DE1803489A1 - Method for manufacturing a semiconductor component - Google Patents
Method for manufacturing a semiconductor componentInfo
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Description
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Erlangen, ">'SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Erlangen, "> '
Werner-von-Siemens-Str.Werner-von-Siemens-Str.
Unser Zeichen» PLA 68/1611 Wl/FöOur reference »PLA 68/1611 Wl / Fö
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelementes mit einer Silisiumscheibe, auf deren einer Flächseite sich mindestens zwei Zonen verschiedenen Leitungstyps befinden, und einem an dieser Flachseite angebrachten metallenen Trägerkörper, insbesondere aus 7/olfram oder Molybdän.The invention relates to a method for producing a semiconductor component with a silicon wafer, on one side of which there are at least two zones of different conductivity types are located, and a metal support body attached to this flat side, in particular made of 7 / olfram or molybdenum.
Es ist bekannt, an eine Flachseite einer Siliziumscheibe, an.der sich beispielsweise nur eine einzige, p-leitende Zone befindet, einen Molybdänkörper dadurch zu befestigen, daß zwischen der Siliziumscheibe und dem Molybdänkörper eine Folie aus Aluminium angeordnet und dieses Aggregat auf eine Legierungstemperatur erwärmt wird, die wesentlich höher als die eutektische Temperatur von Silizium und Aluminium ist. Dieses Verfahren ist jedoch beim Befestigen eines metallenen Trägerkörpers an einer Flachsöite einer Siliziumscheibe mit mindestens zwei Zonen verschiedenen Leitungstyps mit Schwierigkeiten verbunden. Y/ährend des Legierungsvorganges schmilzt eine Oberflächenschicht bestimmter Dicke auf; der Flachseite der Siliziumscheibe unter Ausbildung einer Silizium-Aluminium-Legierungsschmelze. 7/ährend des Abkühlens nach dem Legierungsvorgang rekristallisiert ein Teil des Siliziums der aufgeschmolzenen Oberflächenschicht auf der Siliziumscheibe wieder aus. Die so erhaltene Rekristallisationszone in der Siliziumscheibe enthält noch reltiv viel Aluminium und ist daher stark p-leitend. Diese Rekristalliaationszone an der Flachseite der Siliziumscheibe ist in der Regel nicht nachteilig, sondern sogar von Vorteil, nämlich dann, wenn sich dort nur eine einzige pleitende Zone befindet, Sind dort jedoch noch eine oder mehrere η-leitende Zonen vorhanden, so erfaßt die Rekristalliaationszone mindestens einen Teil dieser η-leitenden Zone. Dieser uraprünglioh η-leitend· Teil wird umdotiert und p-leitend. Es hat aioh also in der ursprünglich rein η-leitenden Zone ein unerwünschter pn-Ub.rgang g.bin.t. 0098 22/0939It is known, on a flat side of a silicon wafer, an.der there is, for example, only a single, p-conductive zone to fix a molybdenum body in that between the silicon wafer and a foil made of aluminum is arranged on the molybdenum body and this unit is heated to an alloy temperature which is much higher than the eutectic temperature of silicon and aluminum. However, this procedure is at Fastening a metal carrier body to a flat tube of a silicon wafer with at least two zones of different conduction types associated with difficulties. During the alloying process, a surface layer of a certain thickness melts; the flat side of the silicon wafer with the formation of a silicon-aluminum alloy melt. During the cooling process after the alloying process, part of the silicon of the melted silicon recrystallizes Surface layer on the silicon wafer again. The resulting recrystallization zone in the silicon wafer still contains a large amount of aluminum and is therefore highly p-conductive. This recrystallization zone on the flat side of the Silicon wafer is usually not disadvantageous, but even advantageous, namely when there is only a single bankrupt Zone is located, but if one or more η-conductive zones are still present there, the recrystallization zone is covered at least part of this η-conductive zone. This uraprünglioh η-conductive part is redoped and p-conductive. In the originally purely η-conductive zone, there is an undesirable one pn transfer g.bin.t. 0098 22/0939
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2 ~2 ~
Sind die ursprünglich auf der Flachseite des Siliziumkörpers vorhandenen η-leitenden Zonen verhältnismäßig dünn, so kann es auch vorkommen» daß sie nach dem Anlegieren des metallenen Trägerkö'rpers von der Rekristallisationszone vollständig erfaßt und durch p-Leitung hervorrufenden Dotierungsstoff überdotiert sind»Are those originally present on the flat side of the silicon body η-conductive zones are relatively thin, so it can also happen that they are alloyed to the metal carrier body are completely covered by the recrystallization zone and overdoped by dopant causing p-conduction »
