專利名稱：帶有金屬接觸層的功率半導(dǎo)體元件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有至少一個接觸金屬化層
(Kontaktmetallisierung )的功率半導(dǎo)體元件，優(yōu)選包括單晶的基體 及至少一個p-n結(jié)。此種類型的功率半導(dǎo)體元件例如是功率二極管、 功率晶體管或者功率晶閘管，但是也可以是太陽能電池及電阻元件。
背景技術(shù)：
接觸金屬化層用于半導(dǎo)體主體的接觸面與外部的連接元件導(dǎo)電地 連接。此種類型連接元件例如可被設(shè)計為引線連接、焊接技術(shù)的連接 基片或者壓力接觸的接線元件。
根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，多個不同的接觸金屬化層是常見的。其結(jié)構(gòu)取決 于其相應(yīng)設(shè)定的接觸副，例如引線連接。因此特別在功率半導(dǎo)體元件 范圍內(nèi)已知多層的接觸金屬化層，其由不同的金屬的層順序構(gòu)成。在 這些層順序內(nèi)，相應(yīng)層的單獨的厚度是不同的，但是通常處于十分之 幾微米到幾微米范圍內(nèi)。
對于在壓力接觸的結(jié)構(gòu)中的使用也是已知的，在接線元件和功率 半導(dǎo)體元件之間設(shè)置一厚度為毫米數(shù)量級的金屬薄片。此金屬薄片用 于減少功率半導(dǎo)體元件及接觸金屬化層的機械應(yīng)力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，在接觸金屬化層的范圍內(nèi)進一步開發(fā)功率半導(dǎo) 體元件，從而改善接觸特性，并且給出一種方法，通過該方法功率半 導(dǎo)體元件可實現(xiàn)簡單的制造。
該目的按本發(fā)明通過借助于按照權(quán)利要求4的方法制造帶有權(quán)利 要求1的特征的功率半導(dǎo)體元件得以實現(xiàn)。優(yōu)選的實施樣式在從屬權(quán) 利要求中描述。
本發(fā)明的出發(fā)點是功率半導(dǎo)體元件，該功率半導(dǎo)體元件優(yōu)選地帶 有一單晶的基體及至少一個p-n結(jié)。此功率半導(dǎo)體元件在半導(dǎo)體主體 范圍內(nèi)具有至少一個接觸面，在此接觸面上設(shè)置至少一個第一材料的 薄的第一金屬層。在至少其中一個第一金屬層上設(shè)置一個第二材料的 相對于第一層較厚的金屬層。在此優(yōu)選的是，第二金屬材料具有90% 的貴金屬含量。在此特別優(yōu)選的是，貴金屬為銀。
此種結(jié)構(gòu)將借助壓力燒結(jié)連接構(gòu)成。壓力燒結(jié)連接應(yīng)理解為，材 料的層通過以下所述的方法進行設(shè)置。
按本發(fā)明的用于制造一此種類型的功率半導(dǎo)體元件的方法具有以 下主要的步驟
在晶片陣列(Waferverbund )中制造多個功率半導(dǎo)體元件； 將至少一個薄的第一金屬層涂覆在各功率半導(dǎo)體元件的至
少一個接觸面上； 將由第二材料和溶劑制成的糊狀的層設(shè)置在各功率半導(dǎo)體
元件的至少其中一個第一金屬層上； 對糊狀的層加載壓力。在此優(yōu)選的是，在加載壓力之前，將
大部分的溶劑從糊狀的層中排出； 分離各半導(dǎo)體元件。 優(yōu)選的是，借助于掩才莫壓印法(Schablonendruckverfahren )涂 覆糊狀的層。在此一方面在要求的層厚度上可以達到必需的定位精度。 另 一方面此種方法可成本低廉地實現(xiàn)。
在糊狀的層上加載壓力的有利的第一實施樣式可通過使用一壓力 機和兩個壓力柱塞實現(xiàn)。在此優(yōu)選的是，至少一個壓力柱塞設(shè)計有在 其上設(shè)置的產(chǎn)生準靜壓的壓力的硅酮墊。
在糊狀的層加載壓力的有利的第二實施樣式可通過使用合適的液 體或氣體填充的壓力罐實現(xiàn)。在此優(yōu)選的是，功率半導(dǎo)體元件在晶片 陣列中且通過一薄膜優(yōu)選地聚四氟乙烯膜覆蓋地設(shè)置在壓力罐中，并 且接下來從外部用壓力加載壓力罐中的液體。


