DE2934299A1 - Verfahren zum verbinden eines kontaktteils aus hochschmelzendem metall mit einem halbleiterkoerper - Google Patents

Verfahren zum verbinden eines kontaktteils aus hochschmelzendem metall mit einem halbleiterkoerper

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DE2934299A1 DE19792934299 DE2934299A DE2934299A1 DE 2934299 A1 DE2934299 A1 DE 2934299A1 DE 19792934299 DE19792934299 DE 19792934299 DE 2934299 A DE2934299 A DE 2934299A DE 2934299 A1 DE2934299 A1 DE 2934299A1
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Description

DIPL-PHYS. F. ENDLICH «φμερ'νθ 22 8 1979 ki/ha
PATENTANWALT 5 293Λ299
TELEFON: MÖNCHEN 843638
PHONE:
CABLE ADDRESS- PATENDLICH MDNCHEN DIPL-PHYS. F. ENDLICH, POSTFACH. D-8034 Q E R M E.R I N Q TELEX: 521730 pate D
Anwaltsakte: G- 4625
Anmelderin: General Instrument Corporation, Clifton, New Jersey / USA
Verfahren zum Verbinden eines Kontaktteils aus hochschmelzendem Metall mit einem Halbleiterkörper
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden eines Kontaktteils mit einem Siliziumkörper, um dazwischen eine hochfeste Verbindung zu schaffen, und betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Halbleiteranordnungen.
Passivierte Halbleiteranordnungen, wie Gleichrichter, weisen im allgemeinen einen Halbleiterkörper auf, der im wesentlichen aus Silizium, einer Schicht eines Passivierungsmaterials, wie Glas oder Kunststoff, die um den Halbleiterkörper angeordnet sind, und mindestens einem Metallkontakt besteht, der von dem Halbleiterkörper durch die Passivierungsschicht hindurch als äußerer Kontakt nach außen vorsteht, um eine zugeordnete Schaltung anzuschließen. In derartigen Anordnungen müssen die Metallkontakte hochschmelzend sein, damit die Wärmeausdehnungskoeffizienten des Halbleiterkörpers, der Passivierungsschicht und der Metallkontakte entsprechend angepaßt sind, um während einer zyklischen Erwärmung ein Brechen zu
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vermeiden.
Molybdän, Wolfram, Tantal und verschiedene andere spezielle Legierungen sind üblicherweise hochschmelzende Metalle, welche als hochschmelzende Metallkontakte verwendet werden können. Da jedoch derartige Metalle sehr teuer und sowohl bezüglich der Wärme als auch des elektrischen Stroms verhältnismäßig schlechte Leiter sind, werden Kontakte aus hochschmelzendem Metall im allgemeinen mit herkömmlichen leitenden Metallen, wie Kupfer, Silber und verschiedenen Speziallegierungen, unmittelbar über der Passivierungsschicht verbunden, um eine Zuleitung zum Anschluß einer äußeren Schaltungsanordnung zu schaffen. Ein bevorzugtes Verfahren zum Herstellen dieses Anschlusses ist im einzelnen in der US-PS 3 930 306 beschrieben.
Jedoch muß auch das andere Ende jedes der Kontaktteile aus hochschmelzendem Metall mit dem Halbleiterkörper verbunden werden. Wegen der Kenndaten der Materialien ist es jedoch mit Hilfe bekannter Verfahren nicht möglich, das Kontaktteil aus hochschmelzendem Metall unmittelbar mit dem Siliziumkörper zu verbinden und eine Verbindung mit erforderlichen Leitfähigkeits- und Festigkeitseigenschaften zu erhalten. Infolgedessen wird eine Metallschicht in Form eines Überzugs auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers als Bindemittel bei einem warmfesten Hartlötverfahren verwendet, um die Verbindung zu schaffen.
Die Oberfläche des Halbleiterkörpers wird durch Aufdampfen mit einer verhältnismäßig dünnen Aluminiumschicht beschichtet. Dies muß jedoch in einer inerten Atmosphäre stattfinden, da die aufgedampfte Aluminiumschicht praktisch frei von Verunreinigungen sein muß, um eine annehmbare Verbindung zu schaffen. Infolgedessen muß bei diesem Verfahren eine teuere Verdampfungseinrichtung verwendet werden, und bei der Durchführung des Verfahrens muß gewährleistet sein, daß die aufgedampfte
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Aluminiumschicht praktisch frei von Verunreinigungen ist. Darüber hinaus müssen alle nachfolgenden Schritte bei dem Herstellungsverfahren, bei welchem die Anordnung auf hohe Temperaturen erhöht werden muß (beispielsweise zum Hartlöten der Metall-Leitungen an die hochschmelzenden Kontaktteile) in einer inerten Atmosphäre durchgeführt werden, um das Aluminium zu schützen.