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Schwierigkeiten zu beseitigen. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Flachseite mit den Zonen verschiedenen Leitungstyps mit einem Aluminiumüberzug und die Befestigungsfläche des Trägerkörper mit einem Überzug aus einer Silizium-Aluminium-Legierung versehen werden, daß anschließend die Plachseite der Silisiumseheibe und die Befestigungsfläche des Trägerkörpers in Berührung miteinander gebracht; werden und daß schließlich die Siliziumscheibe und der Trägerkörper auf eine Temperatur erwärmt werden, die mindestens gleich der eutektischen Temperatur von Silizium,und Aluminium ist und höchstens 600° C .beträgt;» Es ist vorteilhaft, wenn auf den Überzug aus einer Silizium-Aluminium-Legierung auf dem "rägerkörper zusätzlich eine Siliziumachieht aufgetragen wird.The invention is based on these difficulties to eliminate. This is achieved according to the invention in that the flat side with the zones of different conduction types is coated with aluminum and the mounting surface of the carrier body is provided with a coating made of a silicon-aluminum alloy, that then the flat side of the silicon disk and the fastening surface of the carrier body are brought into contact with one another; and that finally the silicon wafer and the carrier body be heated to a temperature at least equal to the eutectic temperature of silicon and aluminum and does not exceed 600 ° C; " It is beneficial if on the Coating made of a silicon-aluminum alloy on the carrier body a silicon coating is also applied.
Die Erfindung sei anhand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert;The invention is based on the drawing of an exemplary embodiment explained in more detail;
t-t-
Figur 1 " seigt einen Schnitt durch ein gemäß der ErfindungFIG. 1 ″ shows a section through a according to the invention
hergestelltes Halbleiterbauelement, Figur 2 zeigt die Draufsicht auf eine Flaehseite der uilizium™Manufactured semiconductor component, Figure 2 shows the plan view of a flat side of the uil starts
scheibe des Halbleiterbauelementes nach Figur 1, Figur 3 die Draufsicht auf die andere Flaehseite dieserdisk of the semiconductor component according to Figure 1, Figure 3 is the plan view of the other face side of this
Silizitunscheibe, /Silicon disc, /
Figur 4 zeigt einen Scslmitt durch eine Legi©rungsform sur Herstellung des Halbleiterbauelements.FIG. 4 shows a switch through an alloy form Manufacture of the semiconductor component.
In Figur- 1 ist ein Bilateral thyristor (Triac) dargestellt, der aus einem scheibenförmigen SilialuiilcörpQr 2 fc@3t©ht;? an dessen unterer .ilaoiiaeit® ein Trägorfcorper 3 c.ue Wolfram oder. Molybdän befestigt .Ujt. Der Siliziumkörper 2 eathält eine folg© von drei durcngahenden Zonen 4f 5 υηά β, <3i-a abwechselnd entgegengesetztenIn Figure 1, a bilateral thyristor (triac) is shown, which consists of a disk-shaped SilialuiilcbodyQr 2 fc @ 3t © ht; ? on its lower .ilaoiiaeit® a carrier body 3 c.ue tungsten or. Molybdenum attached .Ujt. The silicon body 2 contains a series of three continuous zones 4 f 5 υηά β, <3i-a alternately opposite one another
PLA 68/1611 - 3 - PLA 68/1611 - 3 -
Leitungstyp haben. Beispielsweise ist die mittlere Zone 5 n-leitend, während die beiden·anderen Zonen 4 und 6 p-leitend sind. An der oberen Flachseite des Siliziumkörpers 2 ist eine n-leitende Zone 7 in die p-leitende Zone 4 eingelagert, die.die Fora eines Halbringes hat. Diese η-leitende Zone 7 ist mit einer "ontaktelek^trode 8 versehen, die, wie aus Figur 2 hervergeht, ebenfalls halbringförmig ist. Eine weitere halbringförmige Kontaktelektrode 10 ist auf derselben Flachseite an der p-leitenden Zone 4 so angebracht, daß sie mit der Kontaktelektrode 8 einen radial geteilten Ring bildet. In den Ausnehmungen 8a und 10a dieses radial geteilten Ringes befinden sich zwei kleine scheibenförmige Kontaktelektroden 11 und 12. Der in der Ausnehmung 10a der Kontaktelektrode 10 befindlichen kleineren Kontaktelektrode 12 ist eine η-leitende Zone 13, die ebenfalls in der p-ieitenden Zone 4 eingebettet ist, vorgelagert.Have line type. For example, the middle zone 5 is n-conducting, while the other two zones 4 and 6 are p-conducting. On the upper flat side of the silicon body 2, an n-conductive zone 7 is embedded in the p-conductive zone 4, which has the shape of a half ring. This η-conductive zone 7 is provided with an "ontaktelek ^ trode 8, which, as can be seen from Figure 2 , is also semi-circular of the contact electrode 8 forms a radially divided ring. In the recesses 8a and 10a of this radially divided ring there are two small disc-shaped contact electrodes 11 and 12. The smaller contact electrode 12 located in the recess 10a of the contact electrode 10 is an η-conductive zone 13 which is also embedded in the p-conductive zone 4, upstream.
