DE1564901A1 - Method for soldering a semiconductor device, e.g. a diode or a transistor on a carrier body - Google Patents

Method for soldering a semiconductor device, e.g. a diode or a transistor on a carrier body

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DE1564901A1 DE19681564901 DE1564901A DE1564901A1 DE 1564901 A1 DE1564901 A1 DE 1564901A1 DE 19681564901 DE19681564901 DE 19681564901 DE 1564901 A DE1564901 A DE 1564901A DE 1564901 A1 DE1564901 A1 DE 1564901A1
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Description

Verfahren zum Auflöten eines Halbleiterbauelementes, z. B. einer Diode oder eines Transistors, auf einen Trägerkörper. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auflöten eines Halbleiterbaueiementes, z. B. einer Diode oder eines Transistors, auf einen Trägerkörper, sowie ein nach diesem Verfahren auf einen Trägerkörper aufgebrachtes Halbleiterbauelement.Method for soldering a semiconductor component, e.g. B. a diode or a transistor, on a carrier body. The invention relates to a method for soldering a semiconductor component, e.g. B. a diode or a transistor, on a carrier body, as well as one applied by this method to a carrier body Semiconductor component.

Bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen erfolgt in der Regel die elektrische und thermische Verbindung wenigstens einer Elektrode durch Verlötung mit einem massiven Metallteil. von möglichst guter Leitfähigkeit. Dieses Metallteil soll als Trägerkörper bezeichnet werden. Wenn nicht gerade sehr kleine Abmessungen vorliegen, besteht die Forderung nach Anpassung der Wärmeausdehnungskoeffizienten der beiden Partner. Für die gebräuchlichen Halbleitermaterialien werden beide Forderungen praktisch nur von den hochschmelzenden Metallen Molybdän und Wolfram erfüllt. Da diese Metalle jedoch ein ziemlich unedles Verhalten _zeigen, erhalten sie in der Regel zuvor eine Schutzschicht aus Gold, die auch für eine nachfolgende Auflötung des Halbleiterbauelementes mit Gold-Silizium- oder Gold-Germanium-Eutektikum benötigt wird. Wird ein solches System nach dem Lötprozess einer chemischen oder elektrolytischen Ätzung unterworfen, so zeigt sich bereits nach kurzer Einwirkung des Ätzmittels eine lokale Zerstörung der Schutzschicht, weil die eutektische Legierung eine geringere Resistenz als die Goldschicht gegen das Ätzmittel aufweist. Ist aber diese Schutzschicht einmal perforiert, so erfolgt -begünstigt durch das elektrochemische Potential Gold-Molybdän bzw. Gold-Wolfram - sehr schnell Kavernenbildung im Grundmetall Molybdän oder Wolfram mit allen ihren unerwünschten Folgen. Zur Beseitigung dieses Nachteiles ist bereits aus der Zeitschrift "Semiconductor Products", August 1965, Seite 18, der Vorschlag bekannt, eine Äi-zbestärldigkcit durch eine Unterschicht aus Nickel. herbeizuführen. Dieser Vorschlag brachte jedoch auch keine Abhilfe, da auch hier die cutektische Legierung leicht abgeätzt wird und das dann freiliegende Nickel mit dem Grundmetall von der Ätzlösung angegriffen wird.This usually takes place in the manufacture of semiconductor components the electrical and thermal connection of at least one electrode by soldering with a solid metal part. of the best possible conductivity. This metal part should be referred to as a carrier body. If not very small dimensions exist, there is a requirement to adapt the coefficient of thermal expansion of the two partners. Both requirements are met for the common semiconductor materials practically only fulfilled by the refractory metals molybdenum and tungsten. There These metals, however, show a rather ignoble behavior, they are preserved in the Usually a protective layer of gold is applied beforehand, which is also suitable for subsequent soldering of the semiconductor component with gold-silicon or gold-germanium eutectic is required will. Such a system becomes a chemical after the soldering process or subjected to electrolytic etching, this shows up after a short exposure of the etchant local destruction of the protective layer because the eutectic alloy has a lower resistance than the gold layer to the etchant. But is Once this protective layer has been perforated, it takes place - favored by the electrochemical one Gold-molybdenum or gold-tungsten potential - cavern formation in the base metal very quickly Molybdenum or tungsten, with all their undesirable consequences. To eliminate this The disadvantage is already from the magazine "Semiconductor Products", August 1965, Page 18, the proposal announced that an ai-zbestärldigkcit by a lower class made of nickel. bring about. However, this suggestion did not help either, because here too the cutectic alloy is slightly etched away and that which is then exposed Nickel with the base metal is attacked by the etching solution.

