專利名稱：鎳阻擋端部及形成方法
技術領域：
本發明涉及非線性電阻器件如變阻器，并且特別涉及使用可控鍍敷技術制造這樣的器件的方法，其中鍍敷器件的裸露端部使其具有鎳阻擋端部而裸露的半導體主體保持未鍍敷。
在美國專利第5,115,221號專利說明書中已知并披露了非線性電阻器件。
圖1示出器件10，它包括在相鄰層之間帶有導電電極14的多層半導體材料12。每一個電極14的部分在端部區16內是裸露的，以便在那里可進行電接觸。電極14在一個或二個相對端部區上可以是裸露，并且典型地電極如所示出的在交錯的端部區16是裸露的。電極14的裸露部分通過覆蓋在端部區16上的導電端部18被接觸。
端部18的裝配已證明在尋求簡化的解決方法方面是一個困難問題。所希望的是端部區16可鍍上鎳和錫-鉛金屬以增加可焊性及減少焊料的浸出。將鎳鍍于氧化鋅半導體主體的加工參數已證明是特別令人煩惱并需要復雜解決方法。
一個固定端部18的方法是使用普通的滾鍍方法，在這個方法中整個器件浸沒于鍍敷溶液中。然而，堆疊層是半導體材料，如氧化鋅，它在鍍敷過程中可以是導電的所以鍍敷層粘附于器件的整個表面。因而，為了提供如圖1所示的分離端部，鍍層的一部分在浸沒之后必須用機械方法去除或在浸沒之前用臨時鍍敷保護層來覆蓋，臨時鍍敷保護層由不溶于鍍敷溶液的一種有機物質構成。然而，鍍敷層或有機鍍敷保護層的去除在制造過程中是一額外步驟，并且涉及到使用有毒物質使制造過程進一步復雜化。
業已提出形成端部18的金屬被火焰噴涂在器件上，器件表面的其它部分被掩模。火焰噴涂不適于多種操作過程，因為它較慢并包括特殊掩模的制作，帶有與此相伴隨的增加的步驟。如在美國專利4,316,171號說明書所披露的。
也已知在提供使用普通滾鍍的端部之前用磷酸與具有導電金屬端部的半導體主體反應以此有選擇地在半導體主體上形成磷酸鹽。如美國專利號5,614,074說明書所披露的。
本發明包括制造半導體器件的方法，半導體器件的主體具有裸露氧化鋅表面及鎳端部，該方法包括的步驟有提供具有與氧化鋅層交替疊放的導電極板的半導體主體；提供用于所打算的鎳鍍敷方法的所選鎳鍍敷溶液并用鎳鍍敷溶液與半導體主體的一端可控接觸用以在半導體主體的該端上形成一所期望厚度的鎳阻擋帽，不在整個半導體主體上形成鎳阻擋帽，其中不控制鎳鍍敷溶液的溫度并保持其在近似室溫。
本發明也包括提供一種半導體器件的方法，該半導體器件具有一個帶裸露氧化鋅表面及導電、可焊金屬端部的主體，該方法的構成步驟有提供一半導體主體，該半導體主體具有與氧化鋅層交替疊放的導電極板；將一種由銀和玻璃燒結物(glass frit)構成的端部材料施加到半導體主體的相對端，通過燒制將端部材料機械地連結到半導體主體的相對端上，在約50到70°溫度上提供鎳鍍敷溶液，溶液的構成有(i)硫酸鎳或氯化鎳，(ii)硼酸，(iii)潤濕劑及(iv)應力減緩劑之中的一個或多個，通過在鎳鍍敷溶液中有選擇地部分地浸沒半導體主體的這端大約15到約120分鐘同時施加約0.3到2.0A/dm2(安培/平方分米)的偏壓電流來涂覆半導體主體的銀端部，以此來形成與銀端部相接觸的所希望的厚度的鎳阻擋帽，銀端部在半導體器件主體上延伸一所選距離；提供烷基-錫，烷基-錫-鉛，錫-硫酸或錫-鉛-硫酸中的一個或多個的最終端部溶液，其pH從約3到約6并且不控制其溫度；并通過將半導體主體的這端有選擇地部分地浸沒在最終端部溶液中約10到約120分鐘同時提供約0.3到約2.0A/dm2的偏壓電流在鎳阻擋帽上形成所希望厚的導電可焊接觸端部，其中鎳鍍敷溶液的pH保持在約2到約6之間。
