DE1109270B - Method for melting a power supply to an alloy electrode of a semiconductor arrangement - Google Patents

Method for melting a power supply to an alloy electrode of a semiconductor arrangement

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Description

Verfahren zum Anschmelzen einer Stromzuführung an eine Legierungselektrode einer Halbleiteranordnung Flächengleichrichter und Flächenkristallverstärker bestehen bekanntlich aus verschiedenen Schichten Halbleitermaterial mit unterschiedlichem ' Leitfähigkeitstyp, d. h. aus n-leitenden und p-leitenden Halbleiterteilen. Auf einfache Weise kann man derartige pn-Schichten erzeugen, wenn man auf einen Halbleiter bestimmten Leitfähigkeitstyps ein Metall oder eine Legierung aufbringt, die beim Erhitzen über den Schmelzpunkt in den ursprünglichen Halbleiter einlegiert. An der Grenze zwischen dem einlegierten Metall und dem ursprünglichen Halbleiter entsteht bei entsprechender Wahl des Materials ein sogenannter pn-Übergang. Derartig aufgebrachte Elektroden aus Metallen oder Legierungen, mit denen ein pn-Übergang durch Einlegieren in einen Halbleiter erzeugt werden kann, werden im folgenden als Legierungselektroden bezeichnet.A method for fusing a power supply to an alloy electrode of a semiconductor device surface rectifier and surface crystal known amplifiers consist of different layers of semiconductor material with different 'conductivity type, d. H. made of n-conducting and p-conducting semiconductor parts. Such pn layers can be produced in a simple manner by applying a metal or an alloy to a semiconductor of a certain conductivity type, which alloyed into the original semiconductor when it is heated above the melting point. At the boundary between the alloyed metal and the original semiconductor, a so-called pn junction arises if the material is selected accordingly. Electrodes made of metals or alloys in this way, with which a pn junction can be generated by alloying into a semiconductor, are referred to below as alloy electrodes.

Mit der Legierungselektrode müssen die elektrischen Zuleitungen derart verbunden werden, daß sich ein sperrfreier Übergang mit möglichst großer elektrischer Leitfähigkeit und mechanischer Stabilität ergibt. In der Praxis wird zum Herstellen einer Legierungselektrode eine geringe Metallmenge verwendet, die auf die Halbleiterplatte aufgebracht und zu einem Metalltropfen niedergeschmolzen wird. Die Schwierigkeiten bestehen darin, die elektrische Zuleitung an dem kleinen Metalltropfen der Legierungselektrode anzubringen. Zwar ist das Verlöten mit der Legierungselektrode an sich keine besonders schwierige Aufgabe, jedoch breitet sich dabei der flüssige Metalltropfen der Legierungselektrode leicht weiter über den Halbleiterkörper aus, so daß der pn-Übergang kurzgeschlossen und die Anordnung damit unbrauchbar wird. Das Metall der Legierungselektrode breitet sich zwar schon beim Einlegieren in sehr dünner Schicht auf der Oberfläche der Halbleiterplatte so weit aus, daß der entstandene pn-Übergang dadurch kurzgeschlossen wird, jedoch kann diese dünne Schicht durch Ätzen leicht entfernt werden. Breitet sich jedoch der ganze Tropfen der Legierungselektrode über den Bereich des pn-Überganges hinaus aus, so läßt sich dieser Kurzschluß durch Ätzen nicht mehr rückgängig machen.With the alloy electrode, the electrical leads must be such be connected that there is a barrier-free transition with the largest possible electrical Conductivity and mechanical stability results. In practice it is used to manufacture an alloy electrode used a small amount of metal deposited on the semiconductor plate is applied and melted down to a metal drop. Difficulties consist of the electrical lead on the small metal droplet of the alloy electrode to attach. It is true that the soldering to the alloy electrode is not in itself special difficult task, but the liquid metal drop of the alloy electrode spreads slightly further over the semiconductor body, so that the pn junction is short-circuited and the arrangement thus becomes unusable. The metal of the alloy electrode spreads in a very thin layer on the surface of the semiconductor plate during alloying so far that the resulting pn junction is short-circuited as a result, however this thin layer can be easily removed by etching. However, it spreads the entire drop of the alloy electrode beyond the area of the pn junction off, this short circuit cannot be reversed by etching.

