AT212378B

AT212378B - Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung aus Silizium

Info

Publication number: AT212378B
Application number: AT532459A
Authority: AT
Original assignee: Siemens Ag
Priority date: 1958-09-30
Filing date: 1959-07-21
Publication date: 1960-12-12

Description

Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung aus Silizium
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung mit einem scheiben- förmigen Grundkörper aus Silizium mit mehreren Elektroden, von denen mindestens eine durch Einle- gieren einer Goldfolie geschaffen wird, und mit einer Trägerplatte aus Molybdän.

Erfindungsgemäss wird die Vereinigung der Siliziumscheibe mit der Molybdänplatte in wenigstens drei voneinander getrennten
Arbeitsgängen durchgeführt, indem die in einem ersten Arbeitsgang geschaffene Gold-Siliziumelektrode mit einer in einem zweiten Arbeitsgang in an sich bekannter Weise vergoldeten Seite der Molybdänplatte in einem dritten Arbeitsgang, bei welchem die beiden genannten Teile, aufeinandergelegt, auf eine über der eutektischen Temperatur der Gold-Siliziumlegierung liegende, jedoch 4500 C im wesentlichen nicht übersteigende Temperatur erhitzt werden und dadurch die Gold-Siliziumelektrode vorübergehend wieder aufgeschmolzen wird, zusammenlegiert werden.

Die Erfindung beruht auf folgenden Überlegungen :
Es ist bekannt, zwecks Schaffung einer Legierungselektrode eine Dotierungsstoff enthaltende Gold- folie in den vorzugsweise einkristallinen, verhältnismässig schwach dotierten Siliziumgrundkörper bei einer Temperatur von zirka 7000 C einzulegieren. Dabei wird ein Teil des Siliziumgrundkörpers gelöst und eine Gold-Silizium-Schmelze gebildet. Bei der Abkühlung wird durch Rekristallisation Silizium aus der Schmelze wieder ausgeschieden und lagert sich an das ursprünglich noch nicht gelöste Silizium, das dabei als Impfling wirkt, an.

In das rekristallisierende Silizium werden Atome des Dotierungsstoffes mit eingebaut, so dass ein hochdotierter Bereich und gegebenenfalls beispielsweise bei einem p-leitenden
Siliziumgrundkörper und einem n-Leitung erzeugenden Dotierungsstoff ein p-n-Übergang an der Grenz- fläche zwischen dem unverändert gebliebenen Teil des Siliziumgrundkörpers und der rekristallisierten
Siliziumschicht entsteht. Zur Wahrung einer möglichst grossen Diffusionslänge im Halbleiter muss man nun danach trachten, bei dessen thermischer Weiterverarbeitung mit möglichst niedrigen Temperaturen auszukommen.

Es ist deshalb ohne weiteres nicht möglich, ein Molybdänblech, das in an sich bekannter
Weise als Trägerplatte verwendet werden soll, mit der goldhaltigen Legierungselektrode zu verbinden, u. zw. u. a. schon aus dem Grunde nicht, weil dazu eine verhältnismässig hohe Temperatur von zirka 900 C erforderlich wäre. Diese Schwierigkeit wird dadurch umgangen, dass die Molybdänplatte zunächst für sich mit einer Goldauflage versehen und dann die so vorbereitete Molybdänplatte mit der goldhaltigen Elektrode des Siliziumelementes durch erneute Wärmebehandlung bei einer Temperatur von zirka 4000 C bis 4500 C vereinigt wird, welche gerade ausreicht, das Eutektikum Gold-Silizium aufzuschmelzen.

Dabei besteht nun aber die Gefahr einer merklichen Verlagerung der gegebenen Legierungsfronten, sobald die Dicke der Goldauflage der Molybdän-Trägerplatte ein bestimmtes Verhältnis zur Dicke der Dotierungsstoff enthaltenden Goldfolie überschreitet. Unter Umständen kann sogar die aus hochdotiertem Silizium bestehendeRekristallisationsschicht infolge desGoldüberschusses vollständig in der Schmelze wieder gelöst und darüber hinaus noch weiteres Silizium aus dem bisher unveränderten Basisbereich zur Legierungsbildung mit herangezogen werden. Auf diese Weise kann gegebenenfalls der p-n-Übergang durch Goldüberschuss zerstört werden, wenn z.

