DE1085613B

DE1085613B - Verfahren zur grossflaechigen Kontaktierung eines einkristallinen Siliziumkoerpers

Info

Publication number: DE1085613B
Application number: DES48725A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Hubert Patalong
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1956-05-15
Filing date: 1956-05-15
Publication date: 1960-07-21
Also published as: NL112317C; NL112167C; GB865370A; US2937113A; DE1282792B; CH365801A; CH365802A; NL224458A; NL231940A; CH365800A; CH360732A; US2898528A; SE336845B; NL216614A; US2974074A; NO120536B; GB866376A; SE323146B; NL235480A; DE1279849B

Description

DEUTSCHES

Es ist bekannt, bei der Herstellung von Siliziumschaltelementen unsymmetrischer Leitfähigkeit eine Siliziumscheibe mit einer Scheibenfläche von mehreren mm² mit einer Goldfolie von größerer Fläche zusammenzulegieren. Das bekannte Schaltelement ist für Signalumsetzung, also für sehr schwache Ströme in der Größenordnung von Milliampere bestimmt und demgemäß auf der anderen Flachseite der Siliziumscheibe mit einer punktförmigen Elektrode versehen, die durch Einlegieren eines Endes eines Aluminiumdrahtes erzeugt wird. Dieser Punktelektrode ist ein entsprechend winziger p-leitender Bereich vorgelagert, der durch Umwandlung eines unmittelbar benachbarten Teiles der η-leitenden Siliziumscheibe beim Einlegieren hervorgerufen wird, so daß sich zwischen dem umgewandelten Bereich und dem übrigen Teil der Scheibe ein gleichrichtender pn-übergang mit kugelähnlich gekrümmter Fläche befindet, während der gegenüberliegende großflächige Goldkontakt von rein ohmscher oder im wesentlichen ohmscher Natur ist. Damit letzteres auf jeden Fall gewährleistet ist, kann der Goldfolie vor ihrer Verbindung mit der Siliziumscheibe in Donatorelement, beispielsweise Antimon, zulegiert werden. Wegen der erwähnten geringen Stromstärke ist es hierbei unerheblich, daß die Abstände der verschiedenen Teile der flächenhaften Goldelektrode von der gegenüberliegenden gleichrichtenden Punktelektrode unterschiedlich groß sind. Deshalb ist bei dem bekannten Schaltelement weder die anteilige Zusammensetzung der antimonhaltigen Goldfolie angegeben noch sonst Vorsorge getroffen, daß eine über die Fläche gleichmäßige Legierungstiefe gewährleistet ist. Die für den bekannten Gleichrichter angegebene kurze Erhitzungszeit von beispielsweise 3 Sekunden für den Legierungsvorgang und die Kühlwirkung eines gleichzeitig vorbeiströmenden Schutzgases sowie der Umstand, daß auch am fertigen Gleichrichter die Goldfolie noch als solche vorhanden ist, lassen ferner darauf schließen, daß die Goldfolie in die Siliziumscheibe nur teilweise einlegiert wird.

Demgegenüber wird es durch die Erfindung ermöglicht, bei größeren Kontaktflächen von mehreren mm² bis zu einigen mm² mit Hilfe einer Goldfolie nicht nur die Umrisse und Abmessungen dieser Flächen, sondern auch eine gewünschte Eindringtiefe im voraus bequem festzulegen, welche bekanntlich durch die Goldmenge je Flächeneinheit bzw. durch die Dicke der Goldfolie unter der Voraussetzung, daß sie in der Legierungsmenge vollständig aufgeht, gemäß dem Zweistoffdiagramm Gold/Silizium eindeutig gegeben ist.

Die Erfindung betrifft mithin die Verbesserung eines Verfahrens zur großflächigen Kontaktierung eines einkristallinen Siliziumkörpers mit einer anti-Verfahren zur großflächigen Kontaktierung eines einkristallinen Siliziumkörpers

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke

Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dipi.-Phys. Hubert Patalong, Pretzfeld,
ist als Erfinder genannt worden

monhaltigen Goldfolie durch Zusammenlegieren beider über eine Fläche von mehreren mm² bis zu einigen cm². Erfindungsgemäß wird eine durch Kaltwalzen hergestellte Folie aus Gold mit einem an sich bekannten Antimongehalt zwischen 0,2 und 5 %, insbesondere von etwa 1 %, unter Verwendung eines Preßkörpers mit zur Kontaktfläche paralleler Druckfläche in den Siliziumkristall bis zu einer über die ganze Kontaktierungsfläche gleichmäßigen, durch die Goldmenge je Flächeneinheit der Folie im voraus festgelegten Tiefe einlegiert.

