专利名称：镍阻挡端部及形成方法
技术领域：
本发明涉及非线性电阻器件如变阻器，并且特别涉及使用可控镀敷技术制造这样的器件的方法，其中镀敷器件的裸露端部使其具有镍阻挡端部而裸露的半导体主体保持未镀敷。
在美国专利第5,115,221号专利说明书中已知并披露了非线性电阻器件。
图1示出器件10，它包括在相邻层之间带有导电电极14的多层半导体材料12。每一个电极14的部分在端部区16内是裸露的，以便在那里可进行电接触。电极14在一个或二个相对端部区上可以是裸露，并且典型地电极如所示出的在交错的端部区16是裸露的。电极14的裸露部分通过覆盖在端部区16上的导电端部18被接触。
端部18的装配已证明在寻求简化的解决方法方面是一个困难问题。所希望的是端部区16可镀上镍和锡-铅金属以增加可焊性及减少焊料的浸出。将镍镀于氧化锌半导体主体的加工参数已证明是特别令人烦恼并需要复杂解决方法。
一个固定端部18的方法是使用普通的滚镀方法，在这个方法中整个器件浸没于镀敷溶液中。然而，堆叠层是半导体材料，如氧化锌，它在镀敷过程中可以是导电的所以镀敷层粘附于器件的整个表面。因而，为了提供如图1所示的分离端部，镀层的一部分在浸没之后必须用机械方法去除或在浸没之前用临时镀敷保护层来覆盖，临时镀敷保护层由不溶于镀敷溶液的一种有机物质构成。然而，镀敷层或有机镀敷保护层的去除在制造过程中是一额外步骤，并且涉及到使用有毒物质使制造过程进一步复杂化。
业已提出形成端部18的金属被火焰喷涂在器件上，器件表面的其它部分被掩模。火焰喷涂不适于多种操作过程，因为它较慢并包括特殊掩模的制作，带有与此相伴随的增加的步骤。如在美国专利4,316,171号说明书所披露的。
也已知在提供使用普通滚镀的端部之前用磷酸与具有导电金属端部的半导体主体反应以此有选择地在半导体主体上形成磷酸盐。如美国专利号5,614,074说明书所披露的。
本发明包括制造半导体器件的方法，半导体器件的主体具有裸露氧化锌表面及镍端部，该方法包括的步骤有提供具有与氧化锌层交替叠放的导电极板的半导体主体；提供用于所打算的镍镀敷方法的所选镍镀敷溶液并用镍镀敷溶液与半导体主体的一端可控接触用以在半导体主体的该端上形成一所期望厚度的镍阻挡帽，不在整个半导体主体上形成镍阻挡帽，其中不控制镍镀敷溶液的温度并保持其在近似室温。
本发明也包括提供一种半导体器件的方法，该半导体器件具有一个带裸露氧化锌表面及导电、可焊金属端部的主体，该方法的构成步骤有提供一半导体主体，该半导体主体具有与氧化锌层交替叠放的导电极板；将一种由银和玻璃烧结物(glass frit)构成的端部材料施加到半导体主体的相对端，通过烧制将端部材料机械地连结到半导体主体的相对端上，在约50到70°温度上提供镍镀敷溶液，溶液的构成有(i)硫酸镍或氯化镍，(ii)硼酸，(iii)润湿剂及(iv)应力减缓剂之中的一个或多个，通过在镍镀敷溶液中有选择地部分地浸没半导体主体的这端大约15到约120分钟同时施加约0.3到2.0A/dm2(安培/平方分米)的偏压电流来涂覆半导体主体的银端部，以此来形成与银端部相接触的所希望的厚度的镍阻挡帽，银端部在半导体器件主体上延伸一所选距离；提供烷基-锡，烷基-锡-铅，锡-硫酸或锡-铅-硫酸中的一个或多个的最终端部溶液，其pH从约3到约6并且不控制其温度；并通过将半导体主体的这端有选择地部分地浸没在最终端部溶液中约10到约120分钟同时提供约0.3到约2.0A/dm2的偏压电流在镍阻挡帽上形成所希望厚的导电可焊接触端部，其中镍镀敷溶液的pH保持在约2到约6之间。
本发明的一个目的是提供一种排除许多已知问题的方法和器件，并通过用镍镀敷溶液与具有裸露端部区域的裸露氧化锌半导体器件可控反应以此在半导体主体上形成镍阻挡端部，但不镀敷整个裸露半导体器件，以此方式来提供制造半导体器件的方法。
