DE1130524B - Verfahren zur Herstellung von Halbleiteranordnungen durch Anlegieren von Elektroden und einer Traegerplattenanordnung an einen Halbleiterkoerper und Form zur Durchfuehrung des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Halbleiteranordnungen durch Anlegieren von Elektroden und einer Traegerplattenanordnung an einen Halbleiterkoerper und Form zur Durchfuehrung des Verfahrens

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DE1130524B
DE1130524B DES72661A DES0072661A DE1130524B DE 1130524 B DE1130524 B DE 1130524B DE S72661 A DES72661 A DE S72661A DE S0072661 A DES0072661 A DE S0072661A DE 1130524 B DE1130524 B DE 1130524B
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Dr Rer Nat Kurt Raithel
Gerhard Bachmann
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Siemens AG
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Description

INTERNAT. KL. H 01 1
DEUTSCHES
PATENTAMT
S 72661 Vinc/21g
ANMELDETAG: 22. F E B RU AR 1961
BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 30. MAI 1962
Die Erfindung bezieht sich auf die Verbesserung eines Verfahrens zur Herstellung von Halbleiteranordnungen durch Anlegieren von Elektroden und einer Trägerplattenanordnung an einen Halbleiterkörper unter Verwendung eines zunächst losen Pul- S vers oder eines zu einem verformungsfähigen Körper bereits vorgepreßten Pulvers, in das die Halbleiteranordnung beim Legieren durch Einpressen in dieses bzw. Umpressen mit diesem vor dem Legieren der Halbleiteranordnung eingebettet wird.
Der einkristalline Halbleiterkörper kann dabei z. B. aus schwach p- oder η-leitendem Germanium oder Silizium (sp- oder sn-Typ) bestehen.
Als pulverförmiger Werkstoff für die Herstellung der gepreßten Hilfsform können, dabei in bekannter Weise z. B. feinkörniges Graphit, Magnesiumoxyd, Aluminiumoxyd od. dgl. benutzt werden, also Stoffe, die auf jeden Fall mit den von diesen umschlossenen Teilen chemisch nicht reagieren.
Die bei solchen Halbleiteranordnungen für den Halbleiterkörper benutzten Tragplatten bestehen gewöhnlich aus einem Werkstoff, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient demjenigen des Halbleiterkörpers möglichst angepaßt ist, wie z. B. aus Molybdän, Wolfram oder Tantal, eventuell mit einer Plattierung aus einer Eisen-Nickel-Kobalt-Legierung an der Fläche, wo der Halbleiterkörper angelötet werden soll. Eine solche Trägerplatte aus Molybdän, Wolfram oder Tantal wird aber vielfach nicht unmittelbar mit einem aus einem gut wärmeleitenden Werkstoff, wie z. B. Kupfer oder Silber, bestehenden Teil des Gehäuses verlötet, welches die Halbleiteranordnung später gasdicht umschließt, weil an dieser mechanischen Verbindungsstelle wegen der stark voneinander abweichenden thermischen Ausdehnungskoeffizienten der an der Verbindungsstelle benachbarten Körper sehr leicht Ermüdungserscheinungen in dem Verbindungsmaterial, also der Lotschicht auftreten oder darüber hinaus auch mechanische Spannungen von dem Gehäuseteil über die Trägerplatte auf die Halbleiteranordnung übertragen werden können. Es ist daher vorgeschlagen worden, wenn die z. B. mit einer Molybdän-Trägerplatte versehene Halbleiteranordnung an einem Gehäuseteil aus Kupfer befestigt werden soll, zunächst an der genannten Trägerplatte mindestens eine Zwischenplatte vorzusehen, welche aus einem Werkstoff besteht, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient demjenigen des Gehäusematerials möglichst gleich ist. An der Verbindungsstelle zwischen der Halbleiteranordnung und dem Gehäuseteil berühren sich dann Körper aus Werkstoffen mit gleichen oder an-Verfahren zur Herstellung
von Halbleiteranordnungen
durch Anlegieren von Elektroden
und einer Trägerplattenanordnung an einen
Halbleiterkörper und Form zur Durchführung des Verfahrens
Anmelder:
Siemens-Schuckertwerke Aktiengesellschaft,
Berlin und Erlangen, Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50
Dr. rer. nat Kurt Raithel, Uttenreuth (Bay.), und Gerhard Bachmann, München, sind als Erfinder genannt worden
nähernd gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, so daß die genannten Mängel nicht eintreten können. Nun hat es sich aber gezeigt, daß bei einem gemeinsamen Legieren der einzulegierenden Elektroden mit dem Halbleiterkörper sowie der Halbleiteranordnung mit der Trägerplattenanordnung, wenn die letztere Teile aus Kupfer hat, während des Legierens in unerwünschter Weise von dem Kupferkörper abgedampfte Kupferatome zur Oberfläche des Halbleiterkörpers gelangen, dann in diesen eindiffundieren und zur Verschlechterung der Eigenschaften der Halbleiteranordnung führen können, insbesondere wenn im Halbleiterkristall Versetzungen vorhanden sind. Es ist daher für solche Anordnungen vorgeschlagen worden, während des Legierungsprozesses die Preßform um die Halbleiteranordnung herum so zu pressen, daß dadurch gleichzeitig eine Sperre für Abdampfprodukte von den Kupferkörpern in ihrem sonst möglichen Weg zu der Halbleiteroberfläche geschaffen wird. Auf diese Weise können dann keine Kupferatome an die Oberfläche des Halbleiterkörpers gelangen und auch nicht in der erwähnten nachteiligen Weise in den Halbleiterkörper hineindiffundieren.
Bei dem Verfahren zur Herstellung von Halbleiteranordnungen nach der vorliegenden Erfindung kann nun die Trägerplattenanordnung relativ zu dem HaIb-
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einzelnen Schichten der Halbleiteranordnung, Dotierungsmaterial- bzw. Elektrodenmaterialkörper und Halbleiterkörper übereinander angeordnet, welche miteinander und mit der Trägerplatte legiert werden 5 sollen. Der Hohlkörper, welcher einerseits die Molybdän-Trägerplatte umschließt und andererseits mit seiner äußeren Mantelfläche den Abmessungen der vorzugsweise metallischen Form, die z. B. aus Eisen bestehen kann, angepaßt ist, läßt nur Spalte von sehr
leiterkörper eine verhältnismäßig große Höhe bzw.
Dicke haben.
Bei der Erzeugung der gepreßten Hilfsform aus
zunächst losem oder zu einem Hilfskörper vorgeformten Pulver um die Halbleiteranordnung herum zum
Legieren und zum Fernhalten von Abdampfprodukten der Kupferkörper soll dabei gleichzeitig dafür
gesorgt werden, daß bei dem Preßvorgang des Formkörpers aus der für diesen vorgegebenen Pulvermasse
sich nicht derart merkliche Mengen in solche Zwischen- io geringer Breite zwischen dem genannten Graphiträume verlieren können, daß dadurch entweder im hohlkörper und der inneren Mantelfläche der metalli-Preßformkörper Hohlräume, Stellen eines nur un- sehen Form einerseits sowie zwischen dem Graphiterwünscht lockeren Gefüges oder Versetzungen von hohlkörper und der Trägerplatte andererseits entTeilen des Preßformkörpers entstehen können und stehen. Durch seine Ausbildung als Hohlkörper, dieser Preßformkörper dadurch bereits während des 15 der in seiner Bodenfläche nur mit dem Umfang Pressens der Pulvermasse oder während des Legie- der Molybdän-Trägerplatte zusammenwirkt, liegt die rens brechen kann. Insbesondere gehört es zum Kupferplatte der Trägerplattenanordnung derart im Wesen der nach der Erfindung angestrebten Lösung, Hohlraum des Graphithohlkörpers, daß es unbeachtdaß, wie bereits angedeutet, die Preßform zur BiI- lieh ist, ob die unmittelbare Trägerplatte aus Molybdung der Sperre im Metalldampfweg von dem ao dän und die aus Kupfer bestehende mittelbare Träger-Kupferkörper zu der Halbleiteroberfläche im wesent- platte genau koaxial liegen. Es ist das ein besonderer liehen bereits mit der z. B. aus Molybdän bestehen- Vorteil, da bei der Herstellung der Trägerplattenden, dem Halbleiterkörper unmittelbar benachbarten anordnung aus der Molybdän- und aus der Kupfer-Trägerplatte zusammenwirkt. platte sehr leicht eine gegenseitige Verschiebung Zur Lösung der hierdurch vorgezeichneten Auf- 25 zwischen beiden Platten an der Hartlotverbindungsgabe bei einem Verfahren der eingangs angeführten stelle entstehen kann.