Auf der anderen Flachseite sind in der p-leitenden Zone 6 zwei nleitende Zonen 14 und 15 eingebettet. Die n-ieitonde Zone 14 ist, wie aus Figur 3 hervorgeht, halbringförmig und gegenüber der nleitenden Zone 7 auf der oberen Flachseite um einen Winicel von 13C° verdreht. Die n.-leitende Zone 15 nat die Form einer Kreisscheibe und ist innerhalb der Aussparung 14a der Zone 14 im Zentrum der Fiachseite angeordnet.On the other flat side, two conductive zones 14 and 15 are embedded in the p-conductive zone 6. As can be seen from FIG. 3, the normal zone 14 is semicircular and rotated by an angle of 13 ° on the upper flat side with respect to the conductive zone 7. The n.-conductive zone 15 has the shape of a circular disk and is arranged within the recess 14a of the zone 14 in the center of the flat side.
Die Flachseite des 'Jiliziumkörpers 2 mit den Zonen 6, 14 una 15 weist einen in Figur 3 nicht dargestellten Aluminiumüberzug 9 auf. An dieser Flachseite ist ein scheibenförmiger Molybdämcörper 3 befestigt, der an der Befestigungsfläche mit einer Folie 16 aus einer Aluminium-Silizium-Legierung versehen ist.The flat side of the silicon body 2 with the zones 6, 14 and 15 has an aluminum coating 9 (not shown in FIG. 3) on. A disk-shaped molybdenum body is located on this flat side 3 attached, which is provided on the mounting surface with a film 16 made of an aluminum-silicon alloy.
Die Herstellung der η-leitenden Zonen 14 und 15 kann vorteilhaft durch eine maskierte Eindiffusion von z.B. Phosphor erfolgen. Hierzu wird der bereits mit der Folge der Zonen 4, 5 und 6 versehene Siliziumkörper 2 in Wasserdampf auf etwa 900° C erhitzt. Hierbei bildet sich auf der Oberfläche des Siliziumkörpers 2 ein Oxydüberzug, der für Phosphor undurchlässig ist. Auf dem' Oxydüberzug wird außer an den Stellen, an denen die Zonen 14 und 15The production of the η-conductive zones 14 and 15 can be advantageous by a masked diffusion of e.g. phosphorus. For this purpose, the one already provided with the sequence of zones 4, 5 and 6 is provided The silicon body 2 is heated to about 900 ° C. in steam. This forms on the surface of the silicon body 2 Oxide coating that is impermeable to phosphorus. Except in the places where zones 14 and 15
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liegen sollen, eine Schicht aus Asphaltlack aufgetragen. Anschließend wird der Sili^iuinkÖrper 2 mit Flußsäure geätzt, so daß der Oxydüberzug an den nicht vom Asphaltlack geschützten Stellen entfernt wird. Naoh dem Entfernen des Lacküberzuges wird Phosphor in üblicner Weise unter Ausbildung der Zonen 14 und 15 »in den Siliziumkörper 2 eindiffundiert. Hierauf wird auch der restliche Gxydüberzug durch Ätzen in Fluiisäure entfernt. Darauf werden entsprechend geformte Folien zur Ausbildung der Kontaktelektroden 8, 10» 11 unda layer of asphalt paint is applied. The silicon body 2 is then etched with hydrofluoric acid so that the oxide coating is removed from the areas not protected by the asphalt paint. After the lacquer coating has been removed, phosphorus is diffused into the silicon body 2 in the usual way, forming the zones 14 and 15. The remaining oxide coating is then removed by etching in hydrofluoric acid. Correspondingly shaped foils for forming the contact electrodes 8, 10 »11 and
12 sowie der Rekristallisationszonen 7 und 13 in die andere. Flaciiseite des Halbleiterkörpers 2 einlegiert. Die Folien, aus denen die Kontaktelektroden 8 und 12 hervorgehen, sind "beispielsweise antiraonhaltig. Anschließend wird auf-die Flach^eite d©s scheibenförmigen öiliaiumkörper3 2 mit den Zonen 14 und 15 Aluminium · aufgedampft. Die Dicke des su fgedampften Aluminiumüberzug^ liegt vorteilhaft zwischen 10 und 40 /U. Sie beträgt vorzugsweise 3Q/U.12 and the recrystallization zones 7 and 13 in the other. Flaciiseite of the semiconductor body 2 is alloyed. The films from which the contact electrodes emerge 8 and 12, "for example antiraonhaltig. Subsequently, on-the flat ^ eite d © s discoidal öiliaiumkörper3 2 with the zones 14 and 15 of aluminum · evaporated. The thickness of the su fgedampften aluminum coating ^ is advantageously between 10 and 40 / rev. It is preferably 3Q / rev.