Ein einwandfreier Schutz war bisher nur mit einer Goldschicht _ solcher Stärke zu erzielen, dass die eutektische Schmelzzone diese Goldschicht nicht zu durchdringen vermochte. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht jedoch in den ausserordentlich höhen Kosten und in dem Verzicht auf optimale Ausdehnungsanpassung. Goldschicht befindet. _ Zur Durchführung der Erfindung empfiehlt es sich, der unmittelbar auf den Trägerkörper aufgebrachten Goldschicht eine Stärke von etwa 0,5/u, der darauf aufgetragenen Rhodiumschicht eine. Stärke von ebenfalls etwa 0,5/u und der anschliessend aufgetragenen Goldschicht eine Stärke von etwa 3/u zu geben.Up to now, perfect protection could only be achieved with a gold layer of such thickness that the eutectic melting zone was unable to penetrate this gold layer. The disadvantage of this method, however, is the extraordinarily high costs and the lack of optimal expansion adjustment. Gold layer is located. To carry out the invention, it is recommended that the gold layer applied directly to the carrier body be about 0.5 / u, and the rhodium layer applied thereon a. Thickness of also about 0.5 / u and the subsequently applied gold layer to give a thickness of about 3 / u.

Die erste und zweite auf den Trägerkörper aufgebrachte Schicht brauchen nur so stark zu sein, dass nach dem erfolgten Aufbringen keine Porosität dieser Schichten mehr besteht. Dies ist bei Aufbringen nach einem galvanischen Verfahren in der Regel bei etwa 0,5p der Fall.The first and second layers applied to the carrier body only need to be so thick that there is no longer any porosity in these layers after they have been applied. When applying by a galvanic process, this is usually the case at around 0.5p.

Wird auf einen derartigen Trägerkörper ein Halbleiterplättchen mittels Gold-Silizium- oder Gold-Germanium-Eutektikum aufgelötet, so kann sich die Schmelzzone nur bis zur Rhodiumschicht ausbilden. Selbst bei starker nachträglicher Ätzung bleibt das Grundmetall durch die Doppelschicht Rhodiutt-Gold geschützt. Da diese y Doppelschicht extrem dünn sein darf, ist ihr Einfluss auf das thermische und elektrische Verhalten der Verbindungszone praktisch vernachlässigbar. Ein Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemässe Verfahren sowie den hergestellten Körper ist in der Zeichnung in einem Querschnittsbild dargestellt. In Fig. 1 ist lediglich der Trägerkörper 1, z. B. aus Wolfram, mit den verschiedenen nach der Erfindung auf ihn aufgebrachten Schichten gezeichnet, Es handelt sich dabei zunächst um eine dünne Goldschicht 2, eine darauf aufgebrachte Rhodiumschtcht 3 und eine stärkere Goldschicht In Fig. 2 ist ein auf diesen Körper aufgelötetes Halbleiterbauelement 6 dargestellt. Die aus einer Eutektikumschicht bestehende Lötzone ist mit 5 bezeichnet.If a semiconductor wafer by means of such a carrier body Gold-silicon or gold-germanium eutectic is soldered on, so the melting zone can become only develop up to the rhodium layer. Even with strong subsequent etching remains the base metal is protected by the double layer of rhodium-gold. Because this y double layer can be extremely thin, is their influence on the thermal and electrical behavior the connection zone is practically negligible. An embodiment for the The method according to the invention and the body produced is shown in the drawing shown in a cross-sectional image. In Fig. 1 is only the Carrier body 1, e.g. B. made of tungsten, with the various according to the invention layers applied to it, it is initially a thin one Gold layer 2, a rhodium layer 3 applied to it and a thicker gold layer A semiconductor component 6 soldered onto this body is shown in FIG. 2. The soldering zone consisting of a eutectic layer is denoted by 5.

