DE1126036B

DE1126036B - Verfahren zur Herstellung von Anschluessen an Halbleiteranordnungen

Info

Publication number: DE1126036B
Application number: DES71118A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Kurt Raithel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1960-11-03
Filing date: 1960-11-03
Publication date: 1962-03-22

Description

Verfahren zur Herstellung von Anschlüssen an Halbleiteranordnungen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anbringen von elektrischen Anschlüssen an Halbleiteranordnungen, wie Flächengleichrichtern, Transistoren oder steuerbaren Gleichrichtern bzw. Halbleiterstromtoren, vorzugsweise auf der Basis eines Halbleiters aus Germanium oder Silizium oder einer intermetallischen Verbindung, bei denen die dotierten Zonen in den Halbleiterkörper einlegiert werden.
Wird an einer solchen Halbleiteranordnung der Legierungsprozeß für die Erzeugung der in bekannter Weise dotierten Zonen des Halbleiterkörpers durchgeführt, so wird im letzten Teil des Prozesses ein bestimmter zeitlicher Temperaturgradient bei der Abkühlung eingehalten. Auf diese Weise ergibt sich bei dem Auskristallisieren der eutektischen Legierung aus Elektrodenmaterial und Halbleitermaterial aus dem Halbleiterkörper im allgemeinen ein relativ grobkristallines Gefüge. Ein solches grobkristallines Gefüge hat gegenüber einem feinkristallinen Gefüge den Vorzug, daß es nicht so spröde ist wie jenes.
Nun hat sich bei der Anbringung weiterer Anschlußleiter durch elektrisches Widerstandsschweißen z. B. mittels zweier dicht benachbarter, nebeneinander auf den Anschlußleiter aufgesetzten Elektroden eines Schweißwerkzeuges an einer solchen einlegierten Elektrode gezeigt, daß sich nach dem Schweißen unter der Schweißstelle, wo das eutektische Gefüge örtlich begrenzt erneut aufgeschmolzen worden ist, infolge der daran anschließenden Abkühlung mit extrem großer Geschwindigkeit ein feinstkristallines Gefüge gebildet hat, welches, wie bereits oben angeführt, andere mechanische und gegebenenfalls auch elektrische Eigenschaften als das übrige erhalten gebliebene grobkristalline eutektische Gefüge besitzt. Beide Gefüge zeigen auch verschiedene Temperaturabhängigkeit den mechanischen Eigenschaften, so daß der gebildete feinstkristalline Teil einen Fremdkörper in dem System darstellt. Es können daher während des Betriebes insbesondere auch Schubspannungen im Elektrodenkörper entstehen, die Ablösungen zwischen den Teilen verschiedener kristalliner Struktur, also eine Rissebildung zur Folge haben. Es ist daher erwünscht, wegen der mit dem punktartigen elektrischen Widerstandsschweißen in mechanischer und elektrischer Hinsicht an sich verbundenen Vorzüge hinsichtlich der Güte der mechanischen Verbindung und des elektrischen Kontaktes jenen Mangel der Bildung einer feinstkristallinen spröden Struktur in dem im übrigen aus einem gleichförmigen grobkristallinen und daher duktilen Eutektikum bestehenden Elektrodenkörper zu vermeiden. Bei dem Verfahren nach vorliegender Erfindung werden die genannten Mängel dadurch beseitigt, daß der Halbleiterkörper mit einlegierten Elektroden und mindestens einem an einer solchen Elektrode nachträglich durch elektrische Widerstandsschweißung angebrachten Anschlußleiter einer besonderen thermischen Nachbehandlung unterworfen wird, indem die Halbleiteranordnung so getempert wird, daß die Halbleiteranordnung nach dem Anschweißen des Anschlußleiters zusätzlich so getempert wird, daß ein feinstkristallines Gefüge, wie es sich bei dem elektrischen Schweißprozeß in dem grobkristallinen Elektrodenkörper unter der Schweißstelle bilden kann, wieder in den grobkristallinen Zustand des übrigen eutektischen Gefüges der einlegierten Elektroden übergeführt wird. Der Körper wird dabei wieder auf eine bestimmte Temperatur hochgeheizt, eine gewisse Zeit auf dieser gehalten und dann mit einem bestimmten Temperaturgradienten abgekühlt. Die Temperatur, bis auf welche der Körper für diese Nachbehandlung bzw. Austemperung beheizt wird, kann dabei vorzugsweise durchaus etwas unterhalb der Temperatur des Eutektikums des wiederauskristallisierten Materials liegen. Die Elektrode wird dabei nicht mehr geschmolzen.
So wurden beispielsweise p-leitende Siliziumkörper mit einer einlegierten Elektrode aus Gold-Antimon getempert, indem sie auf 290° C erwärmt, dann etwa 10 Minuten auf dieser Temperatur gehalten und anschließend mit einem Temperaturgradienten von etwa 40° C/Min. oder weniger abgekühlt wurden. Aus Schliffbildern ist erkennbar, daß nach einer solchen Behandlung das feinkristalline Gefüge, welches sich nach Art eines Kuchens unter der Anschweißstelle des Anschlußleiters in dem einlegierten Elektrodenkörper gebildet hatte, in dem grobkristallinen Gefüge des Eutektikums nicht mehr vorhanden war.
Ebenso können die Körper auf 300° C erwärmt, während etwa S Minuten auf dieser Temperatur gehalten und dann anschließend wieder mit dem angegebenen Temperaturgradienten abgekühlt werden.
Auch mit einer Nachtemperung bei einer oberen Temperatur von 360" C, einer Haltezeit von etwa 1 bis 2 Minuten und einer anschließenden Abkühlung mit dem vorbestimmten Temperaturgradienten wurden ebenfalls vorteilhafte Ergebnisse erreicht. Die Temperung wurde in diesen Fällen in einer Atmosphäre aus reinem trockenem Stickstoff' oder einem anderen inerten Gas, insbesondere auch einem Edelgas, wie etwa Argon, durchgeführt, um nachteilige Wirkungen durch andere äußere Einflüsse einer unbestimmten Atmosphäre auf das Halbleiterelement auszuschließen.
Die einschließlich des angeschweißten Anschlußleiters fertiggestellte Halbleiteranordnung kann für die Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung z. h. in einen Ofen gebracht werden, der gemäß dem erwünschten Programm der Temperung in seiner Temperatur gesteuert wird. Es kann jedoch gegebenenfalls auch eine andere Heizung, z. B. gebündelte Wärmestrahlung, angewandt werden.
Das Verfahren nach der Erfindung wird an Hand einiger Schaubilder näher erläutert.
In Fig. 1 ist in einem für die Veranschaulichung gewählten vergrößerten Maßstab ein Ausschnitt aus einer Halbleiteranordnung, z. B. einem fertigen Siliziumgleichrichter wiedergegebEn mit der in den Halbleiterkörper einlegierten einen Elektrode, an welcher durch elektrische Widerstandsverschweißung ein besonderer, z. B. bandförmiger Anschlußleiter angeschweißt worden ist. Der Siliziumkörper ist mit 1, der in den Halbleiterkörper einlegierte Elektrodenkörper mit 2 und der an diesem Elektrodenkörper durch punktartige elektrische Widerstandsschweißung befestigte, z. B. aus Silber bestehende Anschlußleiter mit 3 bezeichnet. Der Halbleiterkörper 1 kann z. B. aus einem p-leitenden Silizium bestehen, in welchen ein Elektrodenkörper aus einer Legierung von Gold-Antimon einlegiert worden ist, um einen p-n-Übergang herzustellen. Wie aus der Darstellung zu erkennen ist, hat der wieder auskristallisierte Elektrodenkörper, der aus der eutektischen Legierung von Gold und Silizium besteht, nach dieser Verschweißung noch einen Teil 2a feinstkristallinen Gefüges unter der Verschweißungsstelle von 3 und 2. Das eutektische Gefüge im Elektrodenmaterialkörper 2 besteht im wesentlichen aus Gold, in welches die mit 4 bezeichneten Siliziumkristallite eingelagert sind. Eine solche Anordnung hat also eine Übergangsstelle zwischen zwei Gefügen verschiedener kristalliner Struktur und damit auch verschiedene mechanische, thermische und elektrische Verhalten. An dieser Übergangsstelle zwischen den beiden verschiedenen Gefügearten kann eine Rissebildung auftreten. Wird nun eine Temperung einer solchen Anordnung durchgeführt, so bildet sich im Elektrodenkörper 2 gemäß Fig. 2 unterhalb des angeschweißten Anschlußleiters 3 wieder ein dem übrigen Elektrodenkörper gleichartiges grobkristallines duktiles Gefüge, nämlich das Gefüge des Eutektikums, welches sich bei langsamer Abkühlung bildet. An einer gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelten Halbleiteranordnung können somit die sich sonst in unerwünschter Weise zeigenden nachteiligen Erscheinungen nicht mehr auftreten.