另一个目的是提供一种方法，它通过用镀敷溶液可控地部分地浸没具有银端部的半导体主体同时施加偏压电流从而形成一镍阻挡帽，镍阻挡帽在半导体器件的裸露主体之上延伸一个所选择距离，以此方式提供半导体装置，另一目的并提供一种新颖方法，通过在被控制的时间内将半导体主体的一个裸露端以一可选择距离放进镍镀敷溶液来提供带有镍阻挡帽并且不使用镀敷保护膜的半导体主体。
现在用举例方式参照附图描述本发明，其中图1是以前工艺的变阻器的图示描绘。
图2是本发明器件一个实施例的竖直剖面图。
图3是本发明器件另一个实施例的竖直剖面图。
图2是一非线性电阻元件20的一个实施例，它包括主体22，主体22具有在相邻层对24之间由一般平面电极26堆叠的氧化锌半导体层24。氧化锌层24不需要由纯氧化锌构成并可由基本为氧化锌构成的陶瓷构成。每个电极26可以具有可接触部分28，它是裸露的以用于与镍阻挡端部30电相连，镍阻挡端部30覆盖主体22的端部区32并与电极26相接触。主体22没有被端部30覆盖的外部部分保留作为裸露氧化锌表面38。可在镍阻挡层端部30上镀敷上导电可焊锡或锡-铅金属的层34，它形成阻挡元件20的导电、可焊端部。
图3示出了使用本发明方法制造的非线性电阻元件的另一实施例，元件20包括主体22，它具有堆叠的半导体层24及在层24的相邻对之间的一般平面电极26。每一个电极26可具有一个可接触部分28，所接触部分28是裸露的用于与带有镍阻挡层端部30在其上、覆盖端部区32并沿主体22延伸一所希望距离的第一导电金属(最好是银，无铂银，或无钯银)端部36电连结。如图2所示的实施例，可将镍阻挡层端部30镀上可焊锡或锡-铅金属层34，层34形成电阻元件20的最终可电接触端部部分。
在一个实施例中氧化锌层24可以具有下列摩尔百分比成分94-98％的氧化锌及2-6％的下列添加物的一个或多个氧化铋、氧化钴、氧化锰、氧化镍，氧化锑，硼酸，氧化铬，氧化硅，硝酸铝及其它同类物。
在这个方法的第一实施例中，主体22是用普通方式提供的，电极26具有可接触部分28，部分28是裸露的用于在端部区32与除裸露的氧化锌表面38外主体22的剩留部分电连结。为避免包括1)镀层不发生，2)镀层不均匀覆盖端部区32，3)镀层太厚或太薄；及4)镀层超过所期望的端部区32扩展到裸露的氧化锌表面38的加工边界问题，加工参数控制需要选择适当镍镀敷溶液用于所打算的镍阻挡层端部镀敷-电镀，无镀敷敷或刷镀。已确定了镍镀敷方法，主体22的一端接触镍镀敷溶液以在端部区32上形成所期望的厚镍阻挡层端部。补充参数加工选择，镍镀敷溶液的识别，镀敷方法，及可控制接触保证了镍阻挡层端部30均匀覆盖在端部区32上并不沿着暴露表面38不希望地延伸而且避免不能接受的氧化锌刻蚀，这个刻蚀已知会在最终器件内引起漏电电流及机械弱点。
用适当参数选择，本发明允许镍镀敷溶液的温度保持不被控制使得溶液保持在近似室温。镍镀敷溶液的pH值可以保持在2到6间。在半导体主体22与镍镀敷溶液之间的接触可从15到120分钟变化从而允许形成厚度在1到3μm的端部30。
一个实施例包括通过将镍端部30可控地浸没在室温溶液在端部30上形成可焊接触34，室温溶液包含烷基-锡，烷基-锡-铅，锡-铅硫酸，或锡硫酸中的一个，pH值从2到6。这种部分浸没可从10到120分钟变化以允许带有厚度范围从3到6μm帽的可焊接触34的形成。所期望的是可焊接触镀敷可包括施加约0.3到2.0A/dm2的偏压电流。
另一实施例适合于形成镍端部30的无镀敷敷及刷镀。对于这个实施例，由硫酸镍，二甲基胺硼烷，乳酸，柠檬酸铵及氨的室温溶液构成的镍镀敷溶液可与半导体主体22结合使用，半导体主体22具有电阻率范围在1010到1012Ohms/cm2(欧姆/厘米2)的氧化锌层24。镍镀敷溶液的pH保持在2到6之间。
对于无镀敷敷，将半导体主体22的一端以一可选择距离放进覆盖主体22那端并且允许镀敷溶液移动到裸露氧化锌表面38的一部分上的镍镀敷溶液。保持主体22浸没15到120分钟提供了1到3μm间的镍帽。
