DE1176451B - Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter-bauelementes - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter-bauelementes

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DE1176451B
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Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES JfflTWS PATENTAMT Internat. Kl.: B 23 k
AUSLEGESCHRIFT
Deutsche Kl.: 49 h - 26/01
Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:
S 59764 VI a/49 h
10. September 1958
20. August 1964
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelementes auf der Basis eines Halbleiterkörpers aus Silizium oder Germanium oder aus einem ähnlichen Halbleiterwerkstoff, wobei mindestens an einer der zur Erzeugung eindotierter Bereiche in dem Halbleiterkörper einlegierten Elektroden eine Träger- bzw. Versteifungsplatte aus Molybdän oder Wolfram anlegiert ist. Ein in dieser Weise fertiggestelltes Halbleiterelement muß nun im allgemeinen mit einem weiteren Träger oder einem Teil eines Gehäuses verbunden werden, welches für den dichten Einschluß des Halbleiterbauelementes benutzt wird. Für eine günstige Arbeitsweise ist es nun dabei erwünscht, daß der Übergang von einer solchen Versteifungsplatte aus Molybdän oder Wolfram zu dem weiteren Träger oder dem Gehäuseteil sich derart gestalten läßt, daß er für die elektrische Stromführung, insbesondere aber auch für die Abführung der an dem Halbleiterelement betriebsmäßig anfallenden Joulesehen Wärme eine hohe Güte aufweist. Vielfach ist es aber auch erwünscht, insbesondere wenn ein solcher weiterer Teil ein anteiliger Gehäuseteil ist, daß man diesen mit einem weiteren Teil auf möglichst günstige und zweckmäßige Weise verbinden kann, um dabei vorzugsweise an dem Gehäuse eine gegenseitige gasdichte Verbindung der Gehäuseteile zur Erzeugung eines nach außen gasdichten Gehäuses herzustellen.
Zur Lösung dieser vorgezeichneten Aufgabestellung wird zur Verbesserung des Verfahrens zur Herstellung eines Halbleiterbauelementes der angeführten Art erfindungsgemäß zur weiteren Verbindung dieses Halbleiterelementes an der freien Fläche dieser Versteifungsplatte mit einem weiteren Träger bzw. einem Teil des für den dichten Einschluß des Halbleiterelementes bestimmten Gehäuses, wobei der Träger bzw. dieser Teil aus Eisen oder einem Metall der Eisengruppe besteht, durch Verlötung, eine zwischen beide Teile eingelegte Schicht aus einem Lot verwendet, das zur Anpassung der Arbeitstemperatur sowie zur Erreichung der Legierfähigkeit und der reduzierenden Wirkung des Lotes unter Berücksichtigung der üblichen Herstellungstoleranzen aus 27% Kupfer, 7,5 % Nickel, Eisen oder Kobalt, 0,5 % Silizium, Aluminium oder Cer, Rest 65 %> Silber besteht.
Unter Benutzung eines solchen Lotes haben sich Halbleiterbauelemente als Erzeugnisse von hoher Güte herstellen lassen.
In diesem Lot erfüllt der Gewichtsanteil von 7,5 % Nickel, Eisen oder Kobalt im wesentlichen die Funktion eines Stoffes, welcher mit den beiden durch Lö-Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelementes
Anmelder:
Siemens-Schuckertwerke Aktiengesellschaft,
Berlin und Erlangen, ■
Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50
Als Erfinder benannt:
Dipl.-Ing. Udo Lob, München
tung mechanisch miteinander zu verbindenden Körpern gut legiert. Durch die Gewichtsanteile des Silbers und des Kupfers können der Schmelzpunkt bzw. die Arbeitstemperatur des Lotes angepaßt werden, insbesondere an diejenige Arbeitstemperatur, z. B. bei einem Siliziumhalbleiterkörper von etwa 700 bis 800° C, bei welcher. das Halbleiterelement zur Einlegierung des Dotierungs- bzw. Elektrodenmaterials behandelt wird, so daß auf diese Weise in dem Halbleiterkörper die erwünschten dotierten Bereiche bestimmten elektrischen Leitungstyps und bestimmter Dotierungskonzentraition erzeugt werden. Die Gewichtsanteile an Silizium, Aluminium oder Cer dienen im wesentlichen während des VerlötungsVorganges als Reduktionsmittel.
Ist das Halbleiterbauelement im Sinne der Erfindung über die Versteifungsplatte mit einem Körper aus Eisen oder einem Metall der Eisengruppe verbunden, so ist dieser letztere Teil offensichtlich besonders gut geeignet, um mit anderen Gehäuseteilen durch eine Verschweißung, insbesondere durch eine elektrische Widerstandsverschweißung, verbunden zu werden. Wenn für die Versteifungsplatte als Werkstoff Molybdän oder Wolfram-angegeben sind und andererseits für den weiteren Träger als Werkstoff ein Metall der Eisengruppe angegeben ist, so soll das so verstanden werden, daß in item jeweiligen Werkstoff auch mehrere Elemente dieser Gruppe mitfeinander in einer Legierung vereinigt sein können, oder daß dieser jeweilige Werkstoff der miteinander zu verbindenden Körper hinsichtlich der angegebenen Werkstoffe diese als Grundsubstanz enthält.