B. in geringem Abstand von ihm ein zweiter p-n-Übergang wie bei einem Transistor oder einem Vierschichtelement (p-n-p-n) im Siliziumelement vorhanden war und der Goldüberschuss ausreicht, das Zwischengebiet zu durchstossen. Ferner können von der vergoldeten

Molybdänplatte her den Leitungstyp ändernde Verunreinigungen oder Molybdän in die Rekristallisationsschicht gelangen. Dann würde letzteres, da es mit Gold und Silizium eine Dreistofflegierung eingeht, welche ohne Wiederausscheidung von Silizium erstarrt, überhaupt die erneute Bildung einer Rekristallisationsschicht verhindern.

Diese Schwierigkeiten können von vornherein dadurch ausgeschlossen werden, dass die Molybdänplatte nur so schwach vergoldet wird, dass ihre Goldauflage wenigstens eine Zehnerpotenz dünner ist als die zur Legierung der Siliziumscheibe verwendete Goldfolie. Vorteilhaft soll die Dicke der Goldauflage der Molybdänplatte nicht mehr als 1/50-1/30 der Dicke der Goldfolie betragen. Damit ist es u. a. auch ungefährlich und deshalb zulässig, billigeres Gold von normaler technischer Reinheit als Auflage für die Molybdänplatte zu verwenden.

Zur besseren Haftung des Goldes können auf die Molybdänplatte vor der Vergoldung zunächst eine Nickel-und dann eine Silberschicht, vorteilhaft galvanisch, aufgebracht und jeweils durch Einbrennen bei zirka 8000 C in neutraler Atmosphäre, z. B. unter Stickstoff. an das Molybdän gebunden werden. Auch die anschliessende Vergoldung erfolgt am besten galvanisch. Dadurch wird der Goldüberzug mit der Silberschicht besonders innig verbunden. Bei der späteren Wärmebehandlung findet dann zunächst eine weitgehende Mischkristailbildung aus beiden Schichten statt, welche bereits bei etwa 2000 C einsetzt und einen wesentlichen Beitrag zu der festen Verbindung mit der goldhaltigen Legierungselektrode des Siliziumelementes durch den nachfolgenden Schmelzvorgang, wie oben beschrieben, liefert.

Im galvanischen Bad wird der Goldüberzug auf beiden Seiten des Molybdänbleches erzeugt, wenn nicht die eine Seite besonders abgedeckt wird. Der beiderseitige Goldüberzug hat den Vorteil, dass die dem Silizium abgewandte Seite des Molybdänbleches verhältnismässig leicht, z. B. mittels Weichlötung, mit einem metallenen Träger- oder Kühlkörper, Stromzuführung od. dgl. verbunden werden kann. Ferner ist dadurch die Molybdänplatte gegen einen ätzangriff von an sich bekannten Ätzmitteln, welche zwar Silizium, aber nicht Gold angreifen, beispielsweise eine Mischung von Flusssäure und Salpetersäure im Mischungsverhältnis 1 : 1, geschützt.

Eine andere Möglichkeit zur Erzielung einer guten Haftwirkung der Goldauflage besteht darin, den unmittelbar auf das Molybdänblech aufgebrachten Goldüberzug selbst einzubrennen, u. zw. vorteilhaft bei zirka 9000 C und ebenfalls in neutraler Atmosphäre. Die angegebene hohe Temperatur ist hier zulässig, weil an diesem Verfahrensschritt das Siliziumelement nicht beteiligt ist. Zur Erhöhung der Dichte der Goldauflage kann es vorteilhaft sein, sie in mehreren Teilschichten, deren Dicke nur einen Teil der Gesamtdicke der Goldauflage beträgt, auf das Molybdän aufzubringen und jede Teilschicht für sich gleich nach dem Aufbringen einzubrennen.

