DE1160549B

DE1160549B - Verfahren zur Herstellung einer Verbindung durch Loetung bzw. Legierung an Halbleiteranordnungen

Info

Publication number: DE1160549B
Application number: DES67017A
Authority: DE
Inventors: Dr Rer Nat Kurt Raithel
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1960-02-10
Filing date: 1960-02-10
Publication date: 1964-01-02

Description

Verfahren zur Herstellung einer Verbindung durch Lötung bzw. Legierung an Halbleiteranordnungen Die Erfindung bezieht sich auf die Verbesserung eines Verfahrens zur Herstellung einer Verbindung durch Lötung bzw. Legierung an Halbleiteranordnungen, vorzugsweise auf der Basis eines Halbleiters aus oder nach Art von Germanium oder Silizium, zwischen einem Körper zum elektrischen Anschluß und einer Elektrode des durch Diffusion oder durch Legierung, gegebenenfalls mit einer zusätzlichen Trägerplatte hergestellten Halbleitersystemaufbaus.
Die Halbleiteranordnung kann dabei eine Diode, ein Triode bzw. ein Transistor oder ein Halbleiterelement sein, welches einen pnpn-Schichtenaufbau hat, so daß es nach Art eines gittergesteuerten Gasentladungsgefäßes mit Glühkathode zu einem beliebigen Zeitpunkt einer Spannungshalbwelle eines Wechselstromes nach Art eines Schalters in den Zustand der Durchlässigkeit zwischen seinen Hauptelektroden übergeführt werden kann. Solche steuerbaren Gasentladungsanordnungen sind unter der Handelsbezeichnung Stromtore bekanntgeworden. Eine in dieser Weise betriebene Halbleiteranordnung könnte daher sinngemäß auch als ein Halbleiterstromtor bezeichnet werden.
Die Erfindung hat bei diesem Verfahren eine Lösung der Aufgabe zum Ziel, das Anbringen einer elektrischen Anschlußelektrode an einem bereits nach dem Legierungs- bzw. Diffusionsprozeß fertiggestellten Halbleitersystem an einer bei diesem Prozeß erzeugten Elektrode unter Vermeidung von nachteiligen Erscheinungen in der Erhaltung der Form dieser letztgenannten Elektrode vornehmen zu können.
Bei der Herstellung von Halbleiteranordnungen, z. B. beim Aufbau einer Diode, bei welchem eine Trägerplatte, eine Aluminiumfolie als Elektroden-und Dotierungsmaterial der einen Art, ein Halbleiterkörper aus Silizium, ein Körper aus einer Goldantimonlegierung als Elektrodenwerkstoff der zweiten Elektrode und ein Anschlußkörper, z. B. aus Kupfer, unmittelbar oder erst nach einer zwischengeschalteten Platte, z. B. aus Wolfram, übereinandergeschichtet werden, hat sich, wenn der Anschlußkörper, gegebenenfalls zusammen mit der Wolframplatte, auf das bereits durch Diffusion oder Legierung fertiggestellte Halbleitersystem aufgesetzt worden war und das System anschließend so erwärmt wurde, daß der Elektrodenwerkstoff, z. B. aus Goldantimon bzw. einschließlich der entstandenen Gold-Antimon-Silizium-Legierung, wieder in den schmelzflüssigen Zustand übergeführt wurde, unter dem Einfiuß der Gewichtsbelastung dieses Anschlußkörpers z. B. ein wulstartiges Ausweichen der Goldantimonelektrode seitlich des Anschlußkörpers ergeben. Das ist nachteilig, denn dieser wulstartig erhöhte Elektrodenteil stellt bei der anschließend an den Löt- bzw. Legierungsprozeß erfolgten Abkühlung der Anordnung einen Körper von gegenüber dem anderen Elektrodenteil erhöhter Schrumpfwirkung bzw. Schrumpfkraft dar, so daß durch die dabei entstehende verschiedene mechanische Einwirkung der Elektrodenteile auf den Halbleiterkörper dieser beschädigt oder zerstört werden kann. Anstatt oder neben der wulstartigen Erhöhung kann die Erscheinung auftreten, daß der Elektrodenwerkstoff sich seitlich an dem Anschlußkörper durch Benetzungswirkung hochzieht, womit ebenfalls eine ungleichmäßige Höhenausdehnung der schmelzflüssigen Elektrode an dem Halbleiterkörper entsteht. Welche der genannten Erscheinungen und welche bevorzugt auftritt, ist eine Frage der bei der Anbringung der Anschlußelektrode angewandten Temperatur.
Diese Mangelerscheinungen lassen sich beim Anbringen eines Anschlußkörpers an einer Halbleiteranordnung der eingangs erwähnten Art vermeiden, indem bei dem Verfahren nach der Erfindung zur Vermeidung unerwünschter Schubspannungen im Halbleiterkörper der Halbleitersystemaufbau in eine Hilfsform eingesetzt, auf ihm der zu befestigende Anschlußkörper in seiner betriebsmäßigen Lage angeordnet, anschließend die Hilfsform mit einer pulverigen Masse gefüllt und derart gepreßt wird, daß sie den genannten Systemaufbau einschließlich des an diesen anschließenden Teils des Anschlußkörpers nach Art einer Hilfsform umschließt, so daß bei der Wärmebehandlung dieser Anordnung das in den Schmelzzustand übergehende, dem Anschlußkörper benachbarte Elektrodenmaterial nur eine eindeutig vorbestimmte Form annehmen kann.
Es kann somit nicht mehr zu einer solchen unerwünschten ungleichförmigen Ausbildung der Oberfläche dieses genannten Elektrodenkörpers kommen, die zu einer ungleichmäßigen Höhe über dem Halbleiterkörper mit ihren nachteiligen Folgen führen kann.
Die Anwendung einer Pulverpreßform war bereits für die Herstellung von Halbleiteranordnungen bekannt, um auf den Halbleiterkörper aufgelegte Dotierungswerkstoffe in den Halbleiterkörper einzulegieren und dadurch in diesem bestimmte Volumenbereiche nach Grad und/oder elektrischem Leitungstyp zu dotieren, also zur Fertigung von Halbleiterkörpern, die ihrerseits dann erst mit einem elektrischen Anschlußleiter versehen werden sollen.