Es ist günstig, wenn beim Anbringen des Aluminiumüberzugee auf der Flachseite der Siliziumscheibe die Temperatur dieser Silisiumscheibe die eutektische Temperatur von Silizium und Aluminium (etwa ' 577° G) nicht überschreitet. Vorteilhaft wird die Silisiumscheibe auf Zimmertemperatur (ca. 20° ') gehalten.It is beneficial if when attaching the aluminum coating on the Flat side of the silicon wafer is the temperature of this silicon wafer does not exceed the eutectic temperature of silicon and aluminum (about 577 ° G). The silicon wafer is advantageous kept at room temperature (approx. 20 ° ').
Auf die Befestigungsfläche 3a des metallenen Trägerkörpers 3 wird "ein Überzug 16 aus einer oilizium-Aluminium-Legiezrung .aufgetragen. Das kann z.3. in einer Hochvaituumglocike geachehenf in der sich der Trägerkörper 3 und ein Aluminium und Silizium enthaltendes Wolframschiffchen befinden. Das Wolframschiffchen wird auf einer Temperatur von 1100 bis 1200° G und der Trägerkörper 3 auf einer Temperatur von 700 bis 800° G, vorzugsweise von 720° ΰ gehalten« Die Dicke des Überzuges 16 aus einer Silizium-Aluminium-Legierung beträgt etwa 30 bis 80 /U, vorzugsweise 40 /u.On the mounting face 3a of the metallic support body 3 is "a coating 16 of a oilizium aluminum Legiezrung .aufgetragen. This can Z.3. Geachehen in a Hochvaituumglocike f in which the support body 3 and an aluminum and silicon containing tungsten boat located. The Tungsten boat is kept at a temperature of 1100 to 1200 ° G and the support body 3 at a temperature of 700 to 800 ° G, preferably 720 ° ΰ «The thickness of the coating 16 made of a silicon-aluminum alloy is about 30 to 80 / U, preferably 40 / u.
Auf die Befeatigungsflache .des Trägerkörpers kann stattdessen auch eine Folie aus einer unter der Bezeichnung "Silumin" im Handel befindlichen Slllzium-Aluminiun-Legierung in einer mit Graphit-■ pulver gefüllten Form bei einer Temperatur von ®twa 720° C au-f-. legiert werden. Auch diese Folie hat eine Dicke von 30 bis 80 /U, vorzugsweise von 40/U. Sie besteht aus 87 G©w.-$ Aluminium undOn the Befeatigungsflache .des carrier body can instead also a film made of one under the name "Silumin" in the trade located silicon-aluminum alloy in a with graphite ■ powder-filled form at a temperature of ®about 720 ° C au-f-. be alloyed. This film also has a thickness of 30 to 80 / U, preferably from 40 / rev. It consists of 87 G © w .- $ aluminum and
13 Gew.-* Silizium. 009822/0939 % 13 wt .- * silicon. 009822/0939 %
PIA 68/1611PIA 68/1611
Hierauf wird, wie Figur 4 zeigt, der Siliziumkörper 2 mit der mit dem Aluminiumüberzug 9 versehenen Flaohaeite in einer Legierunge-· form 17 auf die mit des überzug aus einer Silizium-Aluminium-Legierung 16 versehene.Befeetigungeflache des Trägerkörpers 3 aufgelegt, der mittels eines Qraphitringes 18 zentriert ist. Die Form 17 wird sodann mit Graphitpulver 19 gefüllt und mit einem Deckel 20 abgedeckt. Sodann wird die Form 17 in einem Legierungeofen im Hoofivakuum auf eine Temperatur erhitzt, die mindestens gleich der eutektisohen Temperatur (577° C) von Silizium und Aluminium ist und höchstens -600° 0 beträgt. Bevorzugt wird eine Temperatur von 585° G. Hierdurch verwachsen der Aluminiumüberzug auf dem Siliziumkörper 2 und der.