DE1153460B

DE1153460B - Verfahren zum Herstellung und Kontaktieren einer Halbleiteranordnung

Info

Publication number: DE1153460B
Application number: DES61505A
Authority: DE
Inventors: Dr Reinhard Dahlberg
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1959-01-28
Filing date: 1959-01-28
Publication date: 1963-08-29
Also published as: GB902258A; FR1244668A; NL247735A; CH389100A; BE587010A

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

S 61505 Vmc/21g

ANMELDETAG: 28. J A N U A R 19S9

BEKANNTMACHUNG DES ANMELDUNG UNDAUSGABE DER AUSLEGESCHRIFT: 29. AU G U S T 1963

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen und Kontaktieren einer Halbleiteranordnung, bei dem ein scheibenförmiger Halbleiterkörper auf einen metallischen Träger unter Verwendung eines auf dem Träger gut haftenden, dotierend wirkenden und sich mit dem Halbleiterkörper legierenden Lotes aufgebracht wird.

Es sind bereits Verfahren bekannt, bei denen ein scheibenförmiger Halbleiterkörper auf einen metallischen Träger unter Verwendung eines dotierend wirkenden Lotes aufgebracht wird. Bei diesen Kontaktierverfahren wird entweder der Halbleiterkörper mit einem Überzug aus dem Lot versehen, oder es wird eine aus dem Lot bestehende Schicht durch Erhitzen mit der Halbleiterscheibe und dem Träger verbunden.

Bei dem gemäß der Erfindung vorgeschlagenen Verfahren werden die einander gegenüberliegenden Flächen des Trägers und der Halbleiterscheibe mit einem Überzug aus dem Lot versehen und die Halbleiterscheibe auf ihrer ganzen Fläche mit dem Träger verbunden, nach ihrer Befestigung auf dem Träger wird dann die Halbleiterscheibe chemisch und/oder mechanisch auf eine geringe, insbesondere nur 10 μ betragende Dicke gebracht und danach in die sehr dünne Halbleiterscheibe zur Bildung eines pn-Übergangs auf der dem Träger abgewandten Seite ein Dotierungsmetall eindiffundiert.

Es hat sich gezeigt,- daß beim Verbinden eines scheibenförmigen Halbleiterkörpers mit einem metallischen Träger unter Verwendung eines dotierend wirkenden Lotes nach dem bekannten Verfahren Benetzungsschwierigkeiten auftreten, die besonders störend wirken, wenn die Dicke des Halbleiterkörpers nach dem Verbinden mit dem Träger um ein Vielfaches, insbesondere auf nur 10 μ vermindert wird. Bei dieser geringen Dicke fallen dann Unregelmäßigkeiten in der Eindringtiefe der Legierungsfront, die eine Folge der ungleichmäßigen Benetzung sind, sehr stark ins Gewicht. Wird nach dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung gearbeitet, so werden diese Benetzungsschwierigkeiten überwunden, und es wird eine über die ganze Berührungsfläche mit dem Träger gleichmäßige Eindringtiefe der Legierungsfront erzielt.

Eine nähere Erläuterung des Verfahrens nach der Erfindung soll an Hand der Figuren gegeben werden.

In Fig. 1 sind der metallische Träger 2, der z. B. aus Tantal besteht, und der z. B. aus Germanium bestehende scheibenförmige Halbleiterkörper 1 dargestellt. Die einander gegenüberliegenden gleich großen Flächen des Trägers und der Halbleiterscheibe werden zunächst plan geläppt und poliert Verfahren zum Herstellen und Kontaktieren einer Halbleiteranordnung

Anmelder:

Siemens & Halske Aktiengesellschaft,

Berlin und München, München 2, Witteisbacherplatz 2

Dr. Reinhard Dariberg, Freiburg (Breisgau), ist als Erfinder genannt worden

und mit dem dotierend wirkenden Lot 3 überzogen. Das Lot kann dabei z. B. Aluminium sein,, das auf die vorhandenen Oberflächen aufgedampft und gegebenenfalls einlegiert wird. Dann werden der Halbleiterkörper 1 und der Träger 2 mit ihren mit dem Lot 3 überzogenen Oberflächen übereinandergelegt und bei einer Temperatur, die über der Legierungstemperatur des Lots mit dem Halbleiterkörper liegt, unter Druck zusammenlegiert. Beim Ausführungsbeispiel betrug die Temperatur zum Auflegieren eines Germaniumkörpers auf einen Tantalträger mit Aluminimum als Lot etwa 700° C. Bei diesem zusammenlegierten System kann nun die Halbleiterscheibe 1 durch Schleifen und/oder Ätzen sehr dünn gemacht werden, ohne daß die Handlichkeit oder wegen der Sprödigkeit des Halbleitermaterials die Stabilität des Systems kleiner wird.

