DE1941239C3 - Verfahren zum Auflegieren von Halbleiterkristallen auf einer auf einem Träger aus Isoliermaterial aufgebrachten höchstens 20 Mikrometer dicken Goldschicht - Google Patents

Description

Bei elektronische Mikroschaluingen wie Dünnschicht- oder Dicksehicht-Hybridschaltungen bzw. sogenannten Multichip-Schaltungen werden die einzelnen Halbleiterelemente wie Dioden oder Transistoren nieist auf eine dünne Goldschicht auflegiert. Dabei wird die Goldschicht, auf welche die beispielsweise nur 0.3 χ OJ χ 0,08 mm großen Halbleiterkristalle aufgelegt werden, bis über die eutektische Temperatur der Legierung zwischen dem Halbleitermaterial und dem Gold erhitzt. Die eutektische Temperatur von Gold-Germanium liegt etwa bei 356⁰C und die von GoId-SiIicium bei etwa 37O°C. Sobald diese Temperatur überschritten wird, entsteht an der Grenzschicht die eutektische Legierung, die nach Abkühlung eine gute leitfähige Befestigung des Halbleiterkristalls gewährleistet. Diese Erhitzung soli aber nur sehr kurzzeitig sein und nur wenige Sekunden andauern, andernfalls werden die Halbleiierkristalk beschädigt. Zum Auflegiern von mehreren eventuell sogar unterschiedlichen Halbleiterkristallen auf einer gemeinsamen Goldschicht wird aus diesem Grunde eine örtliche Erhitzung jedes einzelnen Halbleiterkristalls vorgenommen, da beim gleichzeitigen Auilegieren sämtlicher Kristalle durch Erhitzen des gesamten Trägers dieses Erhitzen über die Legierungslemperatur zu lange erfolgen mußte, wodurch Beschädigungen der Halbleiterkristalle zu befürchten sind. Die bisher üblichen Auflegierverfahren hierfür sind deshalb relativ kompliziert.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein einfaches Verfahren zum Auflegieren von Halblciterkristallen auf finer höchstens 20 μηι dünnen Goldschichl, die auf • inem Träger aus Isoliermaterial aufgebracht ist, aufzuzeigen, mit dem das Erhitzen der einzelnen Halbleiterkristalle über die Legicrungstemperatur selbsttätig auf einen vorbestimmten Temperaturwert begrenzt wird und bei welchem dieses Erwärmen auf nur wenige Sekünden beschränkt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäü dadurch gelöst, daß die Goldschicht durch elektrische Widerstandserwärmung erhitzt wird und daß die dafür verwendete Stromquelle einen Innenwiderstand hat. der klein ist gegenüber dem elektrischen Widerstand der Goldschicht zwischen den Erwärmungselektroden. Vorzugsweise wird dabei eine Stromquelle verwendet, deren innenwiderstand mindestens fünfmal, vorzugsweise zehn- oder zwanzigmal kleiner is' als der Widerstand der Goldschicht zwischen den Erwärmungselpktroden.

Die Anwendung der Widerstandserwärmung zum Zwecke des Verbindens von Metallteilen mit Halbleiterelementen ist an sich bekannt. In einem Fall wird z. B. Metallstreifen, auf dem ein Halbleiterelement unter Druck aufgelötet werden soll, auf einen durch Widerstandserwärmung erhitzten Heizbügel aufgelegt (DL-PS 63 579). In einem anderen Fall wird ein Anschlußdraht an die auf einem Halbleiterelement angebrachte Goldschicht dadurch befestigt, daß der Anschlußdraht mittels zweier Erwärmungselektroden durch Widerstandserwärmung zum Schmelzen gebracht wird DT-AS 11 90 107). Auch das Auflegieren eines Halbleiterkristalls auf einer Goldschicht, die uuf einem gut wärmeleitenden Metallträger, z. B aus Kn var aufgebracht ist, durch Widerstandserwärmung ist bekannt (OE-PS 2 28 271). Hierbei werden an den Metallträger zwei Erv.'ärmungselektroden angelegt und dadurch die Goldschicht indirekt erhitzt. Das Problem der Zerstörung der Goldschicht bzw. der Halbleitei kristalle beim Auflegiervorgang besteht wegen des gut leitenden Metallträger bei dieser* bekannten Verfahren nicht. Auch die Größe des Innenwiderstandes der für die Widerstandserwärmung verwendeten Stromquelle spielt bei all diesen bekannten Verfahren keine KoIIe und auch das eingangs geschilderte Problem ist bei diesen bekannten Verfahren nicht gegeben.