Überzug aus einer Silizium-Aluminium-Legierung auf dem Trägerkörper 3. Hierbei wird praktisch kein Silizium des Siliziumkörpers 2 aufgeschmolzen und beim anschließenden Erkalten rekristallisiert, so daß die η-Dotierung in den Zonen H und 15 erhalten bleibt und sich dort kein unerwünschter pn-übergang ausbildet.Then, as Figure 4 shows, the silicon body 2 with the the aluminum coating 9 provided flakes in an alloy Form 17 is placed on the mounting surface of the support body 3, which is provided with the coating of a silicon-aluminum alloy 16 and is centered by means of a Qraphitringes 18. the Form 17 is then filled with graphite powder 19 and with a Cover 20 covered. The mold 17 is then heated in an alloy furnace in a hoofi vacuum to a temperature which is at least is equal to the eutectic temperature (577 ° C) of silicon and aluminum and is at most -600 ° 0. A temperature of 585 ° G is preferred. This causes the aluminum coating to grow together the silicon body 2 and the coating made of a silicon-aluminum alloy on the carrier body 3. This is practically nonexistent Silicon of the silicon body 2 melted and recrystallized during the subsequent cooling, so that the η-doping in the Zones H and 15 are preserved and there is no undesirable pn junction trains.
Während des Erwärmens im Legierungsofen kann sich ein Silicid des Metalls des Trägerkörpers 3 bilden, wodurch Silizium aus dem Überzug aus einer Silizium-Aluminium-Legierung auf dem Trägerkörper 3 verbraucht wird. Im Falle von Molybdän kann sich z.B. Molybdän-Silicid (MoSi2) bilden. Um zu verhindern, daß das Silizium des . Siliziumkörpers 2 zum Ausgleich des durch die Silicidbildung verbrauchten Siliziums aufgeschmolzen wird, kann es vorteilhaft sein, vor dem Befestigen des Trägerkörpers 3 am Siliziumkörper 2 auf dem Überzug aus einer Silizium-Aluminium-Legierung 16 zusätzlich einen weiteren Überzug aus Silizium aufzudampfen. Auch dies kann- in einer Hochvakuumglocke erfolgen. Die Dioke dieses zusätzlichenDuring the heating in the alloy furnace, a silicide of the metal of the carrier body 3 can form, as a result of which silicon from the coating of a silicon-aluminum alloy on the carrier body 3 is consumed. In the case of molybdenum, for example, molybdenum silicide (MoSi 2 ) can form. To prevent the silicon of the. Silicon body 2 is melted to compensate for the silicon consumed by the silicide formation, it can be advantageous to additionally vaporize a further coating of silicon on the coating made of a silicon-aluminum alloy 16 before attaching the carrier body 3 to the silicon body 2. This can also be done in a high vacuum bell. The dioke of this extra
/ j/ j
Dicke von 1 /u.Thickness of 1 / u.
Es ist vorteilhaft, die η-leitenden JS one η H und 15 auf der Flach-.seite des Si,liziumkörpers 2 vor dem Aufbringen des Aluminiumüberzuges 9 mit einem Überzug aus einem ponatoretoff zu versehen. Dieser Überzug kann eine Dioke von 1 bis 2 Ai haben und wird zweckmäßig auf die Zonen H und 15 aufgedampft. Hierdurch wird dl· GefahrIt is advantageous to provide the η-conductive JS one η H and 15 on the flat side of the silicon body 2 with a coating of a ponatoretoff before the aluminum coating 9 is applied. This coating can have a dioke of 1 to 2 Ai and is expediently vapor-deposited onto zones H and 15. This creates dl · danger
. PLA 68/1611 . PLA 68/1611
einer Überdotierung von Teilen der Zon«n H und 15 durch Aluminium weiter verringert. Besondere geeignet'als Donatorstoff ist Antimon, da dieses in Silizium leichter löslich ist al® Aluminium»an overdoping of parts of the zones H and 15 by aluminum further reduced. Antimony is particularly suitable as a donor substance, since this is more easily soluble in silicon al® aluminum »
4 Patentansprüche
4 Figuren4 claims
4 figures
OFUQlNAI- IN3PECTIOFUQlNAI- IN3PECTI
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