Ferner muß die am pn-übergang entwickelte Wärme während des Betriebes gut abgeführt werden, da hiervon die Belastungsfähigkeit der Anordnung in starkem Maße abhängt. Da der Weg für die Ableitung der Wärme vom pn-übergang durch die Halbleiterplatte hindurch wesentlich größer ist als der Weg vom pn-Übergang zur Legierungselektrode, ist es von großem Vorteil, wenn die Wärme von der Legierungselektrode bzw. deren Zuleitung abgeführt werden kann. Man ist daher einerseits bestrebt, möglichst eineZuleitung mit großemQuerschnittzurLegierungselektrode zu verwenden, um die entstandene Wärme gut ableiten zu können, andererseits darf dabei der Metalltropfen der Legierungselektrode nicht breitgedrückt werden, um ein Kurzschließen des pn-Überganges zu verhindern.Furthermore, the heat developed at the pn junction must be during operation can be dissipated well, as this increases the load capacity of the arrangement Dimensions depends. Because the way for the dissipation of heat from the pn junction through the semiconductor plate through it is much larger than the path from the pn junction to the alloy electrode, it is of great advantage if the heat from the alloy electrode or its Supply line can be discharged. The aim is therefore on the one hand to use a feed line if possible with a large cross-section to use the alloy electrode to absorb the heat generated on the other hand, the metal droplet of the alloy electrode may be used not be pushed wide to prevent short-circuiting of the pn junction.

Erfindungsgemäß werden diese Schwierigkeiten dadurch beseitigte daß zum Anschmelzen einer Stromzuführung an eine flächenhafte Legierungselektrode einer Halbleiteranordnung eine Stromzuführung mit einem der Fläche der legierten Zone annähernd angepaßten Querschnitt verwendet wird, die an ihrem einzuschmelzenden Ende so ausgebildet ist, daß dieses einen Teil des Legierungsmaterials beim Anschmelzen aufnimmt. Hierdurch wird erreicht, daß einerseits ein guter Wärmeübergang vom Metall der Legierungselektrode zur Stromzuführung vorhanden ist und gleichzeitig keine Verbreiterung des flüssigen Metalls der Legierungselektrode und damit ein Kurzschließen des pn-überganges eintritt.According to the invention, these difficulties are eliminated in that for melting a power supply to a flat alloy electrode of a Semiconductor device a power supply with one of the surface of the alloyed zone approximately matched cross-section is used, which is to be melted at their The end is designed so that this part of the alloy material is melted records. This ensures that, on the one hand, good heat transfer from the metal the alloy electrode for power supply is present and at the same time none Broadening of the liquid metal of the alloy electrode and thus short-circuiting of the pn junction occurs.

Das Verfahren nach der Erfindung unterscheidet sich von einem älteren Vorschlag dadurch, daß das Legierungsmaterial von der Stromzuführung beim Anschmelzen aufgenommen wird, während dieses nach jenem Vorschlag aus einem auf den halbleitenden Körper aufgesetzten MetaHröhrehen beim Anlegieren ausfließen soll.The method according to the invention differs from an older one Proposal in that the alloy material from the power supply when melting is added, while this after that proposal from a on the semiconducting Meta tubes placed on the body should flow out during alloying.

An Hand der Figuren soll die Erfindung und deren Ausführungsformen näher erläutert werden. In den Fig. 1 bis 8 sind Halbleiterplatten im Querschnitt dargestellt, bei denen durch Aufbringen eines Metalls oder einer Legierung und eine anschließende Wärmebehandlung ein pn-übergang erzeugt wurde.The invention and its embodiments are to be explained in more detail with reference to the figures. In FIGS. 1 to 8 , semiconductor plates are shown in cross section, in which a pn junction was produced by applying a metal or an alloy and a subsequent heat treatment.

