DE1271266B - Verfahren zur Herstellung einer Legierungsform fuer Halbleiteranordnungen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

HOIl

Deutsche KL; 2Xg-11/02

Nummer;
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag;

J 271266

P 12 71 266.2-33
25, Januar 1965
27.. Juni 1968

Das Einsortieren und Justieren der Einzelteile einer Halbleiteranordnung in eine Legierungsform ist ein zeitraubender und schwieriger Prozeß, den man schon dadurch vereinfacht hat, daß man die Form mit einem den Abmessungen der Einzelteile der Halbleiteranordnungen entsprechenden Muster versehen hat In einem bekannten Fall hat man diese Form aus einem den Halbleiterkörper und das Elektrodenmaterial nicht benetzenden Material hergestellt und in diese Form die Einzelteils der Halbleiteranordnung gefüllt; erst danach wurde die Anordnung mit Pulver umpreßt.

Diese Form soll aber nicht nur maßhaltig, sondern andererseits auch so weich sein, daß im Halbleiterkristall beim Einpressen in das Pulver keine Sprünge entstehen können, insbesondere soll der Druck auf alle Teile der Halbleiteranordnung gleichmäßig übertragen werden.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Legierungsform für Halbleiteranordnungen aus einem gegenüber den Halbleiteranordnungen inerten Pulver, das in eine den einzelnen Teilen der Halbleiteranordnungen angepaßte Form vorgepreßt wird.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das trockene Pulver zuerst zu einer Pille mit ebener Oberfläche vorgepreßt wird, daß auf diese Oberfläche ein bei einer ersten Temperatur flüssiges Bindemittel aufgebracht wird, daß dann die Pille auf eine zweite Temperatur abgekühlt wird, bei der das Bindemittel erstarrt, und daß dann die verfestigte Oberfläche der Pille in die gewünschte Form gepreßt wird.

Die Erfindung ermöglicht die Herstellung eines maßhaltigen Formkörpers aus gepreßtem Pulver, der einerseits weich genug ist und damit noch die dem Pulver einer Legierungsform zugedachte Funktion erfüllen kann, andererseits aber auch eine gleichmäßige Übertragung des Anpreßdruckes sicherstellt.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird auf die Figuren Bezug genommen.

Die F i g. 2 zeigt eine metallische Grundplatte 1. In diese sind in entsprechende Aussparungen Stifte 2 und 3 eingesetzt. Auf diese Grundplatte und die Stifte 2 ist mit entsprechenden Aussparungen 5 eine metallische becherförmige Fassung 4 aufgesetzt. Diese metallische Fassung kann an ihrer Mantelfläche, wie gezeigt, mit weiteren Durchgangsöffnungen 5 versehen sein. Die Durchgangsöffnungen 5 erfüllen an der Legierungsform während des Legierungsprozesses dann die Funktion, daß sie Abströmöffnungen bilden, durch welche in der Legierungs-Verfahren zur Herstellung einer Legierungsform
für Halbleiteranordnungen

Anmelder:

Siemens Aktiengesellschaft, Berlin und München, 8520 Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Als Erfinder benannt;

