DE1086350B - Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung, z. B. eines Siliziumgleichrichters - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung, z. B. eines Siliziumgleichrichters

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DE1086350B
DE1086350B DEW23259A DEW0023259A DE1086350B DE 1086350 B DE1086350 B DE 1086350B DE W23259 A DEW23259 A DE W23259A DE W0023259 A DEW0023259 A DE W0023259A DE 1086350 B DE1086350 B DE 1086350B
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DE
Germany
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carrier plate
silicon
semiconductor body
carrier
aluminum
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Application number
DEW23259A
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English (en)
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Charles P Gazzara
David L Moore
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CBS Corp
Original Assignee
Westinghouse Electric Corp
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Description

DEUTSCHES
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Halbleiteranordnung, z. B. eines Siliziumgleichrichters, deren mit den Elektroden versehener Halbleiterkörper mit einer Trägerplatte von annähernd gleichem thermischem Ausdehnungskoeffizienten wie dem des Halbleiterkörpers vereinigt ist und die ihrerseits an einem weiteren Träger bzw. einem Gehäuseteil befestigt ist.
Bei der Herstellung von Halbleiteranordnungen mit pn-übergang aus Silizium muß das Siliziummaterial in Form einer äußerst dünnen Platte angewendet werden, dessen Dicke in der Größenordnung von ungefähr 125 bis 375 μ liegt. Siliziumplatten sind sehr brüchig und empfindlich, so daß sie leicht zerbrechen oder zersplittern, wenn sie irgendwelchen mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt sind. Ein solcher Bruch kann nicht nur während der Fertigung und der Zusammensetzung von Gleichrichtern, welche solche Siliziumplatten enthalten, hervorgerufen werden, sondern auch während des Gebrauchs auf Grund der abweichenden thermischen Ausdehnung, welche zwischen der Siliziumplatte und einer Trägerplatte besteht, an welcher sie befestigt ist, da die Gleichrichtervorrichtung, welche sie enthält, sich während des Betriebes aufheizt.
Ein anderes Problem, welches mit der Herstellung zufriedenstellender Gleichrichter aus Siliziumhalbleitermaterialien entsteht, ist, die während des Betriebes an ihnen entwickelte Hitze schnell und wirksam abzuführen. Übertemperaturen über etwa 220° C können die Arbeitsweise des Gleichrichters beeinträchtigen, wenn er, während er sich auf solchen erhöhten Temperaturen befindet, schweren elektrischen Belastungen unterworfen wird.
Die Siliziumplatte muß daher auf einem Metall montiert werden, welches eine gute thermische Leitfähigkeit hat.
Es ist auch notwendig, daß das als Trägerplatte benutzte Material gründlich und gleichmäßig durch weiche Lotwerkstoffe benetzt wird, um auf diese Weise einen guten thermischen elektrischen Kontakt zwischen der Trägerplatte und einem weiteren Träger bzw. Gehäuseteil zu sichern, an welcher sie befestigt ist.
Nach dem Zusammenbau von Siliziumdioden ist es üblich, den Zusammenbau mit chemischen Ätzmitteln zu behandeln. Die chemischen Ätzmittel, welche gewöhnlich aus starken Säuren, wie z. B. Salpetersäure und Flußsäure, hergestellt sind, werden benutzt zur Reinigung der Siliziumdiode rund um die Oberfläche des pn-Überganges der Siliziumplatte und der Gegenelektrode oder des oberen Kontaktgliedes, um auf diese Weise die elektrischen Eigenschaften der Diode zu verbessern. Es ist erwünscht, daß die Trägerplatte aus einem Material besteht, welches nicht durch das
Verfahren zur Herstellung
einer Halbleiteranordnung,
z.B. eines Siliziumgleictiriditers
Anmelder:
Westinghouse Electric Corporation,
East Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)
Vertreter: Dr.-Ing. P. Ohrt, Patentanwalt,
Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 9. Mai 1957
Charles P. Gazzara, Fayetteville, N. Y.,
und David L. Moore, Jeanette, Pa. (V. St. A.),
sind als Erfinder genannt worden
chemische Ätzmittel aufgelöst wird oder welches, sollten kleine Beträge des Materials des Werkstoffe"^ durch das Ätzmittel gelöst werden, die einwandfreie Arbeitsweise der Siliziumdiode nicht beeinflussen wird.