Durch die Anwendung dieser ,in sich bekannten Widerstandse. wärmung der Goldschicht zum Auflegieren von Halbleiterkristallen auf einer höchstens 20 μηι dünnen und auf einem Träger aus Isoliermateria! aufgebrachten Goldschicht kann die Erhitzung der einzelnen Halbleiterkristalle über die Legierungstemperatur auf nur wenige Sekunden beschränkt werden und cm örtliches Erhitzen der Goldschicht nur in diesem Bereich zwischen den beispielsweise jeweils unmittelbar /u beiden Seiten des einzelnen aufzulegierenden Halbleiterkristalls angelegten Elektroden erreicht werden, ohne daß hierbei die anderen benachbarten auf der Goldschicht aufgelegten Halbleilcrkristalle gleichzeitig miterhitzt werden. Der Anschluß der Erwärmungselektroden an eine Stromquelle mit einem Innenwiderstand, der kleiner ist als der Widerstand der Goldschicht /wischen den Erwärmungselektroden, wird gleichzeitig eine automatische Temperaturregelung erreicht nie Stärke der Goldschicht, die beispielsweise nur 1 bis 20 μπι dick ist und im Vakuumbcdampfungs- oder Zerstäubungsverfahren, durch Siebdruck oder durch ein chemisches bzw. galvanisches Verfahren auf den Träger aus Isoliermaterial, beispielsweise aus Glas oder Keramik, aufgebracht ist. ist verteilt über die Fläche des Trägers nicht immer exakt gleichbleibend herstellbar. Auch die Leitfähigkeit dieser Goldschicht ist deshalb über die gesamte Oberfläche des Trägers unterschiedlich. Außerdem kann nicht damit gerechne; werden, daß die Übergangswiderstände der auf die Goldschicht aufgesetzten und mit der Stromquelle zur Widerstandserwärmung verbundenen Elektroden immer gleich sind. Bei einer Widerstandserwärmung aus einer relativ hochohmigen Stromquelle, wie sie bisher für solche Zwecke angeboten werden und üblich sind, würde dies zu Änderungen in der umgesetzten elektrischen Leistung und damit zu unterschiedlicher Erwärmung der Goldschicht führen. Es könnte bei einer bestimmten Einstellung der Stromquelle passieren, daß an

einer Steile der Goldschicht die nötige Temperatur zur Bildung des Eutektikums überhaupt nicht erreicht wird und bei der gleichen Einsteüung an einer anderen Stelle der Goldschicht die Temperatur des Eutektikums so v.-eit überschritten wird, daß der Halbleiterkristall beschädigt wird. Bei Silicium-Transisioren sollte z. B. eine Temperatur von 450°C auf keinen Fall auch nicht kurzzeitig überschritten werden. Germanium-Transistoren sind diesbezüglich noch empfindlicher. Durch die erfindungsgemäße Anwendung einer sehr nier>erohmigen Stromquelle wird erreicht, daß die umgesetzte elektrische Leistung abnimmt, sobald der elektrische Widerstand der zu erhitzenden Goldschicht zunimmt. Damit ist eine automalische Temperaturregelung möglich, die darauf zurückzuführen ist. daß sich bei Ausbildung des Eutektikums ein Teil der Goldschicht verbraucht. Die verbrauchte Goldmenge ist sogar relativ hoch, denn die in Frage kommenden Eutektika enthalten zwischen 86 lind 93% Gold. Da die Leitfähigkeit der Eutektika um Größenordnungen geringer ist als die des reinen Goldes, wirkt dieser Goldverbrauch bei der Bildung des Eutektikums erhöhend auf den elektrischen Widerstand der Goldschicht und es nimmt bei Erreichen der /um Legieren erforderlichen Temperatur die umgesetzte elektrische Leistung automatisch ab. je stärker die eutektische Temperatur anfänglich überschritten wird um so stärker setzt die Legierungsbildung ein und um so mehr wird die Leistung gedrosselt. Auf diese Weise entsteht eine wirksame Temperaturregelung, deren Kriterium die Bildung der angestrebten eutekiischen

S Legierungszone ist. Bei Anwendung des enindu.ngsgcmäßen Verfahrens ist es also nur notig, die Spannung der Stromquelle für die Widerstandserwärmung zwischen den auf die Goldschichi aufgesetzten Elektroden so einzustellen, daß die eutektische Temperatur mit Sicherheit überschritten wird. Diese Temperatur wird dann automatisch eingehalten und eine Erhitzung auf Temperaturwerte, bei denen eine Zerstörung der Kristalle zu befürchten ist, wird mit Sicherheit \ ermieden.
Wenn die Schwankungen der Goldschichtdicke /u groß sein sollten, um allein durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeregeli werden /u können, kann der die Goldschicht aufnehmende Träger auch auf eine Anfangstemperatur von beispielsweise 250" erwärmt werden, die /war nicht /ur Legierungsbildung ausreicht, die aber noch sicher über längere Zeit von den Halbleiterkristallen. ohne Schaden ausgehai^n wird. Durch die erfindungsgemäße Widerstandserwärmung braucht dann nur noch eine kleine Temperaturdifferen/ bis /um eutekiischen l'unki .!iifijebrdcht /.u werden und die Abweichungen von der gewimschlen l.ndtomperatur werden entsprechend geringer.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Auflegieren von Halbleiterkristallen auf einer auf einem Träger aus Isoliermaterial aufgebrachten höchstens 20 μΐη dicken Goldschicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Goldschicht durch elektrische Widerstandserwärmung erhitzt wird und daß die dafür verwendete Stromquelle einen Innenwiderstand hat, der klein ist gegenüber dem elektrischen Widerstand der Goldschicht zwischen den Erwärmungselektroden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stromquelle verwendet wird, deren Innenwiderstand mindestens fünfmal kleiner als der Widerstand der Goldschicht zwischen den Erwärmungselekiroden ist.