DE1100818B - Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung mit einem einkristallinen scheiben-foermigen Grundkoerper aus Silizium - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung mit einem einkristallinen scheiben-foermigen Grundkoerper aus Silizium

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DE1100818B DES59957A DES0059957A DE1100818B DE 1100818 B DE1100818 B DE 1100818B DE S59957 A DES59957 A DE S59957A DE S0059957 A DES0059957 A DE S0059957A DE 1100818 B DE1100818 B DE 1100818B
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Description

DEUTSCHES
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung, insbesondere eines Transistors, mit einem einkristallinen scheibenförmigen Grundkörper aus Silizium und mit mehreren Elektroden, von denen mindestens eine, welche zu einem wesentlichen Teil aus Gold besteht, auf einer Trägerplatte befestigt ist, bei welchem ein als Trägerplatte ausersehenes Wolframblech auf mindestens einer Seite mit einer Goldauflage versehen und anschließend auf die vergoldete Seite des Wolframbleches die Siliziumscheibe gelegt und die aufeinandergestapelten Teile durch gemeinsame Erhitzung zusammenlegiert werden. Erfindungsgemäß wird zunächst die Goldauflage für sich allein mit dem Wolframblech vor der Stapelung durch Erhitzen bis über die Schmelztemperatur des Goldes teilweise zusammenlegiert (eingebrannt).
Für die Herstellung von Halbleiteranordnungen mit mehreren Elektroden werden häufig als Grundkörper sehr dünne Halbleiterscheiben verwendet. Ihre Dicke ist beispielsweise für Silizium-Transistoren durch die maximal erreichbare wirksame Diffusionslänge der Ladungsträger auf etwa 100 μ, begrenzt. Diese geringe Scheibendicke erfordert zur Kontaktierung mit Gold eine entsprechend dünne Goldauflage wegen der bei der Abkühlung entstehenden Gefügespannungen, welche bei größerer Dicke der Goldauflage dazu führen können, daß die Siliziumscheibe verbogen wird und gegebenenfalls bricht. Bei sehr dünner Goldauflage besteht aber die Gefahr, daß beim Legierungsvorgang die Eindringtiefe stellenweise den Wert Null hat, d. h. eine Inselbildung im p-n-Übergang stattfindet. Diese Inseln stellen elektrische Kurzschlüsse des p-n-Überganges dar. Die Goldauflage muß aus diesem Grunde erfahrungsgemäß eine bestimmte Mindestdicke besitzen. Um trotzdem mechanische Beschädigungen der Halbleiteranordnung durch auftretende Wärmespannungen zu vermeiden, wird in an sich bekannter Weise eine Trägerplatte, beispielsweise aus Molybdän oder Wolfram, verwendet.
Die Vereinigung einer solchen mit einer goldhaltigen Kontaktlegierung bietet jedoch gewisse technologische Schwierigkeiten, insbesondere deswegen, weil zur Wahrung einer großen Diffusionslänge im Halbleiter danach getrachtet werden muß, bei dessen thermischer Weiterbehandlung mit möglichst niedrigen Temperaturen auszukommen. Die Verwendung von Molybdän wird ferner beispielsweise schon dadurch ausgeschlossen, daß es mit Gold und Silizium eine Dreistofflegierung "eingeht, welche ohne Wiederausscheidung von Silizium erstarrt. Es wird hier also der Zweck des Legierungsvorganges, nämlich die Schaf-, fung eines dem metallischen Kontakt vorgelagerten hochdotierten Si-Bereiches, nicht erreicht.
Bei Wolfram tritt eine andere Schwierigkeit auf;
Verfahren zur Herstellung
einer Halbleiteranordnung
mit einem einkristallinen scheibenförmigen Grundkörper aus Silizium
Anmelder:
Siemens-Schuckertwerke
Aktienges ells chaf t,
Berlin und Erlangen,
Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50
Dipl.-Phys. Dr.-Ing. Hubert Patalong, Pretzfeld,
ist als Erfinder genannt worden
es legiert nämlich mit Gold erst bei einer verhältnismäßig hohen Temperatur, bei welcher die Diffusionslänge erheblich herabgesetzt wird.
Die genannten Schwierigkeiten werden dadurch beseitigt, daß als Trägerplatte ein goldplattiertes Wolframblech verwendet wird. Die Goldschicht wird in einem vorangehenden Arbeitsgang, an welchem SiIizium noch nicht beteiligt ist, auf die Trägerplatte aufgebracht, so daß bei diesem Legieren der Goldschicht mit dem Wolframblech die mit Rücksicht auf die Diffusionslänge gebotene Beschränkung des Temperaturbereiches wegfällt. Infolgedessen kann durch Erhitzung bis auf beispielsweise 1100° C erreicht werden, daß im Verlauf von einigen, z. B. 2 bis 5 Minuten wenigstens ein Teil der Goldschicht mit einer benachbarten Oberflächenschicht des Wolframbleches legiert. Dieser Vorgang wird im folgenden auch als »Einbrennen« bezeichnet. Die Goldplattierung kann auf das Wolframblech vorzugsweise nach einem Verfahren aufgebracht werden, bei dem eine Goldfolie von 0,02 bis 0,03 mm Dicke, die zuvor beispielsweise mittels feiner Nadelspitzen perforiert wird, so daß sich auf 1 mm2 Fläche etwa zwei bis drei Löcher befinden, mit hohem Druck von etwa 5 t/cm2 auf das Wolframblech von beispielsweise 0,5 mm Dicke aufgepreßt wird, so daß sie fest darauf haftet. Dann folgt der Erhitzungsprozeß. Durch die Perforierung können Gase, die sonst bei der Erhitzung zwischen Wolfram-,blech und Goldfolie Blasen bilden und das Haften der Goldfolie verhindern würden, entweichen. Zum besseren Haften der Goldfolie kann die Oberfläche des Wolframbleches angerauht werden. Die zur Plattie-
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rung erforderliche Goldschicht kann vor dem Einbrennen auch auf andere Weise, beispielsweise elektrolytisch, aufgebracht werden. Das zur Plattierung verwendete Gold kann völlig rein sein oder einen passenden Dotierungsstoff enthalten.
Auf die Goldplattierung des Wolframbleches kann dann eine weitere Goldfolie von beispielsweise 0,05 bis 0,1 mm Dicke aufgelegt werden, die einen vorbestimmten Gehalt an Dotierungsstoff enthält. Zur n-Dotierung hat sich ein Antimongehalt bis etwa 1%, zur p-Dotierung ein Borgehalt bis etwa 0,5% als vorteilhaft erwiesen. Auf diese Goldfolie wird dann eine Siliziumscheibe von beispielsweise 0,12 bis 044 mm Dicke gelegt. Diese Bemessungsangaben beziehen sich auf einen Transistor, der auf der Unterseite mit einem Kollektor versehen wird. Emitter- und Basiselektroden können dabei gleichzeitig auf der Oberseite in an sich bekannter Weise einlegiert werden, vorzugsweise ebenfalls unter Verwendung passend dotierter Goldfolien.
Für den nachfolgenden Legierungsprozeß, für den die Siliziumscheibe mit den Metallauflagen und der Trägerplatte vereinigt wird, ist eine Erhitzung bis auf eine Temperatur von etwa 700° C ausreichend, der eine allmähliche Abkühlung auf Raumtemperatur innerhalb 2 bis 3 Stunden folgt.
In der Zeichnung ist die Herstellung eines Transistors unter Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung in zwei verschiedenen Stadien, nämlich vor bzw. nach dem Zusammenlegieren der Siliziumscheibe mit den zur Schaffung der Elektroden dienenden Metallauflagen und der Trägerplatte, schematisch veranschaulicht.
In Fig. 1 sind die Querschnittsprofile der verschiedenen zwecks Vereinigung aufeinandergelegten Teile dargestellt. Auf die Trägerplatte 12 aus Wolfram, auf deren Oberseite gemäß dem Verfahren nach der Erfindung bereits eine dünne Goldschicht 13 eingebrannt ist, wird in bekannter Weise eine Goldfolie 11, die beispielsweise zur Herstellung des Kollektors dient und demgemäß zwecks Schaffung eines pn-Überganges zwischen Kollektor- und Basisgebiet einen Dotierungsstoff, z. B. etwa 1% Antimon, enthält, und darauf eine einkristalline, schwach p-dotierte Siliziumschicht 10 gelegt, die mit einem spezifischen Widerstand von z.B. etwa 20 oder etwa 100 Ohmcm den Grundkörper bildet. Auf dessen Oberseite können ein Emitterring 14, der ebenfalls aus einer antimonhaltigen Goldfolie bestehen kann, sowie Basiskontakte 15 in Gestalt borhaltiger Goldfolien angeordnet sein, die z. B. im gleichen nachfolgenden Arbeitsgang mit einlegiert werden sollen.
Fig. 2 zeigt in einem Querschnittschema die durch den LegierungsVorgang erzielte Schichtung in vergrößertem Maßstab. Auf der Oberseite der Wolframplatte 12 befindet sich eine hauptsächlich aus Gold und Silizium bestehende und Dotierungsstoff (Sb) enthaltende Legierungsschicht 11 a, in welcher auch ein Teil der ursprünglichen Plattierungsschicht 13 enthalten ist. Der Schicht 11 α ist eine hochdotierte SiIiziumschicht 10c vorgelagert, die durch Rekristallisation bei der Abkühlung entstanden ist. Diese grenzt an die Siliziumschicht 10. Durch geeignete Wahl des Dotierungsstoffes erhält die Schicht 10a je nach Wunsch entweder den gleichen oder den entgegengesetzten Leitungstyp wie die Siliziumschicht 10. Im letzterwähnten Fall befindet sich zwischen der Schicht und der Schicht 10a ein pn-übergang 10 b, der in Fig. 2 durch eine gesrichelte Linie angedeutet ist. Entsprechendes wird bei einer schwach η-leitenden Siliziumscheibe erreicht, wenn die in Fig. 1 mit 11 bezeichnete Goldfolie einen p-Typ hervorruf enden Dotierungsstoff, z. B. Bor, enthält.
Wird zur Plattierung des Wolframbleches eine Goldfolie verwendet, die bereits den zur Herstellung eines hochdotierten Bereiches und gegebenenfalls eines pn-Überganges notwendigen Dotierungsstoff enthält, kann die zusätzliche Goldfolie weggelassen und die Siliziumscheibe direkt mit der goldplattierten Seite der Wolframplatte legiert werden. Hierbei muß aber der Einbrennvorgang, durch den die Goldauflage mit dem Wolframblech vereinigt wird, so geführt werden, daß die Goldauflage dabei nicht bis an ihre freie Oberfläche, sondern nur bis zu einem Teil ihrer Dicke mit Wolfram durchsetzt wird, damit bei dem nachfolgenden Zusammenlegieren mit der Siliziumscheibe eine Störung der Rekristallisation des Siliziums vermieden wird.