Nach der Herstellung des Siliziumdiodenzusammenbaues wird dieser Zusammenbau hermetisch eingeschlossen, um auf diese Weise das Silizium und andere Teile der Anordnung gegen die Atmosphäre zu schützen. Beim Vorgang des Einschließens der Diode ist es üblich, zunächst die Trägerplatte auf einem weiteren Träger bzw. Gehäuseteil anzuordnen, welcher die Form eines mit einer Vertiefung versehenen Metallbechers haben kann.
Das wird im allgemeinen mittels eines Lötprozesses durchgeführt. Ein Lot von niedrigerem Schmelzpunkt wird aufgebracht, um auf diese Weise die Trägerplatte der Diodenanordnung mit dem weiteren Träger bzw. Gehäuseteil zu verbinden. Es ist festgestellt worden, daß die für diesen Arbeitsvorgang erforderliche Temperatur etwa 400° C nicht überschreiten sollte. Temperaturen über etwa 400° C können die Eigenschaften der Diodenanordnung nachteilig beeinflussen. Wegen dieser Temperaturbegrenzung müssen Weichlote benutzt werden, welche einen Schmelzpunkt unter 400° C, und zwar vorzugsweise von etwa 300° C haben. Es ist festgestellt worden, daß Weichlote nicht eine gute mechanische Verbindung bilden, welche eine gute thermische Leitfähigkeit mit den Metallen Wolfram, Tantal und den Grundlegierungen derselben hat. Als Folge kann die befriedigende Arbeitsweise der kompletten Anordnung beeinflußt werden.
009 569/341
3 4
Die sich aus diesen Überlegungen ergebenden Pro- lädt, dadurch zu montieren, daß eine Verlötung zwiblemstellungen bei der Herstellung einer Halbleiter- sehen dem Rand der genannten Becherform und der anordnung der angegebenen Art lassen sich in ein- äußeren entsprechend metallisierten Mantelfläche des wandfreier Weise und technisch vorteilhaft lösen, keramischen glockenförmigen Gehäusekörperteiles erindem nach dem Verfahren gemäß der Erfindung die 5 folgt. In diesem Falle ist also keine Verlötung zwischen Trägerplatte vor ihrer Vereinigung mit dem Halb- der Trägerplatte und dem weiteren Träger bzw. Geleiterkörper mindestens an ihrer dem weiteren Träger häuseteil an ihren einander gegenüberliegenden großen bzw. Gehäuseteil zugewandten Fläche mit einem be- Flächen vorgenommen, welche einen wesentlich versonderen Überzug aus einem Metall versehen wird, besserten elektrischen und thermischen Übergang welches eine gründliche und gleichmäßige Benetzung io zwischen Trägerplatte und dem weiteren Träger geder von diesem Metall überzogenen Fläche gewähr- währleisten würde.
leistet und widerstandsfähig gegenüber chemischen Nach dem vorliegenden Verfahren kann die Träger-Ätzmitteln ist, und nach der Vereinigung der Träger- platte mit einem Überzug aus einem Metall aus der platte mit dem Halbleiterkörper die aus Trägerplatte Gruppe, welche Gold, Platin und Rhodium umfaßt, und Halbleiterkörper bestehende Anordnung einer Be- 15 versehen werden.
handlung mit einem chemischen Ätzmittel unter- Das Herstellen des Überzuges auf der Trägerplatte
worfen und anschließend mit dem weiteren Träger kann auf galvanischem Wege, durch Aufspritzen oder
bzw. Gehäuseteil durch Weichlot verlötet wird. auch durch Aufwalzen erfolgen. Der Überzug kann in
Es ist bereits ein Verfahren zur Herstellung von irgendeiner erwünschten Dicke benutzt werden. Die
Halbleiteranordnungen auf der Basis eines Halbleiter- 20 Dicke des Überzuges kann z. B. in dem Bereich von
körpers aus Germanium oder Silizium bekannt, nach etwa 25 μ als obere Grenze bis 0,25 μ als untere Grenze
welchem der Halbleiterkörper auf einer Trägerplatte bemessen werden.
aus einem Metall mit einem dem Halbleiterkörper Bei Anwendung eines Überzuges aus Gold bzw.
ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten, wie z. B. Platin kann es sich als zweckmäßig erweisen, einen
aus Molybdän oder Wolfram, angeordnet wird, wobei 25 Überzug mit einer Dicke von etwa 5 μ, bei Anwendung
der Halbleiterkörper mit der Trägerplatte verlötet eines Überzuges aus Rhodium einen solchen mit einer
und die Trägerplatte mit einer Kühlplatte aus Kupfer, Dicke von etwa 0,5 μ zu benutzen. Die Trägerplatte
Aluminium, Nickel oder Eisen verlötet wird. Hierfür des Halbleiterkörpers kann aus Tantal, Wolfram oder
wird die genannte Trägerplatte aus Molybdän oder Grundlegierungen dieser Werkstoffe mit einem ther-
Wolfram mit einem Goldüberzug z. B. auf elektroly- 30 mischen Ausdehnungskoeffizienten bestehen, der nahe
tischem Wege an der dem Halbleiterkörper zugewand- demjenigen des Siliziums liegt.
ten Seite versehen. Als Lot zwischen der Trägerplatte Die Metalle Tantal und Wolfram haben einen linea- und dem Halbleiterkörper wird bei diesem bekannten ren thermischen Ausdehnungskoeffizienten von im Verfahren Zinn benutzt, dem ein Zusatz von Donato- wesentlichen etwa demselben Wert wie Silizium von ren oder Akzeptoren beigegeben werden konnte. Als 35 ungefähr 4,2 · 10-6/°C. Legierungen von Tantal und Lot zwischen der Trägerplatte und dem weiteren Wolfram, z. B. eine Legierung, welche aus 5% Wolf-Träger bzw. der Kühlplatte wird Silber benutzt. ram und 95% Tantal besteht, haben ebenfalls nahezu Wegen dieser mittels Silber ausgeführten Hartlötung denselben Ausdehnungskoeffizienten wie Silizium, kann bei diesem bekannten Verfahren das Halbleiter- Tantal und Wolfram können mit geringen Beträgen system nicht einschließlich der Trägerplatte fertig- 40 anderer Metalle legiert werden, ohne ihren thermischen gestellt werden, denn die angegebene Weichlotverbin- Ausdehnungskoeffizienten wesentlich zu ändern. So dung mittels Zinn zwischen der Trägerplatte und dem kann Wolfram mit 5% bis 25 Gewichtsprozent eines Halbleiterkörper sowie dessen gleichzeitige Dotierung Platinmetalls legiert werden, z. B. Osmin oder Platin, können naturgemäß erst nach der Hartlötung zwi- Chrom, Nickel, Kobalt, Silizium und Silber. Ein sehen der Trägerplatte und dem Kühlkörper vor- 45 thermischer Ausdehnungskoeffizient von etwa zwischen genommen werden. Es liegt bei dieser bekannten An- 3,8 · 10"6 und 6,5 · 10"6Z0C ist für das Zusammenordnung also keine Weichlotverbindung zwischen der arbeiten mit einer Siliziumplatte befriedigend.
Trägerplatte und einem weiteren Träger bzw. einem Die Metalle Tantal, Wolfram und die Grundlegie-Gehäuseteil vor, die eine vorausgehende vollständige rungen derselben, welche einen thermischen Ausdeh-Fertigstellung der Halbleiteranordnung einschließlich 50 nungskoeffizienten aufweisen, welcher sich demjenigen einer Ätzung vor ihrer Befestigung mittels ihrer von Silizium nähert, haben eine gute thermische Leit-Trägerplatte an dem weiteren Träger unter Benutzung fähigkeit, so daß die Hitze schnell von dem Silizium eines Weichlotes erlaubt. weggetragen wird, mit welchem sie sich in Kontakt
Es ist ferner bereits bekanntgeworden, die Träger- befinden.
platte eines Halbleiterelementes nach einer Reinigung 55 Vor dem Aufbringen des Metallüberzuges wird zur
an beiden Oberflächen mit einem Silberüberzug zu Entfernung aller Oberflächenverunreinigungen die
versehen. Dieser ist aber bekanntermaßen gegen eine Trägerplatte durch Abschaben gereinigt, geätzt und
Ätzung nicht widerstandsfähig, so daß eine un- gewaschen, wenngleich auch das Abschaben mit einem
erwünschte Verunreinigung der Ätzmittellösung beim Sandstrahl allein gegebenenfalls zufriedenstellend
Ätzvorgang des Halbleiterelementes entstehen kann, 60 sein würde.
die ihrerseits wieder den für die Reinigung zu ätzen- Zur näheren Erläuterung der Erfindung an Hand
den pn-Übergang des Halbleiterelementes in im- einiger Ausführungsbeispiele wird nunmehr auf die
erwünschter Weise verunreinigen konnte. Figuren der Zeichnung Bezug genommen, bei deren
Schließlich ist es für Halbleiteranordnungen be- Erläuterung sich noch weitere, vorteilhaft benutzbare kannt, das Halbleiterelement auf einer Trägerplatte 65 Einzelmerkmale ergeben werden,
durch Lötung zu befestigen und diese Trägerplatte Fig. 1 ist ein Querschnitt durch eine Halbleitervornach ihrer mechanischen Verbindung mit einem richtung, welche gemäß der Erfindung aufgebaut glockenförmigen Gehäuseteil am Boden eines becher- ist, und
förmigen Trägers, von dessen der inneren Bodenfläche Fig. 2 ist ein Querschnitt durch eine abgewandelte
gegenüberliegenden Fläche ein Anschlußbolzen aus- 70 Form des Ausführungsbeispiels.
1. 98 %> Silber,
Aus Gründen der Einfachheit wird auf das Metall zium, und der weitere Anteil ist Zinn, Blei oder Ger-Wolfram speziell Bezug genommen werden, aber das manium. Die Silberlegierung kann kleine Beträge ansoll so verstanden werden, daß auch Tantal oder derer Elemente und Verunreinigungen enthalten, irgendeine andere Legierung aus Tantal oder Wolf ram, vorausgesetzt jedoch, daß kein bedeutender Betrag welches einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten 5 eines Gruppe-III-Elementes anwesend ist. Das Silberentsprechend demjenigen des Siliziums hat, an dessen grundlot kann bis zu 10 Gewichtsanteile Antimon Stelle treten kann. enthalten. So wurden gute Resultate erzielt bei der
In Fig. 1 der Zeichnung ist ein Beispiel einer Benutzung von Loten, welche enthalten: Halbleiterdiode gezeigt, welche geeignet ist, in irgendwelche Geräteplatten und andere Vorrichtungen ein- io
geschraubt zu werden. Die Diode 10 umfaßt eine
Trägerplatte 12, welche einen Körper 14 umfaßt, der
aus einem Metall hergestellt ist, welches ausgewählt
ist aus der Gruppe, die aus Tantal, Wolfram und den
Grundlegierungen derselben besteht, und einen ther- 15
mischen Ausdehnungskoeffizienten hat, welcher sich
demjenigen des Siliziums nähert, und einen dünnen
Überzug einer Schicht 16 aus einem Metall hat,
welches aus der Gruppe ausgewählt ist, die Gold,
Platin und Rhodium enthält. Eine Schicht aus einem 20
Silbergrundlot 18 ist auf die obere Fläche der Trägerplatte 12 aufgebracht, um für die Aufrechterhaltung
einer durch einen Schmelzprozeß erzeugten metallurgischen Verbindung mit der Trägerplatte und mit
einer Siliziumplatte 20 zu sorgen, welche auf der 25 ohne Silizium aufgebracht wurden," nach "dem Legie-Trägerplatte 12 angeordnet ist. Auf die obere Fläche rungsvorgang einen kleinen, aber wesentlichen Betrag der Siliziumplatte 20 ist eine Lage 22 aus einem Alu- Von Silizium. Auf diese Weise wird eine Legierung, miniummetall aufgeschmolzen bzw. -legiert, welches welche aus 84% Silber, 1% Antimon, 10% Zinn und ausgewählt ist aus der Gruppe, welche Aluminium 5<>/0 Germanium besteht, welche auf eine Silizium- und Aluminiumgrundlegierungen enthält. Eine nagel- 30 platte aufgebracht wird, nach dem Legierungsvorgang förmige Gegenelektrode 21 aus Tantal, welche eine von 5 bis 16 Gewichtsprozent Silizium enthalten, was
1% Antimon;
2. 80% Silber, 16% Blei,
4 °/o Antimon;
3. 85% Silber,
5% Silizium, 8% Blei, 2% Antimon.
Wenn diese Silberlegierungslote auf die Siliziumplatte aufgebracht werden, so löst sich etwas von dem Silizium der Platte in der Legierung, und folglich enthalten binäre und ternäre Legierungen, welche
ebene Stirnfläche 26 als horizontalen Schenkel aufweist, ist auf der oberen Fläche der Aluminiummetallschicht 22 aufgeschmolzen. Der vertikale Schenkel 28 der Tantal-Gegenelektrode 24 ist relativ 35 biegsam und für die Stromzuführung zur Diode vorgesehen. Die Trägerplatte 12 ist auf dem weiteren Träger bzw. Gehäuseteil 30 befestigt, welcher eine mit Gewinde versehene Ausladung 32 hat.
von der Länge der Zeitdauer und den Temperaturen abhängt, welchen die Lotlegierung und das Silizium unterworfen werden.
