DE1163975C2 - Process for improving the electrical properties of semiconductor devices - Google Patents
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Description
BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND Internat. KL: HOIlFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY Internat. KL: HOIl
DEUTSCHESGERMAN
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Nummer: 1163 975 Number: 1163 975
Aktenzeichen: J17558 VIII c / 21 g Anmeldetag: 20. Januar I960 27. Februar 1964 27., August 1964 File number: J17558 VIII c / 21 g Filing date: January 20, 1960 February 27, 1964 August 27, 1964
Ausgabetag:Issue date:
Patentschrift stimmt mit der Auslegeschrift übereinThe patent specification corresponds to the patent specification
Bei der Herstellung von Dioden oder Transistoren müssen Elektroden an ein Plättchen oder Stäbchen aus Halbleiteirmaterial angeschweißt oder in irgendeiner anderen Weise befestigt werden. Insbesondere bei Dioden, die nach dem Legierungsverfahren hergestellt werden, wird der Übergang im Halbleiter beim Anschweißen einer der Elektroden an das Halbleiterplättchen erzeugt. Wenn die Elektroden an dem Halbleiterplättchen befestigt sind, wird dieses gewöhnlich mit einem Lack oder einem ähnlichen Überzug versehen, um die Oberfläche gegen die Einwirkung von Fremdstoffen zu schützen, welche den Halbleiter verunreinigen können.When manufacturing diodes or transistors, electrodes must be attached to a plate or rod made of semiconductor material are welded on or fastened in any other way. In particular In the case of diodes that are manufactured using the alloy process, the transition is in the semiconductor generated when welding one of the electrodes to the semiconductor wafer. When the electrodes are on are attached to the semiconductor wafer, this is usually with a varnish or the like Provided a coating to protect the surface against the effects of foreign substances that could damage the Can contaminate semiconductors.
Die Dioden oder Transistoren werden dann in ein luftdichtes Gehäuse eingebaut, das beispielsweise mit einem inerten Gas gefüllt ist. Die Stoffe, die zum Schütze der Oberfläche dienen, müssen meist einer Wärmebehandlung unterworfen werden, durch die sie polymerisiert werden.The diodes or transistors are then built into an airtight housing, for example is filled with an inert gas. The substances that serve to protect the surface usually need one Be subjected to heat treatment by which they are polymerized.
Es ist weiter bekannt, mit Kontakten versehene ao Halbleiterkörper mit mehreren Zonen unterschiedlichen Leistungstyps mit einem Überzug aus Polyäthylen oder Polyisobutylen zu versehen, dem Bleidiöxyd, Zinkchromat oder Strontiumchromat zugesetzt ist. Dieser Überzug wird durch Tauchen auf den Halbleiterkörper aufgebracht.It is also known that semiconductor bodies provided with contacts and having a plurality of different zones To provide the performance type with a coating of polyethylene or polyisobutylene, the lead dioxide, Zinc chromate or strontium chromate is added. This coating is dipped on the Semiconductor body applied.
Beispielsweise wird bei der Herstellung von Siliziumdioden der Übergang im Halbleiter mit einem Aluminiumdraht erzeugt, während die Elektrodenzuleitung zu dem Siliziumplättchen, welche den sperrfreien Kontakt bildet, durch Anschweißen eines Golddrahtes erhalten wird. Das Härten des Lackes bedingt eine etwa 2stündige Wärmebehandlung. Wenn die Oberfläche von Siliziumstäben auf diese Weise mit einem Schutzüberzug versehen wird, so läßt sich das Herstellungsverfahren infolge der Wärmebehandlung nicht zur Massenherstellung der Halbleiteranordnung auf automatischen Maschinen verwenden, deren natürlicher Zyklus sehr kurz ist und in der Größenordnung von beispielsweise einer Minute liegt.For example, in the manufacture of silicon diodes the transition in the semiconductor is created with an aluminum wire, while the electrode lead to the silicon wafer, which forms the non-blocking contact, by welding a Gold wire is obtained. The hardening of the lacquer requires a heat treatment of about 2 hours. When the surface of silicon rods is provided with a protective coating in this way, so can the manufacturing process as a result of the heat treatment do not use for mass production of the semiconductor device on automatic machines, whose natural cycle is very short, on the order of one minute, for example.
