DE1144851B - Verfahren zum Kontaktieren von in Halbleiterkoerpern einlegierten Elektroden - Google Patents

Verfahren zum Kontaktieren von in Halbleiterkoerpern einlegierten Elektroden

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DE1144851B
DE1144851B DES63436A DES0063436A DE1144851B DE 1144851 B DE1144851 B DE 1144851B DE S63436 A DES63436 A DE S63436A DE S0063436 A DES0063436 A DE S0063436A DE 1144851 B DE1144851 B DE 1144851B
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Description

DEUTSCHES
PATENTAMT
S63436Vmc/21g
ANMELDETAG: 12. JUNI 1959
BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABEDER AUSLEGESCHRIFT:
7. MÄRZ 1963
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Kontaktieren von in Halbleiterkörpern einlegierten Elektroden, bei dem nach dem Einlegieren ein Teil des flüssigen Legierungsmetalls entfernt und ein Kontaktteil dicht an der Rekristallisationsschicht befestigt wird.
Die zulässige Verlustleistung bei Halbleiterbauelementen mit pn-übergang, wie z. B. Leistungstransistoren oder Leistungsgleichrichtern, ist von der Ableitung der im Betrieb am pn-übergang durch diese Verlustleistung hervorgerufenen Wärme abhängig. Um diese Wärmeableitung möglichst groß zu machen, muß der pn-übergang möglichst dicht auf ein gut wärmeleitendes Kontaktteil, ζ. Β. eine Metallplatte, aufgebracht werden, d. h., das schlecht leitende Elektrodenmetall, das zur Bildung des pn-Übergangs in den Halbleiterkörper einlegiert wird, muß vor dem endgültigen Verbinden der Elektroden mit dem Kontaktteil möglichst vollständig entfernt werden.
Es ist bereits ein Verfahren bekannt, bei dem an der Elektrode ein Kontaktteil angebracht wird, das mit Hohlräumen versehen ist, in die das Legierungsmetall eindringen kann. Beim Abkühlen wird das Legierungsmetall in den Hohlräumen zum Erstarren gebracht. Das Elektrodenmetall, für das eine hohe Reinheit gefordert wird und dessen Herstellung daher einen nicht unerheblichen Aufwand verlangt, ist also verloren. Außerdem wird durch den in der Stromzuführung erstarrten Teil des Legierungsmetalls, da das Legierungsmetall eine schlechte Wärmeleitfähigkeit aufweist, die Wärmeabfuhr an den Elektroden beeinträchtigt
Demgegenüber wird bei dem eingangs genannten Verfahren erfindungsgemäß vorgeschlagen, den Halbleiterkörper auf einer Temperatur dicht unter der Schmelztemperatur der Rekristallisationszone zu halten und das Legierungsmetall durch Absaugen weitgehend zu entfernen, danach das als Scheibe ausgebildete Kontaktteil mit dem verbliebenen Legierungsmetall durch Löten zu verschmelzen und die Menge des Lötmetalls und die Größe der Kontaktscheibe dabei so zu wählen, daß die Kontaktscheibe durch die Oberflächenspannung innerhalb der kreisförmigen Begrenzung der Rekristallisationszone gehalten wird.
Durch das Absaugen des Elektrodenmetalls vor dem Anbringen des Kontaktteils ist es möglich, das entfernte Legierungsmetall zu sammeln und zu neuen Legierungsvorgängen weiter zu verwenden. Außerdem ist das als Scheibe ausgebildete Kontaktteil in der Massenfertigung leicht herzustellen und bedeckt die ganze Elektrodenfläche gleichmäßig, so daß eine gute Verfahren zum Kontaktieren
von in Halbleiterkörpern
einlegierten Elektroden
Anmelder:
Siemens & Halske Aktiengesellschaft,
Berlin und München,
München 2, Wittelsbacherplatz 2
Gustav Fürl, München,
ist als Erfinder genannt worden