对于刷镀，用镍镀敷溶液浸没一适当吸收材料。将半导体主体22的一端与被浸没的吸收材料相接触结果端部区32与吸收性材料完全接触。保持在主体22与吸收材料间的压力使得允许在端部区32上并以沿裸露锌表面38一个所期望的距离形成镍端部30。接触时间可以在15到120分钟之间变化来控制端部30的厚度及在表面38上的移动。可提供相对运动使得半导体主体22相对吸收材料运动。
在另一实施例中，特别适于电镀，向第一导电金属端部36提供中间端部30及主体20并进一步包括提供由硫酸镍或氯化镍，硼酸，润湿剂，及应力减缓剂构成的镍镀敷溶液，镀敷溶液保持在50到70℃温度。第一端部36材料可以较好地由银，无铂银，和/或无钯银及玻璃烧结物构成。无铂和/或无钯银的使用降低了生成器件的成本。银/玻璃烧结物材料可用普通方式提供到主体20的相对端上并被烧制将银/玻璃烧结物材料机械连到形成第一端部36的端部区32。550到800℃的烧制温度已提供了有利的结果。
具有第一端部36的主体20部分地被浸没进镍镀敷溶液从15到120分钟同时提供0.3到2.0安培/分米2的偏压电流。各种对浸没深度、浸没时间、及偏压电流的控制将控制镍阻挡层端部30的厚度及沿裸露锌表面38向上的运动。
任意地，可在镍端部30上用烷基-锡，烷基-锡-铅，锡-铅硫酸，或锡硫酸之一的室温溶液提供最后的可焊端部。在用10到120分钟浸没时间及偏压电流0.3到2.0安培/分米2形成层34时具有pH值范围约在3到6的焊料镀敷溶液已是合适的。在本发明中，不使用更贵的铂或钯而是通过用镍端部30涂覆第一端部36使焊料浸出减至最小以避免在变阻器件被焊到板上时银的浸出。
为具有裸露主体表面及端部区的氧化锌半导体器件提供镍阻挡层端部的方法，其中器件只在裸露表面端部区与镍电极溶液可控反应并在此之后被提供有最终的锡或锡-铅端部。
权利要求
1.一种制造半导体器件的方法，半导体器件的主体具有裸露的氧化锌表面及镍端部，该方法包括的步骤有提供具有与氧化锌层交替叠放的导电极板的半导体主体，提供用于所需镍镀敷方法的所选镍镀敷溶液，以及可控制地将半导体主体的端部与镍镀敷溶液接触，以便在半导体主体的端部形成所期望厚度的镍阻挡帽，而没有在整个半导体主体上形成镍阻挡帽，其中镍镀敷溶液的温度不加控制接近室温。
2.如权利要求1的方法，其中保持镍镀敷溶液的pH值在约2和约6之间，并且保持半导体主体与镍镀敷溶液之间的接触约在10到120分钟。
3.如权利要求2的方法，其中保持半导体主体与镍镀敷溶液之间的接触直到镍阻挡帽的厚度在约1到3μm。
4.如权利要求1到3中的任何一个，其特征为通过将镍阻挡帽在一个酸溶液中部分浸没形成可焊接触，并且在这个酸溶液中镍阻挡帽的浸没约为10到120分钟的步骤，酸溶液的构成为室温下烷基-锡，烷基-锡-铅，锡-铅硫酸或锡硫酸中的一个或多个，pH约为3到6之间。
5.如权利要求4的方法，其特征为将约0.3到2.0A/dm2(安培/分米2)的偏压电流施加于镍阻挡帽，并且将镍阻挡帽浸没在酸溶液中直到形成具有3到6μm厚度的可焊接触。
6.如权利要求1到5的任何一个的方法，其中镍镀敷溶液是由硫酸镍、二甲基胺硼烷，乳酸，柠檬酸铵，及氨中的一个或多个构成的室温溶液，其中氧化锌层具有范围在从约1010到约1012欧姆/厘米2的电阻率。
7.如权利要求6的方法，进一步包括的步骤有将由银和玻璃烧结物构成的端部材料施加到半导体主体的一端上，将半导体主体烧制使端部材料机械地与半导体主体连结，并且端部材料基本无铂和无钯，在约550℃到800℃之间的一个温度上烧制端部材料。