Ausgezeichnete Resultate sind erreicht worden mit Legierungen, welche von 1 bis 4 Gewichtsprozent Antimon enthalten und wobei der Rest aus 98 bis 92 Gewichtsprozent Silber besteht. Dünne Scheiben dieser ternären Silberlegierungen sind auf die SiIi-
In der oberen Fläche der Schraube 30 ist eine Aus- 4O ziumplatte aufgebracht worden, und nachdem die Ansparung 34 vorgesehen, innerhalb welcher die Träger- Ordnung bis auf die Löttemperatur erhitzt worden ist, platte 12 angeordnet ist, welche durch eine Lage 36 schmilzt die Silberlegierung und löst etwas Silizium, aus Weichlot an dem weiteren Träger bzw. Gehäuse- un(j ein Teil des Siliziums diffundiert hinein, so daß teil bzw. der Schraubengrundplatte 30 befestigt ist. die Legierungsverbindungsschicht von 5 bis 16 Ge-Die dünne Lage 18 aus Silberlot, welche die SiIi- 45 wichtsprozent Silizium, ungefähr 1 bis 4 Gewichtsziumplatte 20 mit der Trägerplatte durch eine Ver- prozent von jedem der Stoffe Blei und Antimon entschmelzung verbindet, kann aus einer Silberlegierung hält und der Restanteil aus Silber besteht. Die Bleimit einem hohen oder niedrigen Schmelzpunkt bestehen. Antimon-Silber-Legierung ist duktil und kann leicht Geeignete Silbergrundlote bestehen aus Silber und jn Form dünner Filme von einer Dicke von 25 bis entweder einem Element der Gruppe IV des Peri- So 50 μ ausgewalzt werden. Die dünnen Filme werden odischen Systems oder einer Dotierungsverunreini- dann geschnitten oder gestanzt in Form kleiner gung vom η-Typ oder beiden. Die Legierungen sind
zusammengesetzt aus wenigstens 5% Silber, und der
weitere Anteil überschreitet nicht 90 Gewichtsprozent
an Zinn, nicht 20 Gewichtsprozent an Germanium und 55
nicht 95 Gewichtsprozent an Blei und enthält in einem
kleinen Verhältnis Antimon oder eine andere n-Dotierungsverunreinigung. Besonders gute Resultate wurden mit nachfolgenden binären Legierungen (Zweistofflegierungen) erzielt, in welchen alle Teile ihrem 60 wie etwa Äthylalkohol, aufgebracht. Die dünne Lage Gewicht nach bemessen sind. Legierungen dieser Art 22 aus einem Aluminiummetall, welche auf die obere
Oberfläche der Siliziumplatte 20 aufgebracht worden ist, kann aus einem Film oder einer Folie aus Aluminium oder einer Aluminiumgrundlegierung be-65 stehen, und zwar vorzugsweise einer Aluminiumgrundlegierung mit einem Element der Gruppe III oder IV oder beider des Periodischen Systems. Das Aluminiumteil muß aus einem Material bestehen, welches, wenn es auf die Siliziumplatte 20 aufgeschmolzen
Stücke von annähernd der gleichen Flächenausdehnung wie die Siliziumplatten und auf diese aufgebracht.
Die Silbergrundlegierungen können in pulveriger oder körniger Form hergestellt werden, und eine dünne Schicht derselben wird auf die Endfläche des Kontaktes entweder in trockener Form oder in Form einer Paste in einem leichtflüchtigen Lösungsmittel,
sind 35 bis 10% Silber und von 65 bis 90% Zinn; 95 bis 84% Silber und von 5 bis 16% Silizium; 75 bis 50% Silber und von 25 bis 50% Blei und 95 bis 70% Silber sowie von 5 bis 30% Germanium.
Ternäre Legierungen von Silber, Zinn und Silizium; Silber, Blei und Silizium; Silber, Germanium und Silizium sind besonders vorteilhaft. Zum Beispiel können ternäre Legierungen (Dreistofflegierungen)
bestehen aus 50 bis 80% Silber und 5 bis 16% SiIi- 70 wird, etwas von dem darunterliegenden Silizium löst
und, wenn es abgekühlt wird, wieder Silizium ausscheidet, welches p-Leitfähigkeit an den oberen Teilen der Platte 20 hat.