Es war ferner bekannt, an Flächengleichrichtern mit legierten Elektroden die an einer dieser Legierungselektrode anzubringende Stromzuführung der Legierungselektrode im Querschnitt der legierten Zone anzupassen und so auszubilden, daß beim Einsetzen der Stromzuführung in das Legierungsmaterial sich dieses auf der Halbleiteroberfläche nicht ausbreitet. Zur Erfüllung dieser Wirkung wurde die Stromzuführung derart gestaltet, daß sie auf das Legierungsmaterial nach seinem Eindringen in dieses eine Saugwirkung, insbesondere durch eine Kapillarwirkung, ausübt, wobei sie offenbar während dieses Prozesses in vorbestimmter ortsfester Lage festgehalten werden muß. Durch einen solchen Prozeß können sich aber gerade entgegen der Zielsetzung nach der vorliegenden Erfindung, der Entstehung von Schubspannungen bzw. Schrumpfspannungen im Halbleiterkörper dadurch vorzubeugen, daß auf dem Halbleiterkörper Stellen mit Elektrodenmaterial verschiedener Höhe nicht entstehen können, solche Elektrodenmaterialmengen mit verschiedener Höhenausdehnung über die Oberfläche des Halbleiterkörpers und damit gerade diejenigen nachteiligen Erscheinungen ergeben, welche durch die Anwendung des vorliegenden Verfahrens vermieden werden sollen.
Zur näheren Erläuterung der Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispieles wird nunmehr auf die Zeichnung Bezug genommen.
In dieser bezeichnet 1 den becherförmigen Körper einer Hilfsform, die z. B. aus Graphit bestehen kann. Auf dem Boden dieser Becherform ist der Halbleitersystemaufbau eingesetzt. Dieser besteht z. B. aus einer Kupferplatte 2, einer Molydänplatte 3, einer Aluminiumfolie bzw. Aluminiumschicht 4, einem einkristallinen Halbleiterkörper 5, z. B. aus Silizium, einer Goldantimonelektrode 6, einer Wolframplatte 7 und einem becherförmigen Anschlußkörper 8 aus Kupfer. Der Aufbau des Systems 4 bis 6 ist in einem besonderen Diffusions- oder Legierungsprozeß hergestellt worden. Gegebenenfalls kann während dieses Legierungprozesses auch bereits die Molydänplatte 3 mit dem Systemaufbau 4 bis 6 vereinigt werden sein. Die Kupferplatte 2 kann entweder durch einen besonderen Hart- oder Weichlötprozeß oder ebenfalls während oder vor dem Legierungsprozeß an dem Halbleitersystem 4 bis 6 mit der Molydänplatte 3 verbunden worden sein. Das zu lösende Problem ist, daß entweder z. B. der Kupferkörper 8 allein oder zusammen mit der Wolframplatte 7 mit dem Elektrodenkörper 6 des Halbleitersystems verlötet wird, ohne dabei eine unerwünschte Verformung der Oberfläche dieser Elektrode 6 herbeizuführen. Es soll also nicht zu solchen Erscheinungen kommen, wie sie an der gestrichelten Stelle 9 in Form eines Ringwulstes der Stelle bzw. 11) in Form eines an dem Anschlußkörper hochgezogenen Ringes von etwa dreieckförmigem Querschnitt angedeutet sind. Diese würden eine ungleichmäßig hohe Erhebung der Elektrode 6 auf der Halbleiterplatte 5 darstellen. Nachdem das fertige System aus den eilen 2 bis 6 in die Becherform 1 eingesetzt worden ist und die Teile 7 und 8 an diesem System ihre spätere betriebsmäßige Lage auf dem Elektrodenkörper 6 erhalten haben, wird in diese Hilfsform 1 ein pulverförmiges Mittel 11, wie z. B. Quarzmehl, Graphit, Magnesiumoxyd oder Aluminiumoxyd, eingefüllt. Das Pulver soll eine möglichst feine Körnung aufweisen, so daß es sich nicht an die Mantelfläche des Systemaufbaus 2 bis 8 anlegen kann. Nunmehr wird dieses Mittel f einer Pressung unterworfen, daß es sich an die genannten Mantelflächen dicht anlegt und eine den Körper der Elektrode 6 und den anschließenden Teil der elektrischen Anschlußkörperteile 7 und 8 dicht umschließende Form bildet. Anschließend wird dann das gesamte System 1. bis 11 in einen geeigneten Ofen gebracht, damit die Elektrode 6 in ihren schmelzflüssigen Zustand übergeht und damit eine entsprechende mechanische und elektrische Verbindung mit den Anschlußkörpern 7 bzw. 8 eingeht. Es ist zu übersehen, daß, wie bereits in dem allgemeinen Teil der Beschreibung geschildert worden ist, durch die aus dem gepreßten Pulver 11 gebildete Hilfsform ein Ausweichen des Elektrodenwerkstoffes, welches früher zu einer solchen angedeuteten unregelmäßigen Formgebung an den Stellen 9 bzw. 10 der Elektrode 6 Anlaß geben könnte, nunmehr nicht eintreten kann.
Es kann eventuell bei einer starken Benetzungswirkung des Elektrodenwerkstoffes von 6 in bezug auf die Anschlußkörper 7 und 8 ein Hochziehen des Elektrodenwerkstoffes in einer sehr dünnen Schicht an der Mantelfläche von 7 und 8 stattfinden. Das ist aber dann nicht nachteilig, denn eine solche Schicht ist praktisch von sehr geringer Dicke und damit praktisch nur von untergeordnetem, unbeachtlichem mechanischem Einfluß. Diese Erscheinung der Benetzung kann vielmehr sogar nützlich sein, indem auf diese Weise z. B. ein Goldüberzug über den Wolframkörper 7 und einen Teil des Kupferkörpers 8 erzeugt wird, der am fertigen System die Wirkung eines Korrosionsschutzüberzuges übernehmen kann. Bei Verwendung von Wolframkörpern z. B. als Trägerplatte oder Anschlußkörper oder Zwischenkörper zu einer solchen ist die unmittelbare Benetzung durch Gold im allgemeinen nicht ohne weiteres in einwandfreier Weise möglich. Es wurde jedoch erkannt, daß die Benetzungswirkung dann eine vollkommene wird, wenn der Wolframkörper zunächst mit einem Tantalüberzug versehen wird. Es kann daher, wenn die Korrosionsschutzwirkung angestrebt wird, der benutzte Wolframkörper 7 vorher mit einem entsprechenden Überzug aus Tantal versehen worden sein-Zur Erhöhung der mechanischen Stabilität des aus der gepreßten Pulvermasse hergestellten Hilfsformtiies während des Erwärmungs- bzw. Ofenprozesses kann die gepreßte Pulvermasse Gegebenenfalls mit einem möglichst ihre gesamte freie Oberfläche bedeckenden bzw. beanspruchenden Gewicht belastet werden.