Die Halbleiterplatte 1 (Fig. 1) besteht beispielsweise aus Germanium oder Silizium. Auf diese Halbleiterplatte ist eine kleine Menge einer Legierung oder eines Metalls aufgebracht, welche beim Einlegieren den Leitungstyp der Halbleiterplatte 1 ändert. Durch die Wärmebehandlung schmilzt das Material der Legierungselektrode 2 zu einem Tropfen zusammen und legiert in den Halbleiterkörper ein. Die Legierungszone 3 ist schraffiert dargestellt. Sehr wenig des Materials der Legierungselektrode 2 breitet sich auf der Oberfläche des Halbleiters 1 aus, wie dies bei 5 angedeutet ist. Dadurch wird der pn-übergang 4 kurzgeschlossen. Durch einen anschließenden Ätzprozeß kann die dünne Schicht 5 leicht entfernt werden.The semiconductor plate 1 (Fig. 1) consists for example of germanium or silicon. A small amount of an alloy or a metal is applied to this semiconductor plate, which alloy changes the conductivity type of the semiconductor plate 1 when it is alloyed. As a result of the heat treatment, the material of the alloy electrode 2 melts together to form a drop and is alloyed into the semiconductor body. The alloy zone 3 is shown hatched. Very little of the material of the alloy electrode 2 spreads on the surface of the semiconductor 1 , as is indicated at 5 . As a result, the pn junction 4 is short-circuited. The thin layer 5 can easily be removed by a subsequent etching process.

Wenn man nun versucht-, einen stärkeren Metalldraht 6, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist, in den flüssigen Metalltropfen 2 einzubringen, so breitet sich der Tropfen seitlich über den pn-übergang 4 hinweg aus. Dadurch entsteht ein Kurzschluß, der durch Ätzen nicht mehr beseitigt werden kann. Da die übergangszone oft nur eine Dicke von 10 - 5 cin hat, können zur Stromzuführung nur sehr dünne Drähte in den flüssigen Legierungstropfen eingeführt werden, wenn dabei ein Kurzschluß vermieden werden soll. Dies behindert aber wieder die Wärmeableitung von dem pnübergang 4.If an attempt is now made to introduce a thicker metal wire 6, as shown in FIG. 2, into the liquid metal drop 2, the drop spreads laterally over the pn junction 4. This creates a short circuit that can no longer be removed by etching. Because the transition zone is often only a thickness of 10 - 5 has cin, can be introduced to the power supply, only very thin wires in the liquid alloy droplet when doing a short circuit is to be avoided. However, this again hinders the dissipation of heat from the pn junction 4.

In Fig. 3 bis 8 sind beispielsweise Ausführungsformen der bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Stromzuführungen dargestellt. Durch Hohlräume in der Stromzuführung kann das Metall der Legierungselektrode in die Stromzuführung eindringen, und deshalb verbreitert sich beim Anbringen der Stromzuführung der flüssige Metalltropfen der Legierungselektrode nicht; es kann also kein Kurzschluß entstehen. Da gleichzeitig der Querschnitt der Stromzuführung so groß wie die legierte Zone ist, wird eine gute Abführung der Wärme von dem pnübergang sowie ein guter elektrischer und mechanischer Kontakt gewährleistet.In FIGS. 3 to 8 , for example, embodiments of the power supply lines used in the method according to the invention are shown. The metal of the alloy electrode can penetrate into the power supply through cavities in the power supply lead, and therefore the liquid metal drop of the alloy electrode does not widen when the power supply is attached; so there can be no short circuit. Since at the same time the cross section of the power supply is as large as the alloyed zone, a good dissipation of the heat from the pn junction as well as a good electrical and mechanical contact is guaranteed.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 besteht die Stromzuführung aus einem Metallklotz 6, beispielsweise aus Kupfer, der mehrere Bohrungen 7 enthält. Durch die Kapillarwirkung dieser Bohrungen steigt das flüssige Metall der Legierungselektrode 2 in die Bohrungen 7 der Stromzuführungen 6 und breitet sich nicht über den Bereich der Legierungszone 3 aus. Als Stromzuführung muß ein Material gewählt werden, das von dem flüssigen Metall der Legierungselektrode gut benetzt wird. Damit sich die Bohrungen 7 des Metallklotzes 6 nicht verstopfen, ist es zweckmäßig, den Metallklotz vor dem Aufbringen auf die flüssige Legierungselektrode auf eine bestimmte Temperatur vorzuwärmen. Zur schnelleren Verfestigung des Metalls der Legierungselektrode ist es vorteilhaft, anschließend die Stromzuführung 6 zu kühlen.In the embodiment according to FIG. 3 , the power supply consists of a metal block 6, for example made of copper, which contains several bores 7 . As a result of the capillary action of these bores, the liquid metal of the alloy electrode 2 rises into the bores 7 of the power supply lines 6 and does not spread over the area of the alloy zone 3 . A material that is well wetted by the liquid metal of the alloy electrode must be selected as the power supply. So that the bores 7 of the metal block 6 do not become clogged, it is expedient to preheat the metal block to a certain temperature before it is applied to the liquid alloy electrode. For faster solidification of the metal of the alloy electrode, it is advantageous to then cool the power supply 6.

