DE1230919B

DE1230919B - Verfahren zur sperrschichtfreien Kontaktierung von p-leitenden Zonen eines Halbleiterkoerpers mit einem Gold-Gallium-Lot

Info

Publication number: DE1230919B
Application number: DET29014A
Authority: DE
Inventors: Horst Schwarzenberger; Gerhard Grust; Alfred Bauer
Original assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Current assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Priority date: 1965-07-17
Filing date: 1965-07-17
Publication date: 1966-12-22

Description

Verfahren zur sperrschichtfreien Kontaktierung von p-leitenden Zonen eines Halbleiterkörpers mit einem Gold-Gallium-Lot In der Halbleitertechnik ist man in den meisten Fällen bemüht, die Elektroden von Halbleiterkörpern sperrschichtfrei, bei möglichst niederen Temperaturen und in kürzester Lötzeit zu kontaktieren.
Nach dem Stand der Technik ist eine Lötung bekannt, bei der als Lotmaterial Gold verwendet wird und bei der die festen Stoffe Germanium einerseits und Gold andererseits bei verhältnismäßig niederen Temperaturen (365° C) ein flüssiges Gold-Germanium-Eutektikum bilden. Um die Bildung des Gold-Germanium-Eutektikums innerhalb kurzer Zeit in Gang zu setzen, ist ein Temperaturstoß erforderlich, der die eutektische Temperatur erheblich überschreitet. Außerdem muß für die Eutektikumsbildung zur Erzielung einer möglichst großflächigen Lötung eine verhältnismäßig lange Zeit aufgewandt werden. Sowohl der Temperaturstoß als auch die lange Lötdauer bedingen einen erhöhten Ausfall, der besonders bei den temperaturempfindlichen Körpern von Ge-Planar-Bauelementen ins Gewicht fällt.
Da reines Gold sowohl mit n- als auch mit p-Germanium schwach dotierte pn-Übergänge bilden kann, werden dem Gold zur Erzielung sperrschichtfreier Lötungen entweder drei- oder fünfwertige Elemente, vorzugsweise Gallium oder Antimon, zugesetzt. Zur Kontaktierung von p-leitenden Halbleiterzonen wurde daher ein Goldlot mit etwa 1 Gewichtsprozent Gallium verwendet. Ein Goldlot mit einem größeren Anteil an Ga wird spröde, und die mechanische Verarbeitbarkeit der Goldlegierung verschlechtert sich mit zunehmendem Galliumgehalt.
Mit der 1%igen Au-Ga-Legierung gelingt es nicht, innerhalb der zulässigen Temperaturgrenzen und der unbedingt erforderlichen kurzen Lötzeit sperrschichtfreie Lötungen zu erzielen. Ein solcher Kontakt zeigt starke, störende, thyristorähnliche Effekte. Diese unerwünschten Effekte treten auch dann auf, wenn durch Eindiffusion von Akzeptormaterial in die Kollektorzone diese stark überdotiert wird.
Zur Vermeidung dieser Nachteile wird bei einem Verfahren zur sperrschichtfreien Kontaktierung von p-leitenden Zonen eines Halbleiterkörpers als Gold-Gallium-Lot eine eutektische Legierung verwendet.
Besonders vorteilhaft verwendet man eine Au-Ga-Legierung, die aus 84,6 Gewichtsprozent Gold und 15,4 Gewichtsprozent Gallium besteht. Eine derartig zusammengesetzte Legierung ist sehr spröde, und man stellt daher nach dem bekannten Shot-Tower-Verfahren Lotkügelchen geeigneten Durchmessers her, die bei der Kollektorkontaktierung vorteilhafte Verwendung finden. Beim Shot-Tower-Verfahren wird das geschmolzene Material für die herzustellenden Lotkugeln mittels Gasdruck durch eine senkrecht stehende Düse gedrückt, wobei das Lotmaterial die Düse in Form eines Strahles verläßt. Dieser Strahl fällt entweder frei in eine Gasatmosphäre oder in eine heiße Flüssigkeit und reißt beim Fallen ab, wobei sich das flüssige Material abkühlt und infolge der Oberflächenspannung kleine Kugeln bildet. In eine, auf den Anwendungszweck ausgerichtete Lötvorrichtung wird zuerst der oberflächenvergoldete Träger und darauf ein Lotkügelchen der eutektischen Au-Ga-Legierung gegeben. Beim Erhitzen schmilzt das Lotkügelchen bei 340° C, verteilt sich über die Oberfläche -des Trägers und geht mit diesem beim Abkühlen eine feste Verbindung ein. Danach wird das Transistorelement mit der Kollektor$äche auf die Trägerplatte gesetzt und bei etwa 450° C kurzzeitig aufgelötet. Es ist vorteilhaft, während des Lötprozesses das Ge-Plättchen mehrmals auf der Lötunterlage hin und her zu bewegen, da dadurch sich bildende, störende Oxydschichten zerrissen werden. Da das Au-Ga-Lot bereits bei 340° C schmilzt und es keiner einleitenden Bildung eines niedrigschmelzenden Ge-Au-Eutektikums bedarf, reicht nun eine kurze Lötzeit für eine gute Benetzung des Kollektors aus. So kann der Lötprozeß unmittelbar nach Erreichen der Löttemperatur beendet werden. Ein weiterer bedeutender Vorteil des Verfahrens nach der Erfindung liegt darin, daß durch den großen Anteil von Gallium in der vorgeschlagenen eutektischen Lotlegierung eine dem Lötprozeß vorangehende Eindiffusion von Akzeptormaterial zur Vermeidung des Thyristoreffektes nicht mehr erforderlich ist. Gallium verursacht in Germanium p-Leitung, so daß durch den hohen Galliumanteil in der vorgeschlagenen Legierung der durch Gold verursachte Thyristoreffekt kompensiert wird.
Messungen haben ergeben, daß bei Au-Ga-Legierungen mit 13 bis 16 Gewichtsprozent Gallium kein Thyristoreffekt mehr auftritt, wodurch die Herstellung von Ge-Planartransistoren und mesaförmig ausgebildeten Transistoren erheblich vereinfacht wird.
Das erfindungsgemäß angegebene Verfahren fäßt sich zur sperrschichtfreien Kontaktierung aller p-leitenden Halbleiterzonen vorteilhaft verwenden.
Die Erfindung wird an Hand der F i g. 1 bis 3 in einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
F i g. 1 zeigt den oberflächenvergoldeten Träger 1, auf den ein Lotkügelchen 2 gelegt wird. Dieses Lotkügelchen besteht aus einer eutektischen Gold-Gallium-Legierung mit 84,6 Gewichtsprozent Gold und 15,4 Gewichtsprozent Gallium und wurde nach dem bekannten Shot-Tower-Verfahren hergestellt. Beim Erhitzen schmilzt das Lotkügelchen und verteilt sich über die Oberfläche 3 (F i g. 2).
In F i g. 3 wird beispielsweise ein Planartransistor 4 mit seinem Kollektor auf das flächig verteilte und mit der Trägeroberfläche verbundene Lot gesetzt und durch Erhitzen anschließend aufgelötet. Ganz entsprechend wird beim Kontaktieren eines Mesa-Transistors vorgegangen.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zur sperrschichtfreien Kontaktierung von p-leitenden Zonen eines Halbleiterkörpers mit einem Gold-Gallium-Lot, d a d u r c h gekennzeichnet, daß als Lot eine eutektische Legierung verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gold-Gallium-Lot 13 bis 16 Gewichtsprozent Gallium enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Lot in Form von Kügelchen verwendet wird, die nach dem bekannten Shot-Tower-Verfahren hergestellt werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper mit Hilfe des Gold-Gallium-Lotes auf einen oberflächenvergoldeten Träger auflegiert wird.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das aufzulötende Germaniumplättchen während des Lötprozesses mechanisch auf der Lötunterlage bewegt wird.
6. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zum Kontaktieren der Kollektorzonen bei pnp-Ge-Planar- und Mesatransistoren. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 906 955; deutsche Auslegeschrift Nr. 1182 354; französische Patentschrift Nr. 1381154.