DE2849716A1

DE2849716A1 - Verfahren zur herstellung von elektrischen kontakten an halbleiterbauelementen

Info

Publication number: DE2849716A1
Application number: DE19782849716
Authority: DE
Inventors: Martin Von Dr Allmen; Marc Dr Wittmer
Original assignee: BBC BROWN BOVERI and CIE; BBC Brown Boveri AG Switzerland
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1978-10-31
Filing date: 1978-11-16
Publication date: 1980-05-14
Also published as: CH645208A5; JPS5561024A; US4281236A

Description

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Verfahren zur Herstellung von elektrischen Kontakten an Halbleiterbauelementen

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 c durch Erwärmung auf eine vorgegebene Temperatur gesintert wird.

Die Herstellung derartiger Kontakte erfolgt heute insbesondere bei Siliziumbauelementen (Dioden, Transistoren, Thyristoren, integrierten Schaltungen etc.)· Dabei wird ein dünner Film des entsprechenden Metalls auf die zu kontaktierende Silizium-

-j_Q Oberfläche 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

"Lc- 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

2Q 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.

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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 darüberhinaus 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 er— findungsgemässen 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 Verwendung des erfindungsgemässen Verfahrens zur Kontaktierung des Halbleiterbauelementes mit einem Kühlkörper.

In Fig. 1 ist mit 1 ein Halbleiterbauelement dargestellt, dessen 4 Zonen 2 jeweils mit einer Metallschicht 3, beispiels-

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weise aus Palladium- oder Platin versehen sind. Die Bildung der entsprechenden Suizide (Pd_?Si, 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 eine 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 Suizide bzw. bei Verwendung von Gold, Silber und Aluminium die entsprechenden Legierungen.

Um die zum Schmelzen der Metallschicht 3 erforderliche Energiedichte des Laserlichtes zu erhalten ist es notwendig, gepulste Laser zu verwenden. Dabei ist zu beachten, dass nit 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.

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Kontaktflächen kleiner als 1 cm 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 CO -Laser kann der Metallkontakt auch von der Rückseite des Bauelementes her gesintert werden,

5erlicht transpar

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da Silizium für C0_p-Laserlicht transparent ist. Eine derartige

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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 möglich₅ mit COp-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. 4a) zeigt ein Siliziumbauelement 7₃ auf das eine etwa bis 4 um dicke Goldschicht 8 aufgebracht ist, sowie einen beispielsweise aus Kupfer bestehenden Kühlkörper 9, der ebenfalls eine Goldschicht 10 aufweist₃ 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 COp-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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Claims

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142/76

BBG Aktiengesellschaft 18.10.1978

Brown, Boveri & Cie. - P/Ps

Baden/Schweiz

Patentansprüche

Ij 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 Halbleiterbauelementes (1) erfolgt (Fig. 3)·
3· Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Halbleitermaterial Silizium und als Laser (5) ein CO -Laser verwendet wird.
4. Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 2 oder 3 zur Kontaktierung des Halbleiterbauelementes (7) mit einem Kühlkörper (9).

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ORIGINAL INSPECTED