具有阻焊层的半导体元件制造技术

本发明专利技术涉及一种半导体元件(1)，其包括基于CdTe的半导体材料(5)和连接该半导体元件(1)与电子构件的多个连接点(10)，其中所述连接点(10)设有特殊的阻焊层(20)，该阻焊层包括由至少两种具有不同的膨胀系数的金属组成的混合物AB。此外，本发明专利技术还涉及一种包括这种半导体元件(1)和可选的用于读取检测信号的评估电子器件的放射线检测器(50)，以及包括这种放射线检测器(50)的医疗设备(70)。另外，本发明专利技术还涉及半导体元件(1)的制造方法，该方法包括将阻焊层(20)施加在连接点(10)的步骤，其中该阻焊层(20)包括由至少两种具有不同的膨胀系数的金属组成的混合物AB。

【技术实现步骤摘要】
具有阻焊层的半导体元件
本专利技术涉及一种半导体元件，其包括CdTe-基体上的半导体材料和连接该半导体元件与电子构件的具有特殊的阻焊层的多个连接点；一种包括多个这种半导体元件的放射线检测器；以及包括这种放射线检测器的医疗设备。此外，本专利技术还涉及包括这种阻焊层的半导体元件的制造方法。
技术介绍
一般使用钎焊工艺来连接半导体元件和电子构件。在这些钎焊工艺中，通常会于半导体元件的连接点处和电子构件的连接点处使用金属化层(Metallisierung)。为了使其相互连接，会在这些金属化层之间短暂地融化焊料球。在冷却的过程中，焊料再次变硬并由此连接这两个构件。在所述钎焊过程中，半导体元件或电子构件的金属化层的部分与焊料形成合金，从而产生持久的导电连接。如果在焊接过程中金属化层完全熔解，那么就会导致焊料与半导体不期望的直接接触。其结果是，经常会发生外来金属扩散进半导体的现象，从而导致所述构件劣化。迄今为止的解决方案是在半导体上于半导体元件的连接点处沉积所谓的UBM(凸点下金属层)(UnderBumpMetallization)，其一方面确保了与焊料的电连接，另一方面就阻焊层而言还防止半导体与焊料直接接触。为此，金属镍通常因其极高的熔点而被用于阻焊层。对于基于CdTe或CdTe基的半导体元件(CdTe-basiertenHalbleiterelement)来说，在使用镍作为用于阻焊层的材料时，由于不同材料层之间的应力已使得阻焊层从半导体元件剥离的情况一再地出现，特别是当沉积的层厚为几微米的时候。当前解决这个问题的方案是，使用非常薄的镍层作为阻焊层或掺入特殊的焊料，例如铟焊料(In-Lot)。该焊料例如不那么容易地脱开镍层，但是会带来其他问题，例如在焊料选择方面的灵活性较低。
技术实现思路
因此，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种具有CdTe基体上的半导体材料的半导体元件，其带来了与半导体材料相关的有利的阻焊性能以及尽可能大的焊料方面的多样化。本专利技术所要解决的另外的技术问题在于，提供一种放射线检测器和包括经改进的半导体元件的医疗设备，以及制造这样的半导体元件的方法，特别是该半导体元件中的特殊的阻焊层。所述技术问题通过一种半导体元件解决，其包括基于CdTe的半导体材料和连接所述半导体元件与电子构件的多个连接点，其中所述连接点设有阻焊层，且所述阻焊层包括由至少两种具有不同的膨胀系数的金属组成的混合物AB。此外，本专利技术的半导体元件基本上由基于CdTe(例如CdTe或CZT)上的半导体材料组成。这样的半导体元件与Si半导体元件不同，在镍的阻焊层较厚的情况下其特别容易出现上述的剥离现象，这是因为基于CdTe的半导体材料(CdTe-basiertenHalbleitermaterial)的不寻常的膨胀系数能造成应力的增加。当例如高温下在该半导体材料上汽化蒸镀(aufdampfen)镍时，通常在层厚度过大的情况下会在冷却至室温的过程中出现应力。另一方面，当在室温下沉积镍时，由此在应用阻焊层的情况下不会产生应力，但在操作过程中由于之后出现的较高的温度有时也会产生应力。为了最小化或防止因半导体和UBM的不同的膨胀系数而在温度波动的情况下产生的应力，特别是在施加UBM的过程中，在杂化(Hybridisieren)(术语“杂化”在该领域用作焊接的代名词)的过程中或也在操作过程中产生的应力，本专利技术的半导体元件中的阻焊层包括由至少两种具有不同的膨胀系数的金属组成的混合物AB。本文中的A或B为每一个从元素周期表中选择的金属的代称(Platzhalter)。所述由至少两种金属组成的阻焊层使得在约20℃～150℃的相关的温度范围仅出现很小的或不出现作用于半导体材料应力。由此在制造过程中，在杂化过程中或在操作过程中也避免了构件的退化或劣化。此外，在本专利技术的半导体元件中将阻焊层设置在该半导体元件的连接点处，其中所述半导体元件具有多个(即一个或更多个(例如2、3、4个等)，以及许多个)这样的用于连接该半导体元件和电子构件的连接点。本专利技术的半导体元件的上述优点以及其他优点使其适用于放射线检测器以及特别适用于用于x-射线和/或γ-射线的数率检测的检测器。因此，本专利技术还涉及包括多个本专利技术的半导体元件的放射线检测器。可选地，该放射线检测器还包括用于读取检测信号的评估电子器件，其例如可被直接设置为该放射线检测器的构件。可替代的，该评估电子器件也可被设置成独立的，可与所述放射线检测器连接的系统。由于上述优点并且特别因为改进的焊接点，本专利技术的放射线检测器即使在寻常的操作条件下也适用于医疗设备并且特别适用于包括尤其具有较高的辐射强度的x-射线和/或γ-射线的数率检测仪的设备。因此，本专利技术也涉及包括本专利技术的放射线检测器的医疗设备，例如(用于例如血管造影设备的)平板检测器(flat-panel-Detektor)。本文中特别优选的实施例是x-射线系统、γ-射线系统、CT-系统或放射性核素发射计算机断层扫描系统(Radionuklid-Emissions-Tomographiesysteme)，例如PET-系统(正电子发射断层扫描)(Positronen-Emissions-Tomographie)或SPECT-系统(单光子发射CT)(singlephotonemissionCT)。根据本专利技术，通过至少包括在所述半导体元件的连接点上施加阻焊层的步骤的方法来制造所述半导体元件，其中所述阻焊层包括由至少两种具有不同的膨胀系数的金属组成的混合物。通过该阻焊层的材料混合物制备的半导体元件在约20℃～约150℃的相关的温度范围具有非常低的或不具有作用于半导体材料的应力。下文的描述包含了特别有利的实施方案和本专利技术的进步之处，其中明确指出，还可以根据以下说明的半导体元件来改进本专利技术的放射线检测器、医疗设备和方法，反之亦然。在第一实施方式中，本专利技术的半导体元件包括由半导体化合物构成的半导体材料，其优选选自以下的组：CdTe,CdxZn1-xTe(其中0≤x≤1)(所谓的“CZT”)、CdxZn1-xTeySe1-y(其中0≤x≤1；0≤y≤1)和CdxMn1-xTeySe1-y(其中0≤x≤1；0≤y≤1)。在优选用于检测器的半导体材料中，x为在约0.01～约0.3之间的值，进一步优选在约0.02～0.2之间。在优选的半导体材料中，y的值在约0.9～1之间。热膨胀系数，下文也简称为膨胀系数，例如对于碲化镉，在293K时为5.9×10-6/K，而镍的热膨胀系数在293K时为13.4×10-6/K，其明显更高。CZT是一种由CdTe和ZnTe组成的合金，其中ZnTe通常具有为约5％～10％的较小的含量。因此，在套用线性混合定律时，CZT的膨胀系数相当接近CdTe的膨胀系数。技术人员既可以根据标准方法(Standardprozeduren)也可以参考专业文献来确定热膨胀系数的准确值。为了能适合用作阻焊层，金属A和金属B或其混合物的熔点优选大于150℃，进一步优选大于160℃，以及特别为170℃或更高。典型的焊接温度通常为约200℃。但是该阻焊层的熔点应至少为300℃，以最小化或完全避免半导体材料的温度损伤。一般情况下，所使用的金属A和B的熔点越高，就越能灵活地选择用于焊接过程的焊料。根据本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
半导体元件(1)，其包括基于CdTe的半导体材料(5)和连接所述半导体元件(1)与电子构件的多个连接点(10)，其中，所述连接点(10)设有阻焊层(20)，且所述阻焊层包括由至少两种具有不同的膨胀系数的金属组成的混合物AB。

