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DE1090327B - Verfahren zur Herstellung von Elektrodenanschluessen bei Halbleiteranordnungen mit wenigstens einer Legierungselektrode - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Elektrodenanschluessen bei Halbleiteranordnungen mit wenigstens einer Legierungselektrode

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DE1090327B
DE1090327B DEP20209A DEP0020209A DE1090327B DE 1090327 B DE1090327 B DE 1090327B DE P20209 A DEP20209 A DE P20209A DE P0020209 A DEP0020209 A DE P0020209A DE 1090327 B DE1090327 B DE 1090327B
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Germany
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electrode
semiconductor
easily solderable
semiconductor body
plating
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Application number
DEP20209A
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English (en)
Inventor
John Roschen
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Maxar Space LLC
Original Assignee
Philco Ford Corp
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Publication date
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Description

DEUTSCHES
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Elektrodenanschlüssen bei Halbleiteranordnungen mit wenigstens einer Legierungselektrode aus einem nicht leicht lötbaren Material, wobei diese Elektroden selektiv mit einem leicht lötbaren Metall 5 plattiert werden.
Der Erfindung liegt das bei der Herstellung derartiger Halbleiteranordnungen, beispielsweise bei der Herstellung von Transistoren, sich ergebende Problem zugrunde, die erforderlichen Zuleitungen an die aus dem nicht leicht lötbaren Material bestehenden Elektroden anzulöten. Ein Beispiel für derartige Halbleiter ist der Siliziumlegierungstransistor, bei dem Aluminium der Oberfläche eines Siliziumkörpers einlegiert wird.
Bei Halbleiteranordnungen dieser Art mit schwer lötbaren Elektroden ist es erforderlich, die Elektroden mit einem Überzug aus einem leicht lötbaren Material, beispielsweise aus Nickel, zu versehen. Bisher war es zu diesem Zweck erforderlich, den Überzug der Elektrode im Strahlplattierverfahren aufzubringen, wobei das Strahlplattieren lokalisiert erfolgen mußte, um eine Aufbringung des leicht lötbaren Materials an anderen Stellen des Halbleiterkörpers zu vermeiden. Obwohl das Strahlplattierverfahren für manche Zwecke sehr gut geeignet ist, ist seine Verwendung zum selektiven Plattieren der Elektroden von Halbleitern nicht völlig zufriedenstellend. Vor allem ist es für den vorliegenden Zweck zeitraubend und kostspielig und daher zur Massenherstellung billiger Transistoren ungeeignet. Demgegenüber wird mit dem Verfahren nach der Erfindung ein einfaches, wirtschaftliches und wirkungsvolles Verfahren zum selektiven Plattieren derartiger Elektroden mit einem leicht lötbaren Überzug geschaffen.
Diesem liegt die Erkenntnis zugrunde, daß man das selektive Aufbringen des leicht lötbaren Materials auf die Elektrode in einfacher und wirkungsvoller Weise durch Eintauchen des Halbleiterkörpers in ein geeignetes Bad erzielen kann, sofern die übrige Oberfläche des Halbleiterkörpers durch einen hinreichend dicken Oxydfilm gegen eine Abscheidung des leicht lötbaren Materials geschützt wird. Dabei ergab" es sich, daß dieser schützende Oxydüberzug keinen eigenen Verfahrensschritt erfordert, da er bei der üblichen Herstellung der Halbleiteranordnung ohnehin auftritt.
Das Verfahren nach der Erfindung wird so ausgeführt, daß zunächst der Halbleiterkörper mit den auf legierten Elektroden mit einem Oxydfilm hinreichender Dicke überzogen wird, um eine Auf- 5c bringung des leicht lötbaren Metalls auf den Halbleiterkörper zu verhindern, daß dann die Elektrode zur Aufnahme des leicht lötbaren Metalls geeignet vorbehandelt wird und daß schließlich der Halbleiter Verfahren zur Herstellung
von Elektrodenanschlüssen
bei Halbleiteranordnungen mit wenigstens einer Legierungselektrode
Anmelder:
Philco Corporation,
Philadelphia, Pa, (V. St. A.)
Vertreter: Dipl.-Ing. C. Wallach, Patentanwalt,
München 2, Kaufingerstr. 8
Beanspruchte Priorität:
V. St v. Amerika vom 25. Februar 1957
John Roschen, Hatboro, Pa. (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden
in ein das leicht lötbare Metall enthaltendes Bad bei einer solchen Temperatur und während einer solchen Zeitdauer eingetaucht wird, die ausreichen, um eine Plattierung des leicht lötbaren Metalls auf der Elektrode zu erzeugen, ohne daß der schützende Oxydfilm aufgelöst wird, worauf der Halbleiterkörper gespült und getrocknet wird.
Durch die Erfindung wird die Herstellung der Lötverbindung zwischen den Zuleitungen und den Elektroden aus nicht leicht lötbarem Material wesentlich vereinfacht. Statt des komplizierten, zeitraubenden und kostspieligen Strahlplattierverfahrens wird der Überzug aus leicht lötbarem Material bei dem Verfahren gemäß der Erfindung durch einen einfachen Eintauchprozeß auf die Elektrode aufgebracht, während die Selektivität der Plattierung durch den Oxydüberzug auf den übrigen Teilen des Halbleiterkörpers gewährleistet ist.
Vor Aufbringen des Überzugs auf dem leicht lötbaren Metall kann die Elektrode beispielsweise geschabt oder geätzt werden.
Vorteilhaft kann bei dem Verfahren nach der Erfindung als leicht lötbares Material Zink verwendet werden, wobei der Halbleiter in eine Zink enthaltende Lösung getaucht wird.
