DE1149826B - Verfahren zum Anbringen eines elektrischen Anschlusses an einer Halbleiteranordnung - Google Patents

Verfahren zum Anbringen eines elektrischen Anschlusses an einer Halbleiteranordnung

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DE1149826B DES73551A DES0073551A DE1149826B DE 1149826 B DE1149826 B DE 1149826B DE S73551 A DES73551 A DE S73551A DE S0073551 A DES0073551 A DE S0073551A DE 1149826 B DE1149826 B DE 1149826B
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Description

DEUTSCHES
PATENTAMT
ANMELDETAG:
BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABE DER AUSLEGESCHRIFT.·
19. A P R I L 1961
6. JUNI 1963
Halbleiteranordnungen, wie Gleichrichter, Fotodioden, Transistoren, Vierschichtanordnungen u. dgl. bestehen meistens aus einem Halbleiterkörper aus im wesentlichen einkristallinen Halbleitermaterial, wie Germanium, Silizium, Siliziumkarbid oder intermetallischen Verbindungen der III. und V. Gruppe des Periodischen Systems, der verschiedene Dotierungsbereiche mit unterschiedlichem Leitfähigkeitstyp aufweist und mit Kontaktelektroden versehen ist.
Es sind bereits verschiedene Verfahren zur Herstellung derartiger Halbleiteranordnungen bekanntgeworden. So ist es bereits bekannt, auf Halbleiterkörper von Kreisscheiben- oder Quaderform Folien aus Gold aufzulegen und durch einen Erwärmungsvorgang in die Oberfläche des Halbleiterkörpers einzulegieren. Die Goldfolien enthalten meistens dotierende Zusätze, z. B. die Akzeptoren und Donatoren der III. bzw. V. Gruppe des Periodischen Systems. Zur Herstellung von Kontaktelektroden genügt gegebenenfalls auch eine Goldfolie ohne dotierende Zusätze.
Man geht beispielsweise bei Silizium und Germanium so vor, daß der Halbleiterkörper mit der aufgelegten Goldfolie auf eine Temperatur oberhalb der eutektischen Temperatur des Goldes mit dem Halbleitermaterial erwärmt und anschließend verhältnismäßig langsam abgekühlt wird. Hierbei wird eine größere Menge des Halbleitermaterials, als sie der eutektischen Zusammensetzung entspricht, aufgeschmolzen. Beim anschließenden Abkühlen rekristallisiert zunächst ein Teil des aufgeschmolzenen HaIbleitermaterials, bis zum Schluß die verbleibende Restschmelze eutektisch erstarrt. Die so entstandene Rekristallisationszone enthält einen Teil der Legierungszusätze des Goldes und weist demzufolge gegenüber dem unveränderten Grundmaterial des Halbleiterkörpers eine in der Höhe und bzw. oder im Leitfähigkeitstyp abweichende Dotierung auf. Das auf der Rekristallisationszone aufliegende GoId-Halbleiter-Eutektikum dient im allgemeinen als Kontaktelektrode für die undotierte Zone.
Unter Gold-Halbleiter-Eutektikum soll hier und im folgenden vorzugsweise ein Eutektikum eines der beiden Zweistoff Systeme Gold-Germanium bzw. Gold-Silizium verstanden werden. Diese können unter Umständen als Kontaktmetall auch für intermetallische Halbleiterverbindungen oder Siliziumkarbid verwendet werden.
An Halbleiteranordnungen werden die elektrischen Anschlüsse für gewöhnlich durch Legierung oder Lötung befestigt. Beim Anlöten von Anschlußteilen an einer derartigen Kontaktelektrode besteht die Ge-Verfahren zum Anbringen eines elektrischen Anschlusses an einer Halbleiteranordnung
Anmelder: Siemens-Schuckertwerke Aktiengesellschaft,
Berlin und Erlangen, Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50
Dipl.-Phys. Dr.-Ing. Reimer Emeis, Ebermannstadt, ist als Erfinder genannt worden
fahr einer Verunreinigung der Halbleiteroberfläche durch Lötdämpfe u. dgl. Beim Anlegieren von Anschlußteilen an derartigen Kontaktelektroden wird in der Regel das Eutektikum erneut durch einen Erwärmungsvorgang aufgeschmolzen, wodurch eine erneute Wärmebeanspruchung der Halbleiteranordnung zumindest bis zur eutektischen Temperatur auftritt.
Die Erfindung versucht durch ein neues Verfahren zum Anbringen eines elektrischen Anschlusses diese Schwierigkeiten zu beseitigen. Sie betrifft demzufolge ein Verfahren zum Anbringen eines elektrischen Anschlusses an einer Halbleiteranordnung, die aus einem einkristallinen Halbleiterkörper, insbesondere aus Silizium, mit einem oder mehreren pn-Übergängen und mindestens einer ebenen, großflächigen, aus einem Gold-Halbleiter-Eutektikum zusammengesetzten Kontaktelektrode besteht. Erfindungsgemäß wird ein aus einem Metall der Gruppe Gold, Silber, Kupfer bestehender oder damit überzogener Anschlußteil auf die Kontaktelektrode flächenhaft aufgesetzt und das Ganze unter Anwendung von Druck auf eine innerhalb des Bereichs von 180 bis 300° C liegende Temperatur erwärmt. Vorzugsweise wird eine Erwärmung von etwa 24 Stunden Dauer vorgenommen.