【技术特征摘要】
2013.07.25 DE 102013214575.61.半导体元件(1)，其包括基于CdTe的半导体材料(5)和连接所述半导体元件(1)与电子构件的多个连接点(10)，其中，所述连接点(10)设有阻焊层(20)，且所述阻焊层包括由至少两种具有不同的膨胀系数的金属组成的混合物AB，所述阻焊层设成用于与焊料直接接触，其中，所述混合物AB具有的热膨胀系数与所述半导体材料(5)的热膨胀系数的偏差不超过10％。2.根据权利要求1所述的半导体元件，其中，所述半导体材料(5)由优选选自以下的组的半导体化合物构成：CdTe,CdxZn1-xTe，其中0≤x≤1，CdxZn1-xTeySe1-y，其中0≤x≤1；0≤y≤1，和CdxMn1-xTeySe1-y，其中0≤x≤1；0≤y≤1。3.根据权利要求1所述的半导体元件，其中，所述金属A选自具有比所述半导体材料(5)的热膨胀系数更小的热膨胀系数的金属组。4.根据权利要求1所述的半导体元件，其中，所述金属B选自具有比半导体材料(5)的热膨胀系数更大的热膨胀系数的金属组。5.根据权利要求1所述的半导体元件，其中，所述阻焊层具有由两种金属A和...

【专利技术属性】
技术研发人员：C施罗特，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE