DE1125554B

DE1125554B - Process for the production of semiconductor devices

Info

Publication number: DE1125554B
Application number: DES60385A
Authority: DE
Inventors: Dr Rer Nat Horst Irmler
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1958-10-24
Filing date: 1958-10-24
Publication date: 1962-03-15

Description

Verfahren zur Herstellung von Halbleiteranordnungen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Halbleiteranordnungen durch Legieren unter Verwendung einer Hilfsform und eines Pulvers bzw. einer Pulvermasse zum Einbetten der zu legierenden Halbleiterkörper.Method of manufacturing semiconductor devices The invention relates to a method of manufacturing semiconductor devices by alloying using an auxiliary mold and a powder or a powder mass for embedding the semiconductor body to be alloyed.

Mit dem Verfahren nach der Erfindung sollen eine Vielzahl solcher Halbleiteranordnungen gleichzeitig teilweise oder vollständig hergestellt werden. Während nach einem bekannten Verfahren unter Benutzung eines solchen Einbettungspulvers jeweils nur ein einzelnes Halbleiterelement hergestellt und dabei allseitig mit der Pulvermasse umpreßt wurde, wird erfindungsgemäß derart vorgegangen, daß zur gleichzeitigen teilweisen oder vollständigen Herstellung einer Vielzahl von Halbleiteranordnungen eine Folie aus demjenigen Metall, mit welchem die Halbleiterkörper an der einen Oberfläche dotiert werden sollen, in die Hilfsform eingelegt, dann mit einer Vielzahl von Halbleiterkörpern nebeneinander beschichtet und nunmehr auf diese in die Hilfsform eingebrachten Teile die pulverförmige Masse aufgebracht und festgepreßt wird und schließlich der Legierungsprozeß der in die Form eingeschlossenen Anordnung in einem Ofen durchgeführt wird. Vor dem Einbringen der pulverförmigen Masse können die Halbleiterkörper auch mit weiteren Elektrodenkörpern beschichtet werden.With the method according to the invention, a large number of such Semiconductor arrangements are produced at the same time partially or completely. While according to a known method using such an embedding powder each manufactured only a single semiconductor element and with it on all sides the powder mass was pressed around, the procedure according to the invention is such that for simultaneous partial or complete production of a large number of semiconductor devices a foil made of the metal with which the semiconductor body is attached to the one Surface to be doped, placed in the auxiliary form, then with a variety of semiconductor bodies coated next to each other and now on this in the auxiliary form introduced parts the powdery mass is applied and pressed firmly and finally the alloying process of the assembly enclosed in the mold in one Furnace is carried out. Before the powdery mass is introduced, the semiconductor bodies can can also be coated with further electrode bodies.

Durch ein solches Verfahren, welches eine einseitige Einbettung in die Pulvermasse für alle Halbleiterelemente benutzt, wird das Einbringen einer Vielzahl von Aggregaten zugleich wesentlich einfacher, und es werden senkrechte mechanische Beanspruchungen an jedem der einzelnen Elemente durch gegenseitige Versetzung von Teilen der zu erzeugenden Hilfsform vermieden. Da ferner eine Vielzahl von Elementen unter Benutzung einer einheitlichen gleichartigen Hilfsform für alle Elemente gleichzeitig legiert wird, entstehen Halbleiterbauelemente mit praktisch gleicher Güte und gleichartigen Kennlinien. Das Verfahren nach der Erfindung hat ferner den Vorteil, daß zunächst alle Halbleiterbauelemente an einem ihrer späteren Bestandteile, nämlich an den anteiligen Flächenteilen einer gemeinsamen Folie, nach dem Legieivngsvorgang noch vereinigt sind. Daher können sie gemeinsam ohne besondere Hilfsvorrichtungen weiteren Behandlungsprozessen zugeführt werden. Auch bei den folgenden Behandlungen werden daher die Halbleiterbauelemente zwangläufig wieder alle gleichartig behandelt.Such a process, which allows for one-sided embedding in the powder mass used for all semiconductor elements is the introduction of a variety of aggregates at the same time much simpler, and vertical mechanical ones become Stresses on each of the individual elements due to mutual displacement of Parts of the auxiliary shape to be generated avoided. There are also a variety of elements using a uniform, similar auxiliary form for all elements at the same time is alloyed, semiconductor components are produced with practically the same quality and of the same type Characteristics. The method according to the invention also has the advantage that initially all semiconductor components to one of their later components, namely to the proportional surface parts of a common foil, after the Legieivngsvorgang are united. Therefore, they can continue to work together without special auxiliary devices Treatment processes are fed. Also be used with the following treatments therefore the semiconductor components are inevitably all treated in the same way again.