Art zur Herstellung von Halbleiteranordnungen wird Der gegenläufige, die Trägerplattenanordnung um-
erfindungsgemäß die Trägerplattenanordnung in eine schließende becherförmige Hohlkörper sitzt zweckbecherförmige metallische Form eingesetzt und dann mäßig mit seinem freien unteren Rand auf einer bevon einem weiteren gegenläufig in die becherförmige 30 sonderen Hilfsplatte auf, die ebenfalls aus gegenüber Form eingeführten becherförmigen Hohlkörper um- den Bestandteilen der Halbleiteranordnung inertem schlossen, der mit seiner äußeren Mantelfläche der Werkstoff, wie z. B. Graphit, besteht, inneren Mantelfläche der Form angepaßt ist und der Nachdem die Trägerplattenanordnung und der
in seiner Bodenfläche eine Aussparung hat, die dem Graphithohlkörper zusammen mit den Schichten der Umfang der Trägerplatte der Halbleiteranordnung 35 Halbleiteranordnung in die Form eingebracht worden entspricht, und dessen äußere Bodenfläche mit der sind, wird die aus zunächst losem oder zu einem oberen, dem Halbleiterkörper zugewandten Fläche der Hilfskörper vorgepreßten Pulver herzustellende Form-Trägerplatte etwa in einer Ebene liegt, und dann nach preßmasse um die Halbleiteranordnung herum gedem Aufschichten der zur Herstellung der Halbleiter- preßt, wobei als untere Begrenzungs- bzw. Unteranordnung erforderlichen Teile auf die Oberfläche der 40 Stützungsfläche für den Pulverformkörper zu einem Trägerplatte um diese Teile herum eine Hilfsform für wesentlichen Teil die obere äußere Bodenfläche des die Durchführung des Legierens aus einer losen oder Graphithohlkörpers wirkt. Bei diesem Preßvorgang vorgepreßten Pulvermasse durch Pressen erzeugt wird. zur Erzeugung der Pulverform kann sich nur eine Der gegenläufig eingeführte becherförmige Hohl- geringe Menge des Preßmaterials in die zwischen den körper, der vorzugsweise aus Graphit besteht, kann 45 anderen Teilen bestehenden Spalte hinein verlieren, so dabei ein- oder mehrteilig und im letzteren Falle z. B. daß also in vorteilhafter Weise ein Preßformkörper aus einem Boden- und einem Zylinderteil zusammen- entsteht, der eine einwandfreie stabile Hilfsform beim gesetzt sein. Schmelzen der Metallkörper im Verlaufe des Legie-
Wird eine Trägerplattenanordnung benutzt, die rens bildet und außerdem wirksam die Abdampfaus einer Platte mit einem thermischen Ausdehnungs- 50 produkte des Kupferkörpers von der Oberfläche des koeffizienten etwa gleich demjenigen des Halbleiter- Halbleiterkörpers fernhält.
körpers als dessen unmittelbaren Träger und min- Bei dem Verfahren nach der Erfindung kann man
destens einer weiteren mit dieser verlöteten Träger- mit einer Pulverpreßmasse bzw. einem Pulverpreßplatte, deren thermischer Ausdehnungskoeffizient massekörper von relativ geringem Volumen arbeiten, demjenigen eines Gehäuseteiles der Halbleiteranord- 55 welche sich auch in der Schichtrichtung der HaIbnung angepaßt ist, besteht, so wirkt zweckmäßig leiteranordnung nur um ein relativ geringes Maß über
deren Schichtungshöhe hinaus zu erstrecken brauchen. Dieses relativ geringe Volumen ist aber wiederum von Bedeutung, da damit gerechnet werden muß, daß 60 ein solcher Hilfsformkörper noch Gaseinschlüsse enthält, die während des Erhitzens von dem eigentlichen Legieren hinausgetrieben werden. Durch das geringe Volumen haben diese Gase nur geringe Wege bis zur Oberfläche des Hilfsformkörpers zurückzulegen. Da-
Körpers bis in die Ebene der äußeren Fläche dieses 65 mit diese einwandfrei aus der Form austreten können, Bodenteils hindurchtritt, gleichzeitig als Zentrierungs- sind zweckmäßig die einzelnen am Aufbau der Form organ für die Trägerplattenanordnung in der Form. beteiligten Körper sowie der hohle Hilfskörper aus Auf dieser Trägerplattenanordnung werden dann die Graphit, welche mit ihren entsprechenden Teilen
der becherförmige Hohlkörper zwischen der inneren
Mantelfläche der metallischen Form und der Trägerplattenanordnung nur mit der dem Halbleiterkörper
benachbarten Trägerplatte unmittelbar zusammen.
Dieser Graphitkörper wirkt, da die unmittelbare
Trägerplatte des auf dieser anzuordnenden Halbleiterkörpers mit den in diesen einzulegierenden Elektroden durch die .Aussparung in dem Boden des
nicht unmittelbar an der Bildung des dichten Einschlusses der Verbindungsstellen der miteinander zu legierenden Teile beteiligt sind, mit entsprechenden Gasaustrittskanälen ausgestattet.
Zur näheren Erläuterung der Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispieles wird auf die Zeichnung Bezug genommen.
In dieser bezeichnet 1 eine becherförmige metallische, z. B. aus Eisen oder Stahl bestehende Form. Diese ist in ihren Wänden mit Austrittskanälen 2 versehen, durch welche hindurch die Gase austreten können. Auf dem Boden der metallischen Hilfsform 1 ist eine Platte 3, z. B. aus Graphit, vorgesehen, welche mit Durchtrittskanälen 4 versehen ist. Auf dieser Graphitplatte 3 ruht die Trägerplattenanordnung, welche aus einer Kupferplatte 5 und einer Molybdän-Trägerplatte 6 besteht, die beide über eine Hartlotschicht 7 miteinander verlötet sind. Es ist unmittelbar in der Darstellung bereits gezeigt, daß die Kupferträgerplatte 5 und die Molybdän-Trägerplatte 6 unbedenklich etwas gegeneinander verschoben sein können. Auf der Graphitplatte 3 bzw. dem Boden der Form ruht nämlich ein becherförmiger, nach unten offener Hohlkörper 8 aus Graphit. Dieser ist in seiner Bodenfläche mit einer Aussparung 9 versehen. Diese Aussparung ist in ihren Abmessungen dem Umfang der Molybdän-Trägerplatte 6 derart angepaßt, daß nach dem Zusammenführen des Hohlkörpers 8 und der Platte 6 zwischen beiden nur ein sehr enger Spalt verbleibt. Die äußere Mantelfläche des Hohlkörpers 8 ist der inneren Mantelfläche von 1 derart angepaßt, daß zwischen beiden ebenfalls nur ein sehr geringer Spalt entsteht. Der Hohlkörper 8 ist in seiner Höhe derart bemessen, daß er sich, wie bereits angegeben, mit seiner äußeren Bodenfläche etwa bis in die Ebene der oberen Fläche der Molybdän-Trägerplatte 6 erstreckt. Auf die Molybdän-Trägerplatte sind aufgeschichtet eine Aluminiumschicht oder -folie 10, die z. B. aus schwach p-leitendem einkristallinem Silizium bestehende Halbleiterplatte 11. eine aus einer Gold-Antimon-Legierung bestehenden Folie 12 sowie gegebenenfalls ein Anschlußkörper 13, der z. B. aus einem mit einem Tantalüberzug versehenen Wolframkörper bestehen kann. Nach der Darstellung ist in der Hilfsform 1 um die Aufbauteile 10 bis 13 der Halbleiteranordnung herum bereits aus einer pulverförmigen Füllungsmasse 14, z. B. aus feinkörnigem Graphit oder Magnesiumoxyd, der Hilfsformkörper 14 gepreßt worden. Auf dieser gepreßten Pulverhilfsform befinden sich eine Platte 15, z. B. aus Aluminiumoxyd, sowie ein zusätzliches Gewicht 16. Es ist zu erkennen, daß von dieser Pulverfüllmasse nur ganz geringe Mengen in den Spalt zwischen dem Graphithohlkörper 8 und der metallischen Hilfsform 1 einerseits sowie in den Spalt zwischen dem Hohlkörper 8 und der Molybdän-Trägerplatte 6 andererseits eintreten können. Es wird daher ein einwandfreier Preßformkörper 14 gewonnen, dessen Gesamtvolumen relativ gering bemessen werden kann und der ein dichtes gleichmäßiges Gefüge besitzt. Daher neigt dieser nicht zur Rissebildung und zeigt auch keine Brucherscheinungen, wobei die Abmesungen der Trägerplatten unbedenklich relativ dick in bezug auf die Dicke bzw. Höhe der eigentlichen Halbleiteranordnung gewählt werden können.

Claims (4)

PATENTANSPRÜCHE:
1. Verfahren zur Herstellung von Halbleiteranordnungen durch Anlegieren von Elektroden und einer Trägerplattenanordnung an einen Halbleiterkörper unter Verwendung eines Pulvers, in das die Halbleiteranordnung beim Legieren durch Pressen eingebettet wird, dadurch ge kennzeichnet, daß die Trägerplattenanordnung in eine becherförmige metallische Form eingesetzt und dann von einem weiteren gegenläufig in die becherförmige Form eingeführten becherförmigen Hohlkörper umschlossen wird, der mit seiner äußeren Mantelfläche der inneren Mantelfläche der Form angepaßt ist, und der in seiner Bodenfläche eine Aussparung hat, die dem Umfang der Trägerplatte der Halbleiteranordnung entspricht und dessen äußere Bodenfläche mit der oberen, dem Halbleiterkörper zugewandten Fläche der Trägerplatte etwa in einer Ebene liegt, und daß dann nach dem Aufschichten der zur Herstellung der Halbleiteranordnung erforderlichen Teile auf die Oberfläche der Trägerplatte um diese Teile herum eine Hilfsform für die Durchführung des Legierens aus einer losen oder vorgepreßten Pulvermasse durch Pressen erzeugt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Benutzung einer Trägerplattenanordnung aus einer Platte, deren thermischer Ausdehnungskoeffizient dem des Halbleiterkörpers annähernd gleich ist und mindestens einer weiteren mit dieser verlöteten Trägerplatte, deren thermischer Ausdehnungskoeffizient demjenigen eines Gehäuseteiles der Halbleiteranordnung angepaßt ist, der becherförmige Hohlkörper zwischen der inneren Mantelfläche der metallischen Form und der Trägerplattenanordnung nur mit der dem Halbleiterkörper benachbarten Trägerplatte unmittelbar zusammenwirkt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die Trägerplattenanordnung umschließende Hohlkörper mit seinem unteren freien Rand auf einer besonderen Platte aus gegenüber den Bestandteilen der Halbleiteranordnung inerten Werkstoff, z. B. aus Graphit, aufsitzt.
4. Form zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß diejenigen Teile der Form oder/und der Körper, welche nicht unmittelbar zur Bildung der die Halbleiteranordnung umschließenden Pulverpreßform dienen, mit Öffnungen versehen sind, durch welche die aus den einzelnen Körpern frei werdenden Gase aus der Form abströmen können.
In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschriften Nr. 1 015 152,1018 557, 198.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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