Die Schicht 22 kann aus einem reinen Aluminium bestehen mit nur geringen vorhandenen Beträgen an Verunreinigungen, wie solchen aus Magnesium, Zink od. dgl., oder aus einer Legierung, welche aus Aluminium als Hauptkomponente besteht und wobei der Restanteil gebildet wird durch Silizium, Gallium, Indium und Germanium, welche entweder einzeln oder irgendwie zu zweien oder alle gleichzeitig anwesend sind. Diese Legierungen sollten nicht unter 300° C schmelzen. So können Folien angewendet werden, wobei alle Anteile nach Gewichtsprozenten bemessen sind, aus 95% Aluminium und 5% Silizium; aus 88,4% Aluminium und 11,6% Silizium; aus 9O°/o Aluminium und 10% Germanium; aus 47°/» Aluminium und 53% Germanium; aus 88% Aluminium und 12% Indium; aus 96% Aluminium und 4% Indium; 50% Aluminium, 20% Silizium, 20% Indium und 10% Germanium; aus 90% Aluminium, 5% Silizium und 5% Indium; aus 85% Aluminium, 5% Silizium, 5% Indium und 5% Germanium; aus 88% Aluminium, 5% Silizium, 2% Indium, 3% Germanium und 2% Indium.
Es ist kritisch, daß die Aluminiumlage 22 wesentlich kleiner ist als die Flächenausdehnung der Siliziumplatte 20 und daß sie derart auf der Platte 20 zentriert ist, daß sie sich mit einem eindeutigen Abstand von den Ecken und Rändern der Halbleiterplatte befindet. Es ist nicht notwendig, daß die Aluminiumschicht 22 eine Folie oder eine getrennte Lage ist. Es ist festgestellt worden, daß es möglich ist, Aluminium oder Aluminiumgrundlegierungen auf die Siliziumplatte in einem Vakuum aufzudampfen. Die ausgewählten zentralen Teile der oberen Fläche der Siliziumplatte können mit Aluminium oder Aluminiumgrundlegierungen bedampft werden, indem die Ränder der Platten maskiert (abgedeckt) werden, oder es kann der obere Kontakt selbst mit dem Aluminiummetall bedampft werden.
Bei der Herstellung der Diode nach Fig. 1 wird die Zusammenstellung, welche aus dem Grundplattenkontakt 12, dem Silberlot 18, der Siliziumplatte 20, dem Aluminiumglied 22 und dem oberen Tantalkontaktglied 24 besteht, unter Vakuum bei einer Temperatur von annähernd 800 bis 1000° C erhitzt, während die Teile unter leichtem Druck zusammengehalten werden. In einem kurzen Zeitabschnitt wird das Silberlot 18 geschmolzen und mit der Grundplatte 12 der Siliziumplatte 20 eine Bindung eingegangen sein. In gleicher Weise wird die Aluminiumlage 22 geschmolzen sein, und bei der Abkühlung wird sie eine Bindung mit dem Tantalkontakt 24 eingegangen sein und eine metallurgische Verbindung mit der oberen Oberfläche der Siliziumplatte 20 bewirkt sein. Während der Erhitzung wird das Aluminium das angrenzende Silizium an der oberen Grenze der Siliziumplatte lösen, und bei der Abkühlung wird das gelöste Silizium mit p-Leitfähigkeit wieder ausgeschieden, wobei auf diese Weise die angrenzenden oberen Flächenteile in Silizium mit p-Leitfähigkeit umgewandelt werden, wodurch ein pn-übergang vorhanden ist. Wenn die legierte Anordnung auf Raumtemperatur abgekühlt ist, wird sie geätzt. Nach der Ätzung wird die legierte Anordnung in einer Aussparung 34 eines weiteren Trägers bzw. Gehäuseteiles bzw. einer Schraubengrundplatte 30 angeordnet mit einem Lot 36 niedrigen Schmelzpunktes, welches z. B. unterhalb 300° C schmilzt und aufgebracht wird, um eine Schmelz verbindung zwischen der Diodenanordnung und dem Glied 30 zu erzeugen. Die Temperatur während dieses letzteren Arbeitsvorganges sollte annähernd 400° C nicht überschreiten. Die Diode 10 nach Fig. 1 der Zeichnung kann eingekapselt werden oder in einem hermetisch abgeschlossenen Metallgehäuse angeordnet werden, um auf diese Weise das Silizium und andere Teile der Anordnung gegen die Atmosphäre zu schützen.