Eine Weiterbildung der Erfindung kann sich, wenn es sich um die Zielsetzung handelt, das Lot in seinem Schmelzpunkt herabzusetzen» noch dadurch ergeben, daß zusätzlich noch der Lotlegierung Aluminium und/ oder Cer beigegeben wird, jedoch in solchen Mengen,
409 651I1SZ
daß dadurch die Verarbeitbarkeit des Lotes, bevor es zwischen den zu verlötenden Körpern als Zwischenlage eingelegt wird, nicht nachteilig beeinträchtigt wird. Das Einlegen des nach der Erfindung benutzten Lotes zwischen die miteinander zu verlötenden Körper kann zweckmäßig in Form einer Folie erfolgen, so daß auf diese Weise eine genaue Dosierung der Lotmenge und damit der Dicke der Zwischenschicht erreicht werden kann, die durch das Lot gebildet wird. Eine solche Lotzwischenschicht bildet ja eine Strecke im Wärmeflußweg von dem Halbleiterelement zu dem Träger des Halbleiterbauelementes bzw. dem Kühlkörper, so daß es schon von Wichtigkeit ist, eine Eindeutigkeit in dem Wärmewiderstand zu erreichen, der durch eine solche Lotschicht gebildet wird.
Die Herstellung eines solchen Lotkörpers in Form einer Platte bzw. einer Scheibe kann zweckmäßig durch einen Schneidprozeß bzw. einen Stanzprozeß erfolgen, wenn als Ausgangsmaterial ein reiner ausgewalzter Werkstoff benutzt wird, der dann auch gleichzeitig die entsprechende Maßhaltigkeit hinsichtlich der Dicke der Lotschicht bzw. des Lotwerkstoffes gewährleistet.
Zur näheren Erläuterung der Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels wird nunmehr auf die Figur der Zeichnung Bezug genommen.
In dieser bezeichnet 1 eine Trägerplatte aus Eisen. Diese Trägerplatte weist einen sockelartigen Teil auf, an dessen oberer Fläche sie über die Lotschicht 3 erfindungsgemäß mit einer Platte 4 durch Lötung verbunden ist. Diese Molybdänplatte 4 ist bereits vorher an dem Halbleiterelement bei der Durchführung des Legierungsvorganges an diesem anlegiert worden. Das Halbleiterelement besteht aus einer Halbleiterplatte 6, an welcher von unten eine Aluminiumelektrode 5 und von oben eine Gold-Antimon-Elektrode 7 einlegiert worden sind. Von der Gold-Antimon-Elektrode 7 geht noch ein Anschlußdraht 10 aus. Der mit 2 bezeichnete Teil ist ein becherförmiger bzw. glockenartiger Gehäuseteil, in dessen Boden sich die elektrisch isolierte Durchführung mit dem Isolierkörper 8 und der inneren metallischen Hülse 9 befindet, in welche der Zuleitungsdraht von der Elektrode 7 eingeführt ist. Der Gehäuseteil 2 ist an seinem freien Rand zunächst im Ausgangszustand angespitzt. Er wird mit diesem freien Rand über die Mantelfläche eines Sockelteiles aufgeschoben, bis sich der angespitzte Rand gegen den flanschartigen Teil des Gehäuseteiles 1 legt, wonach dann eine gegenseitige elektrische Widerstandsverschweißung von 1 und 2 vorgenommen wird, bei der die genannte angespitzte Form die Funktion einer Warze übernimmt, damit der elektrische Widerstandsverschweißungsvorgang nach Art einer Warzenverschweißung stattfindet.
In den Begriff des Gegenstandes Halbleiterbauelement, auf welchen die Erfindung anwendbar ist, sollen sowohl Flächengleichrichterelemente als auch entsprechende Flächentransistoren eingeschlossen sein.
Bei Schweißzusatzstoffen für Kupferlegierungen, z. B. Messing oder Bronze, und anderen Nichteisenmetallen, z. B. Nickel und deren Verbindungen sowie bei den auf Messinggrundlage legierten Hartloten zum Löten von Schwermetallen und ihren Legierungen war ein Berylliumgehalt bekannt.
Zum Löten von Wolfram und von Molybdän war es bekannt, ein Lot aus Kupfer mit einer reduzierenden Beimischung, wie z. B. Silizium oder Aluminium, zu benutzen mit der Begründung, daß ein solches Lot nicht nur selbst keinen Sauerstoff abgibt, sondern überdies auch das auf der Metalloberfläche schon gebildete Oxydhäutchen auflöst, so daß die zu lötende Metalloberfläche nicht vorher desoxydiert werden müsse. Die Anwendung dieses Lotes war insbesondere gedacht beim Befestigen von Wolframkontaktplättchen oder Wolframstäben an den Durchführungsdrähten in Senderöhren und sollte ein früher für diese Zwecke benutztes Lot aus Edelmetallen ersetzen.
