DE1295092B - Verfahren zum Herstellen von Halbleiterbauelementen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstel- wand als bei dem Verfahren nach der erwähnten len von Halbleiterbauelementen, die einen Halblei- deutschen Patentschrift, da die steifen Zuleitungen terkörper mit hohem Schmelzpunkt und einem pn- fehlen. Die wesentlichen Teile, die bei dem oben beÜbergang enthalten, dessen an die Oberfläche treten- schriebenen Verfahren verwendet werden, sind die der Rand gegenüber Verunreinigungen geschützt ist, 5 beiden Stücke aus Halbleitermaterial, das Stück Dotiebei dem ein auf ein Halbleiterstück aufgelegtes Do- rungsmaterial und der glasartige Isolierkörper, d. h., tierungsmaterial mit dem Halbleiterstück legiert wird gegenüber der genannten Patentschrift werden nur und gleichzeitig der an die Oberfläche tretende Rand vier statt acht Teile benötigt. Nach dem oben bedes bei der Legierung entstehenden pn-Übergangs schriebenen Verfahren wird der glasartige Isoliermit Hilfe von glasartigem Isoliermaterial hermetisch io körper außerdem nur an den Stellen angeschmolzen, abgedeckt wird. Ein derartiges Verfahren ist aus der an denen es zweckmäßig ist, nämlich an dem an die deutschen Patentschrift 1083 439 bekannt. Oberfläche tretenden Rand des pn-Übergangs. Auf

Nach dem bekannten Verfahren werden Halblei- diese Weise werden weit geringere Mengen an Isolierterbauelemente hergestellt, indem ein Halbleiterkör- material als bisher benötigt.

per zwischen zwei Stücken aus Dotierungsmaterial 15 Schließlich liegen nach der Bedeckung des Randes und zwei Elektroden gelegt und das ganze in Glas- des pn-Übergangs nach dem oben beschriebenen Verteilchen eingebettet wird. Anschließend findet die fahren diejenigen Stellen des Halbleiterkörpers noch Wärmebehandlung statt, während der der Halbleiter- frei, an denen die Elektroden angeschlossen werden, körper dotiert, die Elektroden an den dotierten Halb- Dadurch stehen zu diesem Zweck sehr viel größere leiterkörper legiert und die Glasteilchen zusammen- so Elektrodenflächen zur Verfügung, die entsprechend gesintert werden, so daß das fertige Halbleiterbau- der Größe des Halbleiterbauelementes die Wärmeleielement in ein Gehäuse eingeschlossen und gasdicht tung bei der Benutzung erleichtern, versiegelt ist. Hierbei ist das Glasgehäuse an die Me- Im folgenden soll das oben beschriebene Verfahren

tallelektroden angeschmolzen und umgibt den dotier- an Hand der Figuren im einzelnen erläutert werden, ten Halbleiterkörper, ohne ihn richtig zu berühren. 35 Fig. 1 ist ein Seitenschnitt und zeigt ein Halbleiter-Daher müssen steife Metallelektroden mit länglicher bauelement in seinem Zustand vor der Erhitzung; Form verwendet werden. F i g. 2 ist ein Seitenschnitt durch eine andere Aus-

Ferner ist es aus der USA.-Patentschrift 2 998 558 führungsform des Halbleiterbauelementes vor der Erbekannt, den gesamten Halbleiterkörper einschließ- hitzung;

lieh des pn-Übergangs und eines Teils der an ihm 30 F i g. 3 ist ein Seitenschnitt durch das Halbleiterbefestigten Elektroden mit einem glasartigen Mate- bauelement nach der Herstellung des hermetisch abrial zu umhüllen. Die Herstellung des pn-Übergangs gedeckten Randes des pn-Übergangs mit Kontakten; und das Umhüllen mit einem glasartigen Material er- F i g. 4 zeigt eine Stufe in der Herstellung eines

fordert zwei getrennte Verfahrensschritte. Es wäre hermetisch abgedeckten Randes eines pn-Übergangs, jedoch sehr zweckmäßig, wenn man beide Schritte 35 bevor der pn-Ubergang selber hergestellt ist; gleichzeitig durchführen könnte. F i g. 5 zeigt eine weitere Stufe in der Herstellung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Halb- eines hermetisch abgedeckten Randes eines pn-Überleiterbauelemente nach einem Verfahren herzustel- gangs, nachdem der pn-übergang hergestellt worden len, bei dem gleichzeitig eine hermetische Abdek- ist.