Die Folien mit den Halbleiterkörpern können dann in der erwünschten Weise in eine bestimmte Zahl von Gleichrichterelementen durch Zertrennen der Folie zwischen den entsprechenden Halbleiterelementensystemen unterteilt werden. Eine Vielzahl von Einzelelementen mit gleichartigen Eigenschaften und Kennlinien kann somit in einer Einheit vereinigt sein. Daher ist z. B. für eine Parallelschaltung keine besondere Auswahl von zueinander passenden Gleichrichterelementen nötig, um für diese Zwecke geeignete Halbleiterelemente einander zuzuordnen.The foils with the semiconductor bodies can then be in the desired Way into a certain number of rectifying elements by cutting the foil can be divided between the respective semiconductor element systems. One Large number of individual elements with similar properties and characteristics can thus be united in one unity. Therefore z. B. for a parallel connection no special selection of matching rectifier elements necessary to to assign suitable semiconductor elements to one another for these purposes.

Das durch das Legieren gewonnene Halbfertigfabrikat kann, wenn alle Elektrodenkörper durch den Legierungsvorgang an dem Halbleiterkörper angebracht worden sind, zur Reinigung der p-n-p-Übergänge geätzt werden, wonach durch Zertrennen der Folie zwischen den Halbleiterelementen die einzelnen fertigen Gleichrichter- bzw. Transistorelemente gewonnen werden. Wurde die Dotierung nun an der einen Oberfläche des Halbleiterkörpers durchgeführt, so werden nach dem Herausnehmen der Folie mit den Halbleiterelementen aus der Hilfsform zunächst an dem einzelnen Halbleiterelement die anderen Elektroden an der anderen Oberfläche z. B. durch ein Anlegieren des anderen Anschlusses, etwa eines Drahtes, angebracht. Dann wird die Anordnung wieder geätzt und dann erst die Folie entsprechend zerschnitten.The semi-finished product obtained by alloying can, if all Electrode body attached to the semiconductor body by the alloying process are etched to clean the p-n-p junctions, followed by dicing the foil between the semiconductor elements the individual finished rectifier or transistor elements are obtained. The doping was now on one surface of the semiconductor body carried out, so after removing the film with the semiconductor elements from the auxiliary form initially on the individual semiconductor element the other electrodes on the other surface e.g. B. by alloying the other connection, such as a wire, attached. Then the arrangement is back etched and only then cut the foil accordingly.

Damit die einzelnen Halbleiterelemente unmittelbar danach an einem Trägerkörper gebracht werden können, kann die Folie vor dem Zertrennen auf der den Gleichrichtersystemen abgewandten Oberfläche bereits mit einem Überzug aus einem Lot versehen werden.So that the individual semiconductor elements immediately afterwards on one Carrier body can be brought, the film can before being separated on the Rectifier systems facing away from the surface already with a coating of one Solder to be provided.