Claims

Patentanspruch: Verfahren zur Herstellung einer Verbindung durch Lötung bzw. Legierung an Halbleiteranordnungen, vorzugsweise auf der Basis eines Halbleiters aus oder nach Art von Germanium oder Silizium, zwischen einem Körper zum elektrischen Anschluß und einer Elektrode des durch Diffusion oder Legierung, gegebenenfalls mit einer zusätzlichen Trägerplatte hergestellten Halbleitersystemaufbaues, dadurch gekennzeichn e t, daß zur Vermeidung unerwünschter Schubspannungen im Halbleiterkörper der Halbleitersystemaufbau in eine Hilfsform eingesetzt, auf ihm der zu befestigende Anschlußkörper in seiner betriebsmäßigen Lage angeordnet, anschließend die Hilfsform mit einer pulverigen Masse gefüllt und derart gepreßt wird, daß sie den genannten Systemaufbau einschließlich des an diesen anschließenden Teils des Anschlußkörpers nach Art einer Hilfsform umschließt, so daß bei der Wärmebehandlung dieser Anordnung das in den Schmelzzustand übergehende, dem Anschlußkörper benachbarte Elektrodenmaterial nur eine eindeutig vorbestimmte Form annehmen kann. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschriften Nr. 1015 152, 1046198; österreichische Patentschrift Nr. 187 598; USA.-Patentschrift Nr. 2 752 541.