Man erhält mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Halbleiteranordnung, wie sie z. B. in Fig. 2 dargestellt ist, bei der eine dünne Halbleiterscheibe auf ihrer ganzen Fläche mit dem Trägerkörper fest verbunden ist. Mit den üblichen Schleif- und Poliermethoden oder durch Ätzen erhält man Halbleiterschichten von etwa 10 μ Dicke und etwa 1 cm² Fläche.

In Fig. 3 ist ein Gleichrichter dargestellt, bei dem die dem Träger abgewandte Seite der Halbleiterscheibe auf ihrer ganzen Fläche umdotiert ist. Der

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Träger 2 kann ζ. B. wieder aus Tantal bestehen. Der chemisch und/oder mechanisch auf die gewünschte Dicke abgetragene Halbleiterkörper 1 ist durch das Lot 3 mit dem Träger verbunden. Zum Erzielen eines pn-übergangsfreien Kontakts ist dabei das Lot 3 so gewählt worden, daß es den gleichen Leitungstyp erzeugt, wie ihn die Halbleiterscheibe 1 besitzt. Ist wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Halbleiterscheibe 1 aus p-leitendem Germanium, so hat das Lot 3 p-dotierenden Charakter. Es kann also ein Metall der III. Gruppe des Periodischen Systems, wie z. B. Aluminium, sein. Auf der dem Träger 2 abgewandten Seite der Halbleiterscheibe 1 wird dann durch Diffusion eines dotierenden Metalls der Teil 4 der Halbleiterscheibe 1 umdotiert und somit ein pn-übergang erzeugt. Im vorliegenden Fall ist die Schicht 4 η-leitend und wird durch Diffusion eines η-dotierenden Metalls, also insbesondere eines Metalls aus der V. Gruppe des Periodischen Systems, z. B. Arsen, erzeugt. »o

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wurde ein mit Aluminium als Lot zusammenlegiertes Tantal-Germanium-System hergestellt, und es wurden durch Diffusion von Arsen bei Diffusionstiefen von 1 bis 2 μ pn-Übergänge hergestellt, deren Sperrströme bei etwa 30 V Sperrspannung 10 bis 20 μΑ/mm² betrugen.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich aber auch zum Herstellen von Transistoren. Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die dem Träger 2 abgewandte Seite der Halbleiterscheibe 1 zur Bildung des Emitterübergangs nur auf einem konzentrisch zum Träger 2 liegenden Teil der Fläche umdotiert und auf einem anderen Teil dieser Fläche als Basis unter Überdotierung pn-übergangsfrei kontaktiert. Das Lot 3 ist dabei so gewählt worden, daß die Schicht 5 der Halbleiterscheibe 1 beim Zusammenlegieren mit dem Träger 2 umdotiert wird und somit z. B. die Kollektorschicht darstellt. Dann wird die Scheibe mechanisch und/oder chemisch auf die gewünschte geringe Dicke abgetragen und die Metallpille 7 einlegiert. Beim Abkühlen bildet sich die Rekristallisationszone 6, die entgegengesetzt wie der Halbleiterkörper 1 dotiert ist und z. B. als Emitter dient. Die ringförmige Basiselektrode 8 kontaktiert den Halbleiterkörper pn-übergangsfrei.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders gut zum Herstellen von sogenannten Drift-Transistoren mit pnip- und npin-Zonenfolge.

Bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine eigenleitende Halbleiterscheibe 1' mit dem Träger 2 nach dem erfindungsgemäßen Verfahren unter Bildung einer p- bzw. η-dotierten Schicht 5 zusammenlegiert. Auf der dem Träger abgewandten Seite der Halbleiterscheibe ist durch Diffusion eine n- bzw. p-leitende dünne Basiszone 11 erzeugt, die mit der ringförmigen Basiselektrode 8 pn-übergangsfrei kontaktiert ist. Die Emitterpille 9 wird z. B. nach dem bekannten Legierungs-Diffusions-Verfahren einlegiert. Sie enthält Donator- und Akzeptorverunreinigungen, die verschieden schnell in den Halbleiterkörper eindiffundieren. Dabei werden die Verunreinigungen so gewählt, daß diejenige, die denselben Leitungstyp erzeugt, wie ihn die Basiszone 11 hat, schneller diffundiert, während die andere eine hohe Löslichkeit im Halbleiterkörper hat und in ausreichender Konzentration in der Schmelze vorhanden ist, so daß beim Abkühlen der Schmelze in der Rekristallisationszone 10 diese Verunreinigung überwiegt. Man erhält so einen Transistor mit pnip- bzw. npin-Zonenfolge, der besonders für hohe Frequenzen geeignet ist.

In einer anderen, in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform sind der Emitter 14 und der Basiskontakt z. B. durch Aufdampfen oder Aufstäuben von Dotierungsmaterial hergestellt worden, wobei die Dotierungsstoffe so gewählt sind, daß der Emitter einen pn-übergang 15 in der Basisschicht 12 bildet, während das Basiskontaktmaterial Stoffe von gleichem Dotierungstyp enthält wie die Basisschicht 12. Bei dieser Ausführungsform sind zweckmäßigerweise die Emitterelektrode und die Basiselektrode in Form parallelliegender Streifen aufgebracht.

Auch läßt sich die bekannte Doppeldiffusion mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kombinieren.

Ein metallischer Träger 2 begünstigt die Wärmeabfuhr insbesondere an der mit dem Träger verbundenen Elektrode.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zum Herstellen und Kontaktieren einer Halbleiteranordnung, bei dem ein scheibenförmiger Halbleiterkörper auf einen metallischen Träger unter Verwendung eines auf dem Träger gut haftenden, dotierend wirkenden und sich mit dem Halbleiterkörper legierenden Lotes aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die einander gegenüberliegenden Flächen des Trägers und der Halbleiterscheibe mit einem Überzug aus dem Lot versehen und die Halbleiterscheibe auf ihrer ganzen Fläche mit dem Träger verbunden wird und daß die Halbleiterscheibe nach ihrer Befestigung auf dem Träger chemisch und/oder mechanisch auf eine geringe Dicke gebracht und danach in die sehr dünne Halbleiterscheibe zur Bildung eines pn-Übergangs auf der dem Träger abgewandten Seite ein Dotierungsmittel eindiffundiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterscheibe auf eine Dicke von 10 μ gebracht wird.

3. Nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1 hergestellter Gleichrichter, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Träger abgewandte Seite der Halbleiterscheibe auf ihrer ganzen Fläche umdotiert ist.

4. Nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1 hergestellter Transistor, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Träger abgewandte Seite der Halbleiterscheibe zur Bildung des Emitterübergangs nur auf einem insbesondere konzentrisch zum kreisförmigen Träger liegenden Teil der Fläche umdotiert und auf einem anderen Teil dieser Fläche als Basis durch Überdotieren ohne pnübergang kontaktiert ist.

5. Transistor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf der dem Träger abgewandten Seite einer eigenleitenden Halbleiterscheibe (1') eine dünne n- bzw. p-leitende Basisschicht (11) erzeugt und mit einer ringförmigen Basiselektrode (8) kontaktiert ist und daß in diese Basisschicht die Emitterpille (9) nach dem bekannten Legierungs-Diffusions-Verfahren einlegiert ist.

6. Transistor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf der dem Träger abgewandten Seite der Halbleiterscheibe (1) eine dünne n- bzw. p-leitende Basisschicht (12) erzeugt und mit einer streifenförmigen Basiselektrode (13) ohne pn-übergang und mit der als parallel zur Basiselektrode (13) liegender Streifen ausgebildeten Emitterelektrode (14) unter Bildung eines pn-Übergangs kontaktiert ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 967 259, 961 913; deutsche Auslegeschriften Nr. 1 035 787, 558, 1024 640;

USA.-Patentschrift Nr. 2603 693; französische Patentschrift Nr. 1163 048; belgische Patentschrift Nr. 561486;

Hunter, »Handbook of Semicouductor Elektronics«, Kap.

7, S. 17.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen