DE1191491B

DE1191491B - Semiconductor arrangement with an essentially monocrystalline semiconductor body and at least one pn junction and method for its production

Info

Publication number: DE1191491B
Application number: DES73260A
Authority: DE
Inventors: Dr Phil Nat Norbert Schink
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1961-03-30
Filing date: 1961-03-30
Publication date: 1965-04-22
Also published as: CH388461A; GB982654A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. α.:Int. α .:

HOIlHOIl

Deutsche Kl.: 21g-11/02 German class: 21g -11/02

Nummer: 1191491Number: 1191491

Aktenzeichen: S 73260 VIII c/21 gFile number: S 73260 VIII c / 21 g

Anmeldetag: 30. März 1961 Filing date: March 30, 1961

Auslegetag: 22. April 1965Opening day: April 22, 1965

Halbleiteranordnungen, wie Gleichrichter, Transistoren, Fotodioden, Vierschichtschaltdioden u. dgl., bestehen meistens aus einem einkristallinen Grundkörper aus Halbleitermaterial, wie z. B. Silizium, Germanium, oder einer intermetallischen Verbindung von Elementen der III. und V. bzw. II. und VI. Gruppe des Periodischen Systems, auf den Elektroden, z. B. durch Legieren, aufgebracht sind. Der Halbleiterkörper hat Zonen unterschiedlichen Leitfähigkeitstyps, die durch einen oder mehrere pn-Übergänge voneinander getrennt sind. Derartige Halbleiteranordnungen werden meistens gekapselt, wodurch Verunreinigungen von der Oberfläche des Halbleitermaterials, insbesondere von den Stellen, an denen ein pn-übergang zutage tritt, ferngehalten werden.Semiconductor arrangements such as rectifiers, transistors, Photodiodes, four-layer switching diodes and the like usually consist of a single-crystal base body made of semiconductor material, such as. B. silicon, germanium, or an intermetallic compound of elements of III. and V. or II. and VI. Group of the periodic table, on the electrodes, z. B. by alloying, are applied. The semiconductor body has zones of different conductivity types, which are separated from one another by one or more pn junctions. Such semiconductor arrangements are mostly encapsulated, which removes impurities from the surface of the semiconductor material, in particular kept away from the points where a pn junction is exposed will.

Es sind bereits in ein Gehäuse eingeschlossene Halbleiteranordnungen bekanntgeworden, deren Gehäuse mit stabilisierenden Substanzen gefüllt ist. Es handelt sich um Sulfide, Selenide usw. Es kann sich beispielsweise um eine Füllung mit Silikonfett handeln, dem ein Sulfid in einer Menge von etwa 5% beigemischt ist. Da Sulfide verhältnismäßig stabile Schwefelverbindungen darstellen, können mit ihrer Hilfe die mit der Erfindung erreichbaren Wirkungen nicht erzielt werden.Semiconductor arrangements enclosed in a housing have already become known, their housing is filled with stabilizing substances. These are sulfides, selenides, etc. It can be For example, a filling with silicone grease, which contains a sulfide in an amount of about 5% is mixed in. Since sulphides are relatively stable sulfur compounds, you can use them Help the effects achievable with the invention can not be achieved.

Weiter sind Füllungen für Halbleiterkapseln bekannt, welche aus plastischem Material, z. B. Silikongummi, bestehen, denen Füllstoffe zur besseren Wärmeleitung, wie z. B. Aluminiumoxyd oder Quarzmehl, zugesetzt sind.Next, fillings for semiconductor capsules are known, which are made of plastic material, eg. B. silicone rubber, exist, which fillers for better heat conduction, such. B. aluminum oxide or quartz powder, are added.

Es ist weiterhin bereits auch ein Vorschlag bekanntgeworden, Halbleiteranordnungen mit einem niedrigschmelzenden Glas, welches Schwefel enthält, zu überziehen (vgl. den Aufsatz von S. S. Flaschen, A.David Pearson und I.L.Kalnins: »Improvement of Semiconductor Surfaces by Low Melting Glasses« in der Zeitschrift »Journal of Applied Physics«, Bd. 31 (1960), Nr. 2, S. 431 und 432). Derartige Gläser können als Ionen-Getter wirken. Die Glassorten werden bei 250 bis 350° C auf die Oberfläche des Halbleiterkörpers aufgeschmolzen und besitzen einen sehr hohen Schwefelgehalt.Furthermore, a proposal has also already become known, semiconductor arrangements with a to coat low-melting glass, which contains sulfur (see the article by S. S. Bottles, A. David Pearson and I.L. Kalnins: "Improvement of Semiconductor Surfaces by Low Melting Glasses ”in the Journal of Applied Physics, Vol. 31 (1960), No. 2, pp. 431 and 432). Such Glasses can act as ion getter. The types of glass are applied to the surface at 250 to 350 ° C of the semiconductor body and have a very high sulfur content.

Es zeigte sich, daß derartige Überzüge gewisse Nachteile aufweisen, welche durch den Überzug nach der Erfindung vermieden werden. Die Erfindung betrifft demgemäß eine Halbleiteranordnung mit einem im wesentlichen einkristallinen Halbleiterkörper und mindestens einem pn-übergang sowie einem die Stellen, an denen der pn-übergang an die Halbleiteroberfläche tritt, bedeckenden, Schwefel enthaltenden Überzug. Erfindungsgemäß besteht der Überzug im Halbleiteranordnung mit einem im wesentlichen einkristallinen Halbleiterkörper und mindestens
einem pn-übergang und Verfahren zu ihrer
HerstellungIt has been found that such coatings have certain disadvantages which are avoided by the coating according to the invention. The invention accordingly relates to a semiconductor arrangement having an essentially single-crystal semiconductor body and at least one pn junction and a sulfur-containing coating covering the points at which the pn junction comes to the semiconductor surface. According to the invention, the coating in the semiconductor arrangement consists of an essentially monocrystalline semiconductor body and at least
a pn junction and procedure for your
Manufacturing

Anmelder:Applicant:

Siemens-Schuckertwerke Aktiengesellschaft,Siemens-Schuckertwerke Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,Berlin and Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Als Erfinder benannt:Named as inventor:

Dr. phil. nat. Norbert S'chink, ErlangenDr. phil. nat. Norbert S'chink, Erlangen

wesentlichen aus Silikonen mit einem Gehalt an Schwefel zwischen 0,01 und 1 Gewichtsprozent in Form von elementarem Schwefel oder in Form von Schwefel abspaltenden organischen Verbindungen. Der Überzug kann beispielsweise aus Silikonkautschuk mit einem Gehalt von etwa 0,1 Gewichtsprozent elementarem Schwefel bestehen.essentially made of silicones with a content of sulfur between 0.01 and 1 percent by weight in In the form of elemental sulfur or in the form of organic compounds that split off sulfur. The coating can, for example, consist of silicone rubber with a content of about 0.1 percent by weight elemental sulfur.

Die niedrigschmelzenden Gläser nach dem vorbekannten Vorschlag haben einen verhältnismäßig großen Schwefelgehalt. Zum Beispiel besteht ein derartiges Glas aus 24% Arsen, 67% Schwefel und 9% Jod. Auch das ternäre System Arsen, Schwefel, Thallium zeigt derartige Eigenschaften. Dieser hohe Schwefelgehalt wirkt nicht nur günstig auf die Eigenschaften des Halbleiterkörpers, sondern es zeigt sich auch, daß dieser Schwefelgehalt bei Legierungs- bzw. Lötvorgängen, die zur Fertigstellung eines beispielsweise mit Anschlüssen versehenen bzw. gekapselten Halbleiterbauelementes unumgänglich notwendig sind, schädlich ist. Beispielsweise bestehen Halbleiteranordnungen für höhere Leistungen aus einem Halbleiterkörper mit aufgebrachten Elektroden, welche in der Hauptsache aus dem Gold-Silizium- bzw. GoId-Germanium-Eutektikum bestehen. Stromzu- bzw. -abführungen zu diesen Elektroden bestehen meistens aus Silber bzw. einem anderen, mit Silber oder Gold überzogenen Metall, ζ. Β. Kupfer. Ein derart hoher Schwefelgehalt, wie ihn die bekannten niedrigschmelzenden Gläser aufweisen, behindert bzw. verhindert die Verbindung zwischen den aufgesetzten Anschlußteilen und den Elektroden durch Bildung stärkerer Sulfidhäute auf den Anschlußteilen. Zum BeispielThe low-melting glasses according to the previously known proposal have a relative great sulfur content. For example, such a glass consists of 24% arsenic, 67% sulfur and 9% Iodine. The ternary system arsenic, sulfur and thallium also shows such properties. This high one Sulfur content not only has a beneficial effect on the properties of the semiconductor body, it also shows itself also that this sulfur content in alloying or soldering processes that are necessary to complete a, for example with terminals or encapsulated semiconductor components are indispensable, is harmful. For example, semiconductor arrangements for higher powers consist of a semiconductor body with applied electrodes, which mainly consist of the gold-silicon or gold-germanium eutectic exist. Current feeds and leads to these electrodes usually consist of silver or another, with silver or gold coated metal, ζ. Β. Copper. Such a high sulfur content as the well-known low-melting ones Have glasses, hinders or prevents the connection between the attached connecting parts and the electrodes by forming thicker sulphide skins on the terminal parts. For example

