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Verfahren zum Anbringen eines elektrischen Anschlusses an einer Halbleiteranordnung
Halbleiteranordnung'en, wie Gleichrichter, Photodioden, Transistoren, Vierschichtanordnungenu. dgl., bestehen meistens aus einem Halbleiterkörper aus im wesentlichen einkristallinen Halbleitermaterial, wie
Germanium, Silicium, Siliciumkarbid oder intermetallischen Verbindungen der III. und V. Gruppe des periodischen Systems, der verschiedene Dotierungsbereiche mit unterschiedlichem Leitfähigkeitstyp be- sitzt und mit Kontaktelektroden versehen ist.
Es sind bereits verschiedene Verfahren zur Herstellung derartiger Halbleiteranordnungen bekanntge- worden. So ist es bereits bekannt, auf Halbleiterkörpem von Kreisscheiben-oder Quaderform Folien aus
Gold aufzulegen und durch einen Erwärmungsvorgang in die Oberfläche des Halbleiterkörpers einzulegie- ren. Die Goldfolien enthalten meistens dotierungsbestimmende Zusätze, z. B. die Akzeptoren und Dona- toren der III. bzw. V. Gruppe des periodischen Systems. Zur Herstellung von Kontaktelektroden genügt gegebenenfalls auch eine Goldfolie ohne dotierende Zusätze.
Man geht beispielsweise bei Silicium und Germanium so vor, dass der Halbleiterkörper mit der auf- gelegtenGoldfolie auf eine Temperatur oberhalb der eutektischen Temperatur des Goldes mit dem Halb- leitermaterial erwärmt und anschliessend verhältnismässig langsam abgekühlt wird. Hiebei wird eine grö- ssereMenge des Halbleitermaterials, als sie der eutektischen Zusammensetzung entspricht, aufgeschmol- zen. Beim anschliessenden Abkühlen rekristallisiert zunächst ein Teil des aufgeschmolzenen Halbleiter- materials, bis zum Schluss die verbleibende Restschmelze eutektisch erstarrt. Die so entstandene Rekristallisationszone enthält einen Teil der Legierungszusätze des Goldes und weist demzufolge gegenüber dem unveränderten Grundmaterial des Halbleiterkörpers eine in der Höhe und bzw. oder im Leitfähigkeitstyp abweichende Dotierung auf.
Das auf der Rekristallisationszone aufliegende Gold- Halbleiter-Eutektikum dient im allgemeinen als Kontaktelektrode für die undotierte Zone.
Unter Gold-Halbleiter-Eutektikum soll hier und im folgenden vorzugsweise ein Eutektikum eines der beidenZweistoff-Systeme Au/Ge bzw. Au/Si verstanden werden. Diese können unter Umständen alsKontaktmetall auch für intermetallische Halbleiterverbindungen oder Siliciumkarbid verwendet werden.
An Halbleiteranordnungen werden die elektrischen Anschlüsse für gewöhnlich durch Legierung oder Lötung befestigt. Beim Anlöten von Anschlussteilen an einer derartigen Kontaktelektrode besteht die Gefahr einer Verunreinigung der Halbleiteroberfläche durch Lötdämpfe u. dgl. Beim Anlegieren von Anschlussteilen an derartigen Kontaktelektroden wird in der Regel das Eutektikum erneut durch einen Erwärmungsvorgang aufgeschmolzen, wodurch eine erneute Wärme beanspruchung der Halbleiteranordnung zumindest bis zur eutektischen Temperatur (etwa 370 C) auftritt.
Die Erfindung versucht durch ein neues Verfahren zum Anbringen eines elektrischen Anschlusses diese Schwierigkeiten zu beseitigen. Sie betrifft demzufolge ein Verfahren zum Anbringen eines elektrischen Anschlusses an einer Halbleiteranordnung, die aus einem einkristallinen Halbleiterkörper, insbesondere aus Silicium, mit ein oder mehreren pn-Übergängen und mindestens einer ebenen, grossflächigen, im wesentlichen aus einem Gold-Halbleiter-Eutektikum zusammengesetzten Kontaktelektrode besteht. Erfindungsgemäss wird ein aus einem Metall der Gruppe Gold, Silber, Kupfer bestehender oder damit überzogener Anschlussteil auf die Kontaktelektrode flächenhaft aufgesetzt und das Ganze unter Anwendung von Druck auf zirka 2500C erwärmt. Vorzugsweise wird eine Erwärmung von etwa 24 Stunden Dauer vorge-
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nommen.
Vorteilhaft wird die Erwärmung unter Stromdurchgang durch die Halbleiteranordnung vorge- nommen, sie kann auch lediglich durch Stromdurchgang allein bewirkt werden.
An Hand eines Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher erläutert werden. In der Zeichnung ist beispielsweise eine Gleichrichteranordnung dargestellt, welche einen Aufbau gemäss der Erfindung zeigt. i Die eigentliche Halbleiteranordnung ist auf einem Kühlblech 2 od. dgl. befestigt. Dieses Kühlblech 2 ist dickwandig aus einem gut wärmeleitfähigen Material, beispielsweise Kupfer, hergestellt. Der Gleich- richter kann z. B. in folgender Weise hergestellt werden : Auf eine Molybdänscheibe von etwa 22 mmDurchmesserwird eine Aluminiumscheibe von etwa 19 mm
Durchmesser aufgelegt. Auf diese Aluminiumscheibe wird ein Plättchen aus p-leitendem Silicium mit einem spezifischen Widerstand von etwa 1000 Qcm und einem Durchmesser von etwa 18 mm aufgelegt.
