DE1279848B - Verfahren zum grossflaechigen Kontaktieren eines einkristallinen Siliziumkoerpers - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

HOIl

Deutsche Kl.: 21g-11/02

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Äuslegetag:

P 12 79 848.0-33 (S 52207)

5. Februar 1957

10, Oktober 1968

Gegenstand des Hauptpatentes ist ein Verfahren zum großflächigen Kontaktieren eines einkristallinen S^iziumkörpers mit einer ajitimonhaltigen Goldfolie dujch Zusammenlegieren beider über eine Flache you mehreren Quadratmülimeterri bis zu einigen Quadr^tzentimptern, bei dem eine durch JjCaltwalzen hergestellte Folie aus Gold mit einem an sich bekannten Antimongehalt zwischen 0,2 und 5%, insbpspndere, yqn etwa l«Vo, unter Verwendung eines Prejßkqrpers mit zur Kontaktfläche paralleler Ejruckfläche in den Siliziuinkristall bis zu einer über die ganze KontaktierungsflächV gleichmäßigen, durch die Gpiiimenge, je Fl^c/heneinheit im voraus festgelegten Tiefe einlegiert wird.

An solchen Anschlußkontakten, die auf diese Weise mit Hilfe einer antimonhaltigen Goldfolie hergestellt waren, insbesondere bei Transistoren, die mit sehr dünner GqJ$f qlie kontaktiert ware.n, kqnnjen bisweilen fehlerhafte Regierungsstellen, spgenannte Warzen, beobachtet werden. Transistoren, die bei der auf den Legierungsprozeß folgenden Prüfung eine zu geringe Sperrspannung hatten und bei denen daraufhin die Legierungsgrenzfläche durch Ätzen freigelegt wurde, zeigten solche Warzen. Obwohl die Gold-Antimon-Legierung stets in gleicher Zusammensetzung bestellt worden war, ergaben von verschiedenen Lieferungen einige fast 100°/» gute Transistoren und anclere fast lauter Ausschuß, ohne daß eine Ursache für diese verschiedenen Ergebnisse gefunden werden konnte. Langwierige Untersuchungen erst führten zu der Vermutung, daß bei Anwesenheit von Arsenspuren in der Gold-Antimon-Legierung die Warzenbildung weitgehend unterbleibt, wahrscheinlich infolge besserer Benetzung der Siliziumfläche durch das Legierungsmetall. Arsen an sich ist als Element der V. Gruppe des Periodischen Systems und somit als Mittel zur η-Dotierung von Germanium und Silizium bekannt. Die Dreistofflegierungen von Silizium, Arsen und einem geeigneten Kontaktmetall, insbesondere Gold, sind jedoch durchweg spröde, auch diejenigen, in denen der Arsengehalt nur wenige Hundertteile des Goldanteils beträgt. Deshalb ergibt die Verwendung von Arsen an sich als Beimengung zum Kontaktieren von Siliziumeinkristallen keine brauchbaren elektrischen Halbleiterelemente und wurde deshalb nach dem Scheitern der ersten Versuche verworfen. Demgegenüber beruht die Erfindung auf der Erkenntnis, daß man durch einen sehr geringen, aber genau definierten Arsengehalt im Kontaktmetall den Legierungsprozeß fördern kann, auch ohne daß man dabei die dotierende Wirkung des Arsens auszunutzen braucht.

Verfahren zum großflächigen Kontaktieren eines einkristallinen Siliziumkörpers

Zusatz zum Patent: 1085 613

Anmelder:

Siemens Aktiengesellschaft, Berlin und München, 8520 Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Als Erfinder benannt:

Dr. phil. nat. Norbert Schink, 8520 Erlangen; Dr. rer. nat. Adolf Herlet, 8551 Pretzfejd

Demzufolge besteht die Erfindung beim Verfahren nach dem Hauptpatent darin, daß beim Zubereiten der zum Einlegieren bestimmten antimonhaltigen Goldfolie ein definierter Arsengehalt, der kleiner als

*5 der Antimongehalt ist, jedoch mindestens 10~³⁰/o der Gesamtmenge der GoldkAntimon-Legierung beträgt, eingestellt wird.

Nachträgliche Kontrollversuche haben die Richtigkeit der Erkenntnis und der daraus gezogenen Lehre bestätigt. Mit dem angegebenen Mindestwert des Arsengehalts kann die Benetzung ζ. B. auch bei einem mäßigen Druck von weniger als 1 kg/cm² während des Legierungsprozesses erheblich verbessert werden. Eine obere Grenze des Arsengehalts ist unter anderem dadurch gegeben, daß die gewünschte Wirkung in befriedigendem Maß erzielt wird und darüber hinaus eine weitere Steigerung derselben durch einen noch höheren Arsengehalt nicht feststellbar ist. Diese obere Grenze liegt nach dem Ergebnis der bisherigen Untersuchungen ungefähr bei einem Arsengehalt von 1O^-1 % der Gesamtmenge der Gold-Antimon-Legierung. Übrigens kann bei zu hohem Arsenanteil unter Umständen die Gefahr bestehen, daß sich die fertige Goldlegierung nach dem Erkalten kaum noch zu einer dünnen Folie auswalzen läßt, oder daß der fertig kontaktierte Siliziumkörper nach dem Erkalten Risse oder Sprünge infolge zu hoher Sprödigkeit aufweist. Die Aufbereitung einer geeigneten arsenhaltigen Gold-Antimon-Legierung kann vorteilhaft in der Weise erfolgen, daß durch einen ersten Schmelzprozeß das Arsen dem hochreinen Antimon beige-

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schmolzen wird und daß durch einen oder mehrere weitere Schmelzprozesse das arsenhaltige Antimon mit der gehörigen Menge hochreinen Goldes zusammenlegiert wird. Der Goldanteil kann gegebenenfalls durch mehrere Schmelzprozesse stufenweise erhöht werden. Im Endstadium sollen die anteiligen Mengen vorzugsweise 99% Au und 1% Sb/As betragen.

Die auf diese Weise hergestellte arsenhaltige Gold-Antimon-Legierung kann zu einer Folie bis herab zu einer Stärke von 0,05 mm oder weniger ausgewalzt werden. In dieser Foliengestalt läßt sich das Kontaktmetall erfahrungsgemäß bequem handhaben.

Der eigentliche Legierungsprozeß kann z. B. mittels nachgiebiger und einstellbarer Druckvorrichtungen, in welchen die Siliziumscheiben mit den beiderseits anliegenden Kontaktfolien und gegebenenfalls Trägerplatten zwischen Druckplatten, z. B. aus Graphit, eingeklemmt und so der Erhitzung auf etwa 700 bis 800⁰C auf einige Minuten ausgesetzt wer- ao den, oder nach Patent 1015152 durch Einbetten des Halbleiteraggregats in eine Pulverfüllung, z.B. von Graphitpulver, und Zusammenpressen der letzteren sowie Erhitzung, wie erwähnt, gegebenenfalls unter mäßiger Druckbelastung bis zu etwa 1 kg/cm² oder weniger durchgeführt werden.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum großflächigen Kontaktieren eines einkristallinen Siliziumkörpers mit einer antimonhaltigen Goldfolie durch Zusammenlegieren beider über eine Fläche von mehreren Quadratmillimetern bis zu einigen Quadratzentimetern, bei dem eine durch Kaltwalzen hergestellte Folie aus Gold mit einem an sich bekannten Antimongefaalt zwischen 0,2 und 5%, insbesondere von etwa 1%, unter Verwendung eines Preßkörpers mit zur Kontaktfläche paralleler Druckfläche in den Siliziumkristall bis zu einer über die ganze Kontaktierungsfläche gleichmäßigen, durch die Goldmenge je Flächeneinheit im voraus festgelegten Tiefe einlegiert wird, nach Patent 1085 613, dadurch gekennzeichnet, daß beim Zubereiten der zum Einlegieren bestimmten antimonhaltigen Goldfolie ein definierter Arsengehalt, der kleiner als der Antimongehalt ist, jedoch mindestens 10~^s% der Gesamtmenge der Gold-Antimon-Legierung beträgt, eingestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Arsengehalt von höchstens lO-^lo/o der Gesamtmenge der Gold-Antimon-Legierung eingestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch einen ersten Schmelzprozeß das Arsen dem hochreinen Antimon und durch mindestens einen weiteren Schmelzprozeß das arsenhaltige Antimon dem hochreinen Gold beigemengt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mit der Goldfolie vereinigte Siliziumkörper in ein neutrales Pulver, z.B. Graphitpulver, eingebettet und eingepreßt und in diesem Zustand unter ermäßigtem Druck der Erhitzung zum Einlegieren ausgesetzt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentanmeldung W 6649 VIII c/ 21 g
(bekanntgemacht am 3. 4. 1952);
USA.-Patentschrift Nr. 2736 847;
österreichische Patentschrift Nr. 177 475.

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