DE1514197A1 - Verfahren zur Kontaktierung und Verbindung von Halbleiterelementen - Google Patents

Verfahren zur Kontaktierung und Verbindung von Halbleiterelementen

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DE1514197A1 DE19651514197 DE1514197A DE1514197A1 DE 1514197 A1 DE1514197 A1 DE 1514197A1 DE 19651514197 DE19651514197 DE 19651514197 DE 1514197 A DE1514197 A DE 1514197A DE 1514197 A1 DE1514197 A1 DE 1514197A1
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Description

PATENTANWALT -DIPlMNG.
HELMUT GÖRTZ
V Frankfurt a. Main Sduwckenhofsfr.27 - Tel. 613044
5. Mai 1965 Gzl/goe
MOTOHOM, Inc. 1514197
Verfahren zur Kontaktierung und Verbindung von Halbleiterelementen,
Die Erfindung betrifft. ein Verfahren zur Herstellung von Kontak» tsn an Halbleiterelementen und integrierten Schaltungen«
Wegen seines ausgezeichneten Haftvermögens an Silizium,Germanium und deren Oxyden ebenso wie an Glas und den Oxyden der meisten Metalle und wegen seiner ausgezeichneten elektrischen Leitfähig« keit benutsst man meistens Aluminium zur Herstellung von Kontakten an !transistoren und anderen Bauteilen von monolithischen integrierten Schaltungen und anderen Anordnungen, die mit Glas oder Oxyd überzogene Oberflächen habene
In den meisten Fällen wird es bei der Verwendung bei integrierten Schaltungen in einer Montagekappe oder dergleichen vorgesehen,, die Zuführungsdrähte hat» die in einen Sockel oder eine Schaltunge karte eingesteckt wird oö'sr mit anderen Bauelementen verlötet wird» Daa Verbinden einer liitegriert©n Schal tung mit den Zuleitungen der Montagekappe ist nach den bisherigen Verfahren eine recht zeitraubende Angelegenheit, da man die ' dttnnan Drähte durch Thermokompression rait den Aluminiumelektroden der integrierten Schaltung vorbinden muß und dann diese Drähte an den dickeren iuleitungedrähten der Montagekappe anbringen muö„
XJm die 2ahl -dar ihermokorapressionsverMMimgen zu verringern, äie z'WB' liißchlieöen der integrierten Schaltung an die Montagekappo benutzt wordea sind, hat man U0a. einen Montagerahmen entwickelt, an dem ein© Zahl von aluminisiorten fingern angebracht sind, die
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die dünnen durch Thermokompression befestigten Drähte ersetzen,, Dieser Rahmen ist so gebaut» daß die Finger als eine Einheit angeordnet sind, so daß die aluminisieren Stellen auf den Aluminiumelektroden der integrierten Schaltung aufsitzen und mit diesen verlötet werden, wenn der Rahmen und die integrierte Schaltung durch einen Lötofen geführt werdenc
Bun braucht man jedoch, um Aluminium mit Aluminium zu verlöten, hohe Temperaturen und starke Flußmittel, so daß Beeinträchtigungen der Elemente der integrierten Schaltungen auftreten. Es lassen sieh allerdings auch spezielle Äluminiumlegierungslötmittel verwenden, die geringere Temperaturen benötigen, ;jedoch sich auch bei diesen Flußmittel erforderlieh, äamit eine gut® lötverbindung zustandekoiamt<. Diese Flußmittel enthalten mm größten 5?eil Fluoride, die mit den Oxyden und glasartigen Bestandteilen der integrierten Schaltungen reagieren und diese dadurch beschädigen»
Zur Erniedrigung der löttemperatur ist es bekannt und üblich9 eine Legierung aus zwei oder mehreren Metallen zu benutzen, wobei der Schmelzpunkt der Legierung niedriger als der der Einleimetall« isto Unglücklieherweise bilden die meisten Metalle, die sich bei integrierten Schaltungen verwenden lassen, im Laufe der 2eit mit äem Aluminium "/erbindungen, die unerwünschte Eigenschaften habenc
Ziel der Erfindung ist ein Verfahren zum Verlöten von Aluminium, bei dem kein Flußmittel erforderlich ist, um\ das bei relativ niedriger Temperatur eine gute Verbindung von Aluminium mit Aluminium liefertα Bin Merkmal der Erfindung ist dia ?erwendnag einsβ dünnen Germanlumfilmes zwischen iswei miteinander au verlötenden Aluminiumflachen„