Gerhard Bachmann, 8000 München

form entwickelte Gase oder Dämpfe zur Ausschließung von Lunkerbildungen abströmen können. In der Becherform 4 sitzt auf deren Boden ein Graphitkörper 6. Dieser wurde zunächst, was in der Zeichnung nicht besonders angedeutet ist, aus pulverigem Material leicht vorgepreßt, dann in einer seiner oberen Oberfläche nahen Zone in einen verfestigten Zustand übergeführt. Hierfür wurde er z. B. mit einer vorbestimmten Menge entweder schmelzflüssigen Paraffins bestrichen oder besprüht oder mit einer Paraffinauflage bestimmter Dicke an seiner Oberfläche versehen und dann eine Zeitlang auf einer solchen Temperatur gehalten, daß dieses Paraffin in die Poren des Körpers bis zu einer vorbestimmten Tiefe eindrang. Beim Erkalten geht dieser Graphitkörper in seiner oberflächennahen Zone in den entsprechenden verfestigten Zustand über. Ein in dieser Weise vorbereiteter Graphitkörper 6 wurde also zunächst in die Becherform von 4 eingesetzt. Oberhalb der Fig. 2 ist nun ein Prägestempel 7 angedeutet, dessen untere Fläche in Draufsicht in Fig. la wiedergegeben ist. Dieser Prägestempel 7 ist in F i g. 1 b im Schnitt dargestellt. Er weist benachbart seinem oberen Ende einen Flanschteil 8 auf, der mit zwei Bohrungen 9 versehen ist, die für eine entsprechende Passung mit der Mantelfläche der Stifte 3 eingereicht sind. Wie aus F i g. 1 a zu entnehmen ist, ist der Prägestempel 7 an seiner unteren Fläche mit einem Prägemuster versehen, das durch ringförmige Vertiefungen 10 und 11 gebildet wird. Jede dieser ringförmigen Vertiefungen wird also beim Einwirken auf den zu prägenden Körper an diesem eine entsprechende rippenartige Erhöhung bzw. eine entsprechende erhabene Ringform erzeugen. In der F i g. 2 ist bereits derjenige Zustand des Legierungsformunterteilsö angedeutet, nach welchem der Prägestempel 7 gegen die obere Oberfläche des Legierungs-

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formteiles 6 geführt worden war und somit an der Fläche des oberen Legierungsformanteils 16 aufgeoberen Fläche ein Muster erzeugt worden ist, welches legte Platte 17 aus hartgepreßtem Graphit bzw. eine sich an der unteren Fläche des Prägestempels nach massive Platte aus Aluminiumoxyd, auf dieser eine der Fig. la befindet. Nachdem der Legierungsform- metallische Platte 18, auf diese wirkend ein Druckunterteil 6 in der Fassung 4 fertiggestellt worden ist, 5 bolzen 19, der an seinem oberen Ende einen Gekann das Aggregat 4, 6 beispielsweise von der ande- wichtskörper 20 trägt oder mit diesem eine Einheit ren Hilfsvorrichtung getrennt werden, wie es in bildet. Dieses Gewicht 20 bildet also während des F i g. 3 b und dem dazugehörigen Grundriß nach Legierungsvorganges dann eine zusätzliche Be-F i g. 3 a gezeigt ist. An diesem Legierungsformunter- lastung. Das Gewicht 20 hat also den Charakter eines teil kann an dessen oberer Oberfläche nunmehr in io Kraftspeichers. An seine Stelle kann somit auch sinndem Prägemuster die Einschichtung der Zusammen- gemäß eine entsprechende Feder treten, die beispielsstellungen aus Halbleiterkörper und Elektroden für weise sich dann gegen einen in der Figur nicht darjedes der einzelnen zu legierenden Halbleiterelemente gestellten, an dem oberen Flansch 21a des Legievorgenommen werden. Das ist auch bereits in den rungsgestells 21 befestigten Deckel andererseits ab-F i g. 3 a, 3 b angedeutet. Es bestimmen z. B. die bei- 15 stützt. Dieses Legierungsgestell 21 hat die Form eines den Ringformen 10« und lla eine mechanische Hohlkörpers, der außerdem an seiner unteren Fläche Lehre für die Einschichtung der Komponenten eines einen Flansch 22 a aufweist, so daß also an der Halbleiterelementes. Innerhalb des Ringes 11a ist ein Bodenfläche dieses Gestells 21 ein lichter Raum vor-Elektrodenmaterialkörper 12 eingesetzt worden, der handen ist, in den die bereits im Zusammenhang mit in seiner Lage durch das Zusamenwirken des inneren ao der Fig. 2 erwähnten Öffnungen S münden, durch Randes des Rippenkörpers lla mit dem äußeren welche die bei der dem Legierungsvorgang entwickel-Rand des Elektrodenmaterialkörpers 12 bestimmt ist. ten Gase oder Dämpfe abströmen können. Die Es ist ferner bereits ein weiterer Elektrodenmaterial- F i g. 7 zeigt die gesamte Anordnung nach dem Einkörper 13 auf die Oberfläche des Halbleiterkörpers setzen der Legierungsformanteile 6 und 16, nachdem aufgelegt worden, der seine Lageorientierung an sei- 25 die beiden Legierungsformteile 6 und 17 miteinander nem inneren Rand durch den äußeren Umfang des und mit den eingeschichteten zu legierenden Kompo-Rippenkörpers lla erfährt. Die Ringe 10& und Ub nentenzusammenstellungen verpreßt worden sind. Es bestimmen wieder eine Lehre für die Zusammenstel- ist daher zu erkennen, daß die Elektrodenmateriallung der Komponenten eines Halbleiterelementes. In körper im Sinne von 12, 13, 14 und 15 in die Oberdiese Lehre wurden zunächst Elektrodenmaterialkör- 30 flächen der Graphitkörper eingepreßt worden sind, per entsprechend den beschriebenen 12 und 13 ein- d. h., daß sie allseitig von diesen Legierungsformgesetzt. Nunmehr ist jedoch bereits auf diese Elek- anteilen begrenzt werden. Nachdem eine solche Antrodenmaterialkörper eine Halbleiterscheibe 14, z. B. Ordnung gemäß Fi g. 7 in den Ofen gebracht worden aus Silizium, aufgelegt worden, die in ihrer Lage an ist bzw. einem entsprechenden Legierungsprozeß ihrem äußeren Rand bestimmt ist durch den inneren 35 unterworfen ist, sind dann auf diese Weise gleich-Rand des erhabenen Rippenkörpers 10 b. An dem zeitig eine entsprechende Vielzahl von Halbleiter-Lehrensystem, welches in einem der beiden Ringe elementen in den legierten Zustand übergeführt wor-10 c und Uc für die Zusammenstellung der Kompo- den, so daß sie also in ihrem Halbleiterkörper die nenten eines weiteren Halbleiterelementes bestimmt entsprechenden dotierten Bereiche aufweisen. Diese ist, ist schließlich gezeigt, wie nach der EinscMchtung 40 fertiglegierten Halbleiteranordnungen können dann von Elektrodenmaterialkörpern 12 und 13 sowie durch Zerstörung der Graphitformen aus diesen enteiner Halbleiterscheibe im Sinne von 14 auf diese nommen und einer weiteren Bearbeitung, wie den Halbleiterscheibe 14 nunmehr bereits derjenige Elek- bekannten erforderlichen Ätzvorgängen usw., untertrodenmaterialkörper 15 aufgelegt worden ist, wel- worfen werden.