Claims (5)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung mit einem einkristallinen scheibenförmigen Grundkörper aus Silizium und mit mehreren Elektroden, von denen mindestens eine, welche zu einem wesentlichen Teil aus Gold besteht, auf einer Trägerplatte befestigt ist, bei welchem ein als Trägerplatte ausersehenes Wolframblech auf mindestens einer Seite mit einer Goldauflage versehen und anschließend auf die vergoldete Seite des Wolframbleches die Siliziumscheibe gelegt wird und die aufeinandergestapelten Teile durch gemeinsame Erhitzung zusammenlegiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die Goldauflage für sich allein mit dem Wolframblech vor der Stapelung durch Erhitzung bis über die Schmelztemperatur des Goldes teilweise zusammenlegiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wolframblech auf derjenigen Seite, auf welcher das Halbleiterelement befestigt werden soll, aufgerauht und die Goldauflage in Gestalt einer Folie mit hohem Druck von etwa 5 t/cm2 aufgepreßt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Goldfolie vor dem Aufpressen perforiert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Goldauflage des Wolframbleches Dotierungsmaterial beigegeben wird, bevor sie mit dem Blech zusammenlegiert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Zusammenlegieren des WoIframbleches und der Siliziumscheibe eine Dotierungsmaterial enthaltende Goldfolie zwischen der vergoldeten Seite des Wolframbleches und der Siliziumscheibe eingefügt wird.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 018 557;
französische Patentschrift Nr. 1 038 658.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
© 109 528/585 2. &1
DES59957A 1958-09-24 1958-09-24 Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung mit einem einkristallinen scheiben-foermigen Grundkoerper aus Silizium Pending DE1100818B (de)

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FR804267A FR1234563A (fr) 1958-09-24 1959-09-03 Procédé d'obtention d'un dispositif à semi-conducteur, en particulier d'un transistor comportant un corps de base monocristallin en silicium
GB3051159A GB908475A (en) 1958-09-24 1959-09-07 Improvements in or relating to the production of semi-conductor devices
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GB (1) GB908475A (de)

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