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BAD ORiGiNAU
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Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der neuen Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles im Zusammenhang mir; den Zeichnungen.
Es zeigt
gjgur 1: .
eine stark vergrößerte perspektivische Darstellung eines -Teiles einer integrierten Schaltung mit einem Ketallkon-iaktfinger über einer Elektrode der integrierter. Schaltung vor d«m Verlöten des Kontaktfingers mit der Aluminiumelektrode?
Figur 2;
die gleiche Ansicht wie Figur 1 nach dem Verlöten äes Metallkontaktfingere mit der Elektrodei
Figur 3»
eine teilweise geschnittene perspektivische Barste'. Llung einer flachen integrierten Einheit, und
gjgur 4;
eine aueeinandergezogene perspektivische Darstellung einer flachen integi'iejrban Sclialtungseinheit nit vier integrierten Schaltelementen und dem Deckel mit den Anschlüssen zur VsrbHndung aller vier integrierten Elementeο
Brfindungsgemäß läß-e eich die Verlötung von Almniir. i.um bei OJemparaturen durchführen, die nur um ein geringes über-(lern eutektischen Punkt von Aluminium und Germanium liegen, indem mei ι einen dünnen Germaniumfilm zwischen die bu xi-erlotenden Aluminiuinflachen bringt und dann dieee Materialien gemeinsam in einem Löto: l'en mit einer redUBierenden Atmosphäre erhitzt»
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Der in Figur 1 dargestellte Schaltungsteil hat einen Siliziumträger 12, der bedeckt ist mit einem PiIm 13 aus Siliziumdioxyd oder einem anderen Dielektrikum und einer als Ansehlußinsel bezeichneten Elektrode 15 aus Aluminium, die Über einen Aluminiumstreifen 16 die Verbindung zu den verschiedenen anderen Bestandteilen der integrierten Schaltung herateilt. Bin Metallfinger 19 bildet d#n Kontakt zur integrierten Schaltung, die in ihrer fertigen Form in einer paketartigen Einheit (Pig* 3) enthalten iat. Der Pinger 19 ist an einem Ende mit einer kleinen Aluminiumplatte 21 versehen t auf der ein dünner Germaniumfilm 22 von einet typischen Sicke zwischen 1 und 20 Micron aufgebracht ist»
Zur Herstellung eines Lötkontaktee zwischen dem leiter und der ' Anschlußinsel wird ein sehr kleines nicht dargestelltes Gewicht auf den Pinger gesetzt, so daß das Germanium 22 gegen die Anschluß·= insel 15 gedrückt wird. Diese Materialien werden dann auf 424 0O erhitzt - Öles entspricht dem eutektisohen Punkt von Aluminium und Germanium, bei dem die !legierung dieser beiden Materialien eintritt. Das Aluminium-Germanium wird flüssig und verlötet beim Abkühlen die Aluminiumplatte 21 mit der Ansehlußineel 15. Die gelötete Verbindung 25 ist in Pigur 2 dargestellt· Da sowohl Aluminium als auch Germanium bei Lottemperatur leich oxydiert, wird der Lötvorgang in einer inerten oder einer leicht reduzierenden Atmosphäre durchgeführt, die 2.B. durch eine Mischung aus Stickstoff und Wasserstoffgas gebildet sein kann»
Pigur 3 »βigt eine vollständig zusammengebaute integrierte Schaltung 30» Innerhalb des flachen Paketes 36 sind eine Anzahl Pinger 19 au sehen, nachdem sie in ihrer Lago an die Anschlußinseln der integrierten Schaltung 32 gelötet sind* Die Pinger stellen Portset zuagen der Leiter 33, die aus den Seiten des flachen Paketes herauslaufen«
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ORlGfNALlN1SPECTED
■ ": · ■■■ - 5 - - -