509 540/272509 540/272

laufen aus Silber oder Kupfer bestehende bzw. versilberte Anschlußteile schwarz an.connecting parts made of silver or copper, or silver-plated, turn black.

Es zeigte sich, daß der geringe Schwefelgehalt gemäß der Erfindung einerseits für den angestrebten Zweck vollkommen ausreicht, andererseits aber nicht in dem Maße zu den beschriebenen schädlichen Wirkungen führt, daß diese wesentlich ins Gewicht fallen.It was found that the low sulfur content according to the invention on the one hand for the desired Purpose is completely sufficient, but on the other hand does not lead to the harmful effects described to the extent that these are of major importance.

Ein weiterer Nachteil der beschriebenen niedrigschmelzenden Gläser ist ihr für Halbleiteranordnungen noch verhältnismäßig hoher Schmelzpunkt. Bei dem vorliegenden Überzug wird dieser Nachteil da durch überwunden, daß der Überzug im wesentlichen aus Silikonen, beispielsweise Silikonkautschuk, Silikonharz oder Silikonpaste, besteht, welche bei Raumtemperatur auf den Halbleiterkörper aufgebracht werden können und welche unausgehärtet verwendet werden können bzw. bei verhältnismäßig geringen Temperaturen ausgehärtet werden. Another disadvantage of the low-melting glasses described is their melting point, which is still relatively high for semiconductor arrangements. In the present coating, this disadvantage is overcome because the coating consists essentially of silicones, for example silicone rubber, silicone resin or silicone paste, which can be applied to the semiconductor body at room temperature and which can be used uncured or cured at relatively low temperatures will.

Man kann beispielsweise auf die Halbleiterober fläche einer derartigen Halbleiteranordnung eine Mischung aus Silikonkautschuk und etwa 0,1 Ge wichtsprozent elementarem Schwefel auftragen. Diese Mischung kann weiter bekannte anorganische Füllmittel, wie z. B. Glimmer, enthalten. For example, a mixture of silicone rubber and about 0.1 weight percent elemental sulfur can be applied to the semiconductor surface of such a semiconductor device. This mixture can further known inorganic fillers, such as. B. mica included.

Es können auch Silikonharze oder Silikonpaste verwendet werden. Die Überzüge sollten elementaren Schwefel etwa zwischen 0,01 und 1 Gewichtsprozent enthalten bzw. Schwefel abspaltende organische Ver bindungen, wobei der Schwefelgehalt, bezogen auf das Silikon, ebenfalls etwa 0,01 bis 1 Gewichtsprozent, vorzugsweise 0,1 Gewichtsprozent betragen soll. Als derartige organische Schwefelverbindungen kön nen beispielsweise Mercaptane, Senföle, Thioacet- amid oder Thioapfelsäure verwendet werden. Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines derartigen Über- zuges besteht aus Silikonkautschuk, dem im geringen Maß mit Schwefel vulkanisierter Naturkautschuk beigefügt ist. Silicone resins or silicone paste can also be used. The coatings should contain elemental sulfur between about 0.01 and 1 percent by weight or sulfur-releasing organic compounds, the sulfur content, based on the silicone, also being about 0.01 to 1 percent by weight , preferably 0.1 percent by weight. Such organic sulfur compounds can be used, for example, mercaptans, mustard oils, thioacetamide or thio malic acid. Another embodiment of such a cover consists of silicone rubber to which natural rubber vulcanized with sulfur is added to a small extent.