Ein Ausführungsbeispiel für die Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung veranschaulicht die Figur der Zeichnung in Schnittdarstellung. In dieser Figur bezeichnet 1 den Körper einer Hilfsform. Auf deren Bodenfläche befindet sich eine Schicht 2 aus staubförmigem Graphit, die an ihrer Oberfläche glattgepreßt ist. Auf diese Graphitschicht wird die Folie 3 aufgelegt. Sie besteht aus dem Metall, das als Elektrodenkörper und Dotierungsstoff für die eine Oberfläche des Halbleiterkörpers benutzt wird. Auf die Oberfläche dieser Folie 3 ist eine Vielzahl von plattenförmigen Halbleiterkörpern 4 in vorbestimmter gegenseitiger Lage aufgebracht worden. Dieses Einschichten der Halbleiterkörper kann gegebenenfalls unter Zuhilfenahme einer Schablone erfolgen. Alsdann wird die Hilfsform 1 bis zu einer gewissen Höhe wieder mit einer Pulverschicht 5 aus Graphit gefüllt, die ebenfalls zusammengepreßt wird. Durch diese zweite Schicht werden die Halbleiterkörper erstens eindeutig in ihrer vorbestimmten Lage an der Folie 3 gehalten, und gleichzeitig werden alle Zwischenräume zwischen den Halbleiterkörpern derart vollständig ausgefüllt, daß in diese Zwischenräume praktisch nichts mehr eintreten kann. Wird diese Form in den Ofen gebracht, so wird die Folie 3, z. B. eine Aluminiumfolie, schmelzflüssig und legiert mit dem Halbleiterkörper an der unteren Fläche. Von dem schmelzflüssigen Elektrodenmaterial dieser Folie kann jedoch nichts an die seitlichen Randzonen der Halbleiterkörper 4 gelangen, weil diese in die aufgebradhte und festgepreßte Pulverschicht 5 mit Passung dicht eingeschlossen sind. Es ist zweckmäßig, auch im Interesse einer Massenfertigung, den gegenseitigen Abstand zwischen den einzelnen auf die Folie aufgeschichteten Halbleiterelementen relativ klein zu machen, z. B. etwa in der Größenordnung von 1 mm, so daß der jeweils zwischen zwei benachbarten Elementen vorhandene Aluminiumfolienkörperteil möglichst klein ist.An exemplary embodiment for the application of the method according to the invention is illustrated in the figure of the drawing in a sectional view. In this figure, 1 denotes the body of an auxiliary form. On the bottom surface there is a layer 2 made of powdery graphite, which is pressed smooth on its surface. The film 3 is placed on this graphite layer. It consists of the metal that is used as an electrode body and dopant for one surface of the semiconductor body. A plurality of plate-shaped semiconductor bodies 4 have been applied in a predetermined mutual position to the surface of this film 3. This layering of the semiconductor body can, if necessary, take place with the aid of a template. Then the auxiliary form 1 is filled again up to a certain height with a powder layer 5 made of graphite, which is also pressed together. By means of this second layer, the semiconductor bodies are firstly clearly held in their predetermined position on the film 3, and at the same time all the spaces between the semiconductor bodies are completely filled in such a way that practically nothing can enter these spaces. If this form is placed in the oven, the film 3, e.g. B. an aluminum foil, molten and alloyed with the semiconductor body on the lower surface. However, nothing of the molten electrode material of this film can get to the lateral edge zones of the semiconductor body 4 , because these are tightly enclosed in the powder layer 5 which is blown out and pressed tightly with a fit. It is expedient, also in the interest of mass production, to make the mutual distance between the individual semiconductor elements stacked on the film relatively small, e.g. B. approximately on the order of 1 mm, so that the aluminum foil body part present between two adjacent elements is as small as possible.