本發明的一個目的是提供一種排除許多已知問題的方法和器件，并通過用鎳鍍敷溶液與具有裸露端部區域的裸露氧化鋅半導體器件可控反應以此在半導體主體上形成鎳阻擋端部，但不鍍敷整個裸露半導體器件，以此方式來提供制造半導體器件的方法。
另一個目的是提供一種方法，它通過用鍍敷溶液可控地部分地浸沒具有銀端部的半導體主體同時施加偏壓電流從而形成一鎳阻擋帽，鎳阻擋帽在半導體器件的裸露主體之上延伸一個所選擇距離，以此方式提供半導體裝置，另一目的并提供一種新穎方法，通過在被控制的時間內將半導體主體的一個裸露端以一可選擇距離放進鎳鍍敷溶液來提供帶有鎳阻擋帽并且不使用鍍敷保護膜的半導體主體。
現在用舉例方式參照附圖描述本發明，其中圖1是以前工藝的變阻器的圖示描繪。
圖2是本發明器件一個實施例的豎直剖面圖。
圖3是本發明器件另一個實施例的豎直剖面圖。
圖2是一非線性電阻元件20的一個實施例，它包括主體22，主體22具有在相鄰層對24之間由一般平面電極26堆疊的氧化鋅半導體層24。氧化鋅層24不需要由純氧化鋅構成并可由基本為氧化鋅構成的陶瓷構成。每個電極26可以具有可接觸部分28，它是裸露的以用于與鎳阻擋端部30電相連，鎳阻擋端部30覆蓋主體22的端部區32并與電極26相接觸。主體22沒有被端部30覆蓋的外部部分保留作為裸露氧化鋅表面38。可在鎳阻擋層端部30上鍍敷上導電可焊錫或錫-鉛金屬的層34，它形成阻擋元件20的導電、可焊端部。
圖3示出了使用本發明方法制造的非線性電阻元件的另一實施例，元件20包括主體22，它具有堆疊的半導體層24及在層24的相鄰對之間的一般平面電極26。每一個電極26可具有一個可接觸部分28，所接觸部分28是裸露的用于與帶有鎳阻擋層端部30在其上、覆蓋端部區32并沿主體22延伸一所希望距離的第一導電金屬(最好是銀，無鉑銀，或無鈀銀)端部36電連結。如圖2所示的實施例，可將鎳阻擋層端部30鍍上可焊錫或錫-鉛金屬層34，層34形成電阻元件20的最終可電接觸端部部分。
在一個實施例中氧化鋅層24可以具有下列摩爾百分比成分94-98％的氧化鋅及2-6％的下列添加物的一個或多個氧化鉍、氧化鈷、氧化錳、氧化鎳，氧化銻，硼酸，氧化鉻，氧化硅，硝酸鋁及其它同類物。