eher von der oberen Fläche des Halbleitermaterial- 45 In den F i g. 4 und 6 ist nun noch gezeigt, wie nicht körpers in diesen einlegiert werden soll. Ist in samt- nur der Legierungsformunterteil, sondern auch der liehe Ringsysteme je eine vollständige Halbleiter- Legierungsformoberteil vorbereitet werden kann, so elementekomponentenzusammenstellung eingeschich- daß er für Elektrodenmaterialkörper als Lehrkörper tet worden, so ist damit der Legierungsformunterteil benutzt werden kann, um eine bestimmte relative nunmehr derart vorbereitet, daß er mit dem züge- 50 Lageorientierung z. B. zwischen den von der oberen hörigen oberen Legierungsformteil zusammengeführt Oberfläche des Halbleiterkörpers in diesen einzuwerden kann. legierenden Körper und dem Halbleiterkörper leh-

Bei der bisher geschilderten Beschickung der renartig vorzunehmen.

Oberfläche des Legierungsformteils kann mit diesem Die F i g. 4 a und 4b zeigen einen entsprechend

nunmehr ein einfacher plattenförmiger Legierungs- 55 vorbereiteten Oberteil. Um den Zusammenhang zwiformoberteil zusammengeführt werden, der sich in sehen der bereits erwähnten F i g. 7 und diesen leicht vorgepreßtem Zustand befindet. Wird nunmehr Fig. 4 zu schaffen, ist in den Fig. 4b und 4a der die gegenseitige Verpressung der beiden leicht vorge- leicht vorgepreßte Graphitkörper mit 16 a bezeichnet preßten Legierungsformanteile, die sich, wohlbe- worden. Dieser Graphitkörper ist also ein im Sinne merkt, wie bereits oben angeführt, in dem leicht vor- 60 des Körpers 6 nach F i g. 2 zunächst aus pulverigem gepreßten Zustand auch in ihrer oberflächennahen Material leicht vorgepreßter Körper gewesen. Dieser Zone nunmehr befinden müssen, vorgenommen, so wurde in einer seiner in Fig. 4b untenliegenden ergibt sich schließlich ein Zwischenerzeugnis gemäß Fläche oberflächenbenachbarten Zone in einer der Fig.7, in welcher für die bereits in den voraus- angegebenen Weisen verfestigt, z.B. also unter Begehenden Figuren vorhandenen Teile der Einfach- 65 nutzung von Paraffin, und danach wurde in seine heit halber unmittelbar die gleichen Bezugszeichen untere Fläche durch Benutzung eines Prägestempels, beibehalten worden sind. Diese Figur zeigt außer den wie er in den F i g. 6 a und 6 b dargestellt und mit 29 bereits beschriebenen Teilen eine auf die obere bezeichnet ist, eine Einprägung vorgenommen, so

