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CH662007A5 - Method of soldering semiconductor components - Google Patents

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CH662007A5
CH662007A5 CH6811/83A CH681183A CH662007A5 CH 662007 A5 CH662007 A5 CH 662007A5 CH 6811/83 A CH6811/83 A CH 6811/83A CH 681183 A CH681183 A CH 681183A CH 662007 A5 CH662007 A5 CH 662007A5
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CH
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aluminum
fluorine
soldering
soldered
temperature
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CH6811/83A
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German (de)
Inventor
Jens Dr Gobrecht
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Bbc Brown Boveri & Cie
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Abstract

A novel method of soldering semiconductor components is disclosed, in which a semiconductor component having an aluminium layer is exposed to a fluorine-containing plasma for at least one hour. The aluminium layers treated in this way can then be wetted excellently by the standard soft solders.

Description

         

  
 



     PATENTANSPRÜCH E   
1. Verfahren zum Löten von mit Aluminium beschichteten Halbleiterbauelementen, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächen der Aluminiumschichten während mindestens einer Stunde einem fluorhaltigen Plasma ausgesetzt und die derartig behandelten Oberflächen mit einem Weichlot kontaktiert werden.



   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das fluorhaltige Plasma aus SF6 besteht.



   3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das fluorhaltige Plasma aus Freon besteht.



   4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem fluorhaltigen Plasma Sauerstoff beigemischt ist.



   5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Weichlot aus Pb-Sn besteht mit mindestens 70% Blei und im Hochvakuum bei einer Temperatur von 420 bis 670 K gelötet wird.



   6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Weichlot aus Pb-Sn besteht mit höchstens 50% Blei und bei einer Temperatur von 470 bis 670 K gelötet wird.



   Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Löten von mit Aluminium beschichteten Halbleiterbauelementen.



   Üblicherweise werden für die Kontaktierung die Bauelemente mit mehreren Metallschichten bedampft, um beim Weichlöten einen gut haftenden, ohmschen Kontakt zu erhalten. Bekannt ist z.B. die Schichtenfolge von Aluminium, Chrom, Nickel und Gold aus der DE-A 2 809 863.



  Zwar bildet Aluminium einen sehr guten ohmschen Kontakt zum Silizium des Halbleiterbauelementes, die Aluminiumschicht selber ist jedoch mit den üblichen Weichloten, Legierungen auf der Basis von Blei, Zinn oder Indium, nicht benetzbar. Nur bestimmte Metalle, wie z.B. Nickel, lassen sich mittels Weichlot gut benetzen. Eine Chromschicht zwischen Aluminium und Nickel bildet eine Diffusionsbarriere, und eine dünne Goldschicht verhindert die Oxydation des Nickels. Obwohl das Aufdampfen dieser Metallschichten weitgehend automatisch erfolgt, ist dieser Prozess doch ziemlich aufwendig und braucht mehrere teuere Metalle.



   Die in den Patentansprüchen gelöste Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine einfachere und kostensparendere Art der Kontaktierung anzugeben.



   Das erfindungsgemässe Verfahren hat den wichtigen Vorteil, dass keine aufwendigen Aufdampfprozesse mehr benötigt werden und zusätzlich an Material gespart wird.



   Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.



   In einem ersten Beispiel wird ein Halbleiterbauelement mit einer Aluminiumschicht bedampft und anschliessend einem fluorhaltigen Plasma ausgesetzt. Dazu wird das Bauelement, z.B. ein Thyristor vom Typ CSR 449 der Firma BBC Baden (CH), in einer Reaktiv-Ionenätz-Anlage über mehr als einer Stunde einem   SF#-Plasma,    unter Zugabe von bis zur Hälfte Sauerstoff als oxydierender Atmosphäre, ausgesetzt.



  Das Reaktiv-Ionenätz-Verfahren ist ausführlich beschrieben z.B. in IEEE Trans on El. Dev. ED29 (1981), Seite 1315 ff.