在這個方法的第一實施例中，主體22是用普通方式提供的，電極26具有可接觸部分28，部分28是裸露的用于在端部區32與除裸露的氧化鋅表面38外主體22的剩留部分電連結。為避免包括1)鍍層不發生，2)鍍層不均勻覆蓋端部區32，3)鍍層太厚或太薄；及4)鍍層超過所期望的端部區32擴展到裸露的氧化鋅表面38的加工邊界問題，加工參數控制需要選擇適當鎳鍍敷溶液用于所打算的鎳阻擋層端部鍍敷-電鍍，無鍍敷敷或刷鍍。已確定了鎳鍍敷方法，主體22的一端接觸鎳鍍敷溶液以在端部區32上形成所期望的厚鎳阻擋層端部。補充參數加工選擇，鎳鍍敷溶液的識別，鍍敷方法，及可控制接觸保證了鎳阻擋層端部30均勻覆蓋在端部區32上并不沿著暴露表面38不希望地延伸而且避免不能接受的氧化鋅刻蝕，這個刻蝕已知會在最終器件內引起漏電電流及機械弱點。
用適當參數選擇，本發明允許鎳鍍敷溶液的溫度保持不被控制使得溶液保持在近似室溫。鎳鍍敷溶液的pH值可以保持在2到6間。在半導體主體22與鎳鍍敷溶液之間的接觸可從15到120分鐘變化從而允許形成厚度在1到3μm的端部30。
一個實施例包括通過將鎳端部30可控地浸沒在室溫溶液在端部30上形成可焊接觸34，室溫溶液包含烷基-錫，烷基-錫-鉛，錫-鉛硫酸，或錫硫酸中的一個，pH值從2到6。這種部分浸沒可從10到120分鐘變化以允許帶有厚度范圍從3到6μm帽的可焊接觸34的形成。所期望的是可焊接觸鍍敷可包括施加約0.3到2.0A/dm2的偏壓電流。
另一實施例適合于形成鎳端部30的無鍍敷敷及刷鍍。對于這個實施例，由硫酸鎳，二甲基胺硼烷，乳酸，檸檬酸銨及氨的室溫溶液構成的鎳鍍敷溶液可與半導體主體22結合使用，半導體主體22具有電阻率范圍在1010到1012Ohms/cm2(歐姆/厘米2)的氧化鋅層24。鎳鍍敷溶液的pH保持在2到6之間。
對于無鍍敷敷，將半導體主體22的一端以一可選擇距離放進覆蓋主體22那端并且允許鍍敷溶液移動到裸露氧化鋅表面38的一部分上的鎳鍍敷溶液。保持主體22浸沒15到120分鐘提供了1到3μm間的鎳帽。
對于刷鍍，用鎳鍍敷溶液浸沒一適當吸收材料。將半導體主體22的一端與被浸沒的吸收材料相接觸結果端部區32與吸收性材料完全接觸。保持在主體22與吸收材料間的壓力使得允許在端部區32上并以沿裸露鋅表面38一個所期望的距離形成鎳端部30。接觸時間可以在15到120分鐘之間變化來控制端部30的厚度及在表面38上的移動。可提供相對運動使得半導體主體22相對吸收材料運動。
在另一實施例中，特別適于電鍍，向第一導電金屬端部36提供中間端部30及主體20并進一步包括提供由硫酸鎳或氯化鎳，硼酸，潤濕劑，及應力減緩劑構成的鎳鍍敷溶液，鍍敷溶液保持在50到70℃溫度。第一端部36材料可以較好地由銀，無鉑銀，和/或無鈀銀及玻璃燒結物構成。無鉑和/或無鈀銀的使用降低了生成器件的成本。銀/玻璃燒結物材料可用普通方式提供到主體20的相對端上并被燒制將銀/玻璃燒結物材料機械連到形成第一端部36的端部區32。550到800℃的燒制溫度已提供了有利的結果。
具有第一端部36的主體20部分地被浸沒進鎳鍍敷溶液從15到120分鐘同時提供0.3到2.0安培/分米2的偏壓電流。各種對浸沒深度、浸沒時間、及偏壓電流的控制將控制鎳阻擋層端部30的厚度及沿裸露鋅表面38向上的運動。
任意地，可在鎳端部30上用烷基-錫，烷基-錫-鉛，錫-鉛硫酸，或錫硫酸之一的室溫溶液提供最后的可焊端部。在用10到120分鐘浸沒時間及偏壓電流0.3到2.0安培/分米2形成層34時具有pH值范圍約在3到6的焊料鍍敷溶液已是合適的。在本發明中，不使用更貴的鉑或鈀而是通過用鎳端部30涂覆第一端部36使焊料浸出減至最小以避免在變阻器件被焊到板上時銀的浸出。