8.如权利要求7的方法，其中镍镀敷溶液包括(i)硫酸镍或氯化镍，(ii)硼酸，(iii)润湿剂，及(iv)应力减缓剂中的一个或多个，温度在约50到70℃，其进一步包括在镍镀敷期间提供约0.3到约2.0A/dm2的偏压电流的步骤，其中偏压电流依赖于要涂覆的半导体的那端的区域而变化，并且控制半导体的浸没以此有选择地控制阻挡帽从半导体主体的那端向上延伸的距离。
9.如权利要求1到8任何一个的方法，其中可控接触是被浸渍的吸收材料提供的。
10.提供一种半导体器件的方法，该半导体器件具有一个主体，它具有裸露的氧化锌表面和导电，可焊金属端部，该方法包括步骤有提供具有与氧化锌层交替叠放的导电极板的半导体主体；将由银和玻璃烧结物构成的端部材料施加到半导体主体的二个相对端上；通过烧制将端部材料机械连接到半导体主体的二个端上；在温度约50℃到70℃上提供由(i)硫酸镍或氯化镍，(ii)硼酸(iii)润湿剂，及(iv)应力减缓剂中的一个多个构成的镍镀敷溶液；在约15到约120分钟的时间内通过在镍镀敷溶液中选择地部分浸没半导体主体的端部来涂覆半导体主体的银端部同时施加约0.3到2.0(A/dm2)的偏压电流，由此形成与银端部相接触的所希望厚的镍阻挡帽，银端部在半导体器件主体上延伸到所选距离；提供pH值从约3到约6，不控制温度的最后端部溶液，它是烷基-锡，烷基-锡-铅，锡-硫酸或锡-铅-硫酸中的一个或多个的溶液；并且通过有选择地将半导体主体部分浸没在最后端部溶液中约10到约120分钟，同时提供约0.3到约2.0A/dm2的偏压电流，其中镍镀敷溶液的pH值维持在约2到约6之间，在镍阻挡帽上形成所希望厚度的，导电的可焊接的端部。
11.如权利要求10的方法，其中提供的银端部材料是无铂及无钯的而且它在约550到约800℃之间的一个温度上被烧制到半导体主体上，在镍镀敷溶液中的半导体主体的部分浸没持续到镍镀层的厚度在约1到约3μm之间。
12.如权利要求10或11的方法，其中可焊接触约为3到约6μm厚，通过控制浸没深度来控制阻挡层从半导体主体的那端延伸的距离，偏压电流作为要涂覆的半导体区域的函数而变化。
13.不使用镀敷抗镀膜向半导体器件提供金属端部的方法，包括步骤提供具有氧化锌外部的半导体主体，主体具有在主要由氧化锌构成的陶瓷层间交替叠放的导电元件；提供室温下的由硫酸镍，二甲基胺硼烷，乳酸，柠檬酸铵，及氨中的一个或多个组成的镍镀敷溶液，将半导体主体的一端以一个可选择距离放入镍镀敷溶液约15到120分钟，由此在半导体主体的该端上形成所希望厚的镍阻挡帽；提供pH在约3到约6的由烷基-锡，烷基-锡-铅，锡-硫酸，或锡-铅-硫酸之一构成的金属端部溶液；通过将半导体主体的一端部分浸入该金属端部溶液约10到约120分钟同时施加约0.3到约2.0A/dm2的偏压电流，在镍阻挡帽上形成金属端部，镍镀敷溶液的pH值维持在约2到约6之间，将半导体主体浸入镍镀敷溶液直到镍镀层的厚度在约1到约3μm并且为阻挡帽涂覆3到6μm厚的可焊接触层。
14.如权利要求13的方法，包括步骤在部分浸入镍镀敷溶液之前在半导体主体的该端上提供银烧制端部，其中氧化锌的电阻率在约1010到1012欧姆/厘米2之间。
15.如权利要求1到14的任何一个所要求的方法，其中在足以形成约1到约3μm镍阻挡层厚度的时间内维持半导体主体与吸收材料相接触，并且进一步的步骤是相对吸收材料移动半导体主体。
16.由交替叠放的电阻板与氧化锌层的主体构成的一个变阻器，它具有无任何钝化材料的氧化锌外表面，在主体相对端上的镍阻挡帽，这些镍阻挡帽以自然形成的边缘终止，包括在主体与镍阻挡层之间的银阻挡层，其中镍阻挡帽在约1到约3μm厚。
全文摘要
为带有裸露主体表面及端部区的氧化锌半导体器件提供镍阻挡端部的方法,其中器件只在一个裸露端部区上与镍镀敷溶液可控反应并在此之后被提供有最终锡或锡－铅端部。
文档编号H01C7/105GK1241007SQ98115190
公开日2000年1月12日 申请日期1998年6月29日 优先权日1998年6月29日
发明者内尔·麦克劳林 申请人:哈里公司