In Fig. 4 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt, bei der die Stromzuführung aus einem Sinterkörper 6 besteht. In die Poren des Sinterkörpers 6 tritt das Metall der Legierungselektrode 2 ebenfalls durch Kapillarwirkung ein.FIG. 4 shows a further embodiment in which the power supply consists of a sintered body 6 . The metal of the alloy electrode 2 also enters the pores of the sintered body 6 by capillary action.

Die Stromzuführung kann aber auch, wie dies in Fig. 5 beispielsweise dargestellt ist, aus einem Drahtbündel 6 bestehen, das an einem Ende beispielsweise durch Schweißen zu einem MetaRkörper 6 a verbunden ist. In diesem Drahtbündel, das beispielsweise aus runden Kupferdrähten besteht, sind ähnlich wie bei der Ausführung nach Fig. 3 parallele Kanäle vorhanden, in die das Metall der Legierungselektrode 2 eindringt.However, the current supply may also be, as shown in Fig. 5, for example, consist of a wire bundle 6, which is connected at one end such as by welding to a MetaRkörper 6 a. In this wire bundle, which consists for example of round copper wires, similar to the embodiment according to FIG. 3, there are parallel channels into which the metal of the alloy electrode 2 penetrates.

Die Stromzuführung nach Fig. 5 kann aber zur besseren Wärmeableitung und Wärmeabstrahlung auch so ausgebildet sein, wie dies in Fig. 6 dargestellt ist. Diese Stromzuführung besteht aus einer Metallplatte 6a, an der beispielsweise durch Schweißen radial zahlreiche Metalldrähte 6 befestigt sind, die in der Mitte ein Drahtbündel wie bei der Ausführungsform nach Fig. 5 bilden.The power supply according to FIG. 5 can, however, also be designed as shown in FIG. 6 for better heat dissipation and heat radiation. This power supply is composed of a metal plate 6a are fixed to the radially numerous, for example by welding metal wires 6, which form in the middle of a bundle of wires as in the embodiment according to Fig. 5.

Es ist auch möglich, einen die Stromzuführung bildenden Draht an dem mit der Legierungselektrode 2 zu verbindenden Ende zu einer oder mehreren Drahtschlaufen zu biegen, wie dies in Fig. 7 beispielsweise dargestellt ist.It is also possible to bend a wire, which forms the power supply, to one or more wire loops at the end to be connected to the alloy electrode 2, as is shown in FIG. 7, for example.

Zweckmäßig wird dem Halbleiter an der Legierungsstelle nur ein solcher Querschnitt gegeben, wie ihn der geschmolzene Metalltropfen der Legierungselektrode hat. Eine derartige Anordnung ist in Fig. 8 beispielsweise dargestellt.The semiconductor is expediently given only such a cross section at the alloy site as the molten metal drop of the alloy electrode has. Such an arrangement is shown in FIG. 8, for example.

Außerdem ist es vorteilhaft, die Oberfläche der Stromzuführung auf irgendeine Weise, beispielsweise durch Ätzen, aufzurauhen. Dies kann an der der Legierungselektrode zugewandten Seite und/oder an der Mantelfläche und/oder in den Kanälen erfolgen. In jedem Falle darf als Stromzuführung nun ein Metall verwendet werden, das von der Legierungselektrode gut benetzt wird und durch das keinerlei Verunreinigungen in die Legierungselektrode 2 gelangen. Demnach muß auch bei einer etwaigen oberflächlichen ufrauhung oder Ätzung der Stromzuführung darauf geachtet werden, daß sämtliche Verunreinigungen entfernt werden.It is also advantageous to have the surface of the power supply on to roughen in some way, for example by etching. This can be done at the Alloy electrode facing side and / or on the lateral surface and / or in the Channels. In any case, a metal can now be used as the power supply that is well wetted by the alloy electrode and by the none Impurities get into the alloy electrode 2. Accordingly, one must also Pay attention to any superficial roughening or etching of the power supply that all impurities are removed.

Die Wirkungen, wie sie durch dünne Kanäle im Inneren der Stromzuführung erzeugt werden, können durch Rillen oder eine gleichzeitige Formgebung der Oberfläche der Stromzuführung unterstützt werden. Die Form der Stromzuführung sowie deren Abmessungen müssen auf die Menge des Metalls der Legierungselektrode abgestimmt sein.The effects as they get through thin channels inside the power supply can be generated by grooves or a simultaneous shaping of the surface the power supply are supported. The shape of the power supply and its dimensions must be matched to the amount of metal in the alloy electrode.

Nach dem Verbinden der Stromzuführung mit der Legierungselektrode und dem Abkühlen wird die dünne Schicht des Legierungsmetalls auf der Halbleiteroberfläche abgeätzt und so der noch bestehende KurzschIuuß beseitigt.After connecting the power supply to the alloy electrode and cooling becomes the thin layer of alloy metal on the semiconductor surface etched off and so the short circuit that still existed was eliminated.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Halbleiteranordnungen der Stromzuführung können infolge der guten Wärineableitung wesentlich höher als die bisher bekannten belastet werden.The semiconductor arrangements produced by the method according to the invention the power supply can be significantly higher than due to the good heat dissipation the previously known are charged.

Claims (2)

PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zum Anschmelzen einer Stromzuführung an eine flächenhafte Legierungselektrode einer Halbleiteranordnung, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Stromzuführung mit einem der Fläche der legierten Zone annähernd angepaßten Querschnitt, die an ihrem einzuschmelzenden Ende so ausgebildet ist, daß dieses einen Teil des Legierungsmaterials beim Anschmelzen aufnimmt. PATENT CLAIMS: 1. A method for melting a power supply to a sheet-like alloy electrode of a semiconductor device, characterized by the use of a power supply with a cross-section that is approximately matched to the area of the alloyed zone and is designed at its end to be melted so that it is part of the alloy material when it is melted records. 2. Verfahren nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Halbleiterkristall verwendet wird, dessen mit der Legierungselektrode in Kontakt stehende Teil denselben Querschnitt wie das Legierungsmaterial hat. 3. Gemäß Verfahren nach Anspruch 1 hergestellte Halbleiteranordnung, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromzuführung aus einem Metallklotz mit Bohrungen besteht. 4. Gemäß Verfahren nach Anspruch 1 hergestellte Halbleiteranordnung, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromzuführung aus einem porösen Metallkörper besteht. 5. Gemäß Verfahren nach Anspruch 1 hergestellte Halbleiteranordnung, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromzuführung aus einem auf der freien Seite in einen massiven Metallstück endenden Drahtbündel besteht. 6. Halbleiteranordnung nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromzuführung oberflächlich ganz oder teilweise aufgerauht ist. 7. Halbleiteranordnung nach Anspruch 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromzuführung oberflächlich ganz oder teilweise mit Rillen oder Einschnitten versehen ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentschrift Nr. 1038 658; Piroc. IRE, 40, 1952, S. 1341/42, 15/2. In Betracht gezogene ältere Patente: Deutsches Patent Nr. 1080 695. 2. The method according spoke 1, characterized in that a semiconductor crystal is used whose part in contact with the alloy electrode has the same cross section as the alloy material. 3. According to the method of claim 1 manufactured semiconductor device, characterized in that the power supply consists of a metal block with holes. 4. According to the method of claim 1 manufactured semiconductor device, characterized in that the power supply consists of a porous metal body. 5. According to the method of claim 1 manufactured semiconductor device, characterized in that the power supply consists of a wire bundle ending on the free side in a solid metal piece. 6. Semiconductor arrangement according to claim 3 to 5, characterized in that the power supply is wholly or partially roughened on the surface. 7. Semiconductor arrangement according to claim 3 to 6, characterized in that the power supply is completely or partially provided with grooves or incisions on the surface. Documents considered: French Patent No. 1038 658; Piroc. IRE, 40, 1952, pp. 1341/42, 15/2. Older patents considered: German Patent No. 1080 695.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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FR1038658A (en) * 1950-09-14 1953-09-30 Western Electric Co Semiconductor device for signal transmission

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