CH645208A5

CH645208A5 - Verfahren zur herstellung von elektrischen kontakten an halbleiterbauelementen.

Info

Publication number: CH645208A5
Application number: CH1119578A
Authority: CH
Inventors: Allmen Martin Dr Von; Marc Dr Wittmer
Original assignee: Bbc Brown Boveri & Cie
Priority date: 1978-10-31
Filing date: 1978-10-31
Publication date: 1984-09-14
Also published as: JPS5561024A; DE2849716A1; US4281236A

Description

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Herstellung von elektrischen Kontakten an Halbleiterbauelementen, wobei zunächst eine Metallschicht auf die zu kontaktierende Oberfläche des Halbleiterbauelementes aufgebracht und anschliessend durch Erwärmung auf eine vorgegebene Temperatur gesintert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die zwecks Sinterung vorgenommene Erwärmung durch eine nur auf die Metallschicht (3) ausgerichtete Bestrahlung mit Laserlicht (4) erfolgt, dessen Energiedichte ausreicht, um die Metallschicht (3) und das Halbleitermaterial zum Schmelzen zu bringen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Laser (5) Licht (4) mit einer Frequenz liefert, bei der das Halbleitermaterial für das Laserlicht durchlässig ist, und dass die Bestrahlung der Metallschicht (3) von der der Metallschicht abgewandten Oberfläche des Halbleiterbauelements (1) erfolgt (Fig. 3).

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Halbleitermaterial Silizium und als Laser (5) ein COi-Laser verwendet wird.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von elektrischen Kontakten an Halbleiterbauelementen, wobei zunächst eine Metallschicht auf die zu kontaktierende Oberfläche des Halbleiterbauelementes aufgebracht und anschliessend durch Erwärmung auf eine vorgegebene Temperatur gesintert wird.

Die Herstellung derartiger Kontakte erfolgt heute insbesondere bei Siliziumbauelementen (Dioden, Transistoren, Thyristoren, integrierten Schaltungen usw.). Dabei wird ein dünner Film des entsprechenden Metalls auf die zu kontaktierende Siliziumoberfläche durch Aufdampfen, Aufsputtern oder durch elektrochemische Verfahren aufgebracht. Dann wird durch Sintern bei einer bestimmten Temperatur entweder - bei Verwendung von Platin, Palladium oder Nickel als Kontaktmetall - das entsprechende Silizid oder - bei Verwendung von Aluminium, Gold oder Silber - die entsprechende Siliziumlegierung erzeugt. Da bei den bekannten Verfahren das ganze Halbleiterbauelement zum Sintern erwärmt wird, darf eine vorgegebene maximale Temperatur nicht überschritten werden. Andernfalls würde die Struktur des Bauelementes zerstört werden. Nachteilig ist bei den bekannten Verfahren ferner, dass der Sintervorgang in einer inerten Atmosphäre durchgeführt werden muss.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art anzugeben, bei dem noch wesentlich höhere Sintertemperaturen zulässig sind als bei den derzeit bekannten Verfahren, ohne dass es zu einer Zerstörung der Halbleiterstruktur des Bauelementes kommt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst. Die weiteren Ansprüche enthalten besonders vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Merkmale.

Die Erfindung weist gegenüber bekannten Verfahren aber nicht nur den Vorteil auf, dass durch die lokale Erhitzung auch eine Kontaktfläche in der Nähe von wärmeempfindlichen Strukturen gesintert werden kann, sondern darüber hinaus kann die Sinterzeit kürzer gewählt und der Sintervorgang in Luft vorgenommen werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und mit Hilfe von Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 schematisch eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ;

Fig. 2 eine grafische Darstellung, die den Zusammenhang zwischen der Schichtdicke des Kontaktmetalls (Platin bzw. Palladium) und der jeweils für den Sintervorgang erforderlichen Energiedichte des Lasers wiedergibt;

Fig. 3 schematisch eine weitere Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens.

Fig. 4a und 4b eine Art Verfahren zur Kontaktierung eines Halbleiterbauelementes mit einem Kühlkörper.

In Fig. 1 ist mit 1 ein Halbleiterbauelement dargestellt, dessen 4 Zonen 2 jeweils mit einer Metallschicht 3, beispielsweise aus Palladium oder Platin versehen sind. Die Bildung der entsprechenden Silizide (PdiSi, Pt Si) erfolgt durch Bestrahlung der Metallschicht 3 mit intensivem Laserlicht

4. Dieses wird von einem gepulsten Laser 5 geliefert, der mit einer optischen Ablenkvorrichtung 6 gekoppelt ist, die ihrerseits beispielsweise mechanisch oder elektronisch gesteuert werden kann.

Beim Bestrahlen der Metallschicht 3 schmilzt diese als auch dünnere Schicht des darunterliegenden Siliziums. Gleichzeitig findet eine Interdiffusion von Silizium und Metall statt. Beim Abklingen des Laserpulses beginnt die geschmolzene Schicht sich abzukühlen. Wenn der Schmelzpunkt des Metall-Silizium-Gemisches unterschritten wird, erstarrt das Material. Es entstehen die entsprechenden Silizide bzw. bei Verwendung von Gold, Silber und Aluminium die entsprechenden Legierungen.

Um die zum Schmelzen der Metallschicht 3 erforderlichen Energiedichte des Laserlichtes zu erhalten, ist es notwendig, gepulste Laser zu verwenden. Dabei ist zu beachten, dass mit zunehmender Dicke der Metallschicht 3 auch die Energiedichte des Laserlichtes zunehmen muss. In Fig. 2 wurde dieser Zusammenhang für die Metalle Palladium und Platin dargestellt. Dabei wurde ein Nd: YAG-Laser verwendet, wie er im Handel erhältlich ist. Die Pulsdauer betrug 18 ns.

Kontaktflächen kleiner als 1 cm2 können mit einem einzigen Laserimpuls gesintert werden, grössere Flächen können durch mehrere Pulse kombiniert mit einer optischen Ablenkung des Laserstrahls überstrichen werden.

Durch die Verwendung von C02-Laser kann der Metallkontakt auch von der Rückseite des Bauelementes her gesintert werden, da Silizium für COi-Laserlicht transparent ist. Eine derartige Anordnung ist in Fig. 3 schematisch dargestellt (die Bedeutung der Bezugszeichen 1 bis 6 entspricht derjenigen von Fig. 1). insbesondere ist es mit diesem Verfahren möglich, mit C02-Laserlicht von der Rückseite her Halbleiterbauelemente mit Hilfe eines Metall-Silizium-Eutektikums (z.B. Gold-Silizium oder Aluminium-Silizium) direkt mit einer metallischen Kühlfläche (z.B. Kupfer oder Aluminium) zu kontaktieren. Ein derartiges Verfahren soll mit Hilfe der Figuren 4a und 4b erklärt werden:

Fig. 4b zeigt ein Siliziumbauelement 7, auf das eine etwa 2 bis 4 [im dicke Goldschicht 8 aufgebracht ist, sowie einen beispielsweise aus Kupfer bestehenden Kühlkörper 9, der ebenfalls eine Goldschicht 10 aufweist, die etwa 1 bis 2 um dick sein kann. Das Siliziumbauelement und der Kühlkörper werden derart aufeinandergelegt, dass sich die Goldschichten 8 und 10 berühren. Durch die in Fig. 4b dargestellte Bestrahlung mit COa-Laserlicht 11 erfolgt dann die Kontaktierung des Bauelementes mit dem Kühlkörper 9. Dieser dient später ebenfalls als Anschlusspunkt einer Elektrode des Bauelementes 7.

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2 Blatt Zeichnungen