DE1072751B

DE1072751B - Legierungsverfahren zum Herstellen von Halbleiteranordnungen mit pn-Ubergangen z B Transistoren unter Verwendung von zentrierenden Legierungsformen

Info

Publication number: DE1072751B
Application number: DENDAT1072751D
Authority: DE
Inventors: München Dr Heinz Henker
Original assignee: Siemens and Halske AG
Current assignee: Siemens and Halske AG
Priority date: 1958-01-17
Publication date: 1960-01-07
Also published as: NL235207A; GB869558A; DE1067935B; FR1224868A; CH373107A

Description

DEUTSCHES

Beim Einlegieren von Elektroden in Halbleiterkristalle, insbesondere bei der Herstellung einer Reihe von Transistoren, ist es wichtig, daß die Elektroden an ganz bestimmten Stellen des Halbleiterkristalls einlegiert werden. Es müssen z. B. bei gewissen Legierungstransistoren für hohe Frequenzen der Emitter und Kollektor an genau gegenüberliegenden Stellen einer Halbleiterscheibe einlegiert werden, da bei nicht genau gegenüberliegendem Emitter und Kollektor sich die Stromverstärkung vermindert und die Grenzfrequenz des Transistors stark von der Belastung abhängig wird.

Bei einer anderen Art von Transistoren müssen Emitter und Basis genau konzentrisch zueinander einlegiert werden. Besonders wichtig ist es bei der Serienfertigung von Halbleiteranordnungen, daß die Legierung bei den einzelnen Stücken der Fertigung genau an der gleichen Stelle vorgenommen wird, da sonst unkontrollierbare Streuungen der elektrischen Werte auftreten.

Zum Aufbringen von metallischen Anschluß teilen auf die entgegengesetzten Oberflächen einer Halbleiterscheibe ist es bereits bekannt, dies durch Verwendung einer Gießform zu erreichen mit sich gegenüberliegenden ebenen Flächen zum Erfassen und Verkleiden der einander gegenüberliegenden Oberflächen der Halbleiterscheibe, bei der die Flächen paarweise aufeinander ausgerichtete Höhlungen aufweisen, die zusammen mit den benachbarten Oberflächen der Halbleiterscheibe das beiderseits von dieser aufzubringende Metall aufnehmen.

Das genaue Aufbringen der Legierungsstoffe in genau dosierter Menge auf die für die Legierung vorgesehenen Stellen bereitet bei dem bekannten Verfahren, insbesondere wenn es sich um die Fertigung von Halbleiteranordnungen sehr kleinen Ausmaßes handelt, technische Schwierigkeiten. Es entstehen beim Einführen des Legierungsstoffes in die Gießform sowohl an der Gießform als auch am Halbleiterplättchen selbst Benetzungen, die in der Größenordnung der einzubringenden Legierungspillen liegen. Die Beseitigung dieser Schwierigkeiten sind bereits in der Patentanmeldung S 56611 VIIIc/21g behandelt und dadurch gelöst worden, daß zunächst Legierungsmaterial auf die Stirnseite einer stiftförmigen Abnahmeelektrode dosiert aufgebracht und aufgeschmolzen wird, wobei deren Mantelflächen einen nichtbenetzenden Überzug, 2. B. durch Oxydationsbehandlung, aufweisen und dann in an sich bekannter Weise die Abnahmeelektrode in die Legierungsform eingesetzt und in die Halbleiteroberfläche einlegiert wird.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine weitere Ausgestaltung dieses Gedankens, wobei jedoch die Anwendung von Legierungsstiften keines-Legierungsverfahren zum Herstellen

von Halbleiteranordnungen

mit pn-übergängen, z. B. Transistoren,

unter Verwendung von zentrierenden

Legierungsformen

Zusatz zur Patentanmeldung S 56611 VIIIc/21g
(Auslegeschrift 1067 935)

Anmelder:

