[其他]制造半导体元件的方法

说明书

本发明涉及半导体技术的领域。它主要与一种制造半导体元件，特别是那些较大功率元件的方法有关，在该方法中，一圆片状半导体衬底实质上被焊接于金属接触片上，而该方法包括下列步骤：

-至少一层焊料配置在半导体衬底和准备焊接于其上的接触片之间，该焊料能与该半导体衬底的半导体材料形成一种共晶合金;以及

-将接触片、焊料层和半导体衬底的层结构加热至焊料和半导体材料的合金的低共熔温度以上的一个温度。

在制造功率半导体元件的过程中，圆片状的、几乎全部是大面积的半导体衬底，在两侧设有接触结构，且装入适当的外壳内。

该接触结构必须完成几个任务：首先，它们必须有效地耗散负载时半导体衬底中产生的热量，即，具有良好的导热性。其次，它们可用来同时供应电流，即，导电性也必须是良好的。最后，该接触结构必须选择得使元件获得一高的耐负载起伏的性能，即，必须不发生由于温度起伏引起的疲劳。

就一种功率半导体元件而论，在半导体衬底至少一侧上建造该接触结构作为一种所谓的“合金接触”则是已知的（见，例如，联邦德国专利2，917，165）。为此，该衬底，通常是一种硅衬底，通过一种铝焊料实质上被焊接于一钼或钨制的支承电极或者接触片上。

在这种情况下，该焊料作为铝箔被放置在半导体衬底和接触片之间，而合成的层结构被加热至700℃至800℃。在这些温度下，该焊料熔化且与邻近半导体衬底的硅形成一种铝硅合金，该合金具有577℃的易熔温度的低共熔点。

在已有技术的方法中，合金是用下面的方法实现：或者通过以叠层方式放置许多元件，且将它们放在真空熔炉中缓慢地加热，或者通过将有待合金的层结构放在有保护气氛的恒温箱中各自加热。

该两种方法有共同的缺点，因为在冗长的处理循环中，在均匀温度分布和高温下，半导体衬底的大量硅，被局部地熔化在焊料中直至相当的深度。

在这种情况下，对于包含平面向内扩散的p-n结的功率半导体元件来说，会遭遇到与GTO（闸门电路断开）可控硅所遭遇的情况一样，即这些p-n结被破坏，以致元件变成无功能。

此外，在恒温箱中的保护气氛，导致焊接缺陷重复发生，该缺陷例如是以孔隙或裂缝的形式在材料焊接中出现，且削弱该焊接。

于是本发明的一个目的是规定一种制造合金接触的方法，该方法一方面是适合于大量生产，而另一方面在合金过程中，将半导体材料的融化降低到不严格规定的范围。

此目的是下列条件下以在开始时提到的类型方法来达到，即：

-层结构的加热是在真空中通过热辐射各自进行的，以及

-加热是用板状加热元件实现，该加热元件的面积大于待焊接的层结构的面积。

本发明的核心是使用大面积板状加热元件，且在真空中通过热辐射加热层结构，以产生一非常均匀的温度分布，该温度分布能有效地调节和迅速地控制。这样，就可以使得在相当低的合金温度下保持在短的合金时间，以致在合金时，将半导体材料的融化限于浅的深度，甚至也不危害平面的p-n结。

在本发明的一最佳实施例中，层结构在两平行的板状加热元件之间被加热，特别是以载流石墨片的形式的加热元件来加热，而半导体衬底和接触片之间材料焊接的平面的取向，要平行于板状加热元件的表面。

最好，半导体衬底由硅组成，铝被用作焊料，而接触片则由钼或钨组成。

本发明的其它特征在下面详细叙述，并写在权利要求书中。

在下文中，将借助于说明性实施例结合附图对本发明作进一步详细的说明。其中：

图1以示意剖视图表示使用合金接触安装大功率半导体元件的传统方法;

图2以局部视图表示通过一有合金接触的GTO元件的剖面;

图3表示根据本发明的最佳说明性实施例用以制造一合金接触的示意结构。

在下文中，本发明将参照功率GTO可控硅的阳极侧合金接触的实例来说明，而不失一般性。

这种GTO可控硅的封装，即，一个放置在另一个上面能制造安装在外壳中的元件不同部分的顺序排列，被示意地表示在图1中。

中央元件是一片状的、通常是圆的、半导体衬底4，在其内部有一系列适当掺杂的层，其直径约为10至100毫米和厚度约为0.3至0.5毫米。

通过合金，几乎仅仅由硅组成的半导体衬底4，被实质上焊接于一接触片6（通常由钼或钨制成）。在半导体衬底4的边缘上，配置一边缘钝化5，用来增加元件的反向耐压强度。

在位于合金接触相反侧上，半导体衬底4通过另一也由钼或钨制的接触片3从上面接触。