Wärmeabfuhr gewährleistet ist. Das Absaugen des Elektrodenmetalls vor dem Anbringen des Kontaktteils ermöglicht es außerdem, das Kontaktteil und damit die ganze Anordnung sehr flach auszubilden. Dadurch, daß das Kontaktteil durch Löten mit dem verbliebenen Legierungsmetall verschmolzen und die Menge des Lötmetalls und die Größe der Kontaktscheibe so gewählt wird, daß diese Scheibe durch die Oberflächenspannung innerhalb der kreisförmigen Begrenzung der Rekristallisationszone gehalten wird, sind beim Kontaktierungsvorgang keine Justiervorgänge nötig, um eine genaue Zentrierung des Systems und damit die Vermeidung eines Kurzschlusses am pn-übergang zu garantieren.
Das Absaugen des flüssigen Legierungsmetalls wird z. B. mit einem Glasrohr durchgeführt, das mit einem Schlauch an einer Vakuumpumpe mit regelbarer Saugleitung angeschlossen ist. Der Vorgang des Absaugens ist mit einem Mikroskop beobachtbar und kann so rechtzeitig unterbrochen werden.
Das Erhitzen und Entfernen des Legierungsmetalls wird vorteilhafterweise in neutraler oder reduzierender Atmosphäre, z. B. in einem Stickstoff strom, durchgeführt. Um die Bildung einer Oxydhaut insbe-
sondere auf der Oberfläche des Elektrodenmetalls zu verhindern, ist es günstig, auch die Verbindung des restlichen Legierungsmetalls mit dem Kontaktteil in neutraler oder reduzierender Atmosphäre durchzuführen, da die Oxydhaut leicht zu einer ungleichen
Benetzung des Kontaktteils führen kann und somit der Wärmewiderstand der Anordnung vergrößert würde.
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Durch das Absaugen des Elektrodenmaterials kann eine Aufwölbung der Tragplatte, auf der das Halbleitersystem aufsitzt und wie sie bisher aus auflöttechnischen Gründen insbesondere zum Abführen des flüssigen Elektrodenmetalls nötig war, nun entfallen und damit auch die bisher notwendige genaue Zentrierung des Systems auf dieser Aufwölbung. Durch den Fortfall der Zentrierung des Systems werden aber wiederum die Anforderungen an die Maßhaltigkeit der einzelnen Teile viel geringer.
Die Erfindung soll nun an Hand eines Ausführungsbeispiels nach den Fig. 1, 2 und 3 näher erläutert werden.
In Fig. 1 ist ein Transistor vor dem Absaugen des Elektrodenmetalls, d. h. vor dem Kontaktieren der Kollektorelektrode dargestellt. Mit 1 ist ein kreisscheibenförmiges Germaniumplättchen bezeichnet, das mit einer ringförmigen Basiselektrode 2 pn-übergangsfrei kontaktiert ist. Die Emitterelektrode 4 und die Kollektorelektrode 3 bestehen bei einem Plättchen aus η-Germanium, z. B. aus Indium, und sind unter Bildung eines pn-Übergangs in das Halbleiterplättchen 1 einlegiert. Die Legierungstemperatur beträgt dabei etwa 500° C.
Zum Absaugen und Kontaktieren nach dem vorliegenden Verfahren wird das System so gefaßt, daß die Germaniumscheibe waagerecht liegt und der Kollektor oben ist, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. In dieser Lage wird das System in einen auf etwa 250° C erwärmten Stickstoffstrom gebracht. Der Stickstoff N2 strömt aus zwei in waagerechter Ebene einander gegenüberliegenden Glasröhren 5 und 6, deren runde Öffnungen einen solchen Abstand haben, daß das System in den Gasstrom gebracht werden kann. Dadurch wird das Kollektorelektrodenmetall auf die Temperatur des Gasstroms erhitzt. Diese liegt unterhalb der Legjerungstemperatur, aber oberhalb dem Schmelzpunkt des Indiums, so daß das Elektrodenmetall zwar flüssig wird, aber die Lage des pn-Übergangs während des Kontaktierens praktisch nicht verändert wird. Senkrecht von oben ragt in den Stickstoffstrom ein Absaugrohr 7 aus Glas, welches mittels eines Schlauches 8 an eine Vakuumpumpe mit regelbarer Saugleistung angeschlossen ist. An das erwärmte System wird das Saugrohr so herangeführt, daß der Kollektor fast völlig nach oben abgesaugt wird. Dieser Absaugvorgang wird mit einem Mikroskop beobachtet. Nachdem das überflüssige Elektrodenmetall