt häufig nicht die gewünschte rationelle Groß-Serienherstellung von Halbleiterbauelementen.
  • Die weiterhin bekannte und im Vergleich zur Aufdampfmethode rationellere chemische Abscheidung der Kontaktmetalle ist im wesentlichen auf das Aufbringen von Nickel, Silber oder Gold beschränkt. Sie macht eine aufwendige Vorbehandlung des Halbleiterausgangsmaterials und, zur Erzielung gewünschter Kontaktflächenstrukturen, zusätzliche Maskierungsprozesse notwendig.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen von Halbleiterbauelementen zu schaffen, bei dem mit einem Minimum an Kontaktmaterial, an Verfahrensschritten und Vorrichtungen als Kontaktschichten dienende, metallische Überzuge auf vorbereiteten Halbleiterkörpern in beliebiger Flächenform und -ausdehnung erzeugt werden können.
  • Die Lösung dieser Aufgabe besteht bei Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 in dessen kennzeichnenden Merkmalen.
  • Weiterbildungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen gekennzeichnet.
  • Die nach der Erfindung vorgesehenen Kontaktmetalle sind im Handel in Pulverform mit gewünschter Korngröße und in ausreichender Reinheit erhältlich. An ihre physikalischen Eigenschaften sind keine besonderen Anforderungen zu stellen. Entsprechend der jeweils vorgesehenen Verwendung der Kontaktmetalle kann eine Vorbehandlung derselben zu ihrer Aktivierung, d.h. zur Begünstigung ihrer Reaktion bei der Bildung der gewünschten Überzüge, z.B. mit Hilfe einer Ätzbehandlung, erforderlich sein.
  • Die Wahl der Kontaktmetalle, und bei Mischung von mehreren auch ihr jeweiliger Anteil, ist abhängig von den gewünschten physikalischen Eigenschaften der Überzüge sowie, entsprechend dem vorgesehenen Verfahrensablauf, teilweise auch von ihrer gegenseitigen Reaktion und von ihrer Reaktion mit dem jeweiligen Halbleitermaterial. Es ist nicht erforderlich, daß bei Ueberzugen aus mehreren Metallen im Verlauf der Wärmebehandlung sämtliche Komponenten in flüssiger Phase vorliegen. So können hochschmelzende Metalle auch nach Durchführung der Wärmebehandlung kornförmig und fein verteilt in dem vorgesehenen metallischen Uberzug vorhanden sein. Das Verfahren nach der Erfindung ermöglicht überraschend einfach, daß die bei den vorgesehenen Verfahrenstemperaturen nicht schmelzenden Metalle mit den niederschmeizenden Metallen einen festen und mechanisch stabilen überzug auf der Halbleiteroberfläche bilden, wobei gerade die hochschmelzenden Materialien in Abhängigkeit von ihren Anteilen wesentlich zur Erzielung spezieller Eigenschaften der gewünschten Uberzüge beitragen können.
  • Beispielsweise bildet sich bei Verwendung der Komponenten Molybdän, Aluminium und Silber im Verlauf der Wärmebebandlung ein ternäres System mit durch die Komponenten und deren Anteile bestimmten, mechanischen und elektrischen Eigenschaften.
  • Zur Herstellung einer Mischung aus wenigstens einem Kontaktmetall und-aus einer Trägersubstanz können für die letztere Stoffe aus der Gruppe der Carbonyle verwendet werden, bei welchen Metalle mit Kohlenstoff und Sauerstoff koordinativ gebunden sind. Besonders vorteilhaft sind solche Verbindungen dieser Grupper deren Metallkomponente gleichzeitig als Komponente der vorgesehenen Kontaktmetallverbindung für die metallischen Überzüge nach der Erfindung geeignet ist. Die Carbonyle zersetzen sich bei Erwärmung in reduzierender Atmosphäre, und die dabei freiwerdenden Metalle reagieren aktiv mit der oder den in Pulverform vorliegenden Metallkomponenten.
  • Weiter können organische Stoffe aus der Gruppe der Kohlenhydrate, z.B. Celluloseverbindungen, zur Herstellung der Trägersubstanz verwendet werden. Vorteilhaft eignen sich solche Stoffe, die bei Verfahrenstemperaturen bis 400 C rückstandsfrei verarbeitbar sind.
  • Als Lösungsmittel für Carbonyle können beispielsweise Äther, Benzol, Metanol, Chloroform verwendet werden, und für Celluloseverbindungen ist beispielsweise Äthylacetat geeignet.
  • Als Trägersubstanz sind weiter flüssige Phasen von Metallen geeignet, die mit dem Halbleitermaterial bei entsprechenden Verfahrenstemperaturen eine Legierungsverbindung bilden.
