專利名稱：帶有焊料層的半導(dǎo)體片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種硅半導(dǎo)體片，該半導(dǎo)體片通過一組金屬層與金屬基片焊接在一起，該組金屬層在焊接前從硅半導(dǎo)體片開始朝基片方向依次包括一鋁層和一擴(kuò)散層。
這種半導(dǎo)體片用在半導(dǎo)體器件中，尤其是安裝在大批量投放市場的大功率半導(dǎo)體器件中。金屬層組一般包含有鋁層，該鋁層附著在硅半導(dǎo)體片上。鋁層和硅之間有良好的附著性，并尤其能與正向摻雜硅形成完美的歐姆觸接。根據(jù)已有技術(shù)擴(kuò)散勢壘層接合在鋁層上，該擴(kuò)散勢壘層大多由鈦或鉻構(gòu)成并作為擴(kuò)散勢壘層上的鎳層與鋁層間的附著增強(qiáng)劑和背面勢壘層。根據(jù)已有技術(shù)在鎳層上直接地或在其用于提高附著特性的鈦層上附著有一貴金屬層，該層大多由銀、金或鈀構(gòu)成并起著鎳層防氧化保護(hù)層的作用。
在實(shí)際焊接時(shí)，在金屬化的半導(dǎo)體片背面與金屬基片間大多置入一焊片，該焊片大多由錫和焊劑構(gòu)成。焊接時(shí)插在基片與半導(dǎo)體片銀層間的焊料層熔化，其中銀層被溶解并且下面的鎳層也被焊料溶解，從而完成焊接。
但這種普通公知的焊接方法具有很大的缺點(diǎn)。一方面由于鎳和硅半導(dǎo)體片的熱膨脹系數(shù)不同會產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力，尤其是半導(dǎo)體片很薄時(shí)(厚度≤250μm)會造成嚴(yán)重的晶片彎曲(彎曲度＞1000μm)。
因此會增大處理晶片的難度，增大組裝一定位誤差并增大了在處理晶片時(shí)碎裂的危險(xiǎn)。
迄今一直試圖通過在充分保留焊接附著強(qiáng)度的前提下減小鎳層厚度來解決該問題。盡管減小鎳層厚度(≈1μm)但在制做時(shí)還會出現(xiàn)700至2000μm的晶片彎曲度，該彎曲還會導(dǎo)致出現(xiàn)上述問題。
故本發(fā)明提出的任務(wù)在于，在硅半導(dǎo)體片的金屬焊接過程中，大幅度減少片彎曲，而同時(shí)又不會損害附著基片材料的強(qiáng)度。
本任務(wù)的解決方案是，焊接層附著在所述硅半導(dǎo)體片的擴(kuò)散勢壘層上。
優(yōu)選的焊料層是錫層，或鉛層，或鎵層。
這種半導(dǎo)體片的標(biāo)準(zhǔn)方法焊接在金屬基片上，其中半導(dǎo)體片置放在基片上并加熱到約250℃以上，直接地，即不需要添其它焊料和焊劑，焊接在基片上。
這樣就產(chǎn)生幾乎無應(yīng)力的焊層，該焊層將導(dǎo)致小于300μm的襯底彎曲度。另外，焊接在基片上的半導(dǎo)體片的附著強(qiáng)度很高，即在大于30MPa范圍內(nèi)。另外，由于金屬相壓得很薄，因而不會由于溫度—交變負(fù)荷而產(chǎn)生脆化現(xiàn)象。因此從整體上消除了晶片處理中的問題和碎裂的危險(xiǎn)。
另外采用本發(fā)明金屬化的半導(dǎo)體片和本發(fā)明的方法可以明顯的降低成本，這是因?yàn)橛绕涫∪チ搜趸Ｗo(hù)層而降低了材料費(fèi)并可提高產(chǎn)量。此外本發(fā)明的方法尤其有利于環(huán)境保護(hù)，這是因?yàn)椴挥煤竸┒∪チ瞬捎煤鸁N溶劑的清洗步驟。
在附圖
中示出焊接前金屬層的布置順序。依照本發(fā)明鋁層3附著在半導(dǎo)體片1上，該層充分附著在硅上并與正向摻雜(P結(jié))硅構(gòu)成完美的歐姆觸接。擴(kuò)散勢壘層4接合在鋁層3上，擴(kuò)散勢壘層由鉻或鈦構(gòu)成，其厚度約為50nm。該層可直接噴涂在鋁層3或直接蒸發(fā)在其上。擴(kuò)散層4上敷有一諸如銅等增附著層(圖中未示出)或直接敷有焊料。焊料層由錫、鎵或鉛構(gòu)成并且厚度為1000至3000nm，在采用錫時(shí)典型厚度為2700nm。采用此方法金屬化的硅半導(dǎo)體片1然后被壓在金屬基片2上，該基片通常由銅構(gòu)成，并且在大約300℃的溫度下，硅半導(dǎo)體片在保護(hù)氣體環(huán)境下或在真空條件下與該基片連接，產(chǎn)生擴(kuò)散勢壘層4、焊料層5和基片2之間的冶金焊接，該焊接直到約450℃都是穩(wěn)定的。
采用本發(fā)明所述方法時(shí)可生產(chǎn)出高質(zhì)量的產(chǎn)品，這是因?yàn)樗鰧咏M可實(shí)現(xiàn)良好的機(jī)械連接和穩(wěn)定的電氣接觸。本方法與已有技術(shù)相比尤其是從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)以及生態(tài)角度考慮都是有益的。
采用本發(fā)明的方法從技術(shù)上開創(chuàng)了進(jìn)一步減小硅半導(dǎo)體襯底厚度的可能，這將導(dǎo)致對大功率半導(dǎo)體器件正向特性的改善。從經(jīng)濟(jì)上考慮，其優(yōu)點(diǎn)在于，可降低材料成本并提高產(chǎn)量。最后本發(fā)明方法的生態(tài)優(yōu)點(diǎn)在于，不用焊劑進(jìn)行焊接，因而省去了用含有氟烴的溶劑進(jìn)行清洗的步驟。
權(quán)利要求
1.由硅構(gòu)成的半導(dǎo)體片(1)，該半導(dǎo)體片通過一組金屬層與金屬基片(2)焊接在一起，該金屬層組焊接前從硅半導(dǎo)體片開始朝基片方向依次包括一鋁層(3)和一擴(kuò)散層(4)，其特征在于在擴(kuò)散勢壘層上附著有一層焊料。
2.依照權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體片，其特征在于焊料層(5)是一層錫、鉛或鎵。
3.依照權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體片，其特征在于擴(kuò)散勢壘層(4)的厚度約為50nm。
4.依照權(quán)利要求1至3中的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體片，其特征在于焊料層的厚度小于3000nm。
5.用于將依照權(quán)利要求1至5中的任何一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體片(1)焊接在一金屬基片(2)的方法，其特征在于將半導(dǎo)體片(1)放置在基片(2)上并通過加熱到約250℃以上實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體片與基片(2)的直接焊接。
全文摘要
一帶有擴(kuò)散勢壘層(4)的硅半導(dǎo)體片(1)備有一焊料層，優(yōu)選備有一錫層并且被放置在一金屬基片(2)上并且通過加熱到約250℃以上直接，即不需要其它的添加劑與基片焊接在一起。
文檔編號H01L23/482GK1168536SQ97104969
公開日1997年12月24日 申請日期1997年2月19日 優(yōu)先權(quán)日1996年2月19日
發(fā)明者M·施內(nèi)岡斯, H·許布納 申請人:西門子公司