為具有裸露主體表面及端部區的氧化鋅半導體器件提供鎳阻擋層端部的方法，其中器件只在裸露表面端部區與鎳電極溶液可控反應并在此之后被提供有最終的錫或錫-鉛端部。
權利要求
1.一種制造半導體器件的方法，半導體器件的主體具有裸露的氧化鋅表面及鎳端部，該方法包括的步驟有提供具有與氧化鋅層交替疊放的導電極板的半導體主體，提供用于所需鎳鍍敷方法的所選鎳鍍敷溶液，以及可控制地將半導體主體的端部與鎳鍍敷溶液接觸，以便在半導體主體的端部形成所期望厚度的鎳阻擋帽，而沒有在整個半導體主體上形成鎳阻擋帽，其中鎳鍍敷溶液的溫度不加控制接近室溫。
2.如權利要求1的方法，其中保持鎳鍍敷溶液的pH值在約2和約6之間，并且保持半導體主體與鎳鍍敷溶液之間的接觸約在10到120分鐘。
3.如權利要求2的方法，其中保持半導體主體與鎳鍍敷溶液之間的接觸直到鎳阻擋帽的厚度在約1到3μm。
4.如權利要求1到3中的任何一個，其特征為通過將鎳阻擋帽在一個酸溶液中部分浸沒形成可焊接觸，并且在這個酸溶液中鎳阻擋帽的浸沒約為10到120分鐘的步驟，酸溶液的構成為室溫下烷基-錫，烷基-錫-鉛，錫-鉛硫酸或錫硫酸中的一個或多個，pH約為3到6之間。
5.如權利要求4的方法，其特征為將約0.3到2.0A/dm2(安培/分米2)的偏壓電流施加于鎳阻擋帽，并且將鎳阻擋帽浸沒在酸溶液中直到形成具有3到6μm厚度的可焊接觸。
6.如權利要求1到5的任何一個的方法，其中鎳鍍敷溶液是由硫酸鎳、二甲基胺硼烷，乳酸，檸檬酸銨，及氨中的一個或多個構成的室溫溶液，其中氧化鋅層具有范圍在從約1010到約1012歐姆/厘米2的電阻率。
7.如權利要求6的方法，進一步包括的步驟有將由銀和玻璃燒結物構成的端部材料施加到半導體主體的一端上，將半導體主體燒制使端部材料機械地與半導體主體連結，并且端部材料基本無鉑和無鈀，在約550℃到800℃之間的一個溫度上燒制端部材料。
8.如權利要求7的方法，其中鎳鍍敷溶液包括(i)硫酸鎳或氯化鎳，(ii)硼酸，(iii)潤濕劑，及(iv)應力減緩劑中的一個或多個，溫度在約50到70℃，其進一步包括在鎳鍍敷期間提供約0.3到約2.0A/dm2的偏壓電流的步驟，其中偏壓電流依賴于要涂覆的半導體的那端的區域而變化，并且控制半導體的浸沒以此有選擇地控制阻擋帽從半導體主體的那端向上延伸的距離。
9.如權利要求1到8任何一個的方法，其中可控接觸是被浸漬的吸收材料提供的。
10.提供一種半導體器件的方法，該半導體器件具有一個主體，它具有裸露的氧化鋅表面和導電，可焊金屬端部，該方法包括步驟有提供具有與氧化鋅層交替疊放的導電極板的半導體主體；將由銀和玻璃燒結物構成的端部材料施加到半導體主體的二個相對端上；通過燒制將端部材料機械連接到半導體主體的二個端上；在溫度約50℃到70℃上提供由(i)硫酸鎳或氯化鎳，(ii)硼酸(iii)潤濕劑，及(iv)應力減緩劑中的一個多