kung des an die Oberfläche tretenden Randes des 40 Um ein Halbleiterbauelement herzustellen, in dem pn-Übergangs vorgenommen wird, ohne daß die Ab- ein hermetisch abgedeckter pn-Übergang angeordnet deckung das gesamte Halbleiterbauelement umgibt. ist, werden zwei Stücke eines hitzebeständigen HaIb-

Diese Erfindung wird erfindungsgemäß dadurch leitermaterials von unterschiedlichem Leitfähigkeitsgelöst, daß zwei Stücke Halbleitermaterial mit hohem mechanismus zusammen mit einem Stück Dotierungs-Schmelzpunkt und unterschiedlichem Leitfähigkeits- 45 material so angeordnet, daß das Dotierungsmaterial typ mit jeweils einer Fläche gegenüberstehend an- zwischen die beiden Stücke Halbleitermaterial zu liegeordnet werden, daß zwischen die zwei Halbleiter- gen kommt. Außerdem wird die ganze Einheit mit stücke Dotierungsmaterial eingesetzt wird, das zu- einem Ring aus einem glasartigen Isoliermaterial ummindest für das eine Halbleiterstücke als Aktivator geben. Dann werden die Halbleiterstücke sowie das dient, daß um die Halbleiterstücke ein glasartiger 50 Dotierungs- und der glasartige Isolierkörper ausrei-Isolierkörper gelegt wird und daß dann die Halbleiter- chend erhitzt, daß das Dotierungsmaterial in einem stücke, das Dotierungsmaterial und der Isolierkörper der Halbleiterstücke einen pn-übergang erzeugt und gemeinsam auf eine solche Temperatur erhitzt wer- gleichzeitig den glasartigen Isolierkörper erweichen den, die ausreicht, um das Dotierungsmaterial mit kann, so daß er an den Halbleiterstücken haften und den zwei Halbleiterstücken zu legieren, so daß in dem 55 die offenliegenden Kanten des pn-Übergangs abdekeinen Halbleiterstück ein pn-Übergang und mit dem ken kann.

anderen Halbleiterstück eine ohmsche Verbindung Nun soll auf die F i g. 1 Bezug genommen werden,

entsteht, und um einen glasartigen Isolierkörper zu Die beiden Halbleiterstücke 1 und 2 bestehen aus erweichen, so daß er an den Halbleiterstücken haftet, einem hitzebeständigen Halbleitermaterial und weisen den an die Oberfläche tretenden Rand des pn-Über- 60 einen unterschiedlichen Leitfähigkeitstyp auf. Sie sind gangs und einen daran angrenzenden Bereich der als Zylinder ausgebildet. Zwischen den beiden Halb-Oberfläche der Halbleiterstücke umgibt und nach dem leiterstücken ist ein metallisches Dotierungsmaterial Abkühlen den Rand des pn-Ubergangs hermetisch in Form einer Folie derart angeordnet, daß die beiabdeckt, den Halbleiterstücke mit ihren Stirnflächen dieser Dadurch, daß der glasartige Isolierkörper unter 65 Dotierungsfolie 3 gegenüberstehen. Die Metallfolie 3 hermetischer Abdeckung des pn-Übergangs am Halb- wirkt für eines der Halbleiterstücke, zwischen denen leiterkörper zum Anhaften gebracht wird, erfordert sie eingesetzt ist, als Aktivator. Um die Halbleiterdie jeweils zu erhitzende Anordnung weniger Auf- stücke herum ist ein kreisförmiger Ring als ein glas-

artiger Isolierkörper 4 herumgelegt, der die Kanten der metallischen Folie 3 umgibt und sich zumindest zum Teil über die Oberfläche am Umfang der Halbleiterstücke 1 und 2 erstreckt, die auf jeder Seite der Folie 3 liegt. In der Ausführungsform nach F i g. 2 ist das Dotierungsmaterial 3' als Schicht auf den sich gegenüberstehenden Stirnflächen der beiden Halbleiterstücke 1 und 2 aufgebracht. Es genügt aber auch, die Schicht 3' nur auf einem der beiden Halbleiterstücke 1 und 2 anzubringen.

Die beiden Stücke aus Halbleitermaterial, das Stück Dotierungsmaterial sowie der kreisförmige Ring Isoliermaterial bilden eine Einheit, die gemeinsam erhitzt wird. Dabei wird die Einheit auf eine solche Temperatur gebracht, bei der das Dotierungsmaterial in die beiden Halbleiterstücke einlegiert wird, so daß in dem einen Halbleiterstück ein pn-übergang und mit dem anderen Halbleiterstück eine ohmsche Verbindung entsteht. Die Zusammensetzung des Glases ist so gewählt, daß das Glas bei dieser Temperatur ao erweicht und verschmilzt und an der Oberfläche am Umfang der beiden Halbleiterstücke haftet. Das äußere Ende eines jeden Halbleiterstückes, das von dem pn-übergang entfernt liegt, wird nicht mit dem glasartigen Isolierkörper überzogen, ausgenommen vielleicht diejenigen Gebiete, die gerade am Umfang liegen. Auf diese nicht mit Glas überzogenen Gebiete der beiden Halbleiterstücke wird eine elektrisch leitende Kontaktschicht 5 aufgebracht, die beispielsweise aus Nickel bestehen kann, die dann ein ohmscher Kontakt ist und als Kontaktelektrode dient.

Das hitzebeständige Halbleitermaterial ist zweckdienlicherweise Silizium. Wenn man ein bestimmtes Glas benutzt, das für Silizium geeignet ist, reicht es aus, die ganze Einheit auf eine Temperatur von etwa 850 bis 900° C zu bringen. Ein solches, für Silizium geeignetes Glas hat folgende Zusammensetzung (in Gewichtsprozenten) 80,6% SiO₂, 12,6% B₂O₃, 2,2% Al₂O₃, 4,15% Na₂O, 0,1% CaO und 0,05% MgO. Ein solches Glas benetzt das Halbleitermaterial sehr leicht bei einer Temperatur von etwa 840° C. Sein thermischer Ausdehnungskoeffizient ist demjenigen des Siliziums ausreichend ähnlich, um sicherzustellen, daß die Verbindung, die durch das Aufschmelzen des Glases auf das Halbleitermaterial entstanden ist, beim Abkühlen auf Zimmertemperatur nicht springt.

Die Schicht aus Halbleiteroxyd, die sich während des Verschmelzens auf den Oberflächen der Halbleiterstücke bildet, stellt die Haftung zwischen dem glasartigen Isolierkörper und den Halbleiterstücken sicher. Man kann aber auch auf Wunsch die Oberflächen am Umfang der Halbleiterstücke mit einem gleichförmigeren und dickeren, nichtporösen Oxydüberzug versehen. Das wird dann in einem getrennten Arbeitsgang durchgeführt, bevor der Glasring um die Halbleiterstücke herumgelegt wird. Diese Oxydschicht sorgt nicht nur für eine gute Haftung zwischen dem Isolierkörper und den Halbleiterstücken, sondern dient auch als Schutzschicht, wenn das Halbleitermaterial und das Glas chemisch nicht miteinander verträglich sind.

Die F i g. 4 und 5 zeigen Verfahrensschritte bei der Herstellung eines hermetisch abgedeckten Randes eines pn-Übergangs in einem Halbleiterelement gemäß einer Ausführungsform des oben beschriebenen Verfahrens. Die beiden Halbleiterstücke 1 und 2 aus einem hitzebeständigen Halbleitermaterial sind auf dem Boden einer Vertiefung in einem Graphitblock 6 angeordnet. Weiterhin wird das Dotierungsmateriaf vorgesehen, das entweder als Folie oder als Schicht vorliegen kann, die entweder auf einer oder auch auf beiden der Stirnflächen der Halbleiterstücke angebracht sein kann, die sich gegenüberstehen. Außerdem wird der Isolierkörper 4 als Ring aus einem glasartigen Isoliermaterial derart um die Halbleiterstücke herum eingesetzt, daß er das Dotierungsmaterial ganz umgibt. Eine Scheibe 8, die aus dem gleichen Glas wie der Ring 4 besteht, wird auf die obere Oberfläche des obersten Halbleiterstückes 2 aufgelegt. Dann wird ein Kolben 9 aus Graphit auf die Glasscheibe 8 so aufgesetzt, daß er die Glasscheibe 8 berührt. Der Kolben 9 ist ein gleitender Verschluß für die Vertiefung in dem Graphitblock 6. Auf den Graphitkolben 9 wird ein Gewicht aufgelegt, so daß die beiden Halbleiterstücke 1 und 2 zusammengedrückt werden. Dann wird die ganze Form in einer Argonatmosphäre auf eine ausreichend hohe Temperatur erhitzt, um das Dotierungsmaterial in die Halbleiterstücke einzulegieren und um den pn-übergang in dem Halbleiterbauelement herzustellen. Bei der gleichen Temperatur werden der Glasring 4 und die Glasscheibe 8 weich, so daß das Glas an den Halbleiterstücken 1 und 2 haftet und die unteren Teile der Vertiefung ausfüllt, wie es in der F i g. 5 gezeigt ist. Unter den Halbleiterstücken ist eine Belüftungsöffnung 10 vorgesehen, durch die Gas entweichen kann, das während des Erhitzens verdrängt oder freigesetzt wird. Wenn nun die ganze Einheit, die aus den Halbleiterstücken, dem Dotierungsmaterial und dem Glas besteht, ausreichend abgekühlt ist, so daß das Glas erstarrt ist, kann ein Stempel in die Belüftungsöffnung eingesetzt werden, mit dem sich die ganze Einheit aus der Vertiefung herausstoßen läßt. Das Glas, das auf denjenigen Flächen der Halbleiterstücke haftet, die von dem an die Oberfläche tretenden Rand des pn-Übergangs entfernt liegen, wird zusammen mit den gesamten Oxydschichten entfernt, die sich auf diesen Oberflächen gebildet haben. Anschließend werden die Kontaktschichten 5, die zweckmäßigerweise aus Nickel bestehen, in einem üblichen Tauchverfahren aufgebracht.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von Halbleiterbauelementen, die einen Halbleiterkörper mit hohem Schmelzpunkt und einem pn-übergang enthalten, dessen an die Oberfläche tretender Rand gegenüber Verunreinigungen geschützt ist, bei dem ein auf ein Halbleiterstücke aufgelegtes Dotierungsmaterial mit dem Halbleiterstück legiert wird und gleichzeitig der an die Oberfläche tretende Rand des bei der Legierung entstehenden pn-Übergangs mit Hilfe von glasartigem Isoliermaterial hermetisch abgedeckt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Stücke (1, 2) Halbleitermaterial mit hohem Schmelzpunkt und unterschiedlichem Leitfähigkeitstyp mit jeweils einer Fläche gegenüberstehend angeordnet werden, daß zwischen die zwei Halbleiterstücke (1, 2) Dotierungsmaterial (3, 3') eingesetzt wird, das zumindest für das eine Halbleiterstücke als Aktivator dient, daß um die Halbleiterstücke ein glasartiger Isolierkörper (4) gelegt wird und daß dann die Halbleiterstücke, das Dotierungsmaterial und der Isolierkörper gemeinsam auf eine solche Temperatur erhitzt werden, die ausreicht, um das

Dotierungsmaterial mit den zwei Halbleiterstücken zu legieren, so daß in dem einen Halbleiterstück ein pn-übergang und mit dem anderen Halbleiterstück eine ohmsche Verbindung entsteht, und um den glasartigen Isolierkörper zu erweichen, so daß er an den Halbleiterstücken haftet, den an die Oberfläche tretenden Rand eines pn-Übergangs und einen daran angrenzenden Bereich der Oberfläche der Halbleiterstücke umgibt und nach dem Abkühlen den Rand des pn-Ubergangs hermetisch abdeckt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dotierungsmaterial (3) als metallische Folie eingesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dotierungsmaterial (3') in der Form einer Schicht vorliegt, die auf einer oder auf beiden der gegenüberstehenden Flächen der Halbleiterstücke (1,2) angebracht ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der glasartige Isolierkörper (4) als Ring vorliegt, der vor dem Erhitzen derart um die zylinderförmigen Halbleiterstücke (I₃ 2) herumgelegt wird, daß er die Kanten des Dotierungsmaterials (3, 3') und mindestens einen Teil der danebenliegenden Oberflächen am Umfang der Halbleiterstücke (1, 2) umgibt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen der Halbleiterstücke (1,2), um die der glasartige Isolierkörper (4) gelagert wird, mit einer nichtporösen Schicht aus Halbleiteroxyd versehen werden, bevor der glasartige Isolierkörper um die Halbleiterstücke herumgelegt wird.

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