Darauf folgt eine Gold- Antimon-Folie, die einen etwas kleineren Durchmesser, z. B. 14 mm, als die Sili- ciumscheibe aufweist. Das Ganze wird in ein mit diesen Materialien nicht reagierendes nichtschmelzen- des Pulver, beispielsweise Graphitpulver, eingepresst und auf etwa 8000C unter Anwendung von Druck er- hitzt. Diese Erwärmung kann beispielsweise in einem Legierungsofen durchgeführt werden, welcher eva- ! kuiert bzw. mit einem Schutzgas gefüllt ist.
In der Zeichnung ist das Ergebnis des Legierungsvorganges dargestellt. Die Molybdänscheibe 3 ist mit dem Siliciumkörper 5 durch ein Aluminium-Silicium-Eutektikum 4 grossflächig verbunden. Auf der
Oberseite des Silicium-Plättchens 5 befindet sich eine Kontaktelektrode 6, welche im wesentlichen aus einem Gold-Silicium-Eutektikum besteht.
DieMolybdänscheibe 3 kann in an sich bekannterweise durch Lötung, Legierung oder auch lediglich durch Aufpressen auf dem Kühlblech 2 befestigt werden.
Auf die andere Seite der Halbleiteranordnung wird ein stempelförmiger Anschlussteil aufgesetzt, wel- cher aus mehreren Einzelteilen zusammengesetzt ist.
Mit dem Gold-Silicium-Eutektikum 6 unmittelbar in Berührung steht ein Teil 7, welcher z. B. aus einer Silberfolie besteht. Dieser Teil 7 kann beispielsweise durch Hartlötung auf einem Teil 8 befestigt sein, welcher aus Molybdän besteht. Dieser Teil 8 wiederum ist mit einem Kupferteil 9 grossflächig gut wärmeleitend und elektrisch leitend, beispielsweise ebenfalls durch Hartlötung, verbunden. Die Verbin- dung der Teile 7, 8 und 9 miteinander wird zweckmässigerweise vor dem Aufsetzen dieser Teile auf die
Halbleiteranordnung vorgenommen.
Der Teil 7 wird vorher an seiner Unterseite mit einem erhabenen Muster versehen, z. B. mit einem
Waffelmuster bzw. mit einem Rändelmuster, wie es sich an Schraubenköpfen befindet. Zweckmässiger- weise wird die so behandelte Unterseite des Teiles 7 schwach geläppt, wodurch die einzelnen Aufsetz- flächen des erhabenen Musters alle in eine Ebene gebracht werden. Man kann beispielsweise den Teil 7
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Eutektikum anpresst. In diesem angepressten Zustand wird die gesamte Anordnung auf etwa 2500C erwärmt. Es findet also kein erneutes Aufschmelzen des Eutektikums statt. Durch längere Wärmeeinwirkung wird aber vermutlich durch Diffusion eine sehr feste Verbindung zwischen dem Silber und dem im wesentlichen aus Gold bestehenden Eutektikum geschaffen. Es zeigte sich, dass diese Verbindung sehr gut wärmeleitend und elektrisch leitend ist.
Bei einem gewaltsame Auseinanderreissen der Verbindung tritt die Zerstörung nicht an der Verbindungsstelle zwischen den Teilen 6 und 7 sondern im wesentlichen längs der Verbindungsfläche zwischen den Teilen 5 und 6 auf.
Zweckmässigerweise wird die Erwärmung unter Stromdurchgang vorgenommen. Man kann beispielsweise die gesamte Anordnung als Gleichrichter in einer betriebsmässigen Schaltung belasten, wobei unter Umständen eine gewisse Überlastung zur Erreichung der angestrebten Temperatur von etwa 2500C vorzusehen ist. Bei der Herstellung des elektrischen Anschlusses in der erfindungsgemässen Weise braucht also eine Erwärmung lediglich bis zu solchen Temperaturen vorgenommen zu werden, wie sie auch im Betrieb auftreten dürfen. Dies erleichtert die Herstellung einer derartigen Halbleiteranordnung, insbesondere bei der Massenfertigung, in beträchtlichem Masse.
Die angegebene Temperatur von etwa 2500C soll auch noch die Grenzen von etwa 180 bis 3000C umfassen. Je geringer die Temperatur ist, desto länger muss die Wärmebehandlung dauern. Nach oben ist eine Grenze durch die eutektische Temperatur gesetzt, da ein erneutes Aufschmelzen des Eutektikums nicht beabsichtigt ist.
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Der Anpressdruck kann beispielsweise vermittels Federdruck oder auch durch Anschrauben erzeugt werden. Es zeigte sich, dass dieser Druck während des Einsatzes der Halbleiteranordnung im Dauerbetrieb unschädlich ist und deshalb ständig aufrechterhalten werden kann. Man kann also beispielsweise eine Kapselung der Halbleiteranordnung vornehmen und hiebei Teile der Kapsel als Anpressteile ausbilden. Eine Nachbehandlung der so hergestellten Verbindung, z. B. durch Ätzen od. dgl., ist nicht notwendig.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Anbringen eines elektrischen Anschlusses an einer Halbleiteranordnung, die aus einem einkristallinen Halbleiterkörper, insbesondere aus Silicium, mit ein oder mehreren pn-Übergängen und mindestens einer ebenen, grossflächigen, im wesentlichen aus einem Gold-Halbleitereutektikum zusammengesetzten Kontaktelektrode besteht, dadurch gekennzeichnet, dass ein aus einem Metall der Gruppe Gold, Silber, Kupfer bestehender oder damit überzogener Anschlussteil auf die Kontaktelektrode flächenhaft aufgesetzt und das Ganze unter Anwendung von Druck auf zirka 2500C erwärmt wird.