個構成的鎳鍍敷溶液；在約15到約120分鐘的時間內通過在鎳鍍敷溶液中選擇地部分浸沒半導體主體的端部來涂覆半導體主體的銀端部同時施加約0.3到2.0(A/dm2)的偏壓電流，由此形成與銀端部相接觸的所希望厚的鎳阻擋帽，銀端部在半導體器件主體上延伸到所選距離；提供pH值從約3到約6，不控制溫度的最后端部溶液，它是烷基-錫，烷基-錫-鉛，錫-硫酸或錫-鉛-硫酸中的一個或多個的溶液；并且通過有選擇地將半導體主體部分浸沒在最后端部溶液中約10到約120分鐘，同時提供約0.3到約2.0A/dm2的偏壓電流，其中鎳鍍敷溶液的pH值維持在約2到約6之間，在鎳阻擋帽上形成所希望厚度的，導電的可焊接的端部。
11.如權利要求10的方法，其中提供的銀端部材料是無鉑及無鈀的而且它在約550到約800℃之間的一個溫度上被燒制到半導體主體上，在鎳鍍敷溶液中的半導體主體的部分浸沒持續到鎳鍍層的厚度在約1到約3μm之間。
12.如權利要求10或11的方法，其中可焊接觸約為3到約6μm厚，通過控制浸沒深度來控制阻擋層從半導體主體的那端延伸的距離，偏壓電流作為要涂覆的半導體區域的函數而變化。
13.不使用鍍敷抗鍍膜向半導體器件提供金屬端部的方法，包括步驟提供具有氧化鋅外部的半導體主體，主體具有在主要由氧化鋅構成的陶瓷層間交替疊放的導電元件；提供室溫下的由硫酸鎳，二甲基胺硼烷，乳酸，檸檬酸銨，及氨中的一個或多個組成的鎳鍍敷溶液，將半導體主體的一端以一個可選擇距離放入鎳鍍敷溶液約15到120分鐘，由此在半導體主體的該端上形成所希望厚的鎳阻擋帽；提供pH在約3到約6的由烷基-錫，烷基-錫-鉛，錫-硫酸，或錫-鉛-硫酸之一構成的金屬端部溶液；通過將半導體主體的一端部分浸入該金屬端部溶液約10到約120分鐘同時施加約0.3到約2.0A/dm2的偏壓電流，在鎳阻擋帽上形成金屬端部，鎳鍍敷溶液的pH值維持在約2到約6之間，將半導體主體浸入鎳鍍敷溶液直到鎳鍍層的厚度在約1到約3μm并且為阻擋帽涂覆3到6μm厚的可焊接觸層。
14.如權利要求13的方法，包括步驟在部分浸入鎳鍍敷溶液之前在半導體主體的該端上提供銀燒制端部，其中氧化鋅的電阻率在約1010到1012歐姆/厘米2之間。
15.如權利要求1到14的任何一個所要求的方法，其中在足以形成約1到約3μm鎳阻擋層厚度的時間內維持半導體主體與吸收材料相接觸，并且進一步的步驟是相對吸收材料移動半導體主體。
16.由交替疊放的電阻板與氧化鋅層的主體構成的一個變阻器，它具有無任何鈍化材料的氧化鋅外表面，在主體相對端上的鎳阻擋帽，這些鎳阻擋帽以自然形成的邊緣終止，包括在主體與鎳阻擋層之間的銀阻擋層，其中鎳阻擋帽在約1到約3μm厚。
全文摘要
為帶有裸露主體表面及端部區的氧化鋅半導體器件提供鎳阻擋端部的方法,其中器件只在一個裸露端部區上與鎳鍍敷溶液可控反應并在此之后被提供有最終錫或錫－鉛端部。
文檔編號H01C7/105GK1241007SQ98115190
公開日2000年1月12日 申請日期1998年6月29日 優先權日1998年6月29日
發明者內爾·麥克勞林 申請人:哈里公司