Bei den als bekannt erwähnten Kontakten aus Gold mit einem Antimongehalt zwischen 0,5 und 5%, insbesondere l^fl/o, spielt die gleichmäßige Eindringtiefe keine Rolle, da es sich entweder um Punktkontakte für Signalströme oder zumindest kleinflächige Kontakte für niedrige Stromdichte handelt. Hier fallen auch Schwierigkeiten bezüglich guter Haftung und Rißfreiheit wegen der kleinen Abmessungen nicht ins Gewicht, so daß derartige Halbleiterelemente sogar auch mit Goldelektroden, deren Antimongehalt erheblich über oder unter dem angegebenen Wertbereich liegt, versehen wurden.

Bei größeren Flächen entstehen jedoch Schwierigkeiten, indem nach der Kontaktierung die wieder erkaltete Probe Risse aufweist. Es wurde gefunden, daß diese entweder auf ungleichmäßige Eindringtiefe des Kontaktmetalls oder auf eine große Härte in Verbindung mit der Verschiedenheit der Wärmeausdehnung von Halbleiter und Kontaktmetall zurückzuführen waren. Ungleichmäßige Eindringtiefe ergab sich bei an sich bekannter Kontaktierung mit Gold, dessen Antimongehalt geringer als 0,1% war. Die Ungleichmäßigkeit ging, obwohl ein Preßkörper mit zur Kon-

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taktfläche paralleler Druckfläche zur gleichmäßigen Verteilung des flüssig gewordenen Kontaktmetalls angewendet wurde, häufig so weit, daß an einzelnen Stellen der zu kontaktierenden Halbleiterfläche überhaupt keine Legierungsbildung eintrat. Rißbildung wegen zu großer Härte der Legierung wurde bei an sich bekannter Kontaktierung mit Gold, dessen Antimongehalt etwa 25^fl/o entsprechend dem Eutektikum betrug, beobachtet.

Die obenerwähnten Schwierigkeiten werden durch das neue Verfahren weitgehend behoben; es zeigt sich nämlich, daß die zu kontaktierende Siliziumkristallfläche bei der Wärmebehandlung durch die flüssig gewordene Legierung gut benetzt wird, was eine sehr gleichmäßige Eindringtiefe der Legierungsbildung zur Folge hat. Für die erwähnte gute Benetzung ist der angegebene Mindestgehalt von 0,2% Voraussetzung. Die obere Grenze von 5% ist durch die Kaltverformbarkeit des Kontaktgoldes bedingt, die zugleich ein Maß für die Vermeidung von Rißbildung am fertigkontaktierten Kristall ist.

Mit Hilfe des neuen Verfahrens gelingt es, auf einkristallinen Siliziumscheiben großflächige Legierungselektroden mit vorgelagerten η-leitenden Bereichen von gleichmäßiger Dicke anzubringen, die vom unverändert gebliebenen Teil der Kristallscheiben, falls dieser p-leitend ist, durch eine zur Kontaktebene genau parallel verlaufende pn-Übergangsfläche getrennt sind, während die entsprechende Fläche bei n-leitendem Ursprungskristall einen abrupten Übergang zwisehen dem schwachdotierten und dem höherdotierten Bereich darstellt und somit gleichfalls eine genau definierte ebene Grenze des mit Widerstand behafteten Teiles der Strombahn im Innern der Halbleiteranordnung bildet. Mit solchen ebenen Begrenzungsflächen wird, wenn sie sich auf den planparallelen Seiten der Siliziumscheiben gegenüberliegen, eine gleichmäßige Stromdichte über die kontaktierte Scheibenfläche erreicht, welche eine optimale Ausnutzung der Halbleiteranordnungen hinsichtlich ihrer Strombelastbarkeit gestattet.

Claims

PATENTANSPRUCH:

Verfahren zur großflächigen Kontaktierung eines einkristallinen Siliziumkörpers mit einer antimonhaltigen Goldfolie durch Zusammenlegieren beider über eine Fläche von mehreren mm² bis zu einigen cm², dadurch gekennzeichnet, daß eine durch Kaltwalzen hergestellte Folie aus Gold mit einem an sich bekannten Antimongehalt zwischen 0,2 und 5·°/α, insbesondere von etwa 1%, unter Verwendung eines Preßkörpers mit zur Kontaktfläche paralleler Druckfläche in den Siliziumkristall bis zu einer über die ganze Kontaktierungsfläche gleichmäßigen, durch die Goldmenge je Flächeneinheit im voraus festgelegten Tiefe einlegiert wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
österreichische'Patentschrift Nr. 117 475;
französische Patentschriften Nr. 1 038 658,
093 724;
USA.-Patentsch.rift Nr. 2 736 847.

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