  Insbesondere gelten folgende Bedingungen: Durchflussrate SF6 30 Standard-cm3/min Durchflussrate 02 20 Standard-cm3/min Hochfrequenz-Leistungsdichte 0,8 W/cm2 Druck 8 Pa Kathoden-Spannung   - 160 V    Behandlungsdauer 90 min
Das Bauelement wird nachträglich auf der Anodenseite auf ein Kupfer-Keramiksubstrat mit einem Weichlot mit mindestens 70% Blei, z.B. Pb-Sn (95:5) in einem Ofen unter Hochvakuum gelötet. Das Vakuum beträgt etwa   10    Pa. Bei einer Löttemperatur von 420 K war die Benetzbarkeit des Aluminiums mässig, bei einer Temperatur von 670 K jedoch ausgezeichnet.

 

   In einem zweiten Beispiel wird ein Halbleiterbauelement unter den gleichen Bedingungen wie vorher einem Plasma aus Freon und Sauerstoff ausgesetzt. Die Kontaktdrähte werden dann mit einem üblichen Lötkolben mit einem Weichlot mit maximal 50% Blei, z.B. Pb-Sn (40:60) bei einer Temperatur zwischen 470 K und 670 K gelötet, wobei bei der höheren Temperatur die besten Resultate erreicht werden.

**WARNUNG** Ende DESC Feld konnte Anfang CLMS uberlappen**.



   



  
 



     PATENT CLAIM E
1. A method for soldering aluminum-coated semiconductor components, characterized in that the surfaces of the aluminum layers are exposed to a fluorine-containing plasma for at least one hour and the surfaces treated in this way are contacted with a soft solder.



   2. The method according to claim 1, characterized in that the fluorine-containing plasma consists of SF6.



   3. The method according to claim 1, characterized in that the fluorine-containing plasma consists of freon.



   4. The method according to any one of claims 2 or 3, characterized in that the fluorine-containing plasma is admixed with oxygen.



   5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the soft solder consists of Pb-Sn with at least 70% lead and is soldered in a high vacuum at a temperature of 420 to 670 K.



   6. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the soft solder consists of Pb-Sn with at most 50% lead and is soldered at a temperature of 470 to 670 K.



   The invention relates to a method for soldering aluminum-coated semiconductor components.



   For the contacting, the components are usually vapor-deposited with a plurality of metal layers in order to obtain a well-adhering, ohmic contact during soft soldering. It is known e.g. the layer sequence of aluminum, chromium, nickel and gold from DE-A 2 809 863.



  Although aluminum forms a very good ohmic contact with the silicon of the semiconductor component, the aluminum layer itself cannot be wetted with the usual soft solders, alloys based on lead, tin or indium. Only certain metals, e.g. Nickel, can be wetted well using soft solder. A chrome layer between aluminum and nickel forms a diffusion barrier, and a thin gold layer prevents the oxidation of the nickel. Although the vapor deposition of these metal layers is largely automatic, this process is rather complex and requires several expensive metals.



   The object of the invention achieved in the patent claims is to provide a simpler and more cost-effective way of contacting.



   The method according to the invention has the important advantage that complex evaporation processes are no longer required and material is also saved.



   The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment.



   In a first example, a semiconductor component is vapor-deposited with an aluminum layer and then exposed to a fluorine-containing plasma. For this, the component, e.g. a CSR 449 thyristor from BBC Baden (CH), exposed to SF # plasma in a reactive ion etching system for more than one hour, with the addition of up to half oxygen as an oxidizing atmosphere.



  The reactive ion etching process is described in detail e.g. in IEEE Trans on El. Dev. ED29 (1981), page 1315 ff.



  The following conditions apply in particular: Flow rate SF6 30 standard cm3 / min Flow rate 02 20 standard cm3 / min High-frequency power density 0.8 W / cm2 Pressure 8 Pa Cathode voltage - 160 V Treatment time 90 min
The component is subsequently placed on the anode side on a copper-ceramic substrate with a soft solder with at least 70% lead, e.g. Pb-Sn (95: 5) soldered in an oven under high vacuum. The vacuum is about 10 Pa. The wettability of the aluminum was moderate at a soldering temperature of 420 K, but excellent at a temperature of 670 K.