Der Silikonkautschuk bzw. die Silikonharze können durch eine Erwärmung auf etwa 150 bis 200° C von etwa 5 bis 60 Minuten Dauer ausgehärtet werden. The silicone rubber or silicone resins can be cured by heating to about 150 to 200 ° C for about 5 to 60 minutes.

Die Schichtdicke derartiger Überzüge kann sehr gering gehalten werden, z. B. genügen Schichtdicken von 0,1 bis 1 mm. Es hat sich als ausreichend er wiesen, wenn lediglich die Stellen, an denen ein pn-übergang zutage tritt, mit einem derartigen Über zug versehen werden. Selbstverständlich kann aber auch an anderen Stellen der Halbleiteranordnung ein derartiger Überzug aufgebracht werden. The layer thickness of such coatings can be kept very small, e.g. B. suffice layer thicknesses of 0.1 to 1 mm. It has proven to be sufficient if only those points where a pn junction is exposed are provided with such a coating. Of course , such a coating can also be applied at other locations on the semiconductor arrangement.

Derartige Überzüge können gegebenenfalls in der bekannten Weise als Ionen-Getter wirken.Such coatings can optionally act as ion getter in the known manner.

Ihre Hauptwirkung ist aber darin zu sehen, daß Schwermetalle, beispielsweise Schwermetalldämpfe, welche bei Kontaktierungs- bzw. Legierungsvorgängen entstehen und für die Halbleiteranordnung sehr schädlich sind, durch den elementaren Schwefel in Sulfide verwandelt und hierdurch in dem Überzug gebunden werden. Es hat sich gezeigt, daß auch während des Betriebes von gekapselten Halbleiteranordnungen derartige Schwermetalle aus Teilen, die zur Stromzuführung bzw. Kapselung des Bauelementes dienen, austreten und auf die Halbleiteroberfläche gelangen können. Auch hiergegen bietet der aufgebrachte Überzug einen sicheren Schutz. Their main effect, however, is to be seen in the fact that heavy metals, for example heavy metal vapors, which are produced during contacting or alloying processes and are very harmful to the semiconductor device, are converted into sulfides by the elemental sulfur and thereby bound in the coating. It has been shown that, even during the operation of encapsulated semiconductor arrangements, such heavy metals can escape from parts which are used to supply power or encapsulate the component and reach the semiconductor surface. Against this, the applied coating offers reliable protection.

Claims

Patent claims:

1. A semiconductor arrangement with an essentially single-crystal semiconductor body and at least a pn junction and one of the points at which the pn junction is connected to the semiconductor surface occurs, covering, sulfur-containing coating, characterized in, that the coating consists essentially of silicones with a content of sulfur between 0.01 and 1 percent by weight in the form of elemental sulfur or in the form of sulfur splitting off organic compounds.

2. Semiconductor device according to claim 1, characterized in that the coating consists of Silicone rubber with a content of about 0.1 percent by weight elemental sulfur.

3. Semiconductor device according to claim 1, characterized in that the coating consists of Silicone rubber with a content of about 0.1 percent by weight in the form of an organic Sulfur compound exists.

4. Semiconductor device according to claim 1, characterized in that the thickness of the coating Is 0.1 to 1 mm.

5. The method for producing a semiconductor device according to claim 1, characterized in that that the coating made of silicone resin on the semiconductor surface at least at the points where the pn junction comes to light, applied and caused by heating about 200 ° C is cured for about 5 to 60 minutes.

Considered publications:
French Patent No. 1,235,837;
U.S. Patent No. 2,857,560.