Siemens & Halske Aktiengesellschaft,

Berlin und München,
München 2, Wittelsbacherplatz 2

Dr. Heinz Henker, München,
ist als Erfinder genannt worden

wegs als unbedingt erforderlich vorgeschrieben ist. Statt Stifte können in gleicher Weise auch die üblichen Legierungspillen Verwendung finden. Demgemäß behandelt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Legierungsanordnungen mit pn-Übergängen, z. B. Transistoren, unter Verwendung von zentrierenden Legierungsformen, bei denen das aktivatorhaltige Legierungsmaterial in eine Bohrung oder sonstige Führung des Führungskörpers eingebracht und in die Halbleiteroberfläche einlegiert wird. Gemäß der Erfindung ist dabei vorgesehen, daß der Halbleiterkörper von einem mit Paßflächen versehenen Formkörper gehalten wird und auf diese Paßflächen die Paßflächen eines Führungskörpers aufgesetzt werden und das Legierungsmaterial schließlich in eine Bohrung des Führungskörpers eingebracht wird.

Vorzugsweise ist dabei an die Verwendung eines Führungskörpers gedacht, dessen Oberfläche mindestens innerhalb der Bohrung, vorzugsweise auch auf den im aufgesetzten Zustand dem Halbleiterkörper zugekehrten Flächen — beispielsweise durch einen Überzug aus Chrom oder Aluminium, der nach dem Aufbringen mit einer Oxydhaut überzogen wurde — durch das flüssige Legierungsmetall nicht benetzbar ist. Diese Maßnahme verhindert ein Entlanglaufen des flüssigen Legierungsmaterials an der Oberfläche

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Claims

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des Führungskörpers und Verluste an Legierungs- des Führungskörpers auf die Oberfläche des Halbmaterial, die durch Benetzung der Innenwände der leiterkristalls und wird durch kurzzeitiges Erwärmen Bohrung entstehen können. Es ist in vielen Fällen dort angeschmolzen. Dann wird die Anordnung um vorteilhaft, wenn zwischen dem Halbleiter und dem 180° gedreht und die Beschickung der Bohrung des aufgesetzten Führungskörper ein Abstand gelassen 5 zweiten Führungskörpers in der gleichen Weise vorwird. Dieser soll jedoch, wenigstens in der Umgebung genommen. Anschließend wird die Legierung unter der Legierungsstelle, nicht größer als 0,2 mm sein, da Einwirkung von Wärme in üblicher Weise durch-

bei größeren Entfernungen ein Entlanglaufen des geführt. Die Führungskörper werden nach der Durchflüssigen Legierungsmaterials ohne eine besondere führung der Legierung entfernt und die Anordnung in

Behandlung des Halbleiterkörpers nicht verhindert io bekannter Weise mit Stromzuführungen versehen und,

werden kann. Bei Abständen in dem angegebenen Be- falls erwünscht, in ein Gehäuse eingebaut,

reich wird jedoch, falls der Führungskörper, wie oben Der Basisring 2 weist konische Paßflächen 3 und 4 dargelegt, unbenetzbar ausgebildet ist, gleichzeitig ein auf; auf beiden Seiten des Basisringes sind Führungs-

Entlanglaufen des Legierungsmaterials am Halbleiter- körper 5 und 6 aufgesetzt, die mit ihren Paßflächen 7

körper vermieden und eine definierte Gestalt des 15 und 8 auf den Paßflächen 3 und 4 des Basisringes auf-

Legierungsstoffes auf dem Halbleiterkörper, die in liegen. In den Führungskörpern 5 und 6 sind Boh-

erster Linie von der Gestalt der dem Halbleiterkörper rungen 9 und 10 mit trichterförmig sich nach außen

zugekehrten Mündung der Bohrung des Führungs- erweiternden Öffnungenil, 12 vorgesehen. DieseBoh-

körpers abhängt, erzielt. rungen dienen als Führungen für den Legierungsstoff

Hinsichtlich des Materials, aus dem die Führungs- 20 13,14; Führungen anderer Form, z. B. in Form von

körper bestehen sollen, ist ratsam, daß die Führungs- Rinnen, Röhren od. dgl., sind im Rahmen der Er-

körper erst bei wesentlich höheren Temperaturen als fmdung möglich. So können z. B. in die Bohrungen 9

die anzuwendende Legierungstemperatur schmelzen. und 10 besondere zur Führung der Legierungsmetalle