Zum Hartlöten in der Hochvakuumtechnik, wie ζ B. von Gittern in Radioröhren mittels Lote, die frei von Metallen mit niedrigem Siedepunkt, wie Zink oder Aluminium, sind und die einen niedrigen Schmelzpunkt haben, wurde Zweistofflegierungen aus Silber und Kupfer, deren Schmelzpunkt in der eutektischen Zusammensetzung bei 779° C liegt, ein drittes Legierungselement beigegeben, wie Zinn, wodurch der Schmelzpunkt sich auf 743 bis 760° C bei 5 Vo Zinngehalt herabsetzen ließ, während bei wesentlicher Erhöhung dieses anteiligen Zusatzes mit der weiteren Herabsetzung der Schmelztemperatur eine Versprödung der Werkstoffe die Folge war.
Es war weiterhin bekannt, der als Lot benutzten Kupfer-Silber-Legierung als dritten Zusatz Indium beizugeben mit einem Gehalt, der dabei im Bereich der ternären Mischkristalle, also im Bereich von 5 bis 15 Vo liegt, einen ausreichend hohen Siedepunkt hat und bei Erniedrigung des Schmelzpunktes der Legierung noch nicht zu einer solchen Versprödung führt, daß Verarbeitungsschwierigkeiten entstehen. So war eine Legierung in der Nähe des Eutektikums mit 15 bis 45 Ve Kupfer, 5 bis 15 V» Indium, Rest 45 bis 80 % Silber, vorzugsweise 64,4% Silber, 25,6 Vo Kupfer und 10 % Indium bekannt zur Durchführung von Lötungen bereits bei Temperaturen von 680° C, die noch bis 1 Vo an Nickel oder Mangan oder beiden enthalten konnte, falls das Lot eine gute Benetzungsfähigkeit von Wolfram und von Molybdän besitzen sollte. Ein solches Lot könnte wegen seines Gehaltes an Indium, das bekanntermaßen beim Zusammenbringen bzw. Zusammenkommen mit Silizium oder Germanium als Akzeptorstörstellensubstanz wirkt, z. B. in Dampfform, wie sie bei einem Lötvorgang zur Entstehung gelangen kann, die planmäßige, durch die einlegierten bzw. ein diffundierten Stoffe herbeigeführte Dotierung des Halbleiterkörpers in unerwünschter Weise nachteilig beeinflussen, während es doch gerade Ziel der vorliegenden Einfindung ist, im Ablauf des Lötvorganges die Entwicklung von für das Halbleiterelement unerwünschten Dämpfen zu vermeiden. __
Beim Löten von Aluminium und von Legierungen auf Aluminiumgrundlage war ein Lot mit einem Gehalt von 69,9 bis 98,9 % Zinn, 1 bis 30 Vo Zink und 0,1 bis 5 % Cer bekannt.

Claims (4)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements auf der Basis eines Halbleiterkörpers aus Silizium oder Germanium oder aus einem ähnlichen Halbleiterwerkstoff, bei welchem mindestens an einer seiner zur Erzeugung dotierter Bereiche im Halbleiterkörper einlegierten Elektroden eine Träger- bzw. Versteifungsplatte aus Molybdän oder Wolfram anlegiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur wei-
teren Verbindung dieses Halbleiterelements an der freien Fläche dieser Versteifungsplatte mit einem weiteren Träger bzw. einem Teil des für den dichten Einschluß des Halbleiterelements bestimmten Gehäuses, wobei der Träger bzw. dieser Teil aus Eisen oder einem Metall der Eisengruppe besteht, durch Verlötung, eine zwischen beide Teile eingelegte Schicht aus einem Lot verwendet wird, das zur Anpassung der Arbeitstemperatur sowie zur Erreichung der Legierfähigkeit und der reduzierenden Wirkung des Lotes unter Berücksichtigung der üblichen Herstellungstoleranzen aus 27% Kupfer, 7,5% Nickel, Eisen oder Kobalt, 0,5% Silizium, Aluminium oder Cer, Rest 65 % Silber besteht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Lot verwendet wird, welches als schmelzpunkterniedrigende Komponenten zusätzlich noch Aluminium und/oder Cer in solchen Mengen enthält, daß die Verarbeitbarkeit des Lotes zu zwischen den zu verlötenden Körpern einzulegenden Zwischenlagen nicht nachteilig beeinträchtigt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Lot als Folie zwischen die miteinander zu verlötenden Körper eingebracht wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Lotkörper als Platte bzw. Scheibe aus reinem gewalztem Ausgangswerkstoff geschnitten bzw. gestanzt wird.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 483 275, 501792,
987;
schweizerische Patentschrift Nr. 289 438.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
409 657/258 8.64 © Bundesdruckerei Berlin
DES59764A 1958-09-10 1958-09-10 Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter-bauelementes Pending DE1176451B (de)

Priority Applications (6)

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DES62315A DE1170758B (de) 1958-09-10 1959-03-26 Verfahren zur Herstellung einer Halbleiter-anordnung
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