Vorteilhaft wird die Erwärmung unter Stromdurchgang durch die Halbleiteranordnung vorgenommen, sie kann auch lediglich durch Stromdurchgang allein bewirkt werden.
An Hand eines Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher erläutert werden. In der Zeichnung ist beispielsweise eine Gleichrichteranordnung dargestellt, welche einen Aufbau gemäß der Erfindung zeigt.
309 599/194
Die eigentliche Halbleiteranordnung ist auf einem Kühlblech 2 od. dgl. befestigt. Dieses Kühlblech 2 ist dickwandig aus einem gut wärmeleitfähigen Material, beispielsweise Kupfer, hergestellt. Eine Molybdänscheibe 3 ist mit einem Siliziumkörper 5 durch ein Aluminium-Silizium-Eutektikum 4 großflächig verbunden. Auf der Oberseite des Sih'zium-Plättchens 5 befindet sich eine Kontaktelektrode 6, welche im wesentlichen aus einem Gold-Silizium-Eutektikum besteht.
Die Molybdänscheibe 3 kann in an sich bekannter Weise durch Lötung, Legierung oder auch lediglich durch Aufpressen auf dem Kühlblech 2 befestigt werden.
Auf die andere Seite der Halbleiteranordnung wird ein stempeiförmiger Anschlußteil aufgesetzt, welcher aus mehreren Einzelteilen zusammengesetzt ist.
Mit dem Gold-Silizium-Eutektikum 6 unmittelbar in Berührung steht ein Teil 7, welcher z. B. aus einer Silberfolie besteht. Dieser Teil 7 kann beispielsweise durch Hartlötung auf einem Teil 8 befestigt sein, welcher aus Molybdän besteht. Dieser Teil 8 wiederum ist mit einem Kupferteil 9 großflächig gut wärmeleitend und elektrisch leitend, beispielsweise ebenfalls durch Hartlötung verbunden. Die Verbindung der Teile 7, 8 und 9 miteinander wird zweckmäßigerweise vor dem Aufsetzen dieser Teile auf die Halbleiteranordnung vorgenommen.
Der Teil 7 wird vorher an seiner Unterseite mit einem erhabenen Muster versehen, z. B. mit einem Waffelmuster bzw. mit einem Rändelmuster, wie es sich an Schraubenköpfen befindet. Zweckmäßigerweise wird die so behandelte Unterseite des Teiles 7 schwach geläppt, wodurch die einzelnen Aufsetzflächen des erhabenen Musters alle in eine Ebene gebracht werden. Vorteilhaft wird auch die Oberseite des Gold-Halbleiter-Eutektikums schwach geläppt, wodurch auch hier eine vollkommen ebene Bezugsfläche geschaffen wird. Danach wird auf den aus den Teilen 7, 8 und 9 bestehenden Anschlußteil ein Druck bis zu einigen hundert kg/cm2, insbesondere von 100 bis200kg/cm2 ander unterenStempelfiächeausgeübt, welcher den Teil 7 fest auf das Gold-Silizium-Eutektikum anpreßt. In diesem angepreßten Zustand wird die gesamte Anordnung auf etwa 250° C erwärmt. Es findet also kein erneutes Aufschmelzen des Eutektikums statt. Durch längere Wärmeeinwirkung wird aber vermutlich durch Diffusion eine sehr feste Verbindung zwischen dem Silber und dem im wesentlichen aus Gold bestehenden Eutektikum geschaffen. Es zeigte sich, daß diese Verbindung sehr gut wärmeleitend und elektrisch leitend ist. Bei einem gewaltsamen Auseinanderreißen der Verbindung tritt die Zerstörung nicht an der Verbindungsstelle zwischen den Teilen 6 und 7, sondern im wesentlichen längs der Verbindungsfläche zwischen den Teilen 5 und 6 auf.
Zweckmäßigerweise wird die Erwärmung unter Stromdurchgang vorgenommen. Man kann beispielsweise die gesamte Anordnung als Gleichrichter in einer betriebsmäßigen Schaltung belasten, wobei unter Umständen eine gewisse Überlastung zur Erreichung der angestrebten Temperatur von etwa 250° C vorzusehen ist. Bei der Herstellung des elektrischen Anschlusses in der erfindungsgemäßen Weise braucht also eine Erwärmung lediglich bis zu solchen Temperaturen vorgenommen zu werden, wie sie auch im Betrieb auftreten dürfen. Dies erleichtert die Herstellung einer derartigen Halbleiteranordnung, insbesondere bei der Massenfertigung, in beträchtlichem Maße.
Die angegebene Temperatur von etwa 250° C soll auch noch die Grenzen von etwa 180 bis 300° C umfassen. Je geringer die Temperatur ist, desto langer muß die Wärmebehandlung dauern. Nach oben ist eine Grenze durch die eutektische Temperatur gesetzt, da ein erneutes Aufschmelzen des Eutektikums nicht beabsichtigt ist.
Der Anpreßdruck kann beispielsweise vermittels Federdruck oder auch durch Anschrauben erzeugt werden. Es zeigte sich, daß dieser Druck während des Einsatzes der Halbleiteranordnung im Dauerbetrieb unschädlich ist und deshalb ständig aufrechterhalten werden kann. Man kann also beispielsweise eine Kapselung der Halbleiteranordnung vornehmen und hierbei Teile der Kapsel als Anpreßteile ausbilden. Eine Nachbehandlung der so hergestellten Verbindung, z. B. durch Ätzen od. dgl. ist nicht notwendig.