Eine gute mechanische Verbindung wird zwischen der Trägerplatte 12 und dem weiteren Träger bzw. Gehäuseteil oder der Schraubengrundplatte 30 gebildet. Die dünne Lage 16 aus Gold, Platin oder Rhodium schafft eine Oberfläche an der Trägerplatte 12, welche gründlich und gleichmäßig durch Weichlote benetzt wird.
In Fig. 2 der Zeichnung ist eine abgewandelte Form einer Halbleiteranordnung 50 veranschaulicht. Die Diodenanordnung 50 besteht aus einem weiteren Träger bzw. Gehäuseteil oder einer Schraubengrundplatte 52, welche eine mit Gewinde versehene Ausladung 54 aufweist. In der oberen Stirnfläche der Schraubengrundplatte 52 ist eine Aussparung 56 vorgesehen, innerhalb welcher eine Trägerplatte 60 angeordnet ist. Diese Trägerplatte 60 besteht aus einem Körper 62 aus Tantal, Wolfram oder Grundlegierungen derselben, welche einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten haben von im wesentlichen demselben Wert wie Silizium, und der vollständig in einer dünnen Lage 64 aus einem Metall eingeschlossen ist, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, welche Gold, Platin oder Rhodium enthält. Die Trägerplatte 60 ist mit der Schraubengrundplatte bzw. dem weiteren Träger oder Gehäuseteil 52 mittels eines Lotes 65 von niedrigem Schmelzpunkt sicher verbunden.
Auf der oberen Oberfläche 60 ist eine Siliziumplatte 66 angeordnet, welche vorher in geeigneter Größe und Form zugeschnitten worden ist. Die Siliziumplatte ist geläppt und geätzt worden, um auf diese Weise eine Platte zu schaffen, welche die gewünschten Halbleitereigenschaften aufweist. Die Platte kann dotiert werden mit einer n-Dotierungsverunreinigung, um dieser η-Leitfähigkeit zu geben. Eine dünne Lage des Silbergrundlotes 68 schafft eine Schmelzverbindung zwischen der Siliziumplatte 66 und dem Grundplattenkontaktglied 60. Eine stangenförmige Gegenelektrode 70 aus einem Aluminiummetall, welches ausgewählt ist aus der Gruppe, welche Aluminium und Aluminiumgrundlegierungen enthält, ist mit der Siliziumdiode verschweißt. Die Gegenelektrode 70 kann dieselbe Zusammensetzung haben wie die Lage 22 nach Fig. 1.
Die Halbleiteranordnung 50 ist in einer Weise hergestellt, ähnlich der Herstellung der Halbleiterdiodenanordnung 10 nach Fig. 1. Die Aluminiumgegenelektrode 70 wird in ihrer Lage an der Platte 66 angeschweißt, indem ein elektrischer Strom durch die Anordnung hindurchgeschickt wird. Stromzuführungen können mechanisch oder durch Hartlöten an dem oberen Ende der Gegenelektrode 70 befestigt werden.
Die Halbleiterdiode nach Fig. 2 wird einem gründlichen Ätzungsprozeß unterworfen, bevor die Trägerplatte 60 selbst an dem Schraubengrundplattenglied bzw. weiteren Träger oder Gehäuseteil 52 befestigt wird.
Die Ätzungsbehandlung reinigt den Übergang zwischen der Aluminiumgegenelektrode 70 und der Siliziumplatte 66, um auf diese Weise eine unwirksame Arbeitsweise der sich ergebenden Diodenanordnung auszuschließen.
Eine Trägerplatte, welche aus Wolfram besteht, wird durch die starken chemischen Ätzmittel, weiche normalerweise angewendet werden, in nachteiliger Weise beeinflußt. Daher ist es erwünscht, den Wolframkörper vollständig in einen nicht durchlöcherten Überzug aus Gold, Platin oder Rhodium einzuschließen. Wenn nur die Oberfläche des Wolframkörpers, welche Kontakt mit dem weiteren Träger bzw. Gehäuseteil eingeht, überzogen wird, dann ist es wichtig, daß keine Ätzmittel in Kontakt mit der freien Oberfläche des Wolframkörpers kommen. Durch Anwendung des Überzuges auf den gesamten Wolframkörper kann das Ätzmittel angewendet werden in irgendeiner üblichen Weise, ohne irgendein unerwünschtes Ergebnis zu verursachen.