Ferner sollen sie aus einem möglichst inaktiven dienende Kanülen eingesetzt werden, wobei dann der

Material bestehen, das bei der Legierungstemperatur, 25 konische Ansatz dieser Kanülen in den konischen

•besonders wenn der Halbleiterkörper direkt in Be- Ausnehmungen 11 und 12 der Führungskörper 5 und 6

rührung mit dem Führungskörper steht, noch nicht ruht.

merkbar in den Halbleiterkörper eindiffundiert. Die I_n Fig. 2, 3 und 4 sind drei weitere Ausführungs-Führungskörper können hohl oder massiv ausgebildet formen der Haltekörper und Führungskörper darsein, sie können aus einem Metall, beispielsweise aus 30 gestellt. Die Bezugszeichen sind die gleichen wie in Chrom oder Aluminium oder aus einem keramischen Fig. 1. In der Anordnung nach Fig. 2 liegen die Paß-Stoff bestehen. Gute Erfahrungen wurden mit Füh- flächen 3, 4 des Basisringes 2, auf die die Führungsrungskörpern, die aus einem Sinterkörper, beispiels- körper 5 und 6 aufgesetzt werden, am Außenrand des weise aus Wolframcarbid, Siliziumcarbid oder einem Basisringes. Die Paßflächen der Führungskörper sind Metalloxyd, wie Aluminiumoxyd (z. B. aus Korund, 35 entsprechend ausgebildet. In der Anordnung nach Saphir oder Rubin), bestehen, gemacht. Fig. 3 liegt die Paßfläche 4 am Basisring 2 auf der

Die Paßflächen, an denen Halte- und Führungs- unteren Seite am Innenrand und die Paßfläche 3 auf

körper in Berührung stehen, sind am einfachsten der oberen Seite in einem besonderen Ansatz. In der

konisch ausgebildet, wie dies z. B. auch aus den Fig. 1 Anordnung nach Fig. 4 liegen die konischen Paß-

bis 4 ersichtlich ist. Gegebenenfalls können die Füh- 40 flächen 3, 4 des Basisringes an der unteren Seite am

rungskörper auch mittels fest angebrachter Schienen, Innenrand und der oberen Seite am Außenrand.

Nieten, Zapfen od. dgl. in ihrer Lage zum Haltekörper Um Verschiebungen und Verdrehungen der Füh-

und damit zum Halbleiterkristall justiert werden. Der rungskörper relativ zum Halbleiterkristall zu ver-

Haltekörper kann gleichzeitig als eine Elektrode des meiden, können die Paßflächen des Basisringes mit

Systems, vorzugsweise als Basiselektrode, dienen. 45 Einschnitten versehen sein, wie in Fig. 5 dargestellt.

Die Fertigung einer speziellen Art von Hoch- Der in Aufsicht dargestellte Basisring 2 weist am

frequenztransistoren, wie sie z. B. in den Fig. 1 bis 4 Rande Einschnitte 2' auf, auf die die Führungskörper

dargestellt ist, kann dann nach dem Verfahren gemäß eingerastert werden.

der Erfindung beispielsweise folgendermaßen durch- Im Beispiel der Fig. 4 ist der Legierungsstoff auf