Claims (6)

PATENTANSPRÜCHE:
1. Verfahren zum Anbringen eines elektrischen Anschlusses an einer Halbleiteranordnung, die aus einem einkristallinen Halbleiterkörper, insbesondere aus Silizium, mit einem oder mehreren pn-Übergängen und mindestens einer ebenen, großflächigen, aus einem Gold-Halbleiter-Eutektikum bestehenden Kontaktelektrode besteht, da durch gekennzeichnet, daß ein aus einem Metall der Gruppe Gold, Silber, Kupfer bestehender oder damit überzogener Anschlußteil auf die Kontaktelektrode flächenhaft aufgesetzt und das Ganze unter Anwendung von Druck auf eine innerhalb des Bereichs von 180 bis 300° C liegende Temperatur erwärmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlußteil an der der Kontaktelektrode zugewandten Fläche mit einem erhabenen Muster versehen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Aufsetzen des Anschlußteiles die Oberfläche der Kontaktelektrode und die Aufsetzflächen des erhabenen Musters schwach geläppt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung unter Druck etwa 24 Stunden vorgenommen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung unter Stromdurchgang durch die Halbleiteranordnung vorgenommen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung lediglich durch Stromdurchgang bewirkt wird.
In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 060 055.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
© 309 599/194 5.63
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