  • Besonders vorteilhaft haben sich flüssige Phasen mit Gold, insbesondere eine solche aus 80 Gewichtsprozent Gold und 20 Gewichtsprozent Zinn erwiesen, der noch ein oder mehrere, mit der Trägersubstanz legierende oder in dieser nicht schmelzend verbleibende Kontaktmetalle beigemischt werden können.
  • Die Viskosität der Trägersubstanz wird durch die vorgesehene Methode der Aufbringung auf die Haibleiteroberfläche, z.B.
  • Aufstreichen, Aufsprühen oder Siebdruck, bestimmt und ist unkritisch.
  • Im Verlauf der Wärmebehandlung nach dem Aufbringen der z.B.
  • ein in Alkohol gelöstes Carbonyl enthaltenden Mischung aus Trägersubstanz und Kontaktmetall(en) auf die Halbleiteroberfläche verdampft zunächst das Lösungsmittel. Bei ansteigen- der Temperatur wird das Metall des Carbonyls reduziert, und schließlich erfolgt entsprechend der vorgegebenen Temperatur der Sinter- bzw. Legierungsprozess der Metallkomponenten zu ihrer festen Verbindung miteinander und mit dem Halbleitermaterial. Dabei kann auch eine der Metallkomponenteh unverändert kornförmig verbleiben. Aufgrund des höheren spezifischen Gewichts der nichtschmelzenden Materialien gegenüber weiteren Komponenten der Mischung erfolgt nach dem Aufbringen derselben auf die Halbleiteroberfläche eine Sedimentation, so daß die unmittelbar an die Unterlage angrenzende Schicht der Mischung sämtliche vorgesehenen Metalle enthält. Ein eventuell auf dem Überzug verbleibender Rest der Trägersubstanz stört bei der anschließenden Weiterverarbeitung des mit metallischen Überzügen versehenen Halbleiterkörpers nicht.
  • Soll beispielsweise eine Kontaktschicht aus den Metallen Silber, Wolfram und Nickel hergestellt werden, so kann Nikkel in Form von Nickelcarbonyl vorliegen, und die beiden weiteren Metalle werden in Pulverform beigegeben. Zunächst wird Nickelcarbonyl in solcher Menge in einem der genannten Lösungsmittel gelöst, daß der gewünschte Anteil von Nickel in dem vorgesehenen metallischen Überzug gewährleistet ist. Dieser kann zum Beispiel aus 10 Gewichtsprozent Nickel, 20 Gewichtsprozent Silber und 70 Gewichtsprozent Wolfram bestehen. Danach werden die pulverförmigen Komponenten zugesetzt, und über die bedarfsweise Zugabe von Lösungsmittel wird z.B. eine pastenförmige Mischung hergestellt, die nach bekannter Siebdrucktechnik auf die Hälbleiteroberfläche aufgebracht werden kann Der resultierende Überzug weist: aufgrund des hohen Anteils an Wolfram hohe Festigkeitseigenschaften und speziell eine Wärmedehnzahl auf, welche annähernd derjenigen von-Silizium entspricht.
  • Die Trägersubstanz kann gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel auch aus einer Lösung aus Äthylcellulose und 2(2-butoxyaethoxy) äthylacetat mit einem Celluloseanteil von 2 bis 6 Gewichtsprozent gebildet werden, welcher z.B. 50 bis 90 Gewichtsprozent Wolfram oder Molybdän, 30 bis 5 Gewichtsprozent Silber und 20 bis 5 Gewichtsprozent Aluminium jeweils in Pulverform beigegeben, d.h. in ihr aufgeschlämmt sind.
  • Das beim Siebdruckverfahren verwendete Sieb ist bereits entsprechend der Flächenstruktur ausgebildet, welche auf den in Betracht kommenden Halbleiteroberflächen beschichtet werden soll, so daß keine besonderen Maßnahmen zur Herstellung und Einhaltung einer gewünschten Schichtengeometrie auf den Halbleiteroberflächen erforderlich sind. Nach dem Aufbringen der Mischung oder der Mischungen in einer oder mehreren Schichten auf der jeweiligen Halbleiteroberfläche - das kann gleichzeitig an einer nur durch die Abmessungen der Siebdruckvorrichtung bestimmten Anzahl von Halbleiterkörpern erfolgen - werden die Halbleiterkörper vorzugsweise auf ihrer Unterlage z.B. in einen Durchlaufofen eingebracht und der zur Bildung eines Legierungs- oder Sinterprozesses notwendigen Temperaturbehandlung unterworfen.