 

   In a second example, a semiconductor device is exposed to a plasma of freon and oxygen under the same conditions as before. The contact wires are then soldered with a conventional soldering iron with a soft solder with a maximum of 50% lead, e.g. Pb-Sn (40:60) soldered at a temperature between 470 K and 670 K, the best results being achieved at the higher temperature.

** WARNING ** End of DESC field could overlap beginning of CLMS **.



   

Claims (6)

**WARNUNG** Anfang CLMS Feld konnte Ende DESC uberlappen **.     ** WARNING ** Start of CLMS field could overlap end of DESC **.   PATENTANSPRÜCH E 1. Verfahren zum Löten von mit Aluminium beschichteten Halbleiterbauelementen, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächen der Aluminiumschichten während mindestens einer Stunde einem fluorhaltigen Plasma ausgesetzt und die derartig behandelten Oberflächen mit einem Weichlot kontaktiert werden.    PATENT CLAIM E 1. A method for soldering aluminum-coated semiconductor components, characterized in that the surfaces of the aluminum layers are exposed to a fluorine-containing plasma for at least one hour and the surfaces treated in this way are contacted with a soft solder. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das fluorhaltige Plasma aus SF6 besteht.  2. The method according to claim 1, characterized in that the fluorine-containing plasma consists of SF6. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das fluorhaltige Plasma aus Freon besteht.  3. The method according to claim 1, characterized in that the fluorine-containing plasma consists of freon. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem fluorhaltigen Plasma Sauerstoff beigemischt ist.  4. The method according to any one of claims 2 or 3, characterized in that the fluorine-containing plasma is admixed with oxygen. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Weichlot aus Pb-Sn besteht mit mindestens 70% Blei und im Hochvakuum bei einer Temperatur von 420 bis 670 K gelötet wird.  5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the soft solder consists of Pb-Sn with at least 70% lead and is soldered in a high vacuum at a temperature of 420 to 670 K. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Weichlot aus Pb-Sn besteht mit höchstens 50% Blei und bei einer Temperatur von 470 bis 670 K gelötet wird.  6. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the soft solder consists of Pb-Sn with at most 50% lead and is soldered at a temperature of 470 to 670 K. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Löten von mit Aluminium beschichteten Halbleiterbauelementen.  The invention relates to a method for soldering aluminum-coated semiconductor components. Üblicherweise werden für die Kontaktierung die Bauelemente mit mehreren Metallschichten bedampft, um beim Weichlöten einen gut haftenden, ohmschen Kontakt zu erhalten. Bekannt ist z.B. die Schichtenfolge von Aluminium, Chrom, Nickel und Gold aus der DE-A 2 809 863.  For the contacting, the components are usually vapor-deposited with a plurality of metal layers in order to obtain a well-adhering, ohmic contact during soft soldering. It is known e.g. the layer sequence of aluminum, chromium, nickel and gold from DE-A 2 809 863. Zwar bildet Aluminium einen sehr guten ohmschen Kontakt zum Silizium des Halbleiterbauelementes, die Aluminiumschicht selber ist jedoch mit den üblichen Weichloten, Legierungen auf der Basis von Blei, Zinn oder Indium, nicht benetzbar. Nur bestimmte Metalle, wie z.B. Nickel, lassen sich mittels Weichlot gut benetzen. Eine Chromschicht zwischen Aluminium und Nickel bildet eine Diffusionsbarriere, und eine dünne Goldschicht verhindert die Oxydation des Nickels. Obwohl das Aufdampfen dieser Metallschichten weitgehend automatisch erfolgt, ist dieser Prozess doch ziemlich aufwendig und braucht mehrere teuere Metalle. Although aluminum forms a very good ohmic contact with the silicon of the semiconductor component, the aluminum layer itself cannot be wetted with the usual soft solders, alloys based on lead, tin or indium. Only certain metals, e.g. Nickel, can be wetted well using soft solder. A chrome layer between aluminum and nickel forms a diffusion barrier, and a thin gold layer prevents the oxidation of the nickel. Although the vapor deposition of these metal layers is largely automatic, this process is rather complex and requires several expensive metals. Die in den Patentansprüchen gelöste Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine einfachere und kostensparendere Art der Kontaktierung anzugeben.  