In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel eine nach der Erfindung herzustellende Halbleiteranordnung in einem Zwischenstadium vor dem dritten Arbeitsgang veranschaulicht. Der p-leitende Basisbereich 10 eines vorgefertigten Siliziumelementes, z. B. eines Transistors, welcher in einem ersten Arbeitsgang durch Einlegierung von Goldfolien, die Dotierungsstoff, z. B. Antimon, enthalten, mit Elektroden versehen worden sind, grenzt über eine Antimon enthaltende Rekristallisationsschicht 12 an eine antimonhaltige Gold-Silizium-Legierungsschicht 13. Zwischen den Schichten 10 und 12 befindetsicheinp-n-Übergang 11. Die Schichten 12 und 13 bilden den Kollektor des Transistors.

Auf der Oberseite des Transistors befindet sich ein Emitter von ähnlicher Beschaffenheit wie der Kollektor, jedoch kleinerer Fläche. Er besteht aus einer Legierungsschicht 18 und einer vorgelagerten Rekristallisationsschicht 19, die mit einem zweiten. p-a-'Übergang an den Basisbereich 10 angrenzt. 21 ist ein Basiskontakt, der z. B. durch Einlegieren einer ringförmigen Goldfolie mit Borzusatz hergestellt sein kann. Das beschriebene Halbleiterelement ruht auf einer in einem zweiten Arbeitsgang vorbehandelten Molybdänträgerplatte 14, auf welche eine Nickelschicht 15, eine Silberschicht 16 und eine Goldschicht 17 in der oben beschriebenen Weise aufgebracht sind.

Das Halbleiterelement und die Trägerplatte werden miteinander verbunden, indem in einem dritten Arbeitsgang durch Erhitzung auf zirka 400 - 4500 C die Gold-Siliziumschicht 13 mit der Goldschicht 17 zusammenlegiert wird.

**WARNUNG** Ende DESC Feld kannt Anfang CLMS uberlappen**.

Claims

PATENTANSPRÜCHE : 1. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung mit einem scheibenförilügen Grundkorper (10) aus Silizium mit mehreren Elektroden, von denen mindestens eine durch Einlegierung einer Goldfolie geschaffen wird, und mit einer Trägerplatte (14) aus Molybdän, dadurch gekennzeichnet, dass die Vereinigung der Siliziumscheibe (10) mit der Molybdänplatte (14) in wenigstens drei voneinander getrennten <Desc/Clms Page number 3> Arbeitsgängen durchgeführt wird, indem die in einem ersten Arbeitsgang geschaffene Gold-Siliziumelektrode (13) mit einer in einem zweiten Arbeitsgang in an sich bekannter Weise vergoldeten Seite der Molybdänplatte (14) in einem dritten Arbeitsgang, bei welchem die beiden genannten Teile, aufeinandergelegt, auf eine über der eutektischen Temperatur der Gold-Siliziumlegierung liegende,

jedoch 450 C im wesentlichen nicht übersteigende Temperatur erhitzt werden und dadurch die Gold-Siliziumelektrode (13) vorübergehend wieder aufgeschmolzen wird, zusammenlegiert werden.

2. Verfahren nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, dass ein im zweiten Arbeitsgang direkt auf die Molybdänplatte aufgebrachter Goldüberzug (17) vor der Vereinigung der Molybdänplatte mit der Siliziumscheibe in einem zusätzlichen Arbeitsgang durch Erhitzung der vergoldeten Molybdänplatte (14) auf zirka 9000 C eingebrannt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Goldschicht (17) von gewünschter Gesamtdicke Åauf die Molybdänplatte aufgebracht wird, indem nacheinander mehrere Goldschichten, deren Dicke einen Teil der Gesamtdicke beträgt, in abwechselnder Wiederholung des zweiten und des zusätzlichen Arbeitsganges einzeln auf die Molybdänplatte aufgebracht und eingebrannt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1. uadurch gekennzeichnet, dass die Molybdänplatte (14) nur so schwach vergoldet wird, dass ihre Goldauflage (17) wenigstens eine Zehnerpotenz dünner ist als die in die Siliziumscheibe (10) einlegierte Goldfolie.