Weitere Vorteile und mögliche Weiterbildungen des Verfahrens nach der Erfindung ergeben sich durch die folgende Beschreibung von Ausführungs-
009 610/305
beispielen in Verbindung . mit Siliziumlegierungstransistoren.
Der hinreichend dicke Oxydfilm auf dem Halbleiterkörper entsteht, wie bereits erwähnt, schon bei dem üblichen Herstellungsverfahren eines Siliziumlegierungstransistors. Falls ein derartiger Film nicht bereits vorhanden ist, kann er in einfacher Weise dadurch erzeugt werden, daß man die Siliziumoberfläche bei erhöhter Temperatur Medien, wie z. B. Sauerstoff, Sauerstoff und Wasser oder Stickstoff und Wasser, aussetzt. Beispielsweise kann der Film in einfacher Weise durch Tempern des Siliziumkörpers bei 500° C 1 Minute lang in einer Luftatmosphäre erzeugt werden.
Ein bevorzugtes Verfahren, die Elektrodenoberflächen zur Annahme des Plattierungsmaterials geeignet vorzubehandeln, besteht darin, daß die Elektrodenoberflächen geschabt werden und der Halbleiter sodann in ein Salzsäurebad getaucht und mit Wasser gespült wird, um jeden Film von diesen Oberflächen zu entfernen. Das Schaben der Elektrodenoberflächen kann durch Abkratzen der Oberflächen mit einer feinen Metallnadel von Hand oder durch eine geeignete automatische Vorrichtung erfolgen.
Es können auch an Stelle des genannten mechanischen Verfahrens die Elektrodenoberflächen einfach mit Salzsäure geätzt und sodann gespült werden.
Ferner kann auf die Elektrodenoberflächen nach dem Ätzen auf chemischem Wege Zink aufgebracht werden. Dabei verläuft das Plattieren im Bad auf einer mit Zink behandelten Oberfläche schneller. Ein längeres Verbleiben in einem Zinkplattierungsbad sollte jedoch vermieden werden, da dies zu einer Entfernung des Oxydfilms auf dem Halbleiterkörper und zur Bildung einer Plattierung auf diesem führen kann. Im folgenden wird ein geeignetes Zinkplattierungsbad mit Behandlungsvorschrift angegeben:
ZnS O4 · 7 H2O 756 g pro Liter
HF (48%) 3,5 Volumprozente
Temperatur 77° F = 22,5° C
Zeit IV2 Minuten
Spülen Wasser (30 Sekunden)
40
45
Während in manchen Fällen der Oxydfilm von den Elektrodenoberflächen durch ein Ätzverfahren beseitigt werden kann, ist dies nicht zulässig, wenn die Elektrodenoberflächen einen Siliziumoxydfilm von erheblicher Dicke haben. Das hat seinen Grund darin, daß eine Ätzung, die diesen Film beseitigt und die Oberflächen zum Plattieren vorbereitet, gleichzeitig auch den Oxydfilm vom Siliziumkörper des Halbleiters entfernen würde. Deshalb ist es vorzuziehen, die Elektrodenoberflächen abzuschaben, um den darauf befindlichen Film aufzulockern und sodann eine Ätzung vorzunehmen, welche den Film von diesen Oberflächen entfernt, ohne gleichzeitig den Oxydfilm auf dem Siliziumkörper wesentlich anzugreifen.
Schließlich sollte das Badplattieren des leicht lötbaren Materials innerhalb kurzer Zeit nach der Behandlung der Elektrodenoberflächen erfolgen, solange diese frei von jedem Film sind. Versuche mit Siliziumlegierungstransistoren haben gezeigt, daß ein alkalisches Plattierungsbad einem sauren Plattierungsbad vorzuziehen ist, da bei einem sauren Bad die Zeit- und Temperaturbedingungen ziemlich kritisch sind und die Tendenz zur Bildung eines flockigen Niederschlages durch Bildung von Aluminiumhydroxyd besteht.
Für Siliziumlegierungstransistoren hat die hier angegebene übliche alkalische Plattierungslösung gute Ergebnisse geliefert:
NICl2-OH2O , 30g
NaH2PO2-H2O 10g
(NHJ2HC6H5O7 65g
NH4Cl 50 g
Auf 11 mit H2O auffüllen.
NH4OH bis zu einem pH-Wert 8 bis 9 zugeben.
Längeres Eintauchen in das alkalische Bad ist zu vermeiden, da dies eine Auflösung des Oxydfilms auf der Siliziumoberfläche mit folgender Abscheidung von Nickel auf dieser Oberfläche bewirken könnte. Ausgezeichnete Ergebnisse wurden bei einer Eintauchdauer von 2 Minuten und einer Badtemperatur von angenähert 92° C erzielt; jedoch haben sich auch bei Temperaturen von 90 bis 97° C und Eintauchdauern von einer halben Minute bis 2V2 Minuten zufriedenstellende Ergebnisse ergeben.
Innerhalb von 2 Minuten nach Zugabe des Ammoniumhydroxyds werden die Halbleiterkörper in die Lösung eingetaucht, vorzugsweise 2 Minuten lang. Nach dem Herausnehmen werden sie zur Beseitigung der Plattierungssalze in fließendem Wasser gespült. Zweckmäßig werden sie schließlich noch in Äthylalkohol ungefähr 30 Sekunden lang zur Entfernung rückständiger Salze und zur Beschleunigung des Trocknens gespült.
Selbstverständlich kann bei dem Verfahren nach der Erfindung auch jedes andere geeignete Plattierungsmaterial verwendet werden, wie z. B. neben Nickel, Kobalt und Kobaltnickellegierungen.
Wie bereits erwähnt, ist das Verfahren gemäß der Erfindung wesentlich einfacher und weniger kostspielig als das bisher verwendete Strahlplattierungsverfahren. Nach diesem Verfahren kann das Plattieren der Elektroden von Halbleitern partienweise ausgeführt werden, da es möglich ist, eine beträchtliche Anzahl von Halbleitern gleichzeitig im Bad zu plattieren. Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, daß es infolge der ausgezeichneten Haftung der Plattierung an den Elektroden bessere Erzeugnisse liefert. Zugspannungstests haben ergeben, daß die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Lötanschlüsse viel höheren Zugspannungen standhalten als die nach dem Strahlplattierungsverfahren hergestellten.