Wie bereits angeführt, kann die Durchführung des Legierungsverfahrens auch derart erfolgen, daß Elektroden an beiden Oberflächen des Halbleiterkörpers mit diesem legiert werden. Dann wird z. B. in der Weise verfahren, daß nach dem Auflegen der einzelnen schwach p-leitenden Halbleiterkörper 4 auf die Aluminiumfolie 3 auf die einzelnen Halbleiterkörper je ein kleiner Elektrodenmaterialkörper aus Gold-Antimon aufgeschichtet wird; danach wird die in die Form eingebrachte Ladung wieder mit der pulverförmigen Masse beschichtet und diese festgepreßt. Nach dem Legieren und Entfernen der Folie mit den Halbleiteranordnungen aus der Form und deren Säuberung wird jene in eine Ätzlösung getaucht, um Verunreinigungen von der Oberfläche der Halbleiteranordnungen zu beseitigen. Danach wird die untere Fläche der Folie mit einem besonderen Lötüberzug versehen, z. B. verzinnt. Hierbei kann Oxalsäure als Flußmittel benutzt werden, wenn die Folie aus Aluminium besteht. Das Zertrennen der Folie in die einzelnen Gleichrichterelemente an den Folienteilen zwischen den einzelnen Halbleiterelementensystemen kann z. B. durch Zerschneiden mittels eines Messers, einer Schere oder auch durch Stanzen vorgenommen werden. Die fertige Halbleiteranordnung, z. B. Flächengleichrichterelement, kann dann in eine geeignete Fassung eingebaut werden, wobei der an der Unterseite des Restteiles der Folie vorhandene Lotüberzug unmittelbar für die Herstellung einer Lötverbindung mit der Fassung des Gehäuses benutzt werden kann.As already mentioned, the alloying process can be carried out also take place in such a way that electrodes on both surfaces of the semiconductor body be alloyed with this. Then z. B. proceed in such a way that after the Placing the individual weakly p-conducting semiconductor bodies 4 on the aluminum foil 3 on each of the individual semiconductor bodies a small electrode material body Gold antimony is piled up; then the charge placed in the mold coated again with the powdery mass and pressed tight. After this Alloying and removing the foil with the semiconductor devices from the mold and cleaning them is dipped in a caustic solution to remove impurities from the To eliminate the surface of the semiconductor devices. After that the lower surface the foil is provided with a special solder coating, e.g. B. tinned. Here can Oxalic acid can be used as a flux when the foil is made of aluminum. That Separation of the foil into the individual rectifier elements on the foil parts between the individual semiconductor element systems can, for. B. by cutting by means of a knife, scissors or by punching. The finished semiconductor device, e.g. B. surface rectifier element, can then in a suitable socket can be installed, with the one at the bottom of the remainder part The solder coating present on the foil directly for the production of a soldered connection can be used with the socket of the housing.

Bei der Durchführung des Legierungsvorganges der in die Form eingebrachten Teile kann die obere Fläche der Preßpulverform gegebenenfalls mit einem zusätzlichen Gewicht belastet werden.When carrying out the alloying process, the one introduced into the mold Parts can be added to the upper surface of the molding powder mold if necessary Weight to be charged.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Process for the production of semiconductor devices by alloying using an auxiliary mold and a powder for embedding the semiconductor body to be alloyed, characterized in that for simultaneous partial or complete production of a large number of semiconductor devices a foil made of the metal with which the semiconductor body is attached to the one Surface to be doped, placed in the auxiliary form, then with a variety of semiconductor bodies coated next to each other and now on this in the auxiliary form introduced parts the powdery mass is applied and pressed firmly and finally the alloying process of the assembly enclosed in the mold in one Furnace is carried out.

2. The method according to claim 1, characterized in that before introducing the powdery mass. Semiconductor body with further electrode bodies be coated.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that that after the alloying process the semiconductor arrangements still united on the foil be subjected to a common etching treatment.

4. The method according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the film on that surface on which it carries no semiconductor body, with a coating in the form of a solder, for. B. off Tin.

5. The method according to claim 4, characterized in that at Use of a foil made of aluminum to create the surface on which the coating is created is treated with oxalic acid as a flux during the application of the coating will.

6. The method according to claim 1 or one of the following, characterized in, that the individual rectifier elements by cutting the film between the individual semiconductor element systems are generated. Considered publications: German patent specification 1015152.