möglichst vollständig abgesaugt worden ist, wird auf die Kollektorfläche ein kleiner Abschnitt Lötdraht, z.B. 60/40-Zinn, mit Flußmittelseele gegeben und nach dem Schmelzen des Zinns auf die abgesaugte Kollektorfläche ein Kontaktteil 9 aus einem gut wärmeleitenden Metall, z. B. eine Kupferscheibe, gelegt, welche nach der Benetzung durch die sich auswirkende Oberflächenspannung so gehalten wird, daß der kreisförmige Übergang der Rekristallisationszone auf der Germaniumscheibe ungestört bleibt. Allgemein werden also die Menge und das Material des Lötmittels sowie die Größe der Metallscheibe so gewählt, daß die kreisförmige Grenze der Rekristallisationsschicht erhalten bleibt. Das Kontakteil wird also mit dem verbleibenden Legierungsmetall innerhalb der kreisförmigen Begrenzung der Rekristallisationszone und mit Abstand von dieser durch Löten verschmolzen. Der Raum zwischen Rekristallisationsschicht und Metallscheibe ist beim Ausführungsbeispiel mit einem Zinn-Indium-Gemisch 10 ausgefüllt.
Das so hergestellte Transistorsystem, das in Fig. 3 dargestellt ist, kann nun mit der Kollektorseite auf eine ebene und ebenfalls gut wärmeleitende Bodenplatte aufgelötet werden.
Das beschriebene Verfahren gestattet es, gut wärmeleitende Metallscheiben mit einem sehr kleinen Abstand von etwa 50 μ und weniger von der Rekristallisationsschicht an einem Halbleitersystem anzulöten.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE:
1. Verfahren zum Kontaktieren von in Halbleiterkörpern einlegierten Elektroden, bei dem nach dem Einlegieren ein Teil des flüssigen Legierungsmetalls entfernt und ein Kontaktteil dicht an der Rekristallisationsschicht befestigt wird, da durch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper auf einer Temperatur dicht unter der Schmelztemperatur der Rekristallisationszone gehalten und das Legierungsmaterial durch Absaugen weitgehend entfernt, danach das als Scheibe ausgebildete Kontaktteil mit dem verbliebenen Legierungsmaterial durch Löten verschmolzen und die Menge des Lötmetalls und die Größe der Kontaktscheibe dabei so gehalten wird, daß die Kontaktscheibe durch die Oberflächenspannung innerhalb der kreisförmigen Begrenzung der Rekristallisationszone gehalten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in neutraler oder reduzierender Atmosphäre der Halbleiterkörper erhitzt und das Legierungsmetall entfernt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktierung des verbliebenen Legierungsmaterials in neutraler oder reduzierender Atmosphäre durchgeführt wird.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Österreichische Patentschrift Nr. 187 598;
USA.-Patentschrift Nr. 2725 505.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
© 309 538/300 2.
,,,Ik
DES63436A 1959-06-12 1959-06-12 Verfahren zum Kontaktieren von in Halbleiterkoerpern einlegierten Elektroden Pending DE1144851B (de)

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NL251274D NL251274A (de) 1959-06-12
DES63436A DE1144851B (de) 1959-06-12 1959-06-12 Verfahren zum Kontaktieren von in Halbleiterkoerpern einlegierten Elektroden
FR828396A FR77791E (fr) 1959-06-12 1960-05-27 Transistor de puissance
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GB20462/60A GB896316A (en) 1959-06-12 1960-06-10 Improvements in or relating to semi-conductor devices

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GB (1) GB896316A (de)
NL (1) NL251274A (de)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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NL251274A (de) 1900-01-01
GB896316A (en) 1962-05-16
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