geführt werden: 50 die Stirnflächen zweier metallischer Stifte 15 und 16

Eine einkristalline Halbleiterscheibe 1, beispiels- aufgebracht und diese Stifte in die Bohrungen der weise Kreisscheibe, wird in eine ringförmige Basis- Führungskörper so eingebracht, daß der Legierungselektrode 2 beispielweise aus Nickel, Tantal, Molybdän stoff in Berührung mit dem Halbleiterkörper steht, oder einem anderen Metall, dessen Ausdehnungs- Die Verwendung von Legierungsstiften empfiehlt sich koeffizient dem des Halbleiterkristalls möglichst ahn- 55 besonders bei der Herstellung von Halbleiteranordlich ist, eingelötet. Der Basisring dient gleichzeitig als nungen sehr kleiner Abmessungen. Zum Zwecke der Haltekörper für die Führungskörper. Auf die Basis- Kontaktierung wird auch die vom Halbleiterkörper elektrode wird beiderseits 'ein Führungskörper 5 und 6 abgewandte Stirnfläche 17, 18 der Legierungsstifte aufgesetzt, so daß deren Bohrungen zueinander koaxial mit Legierungsmetall versehen und mit dessen Hilfe liegen und die dem Halbleiterkristall zugekehrten 65 die Verbindung mit den Zufuhrungsdrähten herge-Mündungen dieser Bohrungen an zwei einander gegen- stellt,
überliegenden Stellen der Oberfläche des Halbleiter- „
körpers, vorzugsweise in der Mitte der gegenüber- Patentansprüche:
liegenden Kreisflächen, liegen. Dann wird der Legie- 1. Legierungsverfahren zur Herstellung von rungsstoff in die Bohrungen der Führungskörper ein- ⁶° Halbleiteranordnungen mit pn-Übergängen, z. B. gebracht und die Legierung, vorzugsweise unter Transistoren, unter Verwendung von zentrierenden Wasserstoffgas, vorgenommen. Dabei wird zunächst Legierungsformen, bei denen das aktivatorhaltige der Legierungsstoff, beispielsweise in Gestalt einer Legierungsmaterial in eine Bohrung oder sonstige Legierungspille, in die Bohrung des ersten Führungs- Führung des Führungskörpers eingebracht und in körpers eingebracht. Er fällt dann durch die Bohrung 70" die Halbleiteroberfläche einlegiert wird, nach

Patentanmeldung S 56611 VIIIc/21g, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper von einem mit Paßflächen versehenen Formkörper (z. B. Bezugszeichen 1 in Fig. 1) gehalten wird, und auf diese Paßflächen die Paßflächen eines Führungskörpers (z. B. Bezugszeichen 5 und 6 in Fig. 1) aufgesetzt werden und das Legierungsmaterial schließlich in eine Bohrung des Führungskörpers eingebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Führungskörpers, dessen Oberfläche mindestens innerhalb der Bohrungen, vorzugsweise auch auf den im aufgesetzten Zustand dem Halbleiter zugekehrten Flächen — beispielsweise durch einen Überzug aus Chrom oder Aluminium, der nach dem Aufbringen mit einer Oxydhaut überzogen wurde — durch das flüssige Legierungsmetall nicht benetzbar wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Halbleiter und aufgesetztem Führungskörper ein Abstand gelassen wird, insbesondere ein solcher Abstand, der wenigstens in der Umgebung der Legierungsstellen nicht größer als 0,2 mm wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ag gekennzeichnet durch die Verwendung von konischen Paßflächen an Halte- und Führungskörpern.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltekörper gleichzeitig als eine Elektrode des Systems, vorzugsweise als Basiselektrode, dient.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Halbleiterscheibe, beispielsweise Kreisscheibe oder viereckige Scheibe, in eine ringförmige Basiselektrode eingelötet wird, daß auf die Basiselektrode beiderseits je ein Führungskörper aufgesetzt wird, so daß deren Bohrungen zueinander koaxial liegen und die dem Halbleiterkristall zugewandten Mündungen dieser Bohrungen an zwei einander gegenüberliegenden Stellen der Oberfläche des Halbleiterkörpers, vorzugsweise in der Mitte zweier einander gegenüberliegender Flächen, liegen, daß dann der Legierungsstoff in die Bohrungen der Führungskörper eingebracht und die Legierung, vorzugsweise unter Wasserstoffgas, vorgenommen wird.
7. Verfahren nach 'einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Legierungsstoff auf die Stirnfläche eines metallischen Stiftes aufgebracht wird und dieser Stift in die Führung des Führungskörpers eingebracht und so der Legierungsstoff zum Halbleiterkörper geführt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Führungskörper (5 bzw. 6) und Haltekörper (2) gegen relative Verdrehung gesichert werden (Fig. 5).

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschriften S 34815 VIIIc/21g (bekanntgemacht am 13. 9. 1956), R 13270 VIIIc/21g (bekanntgemacht am 17. 5. 1956).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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