Durch, jede derartige lötverbindung entfallen zm&± !Ehermokompres=» sionsverbindungen, so daß Kosten eingespart werden* Außerdem sind dies® Yerbi&dungen mindestens so gut, wenn nicht besser ala die Therffiokompressionsverbindungene Da ein Flußmittel entbehrlich ist und durch die Vervrendung von Germanium keine nachteiligen Effekte auftreten, ergibt sich eine fertige integrierte Schaltung, die einer Schaltung mit Thermokompressionsverbindungen überlegen ist, da dabei erheblieh höhere Temperaturen als beim erfindungsgemäße» lötverfahren erforderlich sind, die sich schädlich auf die entwickelte Schaltung auswirkens
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich auch sehr günstig anwenden, wenn eine Ansah! von integrierten. Schaltungselementen innerhalb einer einzigen Einkapselung verwendet werden sollen«
Ftine Art ,einer Anzahl von integrierten Schaltelementen zu verbind en r ist in £igur 4 dargestellt. Ein ca.aateil.40 mit AluminiuBisi&eifen 45 iat ubar den vier integrierten Schaltelementen 46, 47» 48 und 49 innerhalb eines flachen Montagekörpera 50gs-Keigto In dein Montagekörper 50 sind Vertiefungen 51 vorgesehen, die je vier integrierte Schaltelemente aufnehmen und sie in dar richtigen Lag® gegenseitig und gegenüber den Aluminiumplättchen 41 auf der Glasplatte 40 halten, Me Vertiefungen 51 sind mit Aluminium und einem dünnen GermaniumfilBi vsrseiisii und die ünterflache jedes integrierten Schaltelementes ist ebenfalls mit einem Aluminiumfilm überzogen, .Die Glasplatte 40 wird durch •die 3eitenwätt&e 52 des Montagekörpers 50 gehalten*
Die Glasplatte 40 stellt den Deckel der flachen Packung dar. Die Aluminiumstreifen A3 werden direkt auf das Glas 40 aufgedampft, wobei ein© größere, Aluminiummenge in Form von erhabenen Aluminiua plättchen 41 an den. verschiedenen Stellen entsprechend der lage
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· BAD
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der Aluminium überzogenen Stellen 53 der Leiter 54 und der Aluminiumanschlttßinseln 55 der vier integrierten Elemente 46, 47» 48 und 49» an die die Alumniumstreifen 43 angelötet werden sollen, abgelagert wird. Wenn an diesen Stellen genügend Aluminium aufgedampft ist, so daß aie genügend dick geworden sind» damit die Streifen 43 nicht die Schaltelemente 46, 47, 48 und 49 berühren, wird ein dünner Germaniumfllm auf ihnen aufgebracht. Die Verbindungen werdenn dann dadurch hergestellt, daß,der Deckel auf den Montagekö^per aufgesetzt wird und die Plättchen mit den Inseln durch Erhitzen der Anordnung über die eutektische !Temperatur des Aluminiums und Germaniums verlötet werden„ Bei dieasm Schritt werden auch gleichzeitig die integrierten Schaltelements in den Vertiefungen festgelötete
Die erfindungsgemäß ausgebildeten Aluminiira~Aluminium»Yerbindungen sind für die meisten Anwendungen bei integrierten Schaltungen genügend fest und haben einen niedrigen elektrischen 7/lderstand0 Da sie sich bei niedrigen iemperaturen und ohne Flußmittel herstellen lassen, eignen sie sich insbesondere sur Kontaktierung bei integrierten Schaltungen und Halbleitern höchster Qualität«
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SAD ORIGINAL

Claims (2)

15 H.I 9*
5. Mai 1965 Gzl/goe
MOTOROLA, Inc.
Patentansprüche
!.Verfahren zur Herstellung von KontaJdrrerbindungen von Halbleiter- \ elementen und Metallzuleitungen unter Verwendung einer eutektisch©! legierung als Lötmittel, das bei relativ niedriger Semperatur , schmilzt, dadurch gekenn zeichne t, daß bei der Verwendung von Aluminiumlcontakten (16) und Aluminiuossuleitungen (19) ein dünner Germaiiiumfilm zwischen die beiden Aluminiuoflachen gebracht wird, und daß die Temperatur über die eutektische Temperatur (424 0O) von Aluminium-Germanium zur Bildung einer Huminium-Germanlum-Verbindung erhöht wird.
2. Verfahren naoh Anspruch 1, d a d u r eh gekennae ic hn e t, daß.auf den Alumlniumleitern erhöhte Aluminlumplättohen (27) auegebildet werden*
4ORIGINALINSPECTED
Leerseite
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