DE1228341B - Verfahren zur Befestigung elektrischer Leiter an Halbleiterkoerpern - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

HOIl

Deutsche KL: 21g-11/02

Nummer: 1228 341

Aktenzeichen: K 48747 VIII c/21 g

Anmeldetag: 21. Januar 1963

Auslegetag: 10. November 1966

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Befestigung elektrischer Leiter an Halbleiterkörpern unter Verwendung der Ultraschall-Schweißung.

Zur Herstellung von Verbindungen von elektrischen Leitern an verhältnismäßig kleinen Flächen von Halbleiterkörpern ist es bekannt, Stromimpulse oder Wärme und Druck zu verwenden. Bei Anwendung von Stromimpulsen ist aber nicht nur eine beträchtliche Übung des Arbeiters erforderlich, sondern es ergibt sich auch eine unerwünschte thermische Belastung. Bei Anwendung von Wärme und Druck können dagegen mechanische Materialspannungen auf Grund mechanischer Verformungen im Innern des Halbleiterkörpers auftreten.

Es ist deshalb auch schon versucht worden, elektrische Leiter durch Ultraschall-Schweißung miteinander zu verbinden. Hierdurch werden die Eigenschaften des Halbleiterkörpers nicht ungünstig beeinflußt, weil nur eine geringe Erwärmung auftritt und große mechanische Kräfte nicht aufgebracht werden, ao

Es hat sich aber gezeigt, daß bei einem Halbleitermaterial mit hohem Widerstand und hohem Schmelzpunkt die Ultraschall-Schweißung allein keine einwandfreie elektrische Verbindung liefert, obwohl sich eine feste mechanische Verbindung ergibt. Es können deshalb beträchtliche Unterschiede in den Eigenschaften der Halbleiterbauelemente auftreten.

Es ist auch bereits ein Verfahren zur Befestigung vorn Elektroden an Halbleitern bekanntgeworden, bei welchem der Halbleiter zunächst mit flüssigem Metall behandelt wird. Während dieser Behandlung wird der Halbleiter einer Ultraschall-Schwingung ausgesetzt. Erst im Anschluß daran wird die Elektrode durch Anlöten befestigt. Eine elektrische Verbindung wird hier durch Ultraschall nicht bewirkt. Es können durch örtliche Erhitzung hier Materialspannungen auftreten, die zu unterschiedlichen Kennlinien führen. Im übrigen ist dieses Verfahren zur Befestigung elektrischer Leiter an verhältnismäßig kleinen Flächen eines Halbleiterkörpers nicht geeignet.

Schließlich ist es auch bekannt, Halbleitermaterial auf eine Trägerunterlage aufzudampfen. Hierbei wird der Halbleiter verdampft und auf diese Weise auf einen Träger aufgebracht. Ein solches Verfahren ist aber nicht geeignet, an einem Halbleiterkörper einen elektrischen Leiter zu befestigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Befestigung elektrischer Leiter an Halbleiterkörpern unter Verwendung von Ultraschall-Schweißung zu schaff en, das in einfacher Weise durchführbar ist und neben einer guten mechanischen Verbindung einen einwandfreien elektrischen Kon-Verfahren zur Befestigung elektrischer Leiter
an Halbleiterkörpern

Anmelder:

Kabushiki Kaisha Hitachi Seisakusho, Tokio

Vertreter:

Dr.-Ing. E. Maier, Patentanwalt,

München 22, Widenmayerstr. 4

Als Erfinder benannt:

Hiroshi Kodera,

Shoji Tachi, Tokio;

Takeshi Takagi, Musashino-shi (Japan)

Beanspruchte Priorität:

Japan vom 22. Januar 1962 (1494)

takt mit vorherbestimmbaren Eigenschaften ergibt. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Halbleiterkörper und der elektrische Leiter wenigstens an der Kontaktstelle während oder nach Durchführung der Ultraschall-Schweißung auf eine solche unterhalb der Schmelzpunkte beider Teile liegende Temperatur erhitzt werden, daß sich die elektrischen Eigenschaften der Kontaktstelle stabilisieren.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigt

Abb. 1 eine perspektivische Darstellung eines Halbleiterkörpers,

A b b. 2 eine graphische Darstellung der Strom-Spannungskennlinien eines Halbleiterbauelementes, welches durch elektrische Leiterbefestigung unter Verwendung von Aluminium und p-leitendem Silicium hergestellt ist, und

Abb. 3 eine ähnliche graphische Darstellung, welche die Strom-Spannungskennlinien eines Halbleiterbauelementes zeigt, welches durch elektrische Leiterbefestigung unter Verwendung von Aluminium und η-leitenden Silicium hergestellt ist.

