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Verfahren zur grossflächigen Kontaktierung eines einkristallinen
Siliziumkörpers
Die Erfindung nach dem Stammpatent betrifft ein Verfahren zur grossflächigen Kontaktierung eines einkristallinen Siliziumkörpers mit einer antimonhaltigen Goldfolie durch Zusammenlegieren beider über eine Fläche von mehreren mm ! bis zu einigen cm2, welches durch die Kombination der folgenden an sich bekannten Merkmale gekennzeichnet ist :
1.
Verwendung von Gold mit einem Antimongehalt zwischen 0, 2 % und 5 0 ; 0, insbesondere von zirka 1 0/0, aus dem
2. eine Folie durch Kaltwalzen hergestellt wird, die
3. mit Hilfe eines Presskörpers mit zur Kontaktfläche paralleler Druckfläche in den Siliziumkristall einlegiert wird, wobei
4. die ganze Goldmenge der Folie durch Wärmebehandlung in Legierungsflüssigkeit übergeführt wird, so dass die Legierung eine über die ganze Kontaktierungsfläche gleichmässige, durch die Goldmenge je Flächeneinheit im voraus festgelegte Tiefe erhält.
An solchen Gold I Antimon - Kontakten wurden häufig insbesondere bei Transistoren, die mit sehr dünner Goldfolie kontaktiert wurden, fehlerhafte Legierungsstellen, sogenannte Warzen, beobachtet. Sämtliche Transistoren, die bei der auf den Legierungsprozess folgenden Prüfung eine zu geringe Sperrspannung hatten, und bei denen daraufhin die Legierungsgrenzfläche durch Ätzen freigelegt wurde, zeigten solche Warzen. Obwohl die Gold ! Antimon'Legierung stets in gleicher Zusammensetzung bestellt worden war, ergaben von verschiedenen Lieferungen einige fast 100 0 gute Transistoren und andere fast lauter Ausschuss, ohne dass eine Ursache für diese verschiedenen Ergebnisse gefunden werden konnte.
Langwierige Untersuchungen erst führten zu der Vermutung, dass bei Anwesenheit von Arsenspuren in der Gold/Antimon-Legierung die Warzenbildung weitgehend unterbleibt, wahrscheinlich infolge besserer Benetzung der Siliziumfläche durch das Legierungsmetall. Arsen an sich ist als Element der V. Gruppe des Periodischen Systems und somit als Mittel zur n-Dotierung von Germanium und Silizium bekannt. Die Dreistofflegierungen von Silizium, Arsen und einem geeigneten Kontaktmetall, insbesondere Gold, sind jedoch durchwegs spröde, auch diejenigen, in denen der Arsengehalt nur wenige Hundertteile des Goldanteils beträgt. Deshalb ergibt die Verwendung von Arsen an sich als Beimengung bei der Kontaktierung von Siliziumeinkristallen keine brauchbaren elektrischen Halbleiterelemente und wurde deshalb nach dem Scheitern der ersten Versuche von der Fachwelt verworfen.
Demgegenüber beruht die Erfindung auf der Erkenntnis, dass die Anwesenheit von Arsen den Legierungsprozess unter gewissen Umständen fördern kann, und besteht darin, dass eine Gold/antimon - Legierung mit einem Arsengehalt von mindestens l0 - 3 % bits höchstens 10-1 lo, bezogen auf die Gesamtmenge der Gold ! Antimon-Legierung, in den Siliziumgrundkörper einlegiert wird. Nachträgliche Kontrollversuche haben die Richtigkeit der Erkenntnis und der daraus gezogenen Lehre bestätigt.
Damit die Benetzung z. B. auch bei einerr. mässigen Druck von weniger als 1 kg/cm2 während desLe- * 1. Zusatzpatent Nr. 216575.
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nach dem Ergebnis der bisherigen Untersuchungen ungefähr bei einem Arsengehalt von 10-1 0 ; 0, bezogen auf die Gesamtmenge der Gold/Antimon-Legierung. Übrigens kann bei zu hohem Arsenanteil unter Um- standen Gefahr bestehen, dass sich die fertige Goldlegierung nach dem Erkalten kaum noch zu einer dünnen Folie auswalzen lässt, oder dass das fertig kontaktierte Siliziumelement nach dem Erkalten Risse oder Sprünge infolge zu hoher Sprödigkeit aufweist.
Die Aufbereitung einer geeigneten arsenhaltigen Gold/Antimon-Legierung kann vorteilhaft in der Weise erfolgen, dass durch einen ersten Schmelzprozess das Arsen dem hochreinen Antimon beigeschmolzen wird und dass durch einen oder mehrere weitere Schmelzprozesse das arsenhaltige Antimon mit der gehörigen Menge hochreinen Goldes zusammenlegten wird. Der Goldanteil kann gegebenenfalls durch mehrere Schmelzprozesse stufenweise erhöhtwerden. Im Endstadium sollen die anteiligerimengen vorzugweise 99 0 Au und 1 Ufo Sb/As betragen.
Die auf diese Weise hergestellte arsenhaltige Gold/Antimon-Legierung kann zu einer Folie bis herab zu einer Stärke von 0, 05 mm oder weniger ausgewalzt werden. In dieser Foliengestalt lässt sich das Kontaktmetall erfahrungsgemäss bequem handhaben.
Der eigentliche Legierungsprozess kann z. B. mittels nachgiebiger und einstellbarer Druckvorrich- tnngen, in welchen die Siliziumscheiben mit den beiderseits anliegenden Kontaktfolien und gegebenenfalls Trägerplatten zwischen Druckplatten, z. B. aus Graphit, eingeklemmt und so der Erhitzung auf zirka 700
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195149Halbleiteraggregats in eine Pulverfüllung, z. B. von Graphitpulver, und Zusammenpressen der letzteren sowie Erhitzung, wie erwähnt, gegebenenfalls unter mässiger Druckbelastung bis zu etwa l kg/cm2 oderweniger durchgeführt werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur grossflächigen Kontaktierung eines einkristallinen Silizium körpers mit einer antimonhaltigen Goldfolie durch Zusammenlegieren beider über eine Fläche von mehreren mm 2 bis zu einigen cm ? nach Patent Nr. 212877, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gold/Antimon-Legierung mit einem Arsengehalt von mindestens 10 * % bis höchstens 10"%, bezogen auf die Gesamtmenge der Gold/Antimon-Le- gierung, in den Silizium-Grundkörper einlegiert wird.