Claims

PATENTANSPRÜCXE r 1. Verfahren zur Herstellung von Halbleiteranordnungen mit einlegierten Elektroden und mindestens einem an einer solchen Elektrode durch elektrische Widerstandsschweißung nachträglich angebrachten Anschlußleiter, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiteranordnung nach dem Anschweißen des Anschlußleiters zusätzlich so getempert wird, daß ein feinstkristallines Gefüge, wie es sich bei dem elektrischen Schweißprozeß in dem grobkristallinen Elektrodenkörper unter der Schweißstelle bilden kann, wieder in den grobkristallinen Zustand des übrigen eutektischen Gefüges der einlegierten Elektroden übergeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachtemperung in einem Ofen mit gesteuertem Programm durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachtemperung in einer inerten Atmosphäre, wie trockenem Stickstoff oder einem Edelgas, durchgeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufheizung des Halbleiterelementes bis auf eine Temperatur etwas unterhalb der Schmelztemperatur des Eutektikums aus dem Halbleitermaterial und dem Stoff des einlegierten Elektrodenmaterials erfolgt. In Betracht gezogene Druckschriften: Österreichische Patentschrift Nr. 178 972; L. P. Hunter, »Handbook of Semiconductor Electronics«, Kap. 8, S. 11 bis 13.