功率半導(dǎo)體元件及制造方法的特別優(yōu)選的擴展構(gòu)成在各實施例的 描述中列舉。此外，借助于圖1到3的實施例進一步闡述此外本發(fā)明 的解決方案。
圖1和2示出了按本發(fā)明的第一功率半導(dǎo)體元件的按本發(fā)明的制 造方法的單個步驟；
圖3示出了按本發(fā)明的第二功率半導(dǎo)體元件。
具體實施例方式
圖1和2示出了按本發(fā)明的第一功率半導(dǎo)體元件的按本發(fā)明的制 造方法的單個步驟。在圖1中示出了帶有功率半導(dǎo)體元件IO的后來的 邊緣12的半導(dǎo)體主體，并且在半導(dǎo)體主體中以示意的方式示出多個在 兩個主表面102、 104上的接觸面20、 22、 24。此外示出第一金屬材 料36的薄的第一層的制造。在此根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)例如借助于掩模38使 用蒸鍍法或者也使用濺射法。通過這些早已公知的方法沉積至少一個 層厚度為微米數(shù)量級的均勻的層。在此可完全優(yōu)選的是，沉積成包括 多個薄的單層的層，所述單層由相應(yīng)不同金屬組成且具有相應(yīng)不同層厚。
在下一個未明確示出的步驟中，優(yōu)選地通過掩模壓印技術(shù)將糊狀 的層44(圖2)設(shè)置在第一層34上，如所述糊狀的層根據(jù)背景技術(shù)已 知由燒結(jié)連接制成。在此對于本發(fā)明不重要的是，層34、 44是否直接 相互疊置，或者糊狀的第二層44略微地覆蓋第一層34還是不完全地 覆蓋在第一層34。
糊狀的層44 (圖2)本身由最大尺寸為微米數(shù)量級的金屬片 (Metallflocken )形式的金屬材料的混合物及溶劑制成。銀特別適合 作為金屬片的材料，但是同時其他的貴金屬或者貴金屬含量超過90% 的混合物也適合。
圖2示出了在糊狀的層44上加載壓力60，以便構(gòu)成一相對于第 一層較厚的第二金屬層。附加地示出了且也優(yōu)選的是在加載壓力60 前施加一薄膜50，例如一聚四氟乙烯薄膜。在此優(yōu)選的是，覆蓋全部 的晶片陣列。但是在一些結(jié)構(gòu)中可選擇地僅用薄膜覆蓋相應(yīng)的糊狀的 層。
為了在糊狀的層44和第 一金屬層34之間形成足夠粘附的連接， 優(yōu)選的是，在加載壓力60時引入的最大最終壓力相當于至少15MPa.
此外有利的是除了加載壓力60，功率半導(dǎo)體元件IO及半導(dǎo)體主 體加熱到超過350K。這有利于把溶劑從糊狀的層44上排出，因為制 成的金屬層應(yīng)不再包含溶劑。
第二層金屬層在加載壓力60后具有一在10nm和80nm之間的優(yōu) 選的厚度，其中也可制造在lnm和250nm之間的層且按照應(yīng)用同樣 是有意義的。
圖3示出了按本發(fā)明的第二功率半導(dǎo)體元件10,在此是一功率晶 閘管。其半導(dǎo)體主體在其第一主表面102上具有一第一接觸面20，在 此是陰極；且在其第二主表面104上具有兩個另外的接觸面22， 24， 一控制輸入端，控制極22及一陽極24。在此構(gòu)造中按本發(fā)明進一步
構(gòu)成所有的接觸面。
每個接觸面20， 22， 24具有一由第一的金屬材料30， 32, 34制 成的第一層，在此為不同材料的各分層，所述各分層具有一由銀制成 的最后的分層且總的層厚度為大約5nm。所述第一材料30， 32, 34 被通過壓力燒結(jié)方法設(shè)置的第二金屬材料40， 42， 44(在此同樣為帶 有層厚度為50nm的銀)覆蓋。
一此種類型設(shè)計的功率半導(dǎo)體元件10具有制造簡單的優(yōu)點(參考 圖1和圖2)。另一方面此種類型的功率半導(dǎo)體元件10可以在一壓力 接觸的結(jié)構(gòu)中使用，而無需在未示出的接線元件和功率半導(dǎo)體元件10 本身之間設(shè)置另一厚度在0.2mm到4mm范圍內(nèi)的金屬薄片。此薄片 的任務(wù)通過所述厚的第二金屬層40， 42， 44承擔。