Man hat auch schon auf die Oberfläche einer Halbleiteranordnung Überzüge aufgebracht, die Sauerstoff abgeben, so daß die Oberfläche des Halbleitermaterials in ein Oxyd umgewandelt wird.Coatings have also been applied to the surface of a semiconductor device, the Release oxygen so that the surface of the semiconductor material is converted into an oxide.
Eine Oxydschicht des Halbleitermaterials auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers einer Halbleitervorrichtung wurde auch schon in der Weise erzeugt, daß die Anordnung in einem Säurebad elektrolytisch behandelt wird. Bei diesen Verfahren zur Herstellung einer Oxydschicht auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers wird jedoch keine Wärmebehandlung vorgenommen. An oxide layer of the semiconductor material on the surface of the semiconductor body of a semiconductor device has also already been produced in such a way that the arrangement is electrolytic in an acid bath is treated. In this method for producing an oxide layer on the surface of the semiconductor body however, no heat treatment is carried out.
Verfahren zur Verbesserung der elektrischen Eigenschaften von HalbleiteranordnungenMethod of improving the electrical Properties of semiconductor devices
Patentiert für:Patented for:
International Standard Electric Corporation, New York, N.Y. (V. St. A.)International Standard Electric Corporation, New York, N.Y. (V. St. A.)
Vertreter:Representative:
Dipl.-Ing. H. Ciaessen, Patentanwalt, Stuttgart W, Rotebühlstr. 70Dipl.-Ing. H. Ciaessen, patent attorney, Stuttgart W, Rotebühlstr. 70
Als Erfinder benannt:Named as inventor:
Rolland Roger Desire Jean Echard, ParisRolland Roger Desire Jean Echard, Paris
Beanspruchte Priorität:Claimed priority:
Frankreich vom 21. Januar 1959 (Nr. 784 591) --France of January 21, 1959 (No. 784 591) -
Schließlich ist es bekannt, auf einem Halbleiterkörper durch Erhitzen in einer oxydierenden .Atmosphäre bei einer Temperatur zwischen 1100 und 1400° C eine Oxydschicht zu erzeugen. Bei diesem Verfahrensschritt hat der Halbleiterkörper jedoch weder sperrfreie noch gleichrichtende Kontakte. Anschließend wird ein Teil der erzeugten Oxydschicht entfernt, und in den Halbleiterkörper werden Störstoffe durch Eindiffusion aus der Gasphase eingebracht. After all, it is known on a semiconductor body by heating in an oxidizing atmosphere at a temperature between 1100 and 1400 ° C to generate an oxide layer. In this method step, however, the semiconductor body neither non-blocking nor rectifying contacts. Then part of the oxide layer is created removed, and impurities are introduced into the semiconductor body by diffusion from the gas phase.
Im Gegensatz hierzu bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Verbesserung der elektrischen Eigenschaften von Halbleiteranordnungen mit einlegierten gleichrichtenden und nicht gleichrichtenden Kontakten mit verschiedenen Schmelzpunkten. Es soll hierbei gleichzeitig ein Schutzüberzug auf dem mit den Kontakten versehenen Halbleiterkörper durch Erhitzen in einer oxydierenden Atmosphäre erzeugt werden.In contrast, the invention relates to a method for improving the electrical Properties of semiconductor arrangements with alloyed rectifying and non-rectifying Contacts with different melting points. It should be a protective coating on the at the same time with the contacts provided semiconductor body produced by heating in an oxidizing atmosphere will.
Gemäß der Erfindung wird die Temperatur beim Erhitzen kurzfristig bis über den Schmelzpunkt der sperrfreien Kontakte, jedoch nicht über den Schmelzpunkt der gleichrichtenden Kontakte erhöht. According to the invention, the temperature during heating is briefly above the melting point of the non-blocking contacts, but not increased above the melting point of the rectifying contacts.