Tantal wird nicht nachteilig durch die normalerweise benutzten Ätzmittel beeinflußt. Daher braucht eine Trägerplatte, welche aus Tantal besteht, nur an derjenigen Oberfläche überzogen zu werden, welche mit dem weiteren Träger bzw. Gehäuseteil oder der Schraubengrundplatte durch eine Schmelzverbindung verbunden wird.
Geeignete Ätzmittel bestehen aus einer Mischung gleicher Volumenanteile von Salpetersäure und Flußsäure. Die Fluorwasserstoffsäure kann aus 48 bis 50% HF (Fluorwasserstoff) bestehen, und die Salpetersäure kann 25°/oige Konzentration haben. Andere geeignete Ätzmittel für Silizium sind in Fachkreisen wohbekannt.

Claims (15)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung, z. B. eines Siliziumgleichrichters, deren mit den Elektroden versehener Halbleiterkörper mit einer Trägerplatte von annähernd gleichem thermischem Ausdehnungskoeffizienten wie der des Halbleiterwerkstoffes vereinigt ist, die ihrerseits an einem weiteren Träger bzw. einem Gehäuseteil befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte vor ihrer Vereinigung mit dem Halbleiterkörper mindestens an ihrer dem weiteren Träger bzw. Gehäuseteil zugewandten Flache mit einem besonderen Überzug aus einem Metall versehen wird, welches eine gründliche und gleichmäßige Benetzung der von diesem Metall überzogenen Fläche gewährleistet und widerstandsfähig gegenüber chemischen Ätzmitteln ist, und daß nach der Vereinigung der Trägerplatte mit dem Halbleiterkörper die aus Trägerplatte und Halbleiterkörper bestehende Anordnung einer Behandlung mit einem chemischen Ätzmittel unterworfen und anschließend mit dem weiteren Träger bzw. Gehäuseteil durch Weichlot verlötet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte mit einem Metall aus der Gruppe, welche Gold, Platin und Rhodium umfaßt, überzogen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte galvanisch, durch Aufspritzen oder Plattieren mit dem Metall überzogen wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte mit einem etwa 5 μ dicken Überzug aus Gold bzw. Platin versehen wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte mit einem etwa 0,5 μ dicken Überzug aus Rhodium versehen wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper mit einer Trägerplatte verbunden wird, die aus einem oder mehreren die Gruppe von Tantal, Wolfram und Grundlegierungen derselben umfassenden Metallen besteht.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte allseitig mit einem besonderen Überzug versehen wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper mit der Trägerplatte durch ein Silberlot verlötet wird, welches bei seinem Schmelzprozeß den angrenzenden Halbleiterwerkstoff löst.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Silberlot eine Mehrstoff legierung benutzt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Silberlegierung benutzt wird, welche aus 0,5 bis 8 Gewichtsprozent Antimon, wenigstens 72 Gewichtsprozent Silber und einem Rest aus wenigstens einem Element der Gruppe besteht, welche Germanium, Silizium, Blei und Zinn umfaßt.
11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gegenelektrodenanschlußkontakt aus Tantal über eine Schicht aus Aluminium oder einer Aluminiumgrundlegierung mit dem Halbleiterkörper durch einen Legierungsprozeß derart verbunden wird, daß durch den Legierungsprozeß gleichzeitig der pn-übergang in dem Halbleiterkörper erzeugt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gegenelektrodenanschlußkontakt aus Aluminium oder einer Aluminiumgrundlegierung unmittelbar selbst mit dem Halbleiterkörper durch einen Legierungsprozeß derart verbunden wird, daß durch den Legierungsprozeß gleichzeitig der pn-übergang in dem Halbleiterkörper erzeugt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenelektrodenkontaktkörper mit dem Halbleiterkörper elektrisch verschweißt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als weiterer Träger bzw. Gehäuseteil eine Becherform mit einem von der äußeren Oberfläche ausladenden Befestigungsbolzen benutzt wird, welche unmittelbar als Lehre für das Einsetzen des Lotes und der Trägerplatte dient, und daß die Trägerplatte über ihre der Bodenfläche der Becherform gegenüberliegende Fläche mit der Becherform verlötet wird.
15. Verfahren nach Anspruch 11 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenelektrodenkontaktkörper an seiner mit dem Halbleiterkörper zu verbindenden Fläche mit dem als Legierungssubstanz dienenden Aluminium bedampft wird.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 858 925;
britische Patentschrift Nr. 772 583;
USA.-Patentschrift Nr. 2 763 822;
schweizerische Patentschrift Nr. 316 010.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
009 569/541 7.60
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