按本發(fā)明的功率半導(dǎo)體元件10的優(yōu)點在與其它連接技術(shù)的結(jié)合 中也是有利的。特別對于制造帶有基片的功率半導(dǎo)體元件10的燒結(jié)連 接必要的是，功率半導(dǎo)體元件IO具有用于連接的貴金屬表面。此外有 利的是，所述貴金屬表面具有一超過10fim的層厚。此種類型的層通 過所述的方法相對于通過標準方法例如通過蒸鍍法或濺射法可明顯更 簡單且成本較低地制造。
權(quán)利要求
1.功率半導(dǎo)體元件(10)，包括基體和至少一個接觸面(20，22，24)，其中在所述接觸面(20，22，24)上設(shè)置至少一個第一材料(30，32，34)的薄的第一金屬層，并且第二材料(40，42，44)的與第一金屬層相比較厚的另一金屬層通過所述材料的壓力燒結(jié)連接設(shè)置。
2. 按權(quán)利要求1所述的功率半導(dǎo)體元件，第二金屬材料UO， 42， 44)具有多于90%的貴金屬含量。
3. 按權(quán)利要求2所述的功率半導(dǎo)體元件，貴金屬為銀。
4. 用于制造按權(quán)利要求1所述的功率半導(dǎo)體元件(10)的方法， 包括以下主要步驟在晶片陣列中制造多個功率半導(dǎo)體元件(10);將至少一個薄的第一金屬層(30, 32, 34)涂覆在各功率半導(dǎo)體 元件(10)的至少一個接觸面(20， 22， 24)上；將由第二材料和溶劑制成的糊狀的層(40， 42， 44)設(shè)置在各功 率半導(dǎo)體元件(10)的至少其中一個第一金屬層上；對糊狀的層(40, 42， 44)加載壓力(60);分離各半導(dǎo)體元件(10)。
5. 按權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述糊狀的層(40， 42， 44)通過掩模壓印法涂覆。
6. 按權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，借助于一壓力機和兩 個壓力柱塞施加所述壓力(60)，其中至少一個壓力柱塞設(shè)計有一在所 述壓力柱塞上設(shè)置的產(chǎn)生準靜壓的壓力的硅酮墊。
7. 按權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，在一從外部加載壓力 的且用液體或氣體填充的壓力罐中形成所述壓力(60),并且功率半導(dǎo) 體元件(10)在晶片陣列中完全地布置在壓力罐中。
8. 按權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，在加載壓力(60)時， 最大的最終壓力相當于至少15MPa。
9. 按權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，在加載壓力(60)的過程中，功率半導(dǎo)體元件(io)被加熱到超過350K。
10.按權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，在加載壓力(60) 之前，用薄膜(50)覆蓋糊狀層(40， 42, 44)的表面或所有的晶片 陣列。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種功率半導(dǎo)體元件，包括基體和至少一個接觸面，其中在所述接觸面上設(shè)置至少一個第一材料的薄的第一金屬層。按本發(fā)明第二材料的與第一金屬層相比較厚的另一金屬層借助于所述材料的壓力燒結(jié)連接設(shè)置在其上。所配設(shè)的方法具有以下主要步驟在晶片陣列中制造多個功率半導(dǎo)體元件；將至少一個薄的第一金屬層涂覆在各功率半導(dǎo)體元件的至少一個接觸面上；將由第二材料和溶劑制成的糊狀的層設(shè)置在各功率半導(dǎo)體元件的至少其中一個第一金屬層上；對糊狀的層加載壓力；分離各半導(dǎo)體元件。
文檔編號H01L23/482GK101359637SQ20081013007
公開日2009年2月4日 申請日期2008年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月26日
發(fā)明者C·格布爾, P·貝克達爾, 海因里希·海爾布隆納 申請人:塞米克朗電子有限及兩合公司