  • Die Vorteile des Verfahrens nach der Erfindung bestehen darin, daß die metallischen Überzüge in jeder gewünschten Flächenstruktur geometriegenau ohne aufwendige Maskierungsprozesse erzielbar sind, daß weniger Verfahrensschritte sowie weniger und kostengünstigere Verfahrenseinrichtungen erforderlich sind im Vergleich zu den bekannten Verfahren, daß für die Durchführung des Verfahrens keine Arbeitskräfte mit spezieller Ausbildung benötigt werden, daß Schichten in beliebiger Anzahl mit gewünschten Eigenschaften in gewünschter Dicke herstellbar sind, und daß jede gewünschte Fertigungskapazität in gleicher Qualität der vorgesehenen Überzüge erreichbar ist.

Claims (20)

  1. PATENTANSPRÜCHE Verfahren zum Herstellen von Halbleiterbauelementen, bei dem durch Aufbringen je#w#eils wenigstens eines Kontaktmetalls auf Oberflächen eines Halbleiterkörpers und durch anschließende Wdrmebehandlung jeweils ein als Kontaktschicht des Halbleiterkörpers dienender und mit diesem fest verbundener metallischer Uberzug erzeugt wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c n e daß das oder die Kontaktmetalle in Pulverform mit einer Trägersubstanz hochviskos gemischt werden, daß wenigstens eine derartige Mischung in mindestens einer Schicht gemäß der jeweils vorgesehenen Kontaktschichtengeometrie auf die Halbleiteroberfldchen aufgebracht wird, und daß in der anschließenden Wärmebehandlung jeweils die Kontaktmetalle jeder Halbleiteroberfläche gegenseitig und mit dem Halbleitermaterial flächenhaft fest verbunden werden.
  2. 2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kontaktmetalle Aluminium, Silber, Gold, Kupfer, Nickel, Palladium, Wolfram, Molybdän, Titan oder Chrom jeweils einzeln oder in Form einer Mischung oder Legierung aus ihnen oder mit ihnen verwendet werden.
  3. 3.) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktmetalle in Form von Metallpulver mit einer Korngröße bis 50 um verwendet: werden.
  4. -1 4.) Verfahren nach einem der Anspruche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Trögersubstanz zum Mischen mit pulverförmigen Kontaktmetallen eine Lösung eines Carbonyls verwendet wird.
  5. 5.) Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Carbonyl verwendet wird, dessen Metallkomponente gleichzeitig als Kontaktmetall geeignet ist.
  6. 6.) Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Carbonyl in einer organischen Flüssigkeit, beispielsweise in Äther, Benzol, Metanol oder Chloroform gelöst wird.
  7. 7.) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Trägersubstanz zum Mischen mit pulverförmigen Kontaktmetallen eine Lösung einer organischen Substanz aus der Gruppe der Kohlenhydrate verwendet wird.
  8. 8.) Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kohlenhydrat verwendet wird, welches bei Temperaturen bis ca.
    0 400 C rückstandsfrei verarbeitbar ist.
  9. 9.) Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Kohlenhydrat in Äthylacetat gelöst wird.
  10. 10.) Verfahren nach einen der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Trdgersubstanz eine flüssige, mit dem Halbleitermaterial legierbare Phase von Metallen verwendet wird.
  11. 11.) Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Trdgersubstanz eine flüssige Phase mit Uberwiegendem Anteil an Gold, beispielsweise eine flüssige Phase aus Gold und Zinn mit 80 Gewichtsprozent Gold und 20 Gewichtsprozent Zinn verwendet wird.
  12. 12.) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine für das Aufbringen mittels Siebdruck geeignete Mischung hergestellt wird.
  13. 13.) Verfahren nach einem der Anspruche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine zum Aufstreichen oder Aufsprühen geeignete Mischung hergestellt wird.
  14. 14.) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß Kontaktmetalle zur Erzeugung von weichlötbaren Ueberzugen verwendet werden.
  15. 15.) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß Kontaktmetalle zur Erzeugung von hartlötbaren Uberzügen verwendet werden.
  16. 16.) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß Ueberzüge aus zwei oder mehr Teilschichten gleicher oder unterschiedlicher Zusammensetzung und/oder Dicke aufgebracht werden.
  17. 17.) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß Ueberzüge oder Teilschichten derselben erzeugt werden, deren Eigenschaften denen angrenzender Bauteile angepaßt sind.
  18. 18.) Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß Uberzüge erzeugt werden, deren mechanische Eigenschaften, zumindest in der entsprechend angeordneten Teilschicht, denen des Halbleitermaterials angepaßt sind.
  19. 19.) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktmetalle und das Halbleitermaterial durch Legieren gegenseitig fest verbunden werden.
  20. 20.) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktmetalle und das Halbleitermaterial durch Sintern gegenseitig fest verbunden werden.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2492164A1 (fr) * 1980-10-15 1982-04-16 Radiotechnique Compelec Procede de realisation simultanee de liaisons electriques multiples, notamment pour le raccordement electrique d'une micro-plaquette de semiconducteurs
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