Fig. 3 zeigt die Anordnung gemäss Fig. 2 nach der erfolgten Oberflächenätzung des Halbleiterbauelementes S.@Man erkennt die Ätzvertiefung 7, die anstelle der hier abgeätzten Eutektikumschicht 5 entstanden ist. Infolge der begrenzenden Wirkung der Rhodiumschicht 3 konnte die Ätzung den Trägerkörper 1 nicht erreichen, die Ätzvertiefung 7 erstreckt sich daher nur bis zur Rhodiumschicht 3.FIG. 3 shows the arrangement according to FIG. 2 after the surface etching has taken place of the semiconductor component S. @ You can see the etching recess 7, which instead of the here etched eutectic layer 5 has arisen. As a result of the limiting effect of the rhodium layer 3, the etching could not reach the carrier body 1, the etching recess 7 therefore only extends as far as the rhodium layer 3.

Es sei abschliessend erwähnt, dass anstelle der Rhodiumzwischenschicht auch ein anderes Element aus der Gruppe der Platinmetalle Verwendung finden kann. Das Verfahren ist ferner nicht an die Verwendung von Molybdän oder Wolfram gebunden; als Trägerkörper können auch andere Metalle, z. B. Kupfer, Eisen, Nicke. bzw. deren Legierungen dienen.Finally, it should be mentioned that instead of the rhodium intermediate layer Another element from the group of platinum metals can also be used. Furthermore, the process is not tied to the use of molybdenum or tungsten; other metals, e.g. B. copper, iron, nick. or their Alloys are used.

Claims (3)

P a t e n t a n s p r ü c h e 1) Verfahren zum Auflöten eines Halbleiterbauelementes, z. B. einer Diode oder eines Transistors, auf einem Trägerkörper, z. B. aus Molybdän oder Wolfram, unter Zwischenfugen einer Goldschicht, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Trägerkörper (1) zunächst eine dünne Goldschicht (2), darauf eine Schicht (3) eines Metalles aus der Gruppe der Platinmetalle, vorzugsweise Rhodium, und auf diese Schicht (3) eine weitere der Lötung dienende Goldschicht (4) aufgebracht wird. P a t e n t a n s p r ü c h e 1) Method for soldering a semiconductor component, z. B. a diode or a transistor, on a carrier body, for. B. made of molybdenum or tungsten, with a gold layer in between, characterized in that on the support body (1) first a thin gold layer (2), then a layer (3) a metal from the group of platinum metals, preferably rhodium, and on this layer (3) a further gold layer (4) used for soldering is applied. 2) Verfahren nach Anspruch 1,'dadureh gekennzeichnet, dass die aus einem Metall aus der Gruppe dc:r Platinmetalle bestehende Schicht (3) galvanisch aufgr-ebracht wird. 2) Method according to claim 1, 'dadureh characterized in that made of a metal layer (3) consisting of the group dc: r platinum metals is applied by electroplating will. 3) Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die unmittelbar auf dem Trägerkörper (1) aufgebrachte Goldschicht (2) eine Dicke von etwa 0,5/u, die darauf aufgetragene Rhodiumschicht (3) ebenfalls eine Dicke von etwa 0,5/u und die anschliessend aufgetragene Goldschicht (4) eine Dicke von etwa 31u aufweist. +) Nach einem Verfahren nach Anspruch 1 bis 3 auf einen Trägerkörper, z. B. aus Molybdän oder Wolfram, aufgebrachtes Halbleiterbauelement-, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerkörper (1) mit einer dünnen Goldschicht (2), einer darauff olgenden Schicht (3) eines Metalles aus der Gruppe der Platinmetalle und einer darauffolgenden weiteren Goldschicht (4) überzogen ist und dass der Halbleiterkörper (6) auf die oberste Goldschicht (4) aufgelötet ist. 3) Method according to claim 1 and 2, characterized in that the gold layer (2) applied directly to the carrier body (1) has a thickness of about 0.5 / u, the rhodium layer (3) applied thereon also has a thickness of about 0, 5 / u and the subsequently applied gold layer (4) has a thickness of about 31u. +) According to a method according to claim 1 to 3 on a carrier body, for. B. of molybdenum or tungsten, applied semiconductor component, characterized in that the carrier body (1) with a thin gold layer (2), a subsequent layer (3) of a metal from the group of platinum metals and a subsequent further gold layer (4) is coated and that the semiconductor body (6) is soldered onto the uppermost gold layer (4).
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3857161A (en) * 1973-02-09 1974-12-31 T Hutchins Method of making a ductile hermetic indium seal

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US3857161A (en) * 1973-02-09 1974-12-31 T Hutchins Method of making a ductile hermetic indium seal

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