Die Erfindung soll im. einzelnen an Hand der Zeichnungen näher erläutert werden.The invention is intended in. each will be explained in more detail with reference to the drawings.
Fig. 1 zeigt einen schematischen Schnitt durch eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach der Erfindung, mit der ein Siliziumplättchen für eine Diode oder einen Transistor mit einem Überzug versehen wird;Fig. 1 shows a schematic section through an apparatus for carrying out the method according to the invention, with which a silicon wafer for a diode or a transistor with a coating is provided;
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F i g. 2 zeigt den Temperaturverlauf während der Wärmebehandlung, die zur Ausführung des Verfahrens gemäß der Erfindung erforderlich ist.F i g. 2 shows the temperature profile during the heat treatment necessary for carrying out the method is required according to the invention.
Die Erfindimg soll an Hand der Herstellung einer Siliziumdiode beschrieben werden, deren gleichrichtender Übergang in der Weise erhalten wurde, daß ein Aluminiumdraht 1 in ein Siliziumplättchen einlegiert wurde, und zwar durch Anschweißen an das Siliziumplättchen 2. Bei diesem speziellen Beispiel besteht die zweite Diodenzuleitung aus einem Gold- ίο draht 4, der an das Siliziumpiättchen 2 auf derselben Seite wie der Aluminiumdraht angeschweißt ist. Der Golddraht bildet den sperrfreien Kontakt. Der Golddraht 4 und der Aluminiumdraht 1 sind ihrerseits an zwei Zuleitungsdrähte 3 und 5 angeschweißt, welche in ihrer gegenseitigen Lage durch ein Verbindungsglied 6 gehalten werden, das beispielsweise aus Glas besteht. Nachdem die beiden Drähte 1 und 4 an das Plättchen 2 angeschweißt und an den von dem Verbindungsglied 6 getragenen Zuleitungsdrähten befestigt wurden, wird das Plättchen 2 an der Luft vor dem Einbauen der ganzen Anordnung in ein Gehäuse erhitzt, das bei diesem speziellen Beispiel allseitig an dem Verbindungsglied 6 angeschweißt wird. Bei diesem besonderen Beispiel wird die Wärmebehandlung mittels eines Heizwiderstandes 7 durchgeführt-, der spiralförmig das Plättchen umgibt. Durch diesen Draht fließt ein entsprechender Strom. Es kann aber auch jede andere Art der Erhitzung ver-. wendet werden, jedoch hat die genannte Erhitzungsart den Vorteil, daß sie leicht gesteuert werden kann, insbesondere, wenn die Behandlung durch eine automatische Maschine ausgeführt wird.The invention is to be described on the basis of the production of a silicon diode whose rectifying Transition was obtained in such a way that an aluminum wire 1 is alloyed into a silicon wafer by welding it to the silicon wafer 2. In this particular example the second diode lead consists of a gold ίο wire 4, which is welded to the silicon platelet 2 on the same side as the aluminum wire. the Gold wire forms the lock-free contact. The gold wire 4 and the aluminum wire 1 are in turn on two lead wires 3 and 5 welded, which in their mutual position by a connecting member 6 are held, which consists for example of glass. After connecting the two wires 1 and 4 to the Plate 2 is welded on and attached to the lead wires carried by the connecting member 6 the wafer 2 is exposed to air prior to the assembly of the whole assembly in a housing heated, which in this special example is welded to the connecting member 6 on all sides. In this particular example, the heat treatment is carried out by means of a heating resistor 7, which spirally surrounds the platelet. A corresponding current flows through this wire. It however, any other type of heating can also be used. be used, but has the named type of heating the advantage that it can be easily controlled, especially when the treatment is automatic Machine is running.