daß an seiner unteren Fläche die Vertiefungen bzw. Einprägungen 22 zur Entstehung gelangten. An der mit 22 a gezeigten Einprägung ist gezeigt, wie bereits ein Elektrodenmaterialkörper im Sinne von 15 nach Fig. 3a, nachdem er oder die Bodenfläche dieser Aussparungen mit einem Haftmittel, wie z. B. Paraffinöl, benetzt worden ist, eingeführt worden ist und somit in dieser Aussparung haftet. Wird nun der Legierungsformoberteil 16 a in allen seinen Aussparungen mit den entsprechenden eingelagerten Elektrodenmaterialkörpern 15 versehen, so kann er dann mit dem Legierungsformunterteil zusammengeführt werden. Um das zu veranschaulichen, ist unterhalb der Fig. 4b in Form der Fig. 5a in Zuordnung zu Fig. 4b nochmals die gleichartige Anordnung wiedergegeben, wie sie in F i g. 2 enthalten ist. Die Fig. 4b zeigt nun als weitere Teile einen den Graphitkörper 16 a umschließenden Fassungsteil 23, z. B. aus Eisen bzw. Stahl, der mit zwei Durchgangskanälen 24 versehen ist, die eine derartige Lage haben, daß sie mit den Führungsbolzen 3 nach F i g. 5 zusammengeführt werden können und außerdem derart eingerichtet sind, daß sie eine dichte Gleitsitzpassung mit diesen eingehen, denn es kommt ja darauf an, daß der jeweilige Elektrodenmaterialkörper 15 in eindeutig vorbestimmter Lage mit der Oberfläche der jeweiligen Halbleiterplatte 14 zusammengeführt wird. Um auch eine sichere radiale gegenseitige Lagesicherung von Legierungsformoberteil und -unterteil zu erreichen, ist der Fassungsteil 24 benachbart seiner unteren Fläche mit einer Eindrehung 25 versehen, so daß sich also ein Absatz 26 ergibt, mit welchem sich der Fassungsteil 23 auf den oberen Rand 4 a des becherförmigen Fassungsteils 4 aufsetzt, und zugleich aber auch ein Führungszylinder 27, welcher den Rand des becherförmigen Teiles an seiner Außenmantelfläche umschließt und sinngemäß mit diesem für eine gegenseitige Passung eingerichtet sein muß. Sind die beiden Teile nach F i g. 4 und 5 miteinander zusammengeführt worden, so daß sich 23 auf den Rand 4 a von 4 aufgesetzt hat, so kann nunmehr auf die Platte 28, welche der Druckplatte 17 nach F i g. 7 entspricht, ein entsprechender Druck ausgeübt werden, um die beiden Legierungsformteilanteile 16 a und 6 aus leicht vorgepreßtem pulverigem Material miteinander zu verpressen, so daß schließlich eine fertige Legierungsform im Sinne von den miteinander verpreßten Teilen 6 und 16 mit den eingeschlossenen Halbleiterelementenzusammenstellungen im Sinne der F i g. 7 entspricht. Die in dieser Weise fertiggestellte Anordnung kann dann in ein Gestell im Sinne von 21 nach F i g. 7 gebracht werden, dem die zusätzlichen Druckplatten und Gewichte bzw. Kraftspeicher zugeordnet werden. Dann wird in einem Ofen der Legierungsvorgang durchgeführt.

Für die Durchführung eines solchen Legierungsvorganges braucht naturgemäß nicht für jede einzelne der hergestellten Legierungsformen 6,16, je ein solches Gestell 21 vorgesehen werden, sondern es können sinngemäß auch mehrere solcher Legierungsformen für eine Vielzahl von zu legierenden Halbleiteranordnungen zu einer Säule übereinandergeschichtet sowie durch einen gemeinsamen Kraftspeicher belastet werden und in dieser Säule oder unter Benutzung dann gemeinsam für alle die Legierungsformen ein Legierungsvorgang durchgeführt werden, in dessen Zeitraum also alle die Halbleiterelementezusammenstellungen in den legierten Zustand übergeführt werden.

Die in den Figuren angedeuteten jeweiligen Halbleiterplatten im Sinne der von 14 bezeichneten brauchen natürlich nicht Halbleiterplatten zu sein, die für den Legierungsvorgang einen Ausgangshalbleiterkörper darstellen, der lediglich eine einzige Dotierung entweder vom p-Leitungstyp oder vom n-Leitungstyp aufweist, sondern ein solcher Halbleiterkörper kann auch, wie bereits angedeutet, mit mehreren eindotierten Bereichen versehen sein. Diese Eindotierung brauchte dabei nicht im Wege einer Legierung geschaffen worden zu sein, sondern kann vorzugsweise auf dem Wege der Eindiffusion erzeugt worden sein, wofür das geeignete Dotierungsmaterial z. B. auf die Oberfläche des Halbleiterkörpers in einer Ampulle aufgedampft bzw. der Oberfläche z. B. aus einer ihn enthaltenden chemischen Verbindung abgeschieden und dann durch thermische Behandlung zur Eindiffusion gebracht wurde. So kann also ein solcher Halbleiterkörper beispielsweise von zwei einander gegenüberliegenden Oberflächen mit entsprechenden, durch Eindiffusion erzeugten Bereichen versehen sein. Es wird dann also die in Verbindung mit der Erfindung geschilderte Legierung als Einlegieren in einen solchen bereits durch Diffusion vorbehandelten und mit dotierten Bereichen versehenen Halbleiterkörper vorgenommen.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung einer Legierungsform für Halbleiteranordnungen aus einem gegenüber den Halbleiteranordnungen inerten Pulver, das in eine den einzelnen Teilen der Halbleiteranordnungen angepaßte Form vorgepreßt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das trokkene Pulver zuerst zu einer Pille mit ebener Oberfläche vorgepreßt wird, daß auf diese Oberfläche ein bei einer ersten Temperatur flüssiges Bindemittel aufgebracht wird, daß dann die Pille auf eine zweite Temperatur abgekühlt wird, bei der das Bindemittel erstarrt, und daß dann die verfestigte Oberfläche der Pille in die gewünschte Form gepreßt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgepreßte Unterteil an seiner Oberfläche mit einer Schicht aus bei Zimmertemperatur festem Paraffin überzogen und dann kurzzeitig derartig erhitzt wird, daß dieses Paraffin in eine oberflächennahe Zone des Unterteils eindringt.

3. Verfahren nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß als flüssiges Bindemittel Wasser benutzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als flüssiges Bindemittel Paraffinöl benutzt wird.

5. Verfahren nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß als flüssiges Bindemittel ein Alkohol benutzt wird.

6. Verfahren nach Ansprach 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die erhabenen Prägemusterteile der Legierungsform in der Richtung vom Legierungsformkörper zu ihren freien Enden mit Querschnittsverjüngung erzeugt werden.

7. Verfahren n&eh Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere vorbereitete verpreßte, die zu legierende» Äalb-JeitereJementezusammenstellungen einschließende Legierungsformenkörper jn einem gemeinsamen Gestell gestapelt und in diesem dem gemeinsamen Legierungsprozeß unterworfen werden.

8. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß in die Legierungsfqrm zusammen mit einzulegjerenden

Elektrodenmaterialkörpern Halbleiterkörper mit bereits durch Eindiffusion von Dotierungsstoffen erzeugten dotierten Zonen bestimmten Leitungstyps und Dotierungsgrades oder mit einem Schichtensystem aus solchen Zonen eingebracht werden,

Jn Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1046198,
554,1130524,1146 206.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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