The object of the invention achieved in the patent claims is to provide a simpler and more cost-effective way of contacting. Das erfindungsgemässe Verfahren hat den wichtigen Vorteil, dass keine aufwendigen Aufdampfprozesse mehr benötigt werden und zusätzlich an Material gespart wird.  The method according to the invention has the important advantage that complex evaporation processes are no longer required and material is also saved. Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.  The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment. In einem ersten Beispiel wird ein Halbleiterbauelement mit einer Aluminiumschicht bedampft und anschliessend einem fluorhaltigen Plasma ausgesetzt. Dazu wird das Bauelement, z.B. ein Thyristor vom Typ CSR 449 der Firma BBC Baden (CH), in einer Reaktiv-Ionenätz-Anlage über mehr als einer Stunde einem SF#-Plasma, unter Zugabe von bis zur Hälfte Sauerstoff als oxydierender Atmosphäre, ausgesetzt.  In a first example, a semiconductor component is vapor-deposited with an aluminum layer and then exposed to a fluorine-containing plasma. For this, the component, e.g. a CSR 449 thyristor from BBC Baden (CH), exposed to SF # plasma in a reactive ion etching system for more than one hour, with the addition of up to half oxygen as an oxidizing atmosphere. Das Reaktiv-Ionenätz-Verfahren ist ausführlich beschrieben z.B. in IEEE Trans on El. Dev. ED29 (1981), Seite 1315 ff. The reactive ion etching process is described in detail e.g. in IEEE Trans on El. Dev. ED29 (1981), page 1315 ff. Insbesondere gelten folgende Bedingungen: Durchflussrate SF6 30 Standard-cm3/min Durchflussrate 02 20 Standard-cm3/min Hochfrequenz-Leistungsdichte 0,8 W/cm2 Druck 8 Pa Kathoden-Spannung - 160 V Behandlungsdauer 90 min Das Bauelement wird nachträglich auf der Anodenseite auf ein Kupfer-Keramiksubstrat mit einem Weichlot mit mindestens 70% Blei, z.B. Pb-Sn (95:5) in einem Ofen unter Hochvakuum gelötet. Das Vakuum beträgt etwa 10 Pa. Bei einer Löttemperatur von 420 K war die Benetzbarkeit des Aluminiums mässig, bei einer Temperatur von 670 K jedoch ausgezeichnet. The following conditions apply in particular: Flow rate SF6 30 standard cm3 / min Flow rate 02 20 standard cm3 / min High-frequency power density 0.8 W / cm2 Pressure 8 Pa Cathode voltage - 160 V Treatment time 90 min The component is subsequently placed on the anode side on a copper-ceramic substrate with a soft solder with at least 70% lead, e.g. Pb-Sn (95: 5) soldered in an oven under high vacuum. The vacuum is about 10 Pa. The wettability of the aluminum was moderate at a soldering temperature of 420 K, but excellent at a temperature of 670 K.   In einem zweiten Beispiel wird ein Halbleiterbauelement unter den gleichen Bedingungen wie vorher einem Plasma aus Freon und Sauerstoff ausgesetzt. Die Kontaktdrähte werden dann mit einem üblichen Lötkolben mit einem Weichlot mit maximal 50% Blei, z.B. Pb-Sn (40:60) bei einer Temperatur zwischen 470 K und 670 K gelötet, wobei bei der höheren Temperatur die besten Resultate erreicht werden.  In a second example, a semiconductor device is exposed to a plasma of freon and oxygen under the same conditions as before. The contact wires are then soldered with a conventional soldering iron with a soft solder with a maximum of 50% lead, e.g. Pb-Sn (40:60) soldered at a temperature between 470 K and 670 K, the best results being achieved at the higher temperature.
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