Claims (4)

Patentanspboche:
1. Verfahren zur Herstellung von Elektrodenanschlüssen bei Halbleiteranordnungen mit wenigstens einer Legierungselektrode aus einem nicht leicht lötbaren Material, insbesondere bei Siliziumlegierungstransistoren mit Elektroden aus AIuminium-Silizium-Eutektikum, wobei diese Elektroden selektiv mit einem leicht lötbaren Metall plattiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst der Halbleiterkörper mit den auflegierten Elektroden mit einem Oxydfilm hinreichender Dicke überzogen wird, um eine Aufbringung des leicht lötbaren Metalls auf den Halbleiterkörper zu verhindern, daß dann die Elektrode zur Aufnahme des leicht lötbaren Metalls geeignet vorbehandelt wird und daß schließlich der Halbleiterkörper in ein das leicht lötbare Metall enthaltendes Bad bei einer solchen Temperatur und während einer
solchen Zeitdauer eingetaucht wird, die ausreichen, um eine Plattierung des leicht lötbaren Metalls auf der Elektrode zu erzeugen, ohne daß der schützende Oxydfilm aufgelöst wird, worauf der Halbleiterkörper gespült und getrocknet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode zur Vorbehandlung geschabt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode zur Vorbehandlung geätzt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als leicht lötbares Material Zink verwendet wird, wobei der Halbleiter in eine Zink enthaltende Lösung getaucht wird.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschriften R 13270 VIIIc/21g
(bekanntgemacht am 17.5.1956), W16443 VIIIc/21 g
(bekanntgemacht am S. 6.1956);
französische Patentschrift Nr. 1 115 448.
© 009 610/305 9.60
DEP20209A 1957-02-25 1958-02-25 Verfahren zur Herstellung von Elektrodenanschluessen bei Halbleiteranordnungen mit wenigstens einer Legierungselektrode Pending DE1090327B (de)

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