Die Abb. 1 und 2 beziehen sich auf ein Beispiel, bei welchem ein Ohmscher Kontakt an einem Halbleiterkörper vorgesehen ist. Das in der A b b. 1 gezeigte Halbleiterbauelement besteht aus einem SiIi-

' ' ' 609 710/225

ciumstab 1 mit p-Leitfähigkeit und einem spezifischen Widerstand von 30 Ohm/cm. Die Abmessungen betragen 0,2 -0,2-4 mm. An den beiden Enden! und la des Stabes sind Elektroden gebildet durch ein bekanntes Verfahren, mit welchem ein Ohmscher Kontakt an dem p-Siliciumstab 1 hergestellt wird, beispielsweise durch Nickelplattierung. In der Mitte des Stabes, wo das Silicium nicht mit Nickel bedeckt ist, ist mit dem Siliciumkörper ein Aluminiumdraht 3 mit einem Durchmesser von 40 μ durch Ultraschall-Schweißung verbunden, und es wird darauf die bekannte Anordnung in einem inerten Gas oder in einem Vakuum für 10 Minuten auf eine Temperatur von 400⁰C erhitzt. Die Strom-Spannungskennlinien zwischen der nickelplattierten Schicht 2 oder la und dem Aluminiumdraht 3 des Elementes, das in der oben beschriebenen Art hergestellt ist, sind in der Abb. 2 gezeigt, in welcher Kurven 4 und S jeweils die Kennlinien vor und nach der Hitzebehandlung zeigen.

Aus der A b b. 2 ist zu ersehen, daß nach der Hitzebehandlung ein Ohmscher Kontakt gebildet wird, obwohl eine leichte Gleichrichtung vor der Hitzebehandlung zu beobachten ist.

Wenn andererseits ein gleichrichtender Kontakt erhalten werden soll, wird ein Halbleiterstück mit einem Aufbau ähnlich dem in Ab b. 1 gezeigten hergestellt, wobei ein n-Siliciumstab mit einem spezifischen Widerstand von 30 Ohm/cm und mit Abmessungen von 0,2 · 0,2 * 4 mm hergestellt und mit einem Aluminiumdraht mit einem Durchmesser von 40 μ durch Ultraschall-Schweißung verbunden wird. Darauf wird das Element einer Hitzebehandlung unter ähnlicher Bedingung wie p-Silicium unterworfen.

Die Strom-Spannungskennlinien für den obigen Fall sind in der Ab b. 3 gezeigt, in der die Kurven 6 und 7 jeweils die Kennlinien vor und nach der Hitzebehandlung bedeuten. Aus der Abb. 3 ist ersichtlich, daß die Hitzebehandlung eine Verminderung des Rückstromes bewirkt und die Kennlinien sich denjenigen ernes idealen Gleichrichters annähern.

Es ist ferner durch Versuche festgestellt worden, daß bei einer Verbindung von Aluminium mit Silicium gute Kennlinien erreichbar sind, wenn die Hitzebehandlung bei einer Temperatur in dem Bereich von den Schmelzpunkten der beiden Materialien bis hinab zu etwa 300° C durchgeführt wird.

ίο Das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung, wie es im vorhergehenden beschrieben ist, ist anwendbar bei vielen Anordnungen, bei welchen Elektroden oder Leiter mit Halbleiterkörpern zu verbinden sind.

Während den Ausführungsbeispielen die gewünschten elektrischen Eigenschaften durch eine Hitzebehandlung nach der Ultraschall-Schweißung erreicht wurden, können entsprechende Ergebnisse auch durch Erhitzen während der Ausführung der

ao Ultraschall-Schweißung erreicht werden.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zur Befestigung elektrischer Leiter an Halbleiterkörpern unter Verwendung der Ultraschall-Schweißung, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper und der elektrische Leiter wenigstens an der Kontaktstelle während oder nach Durchführung der Ultraschall-Schweißung auf eine solche unterhalb der Schmelzpunkte beider Teile liegende Temperatur erhitzt werden, daß sich die elektrischen Eigenschaften des Kontaktes stabilisieren.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschrift Nr. 971116;

   deutsche Patentanmeldung S 30334 VIIIc/21g
   (bekanntgemacht am 28.1.1954);

   »Bell Lab. Recoud« Vol. 36, April 1958,
   S. 127 bis 130.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   609 710/225 11.66 © Bundesdruckerei Berlin