In F i g. 2 sind die einzelnen Stufen der Erwärmung und Abkühlung des Plättchens 2 dargestellt. Die Zeit ist auf der Abszisse aufgetragen, die Temperatur auf der Ordinate. 30 Sekunden lang wird ein so starker Strom durch die Spule 7 geschickt, daß das Plättchen 2 auf eine Temperatur von 420° C erhitzt wird (Teil C der Kurve), während in den darauffolgenden 20Sekunden (Teil/? der Kurve) die Erhitzung unterbrochen wird und das Plättchen 2 sich innerhalb des Heizwiderstandes, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist, abkühlt, so daß die Temperatur nach 20 Sekunden auf 350° C gesunken ist. Die Diode wird dann aus der Heizspule herausgenommen und in weiteren Verfahrensschritten fertiggestellt, beispielsweise in ein Gehäuse eingebaut.In Fig. 2 the individual stages of heating and cooling of the plate 2 are shown. Time is plotted on the abscissa and temperature on the ordinate. For 30 seconds it will be like this A strong current is sent through the coil 7 so that the wafer 2 is heated to a temperature of 420.degree becomes (part C of the curve), while in the following 20 seconds (part /? of the curve) the heating is interrupted and the plate 2 is within the heating resistor, as shown in FIG is shown, cools so that the temperature has dropped to 350 ° C after 20 seconds. The diode is then removed from the heating coil and completed in further process steps, for example built into a housing.
Im Falle der beschriebenen Diode wurde beobachtet, daß durch diese Behandlung, bei der eine Quarzschicht auf dem Siliziuinstab gebildet wird, eine Verbesserung des Rückstromes der Diode eintritt. Es wurde weiter festgestellt, daß bei Dioden, die vor der Wärmebehandlung eine Sperrspannung von 10 V und einen Sperrstrom von 10~6 Ampere hatten, der Sperrsitrom auf etwa 10~8 Ampere verringert wurde. Außerdem hat die Wärmebehandlung den Vorteil, daß der Durchlaßstrom verbessert wird. Dies beruht darauf, daß die eutektische Temperatur des Systems Gold—Silizium 370° C beträgt und eine teilweise Verflüssigung der Schweißverbindung Gold—Silizium stattfindet, so daß der Abstand zwischen der ohmschen Verschweißung und dem Übergang ■ Aluminium—Silizium verringert wird.In the case of the diode described, it was observed that this treatment, in which a quartz layer is formed on the silicon rod, leads to an improvement in the reverse current of the diode. It was further found that for diodes which had a reverse voltage of 10 V and a reverse current of 10 ~ 6 amps before the heat treatment, the reverse current was reduced to about 10 ~ 8 amps. In addition, the heat treatment has the advantage that the forward current is improved. This is based on the fact that the eutectic temperature of the gold-silicon system is 370 ° C and the gold-silicon weld joint is partially liquefied, so that the distance between the ohmic weld and the aluminum-silicon transition is reduced.
Im allgemeinen muß die Temperatur, bei welcher das Halbleiterplättchen mit den angebrachten Elektroden in Luft behandelt wird, über 400° C liegen und unter der Schmelztemperatur des gleichrichtenden Überganges oder der Übergänge. In dem besonders beschriebenen Fall liegt die Temperatur, bei welcher die Wärmebehandlung durchgeführt wird, höher als die eutektische Temperatur des Systems Gold—Silizium (3700C) des sperrfreien Überganges, so daß eine Verbesserung des Stromes in Durchlaßrichtung erzielt wird.In general, the temperature at which the semiconductor wafer with the attached electrodes is treated in air must be above 400 ° C. and below the melting temperature of the rectifying junction or junctions. In the particularly described case, the temperature at which the heat treatment is carried out is higher than the eutectic temperature of the system gold-silicon (370 0 C) of the blocking-free transition, so that an improvement of the current is achieved in the forward direction.
Die Erfindung kann auch bei anderen Halbleiteranordnungen wie Transistoren angewendet werden.The invention can also be applied to other semiconductor devices such as transistors.
Claims (2)
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1 037 016,
1054178;
USA.-Patentschrift Nr. 2 816 850.Considered publications:
German Auslegeschrift No. 1 037 016,
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U.S. Patent No. 2,816,850.
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