Ferner werden aufgrund der Verwendung einer Aluminiumzwischenschicht als Bindemittel die elektrischen Kenndaten der sich ergebenden Halbleiteranordnung stark herabgesetzt. Der Halbleiterkörper hat die Form eines Siliziumscheibchens, das durch Diffusion oder durch andere bekannte Dotierungsverfahren dotiert worden ist, um η-leitende Schichten herzustellen, um dadurch pn-übergänge mit den erforderlichen Tiefen in dem Halbleiterkörper zu schaffen. Die vorhandene Aluminiumschicht wirkt während der folgenden hochwarmfesten Hartlötungen als eine Gegendotierung, da das Aluminium als Quelle für p-Verunreinigungen wirkt. Die p-Verunreinigungen von dem Aluminium diffundieren in die η-leitenden Schichten des Siliziums, wenn die Anordnung auf die erhöhten, zum Hartlöten erforderlichen Temperaturen erwärmt wird. Das Diffundieren von Aluminium bei den Hartlöttemperaturen kann zu Aluminiumnadeln im Bereich des pn-übergangs oder zu einer starken Gegendotierung in dem η-dotierten Bereich führen. Durch jeden dieser beiden Zustände werden die elektrischen Kenndaten der sich ergebenden Halbleitereinrichtung erheblich herabgesetzt.
Um die nachteiligen Einflüsse aufgrund der Verwendung einer Aluminiumzwischenschicht zu vermeiden, sind andere Kontaktmetalle als Aluminium, wie beispielsweise silberplattiertes Wolfram oder rodiumplattiertes Molybdän verwendet worden. Bei derartigen Verfahren sind jedoch die entsprechenden Stückkosten infolge der verwendeten Materialien sehr hoch, und es müssen sehr teuere Verfahren angewendet werden, um zu verhindern, daß mit Silber kontaktierte Metalle in den diffundier-
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ten Siliziumkörper während der hochwarmfesten Verarbeitungsoperationen eindringen.
Die Erfindung soll daher ein Verfahren zum Verbinden eines Kontaktteils mit einem Siliziumkörper schaffen, bei welchem die elektrischen Kenndaten der sich ergebenden Einrichtung nicht verschlechtert werden, und bei welchem die sich ergebende Verbindung eine verhältnismäßig hohe Festigkeit aufweist. Darüber hinaus soll gemäß der Erfindung ein Verfahren zum Verbinden eines Kontaktteils mit einem Halbleiterkörper geschaffen werden, das keine Verdampfungsverfahren oder die entsprechende Einrichtung erfordert, und bei welchem die Zwischenschichtlegierung mit den sie umgebenden Materialien verträglich ist und in der Herstellung und der Verwendung preiswert ist. Ferner soll ein Verfahren zum Verbinden eines Kontaktteils mit einem Halbleiterkörper geschaffen werden, bei welchem der gesamte Herstellungsvorgang in einem einzigen Zonen- bzw. Diffusionsofen stattfindet, so daß eine wesentlich preiswertere Einrichtung als bei dem bekannten Verfahren erforderlich ist.
Gemäß der Erfindung wird bei einem Verfahren zum Verbinden eines Kontaktteils aus hochschmelzendem Metall mit einem Halbleiterkörper eine Schicht aus einer Silber-Germanium-Legierung zwischen den Oberflächen des Kontaktteils und des Halbleiterkörpers angeordnet. Diese Anordnung wird dann erwärmt, bis die Legierung in den zähflüssigen Zustand übergeht. Danach wird die Anordnung schnell abgeschreckt, damit die Legierung erstarrt, um dadurch die Verbindung zu schaffen.
Die Legierung setzt sich aus 85 bis 99 Gewichtsprozent Silber und 15 bis 1 Gewichtsprozent Germanium, und vorzugsweise aus annähernd 95 Gewichtsprozent Silber und 5 Gewichtsprozent Germanium zusammen. Die Anordnung wird auf eine Temperatur im Bereich zwischen 7500C und 9100C und vorzugsweise auf etwa 8350C erwärmt. Die Erwärmung wird ziemlich schnell durchge-
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führt, vorzugsweise in einem Zeitraum von etwa 2,5min. Das Abschrecken wird durchgeführt, bevor die Legierung in den zähflüssigen bzw. fließfähigen Zustand übergeht. Zur Erleichterung der Handhabung ist die Legierungsschicht vorzugsweise als ein Formling ausgebildet.
Es sind zwei Kontakte aus hochschmelzendem Metall vorgesehen, von welchen jeder mit einer anderen Endfläche des Halbleiterkörpers verbunden wird. Zuleitungen werden dann am äußeren Ende jedes der Kontaktteile aus hochschmelzendem Metall durch Anlöten, Stumpfschweißen oder vorzugsweise mit Hilfe einer Hartlötlegierung aus Kupfer, Silber und Phosphor angebracht. Danach wird eine Passivierungsschicht aus einer Glasmasse oder einem anderen entsprechenden Material um die Anordnung herum aufgebracht. Die passivierte Anordnung kann dann in Kunststoff oder ein anderes entsprechendes Material eingekapselt und vergossen werden, wie beispielsweise in der US-PS 3 996 602 beschrieben ist.
Gemäß der Erfindung ist somit ein Formling einer Silber-Germanium-Legierung zwischen der Oberfläche eines Kontaktteils aus hochschmelzendem Metall und der Oberfläche eines Halbleiterkörpers angeordnet. Die Teile werden dadurch zusammengehalten, daß die Anordnung erhitzt wird, bis die Legierung in den zähflüssigen Zustand übergeht. Danach wird die Anordnung schnell abgeschreckt, damit die Legierung erstarrt und dadurch eine hochfeste Verbindung geschaffen wird.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert, in welchen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Es zeigen:
Fig.1 einen Teil einer in Einzelteile auf
gelösten perspektivischen Darstellung einer herkömmlichen Halbleiteranordnung ;
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ΊΟ
Fig.2 einen Teil einer Draufsicht auf die
Anordnung der Fig.1;
Fig.3 eine Draufsicht auf den mit Glas
passivierten Gleichrichter, der aus der Anordnung der Fig.2 geschaffen ist;
Fig.4 eine in Einzelteile aufgelöste
Draufsicht auf eine Halbleiteranordnung, wobei der erste Verfahrensschritt der Erfindung dargestellt ist;
Fig.5 in Draufsicht einen Teil der Anord
nung der Fig.4, nachdem die Metallkontakte mit dem Halbleiterkörper verbunden worden sind;
Fig.6 einen Teil einer in Einzelteile auf
gelösten Draufsicht einer Halbleiteranordnung, wobei der zweite Verfahrensschritt der Erfindung gezeigt ist;
Fig.7 in Draufsicht einen Teil der Anord
nung der Fig.6, nachdem die Zuleitungen mit den Kontaktteilen verbunden worden sind; und
Fig.8 in Draufsicht einen Teil eines mit
Glas passivierten Gleichrichters, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren geschaffen ist.
In Fig.1 bis 3 ist dargestellt, wie eine Halbleitereinrich-
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tung 10, beispielsweise ein mit Glas passivierter Gleichrichter nach herkömmlichen Verfahren geschaffen wird. Die einzelnen Elemente der Anordnung 10 sind in der in Einzelteile auf-, gelösten Darstellung in Fig.1 wiedergegeben. Der Halbleiterkörper 12 weist ein diffundiertes Siliziumchip 14, und auf jeder Seite eine Schicht aus aufgedampftem Aluminium 16 auf, das für den Halbleiterkörper 12 eine Verbindungsschicht bildet. Der Halbleiterkörper 12 besteht im wesentlichen aus Silizium, das in herkömmlicher Weise dotiert worden ist, um so den erforderlichen pn-übergang zu schaffen. Um das Grundsätzliche der Erfindung deutlich darzustellen, ist der Halbleiterkörper 12 als ein Gleichrichter dargestellt, an dem nur zwei Zuleitungen anzubringen sind. Selbstverständlich kann jedoch die Erfindung auch bei vielen anderen Halbleiterarten angewendet werden, unabhängig davon, ob es in Form einer einzelnen, dünnen, scheibenförmigen Diode (wie dargestellt) oder als ein verhältnismäßig großer Stapel aus mehreren Chips gebildet ist, die nacheinander miteinander verbunden sind und mit Hilfe herkömmlicher Materialien hartverlötet sind, wobei jedes der verschiedenen Chips eine Anzahl von ihm vorstehender Leitungen aufweist. Die Aluminium-Verbindungsflächen können auf das Siliziumchip 14 durch Aufdampf- oder ähnliche Aufbringungsverfahren aufgebracht werden.
Ein Paar Kontaktteile 18 und 20 aus hochschmelzendem Metall. die im allgemeinen auch als "Slugs" oder "Rohlinge" bezeichnet werden, weisen an ihren gegenüberliegenden Enden Verbindungsflächen 22 bis 28 auf. Die Kontaktteile 18 und 20 sind aus hochschmelzenden Metallen gebildet, welche vorzugsweise aus Molybdän, Wolfram, Tantal und deren Legierungen zusammengesetzt sind. Derartige Legierungen werden entsprechend ihrer bekannten Ausdehnungskoeffizienten ausgewählt, um sicherzustellen, daß die Ausdehnungskoeffizienten des Hablleiterkörpers 12, der Kontaktteile 18 und 20 und irgendwelcher Materialien, die zum Passivieren des Halbleiterkörpers verwendet werden, verträglich sind.
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Zwei thermisch und elektrisch leitende, axial verlaufende Zuleitungen 30 und 32 werden mit den Oberflächen 24 und 28 der Metallkontakte 18 bzw. 20 verbunden. Die Zuleitungen 30 und 32 können mit den Kontaktteilen durch Anlöten oder Stumpfschweißen verbunden werden. Vorzugsweise werden jedoch die notwendigen Verbindungen durch Hartlöten mit Hilfe eines Legierungsformlings aus etwa 80 bis 89 Gewichtsprozent Kupfer, etwa 5 bis 15 Gewichtsprozent Silber und etwa 4 bis 6 Gewichtsprozent Phosphor gebildet, welcher im Handel als 80/15/5 Silberlot oder als hochwarmfeste Hartlötlegierung erhältlich ist, die von den Engelhard Industries, einer Gruppe der Engelhard Materials & Chemicals Corp, in Murryhill, New Jersey unter der Bezeichnung "SILVALOY 15" und von Handy & Harmon, Inc. unter der Bezeichnung "SILFOS" vertrieben wird. Die Hartlot-Legierungsformlinge 38 und 40 werden zwischen den Oberflächen 24, 34 bzw. 28, 36 angeordnet.
Die Kontaktteile 18 und 24 aus hochschmelzendem Metall werden mit dem Halbleiterkörper 12 dadurch verbunden, daß die Oberflächen 22 bzw. 26 gegenüber den Aluminiumflächen 16 auf jeder Seite des Aluminiumkörpers 12 angeordnet werden,und daß in herkömmlicher Weise die Aluminiumflächen 16 mit den Flächen 22 und 26 hart__verlötet werden, um eine hartgelötete Verbindung aus einem hochschmelzenden Metall, Aluminium und Silizium zu schaffen. Das Aluminium und das Silizium bilden ein "Hartkontakt"-Eutektikum mit einem Schmelzpunkt von etwa 575°C, das die Verbindung schafft. Aufgrund der Art der verwendeten Aluminium- und Siliziummaterilien ist es wesentlich, daß diese Verbindung durch Hartlöten in einer inerten Atmosphäre geschaffen wird, üblicherweise in einer kontrollierten Umgebung aus trockenem Stickstoff, Argon oder einem ähnlichen inerten Gas von einer Atmosphäre oder etwas höher durchgeführt wird.
Die Zuleitungen 30 und 32 werden mit den Kontaktteilen 18 bzw. 20 mit Hilfe von Hartlötlegierungsformlingen 38 bzw. 40 ver-
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bunden. Die Verbindungsflächen werden mit den Formungen in Kontakt gebracht, und dann für etwa 15min auf eine Temperatur von etwa 7000C erwärmt und dann für eine Zeitdauer (von im allgemeinen etwa 5min) auf dieser Temperatur gehalten, was ausreicht, um die Legierung zu schmelzen, und danach werden die geschmolzenen Legierungsformlinge abgekühlt und erstarren, wobei die Verbindungsflächen der entsprechenden Kontaktteile und der Zuleitungsteile in Kontakt miteinander stehen, so daß dadurch eine einheitliche Anordnung gebildet ist. Dieses Hartlöten kann unter atmosphärischen Bedingungen, d.h. in einer Reduktions-, inerten oder Oxidationsumgebung durchgeführt werden; jedoch muß sichergestellt sein, daß die nichtinerten Gase der Atmosphäre nicht mit der Aluminiums-Verbindungsflache 16 in Kontakt kommen, welche als Teil der Erwärmung der Hartlotlegierungsformlinge 38 und 40 unvermeidlich erwärmt werden. Der sich ergebende einheitliche Aufbau liegt dann so vor, wie in Fig.2 dargestellt ist.
Nach dem Hartlöten wird die freie Oberfläche des Halbleiterkörpers 1*4 vorzugsweise geätzt, um Verunreinigungen zu entfernen, und es wird ein Schicht aus einem Passivierungsmaterial 42 aufgebracht, um eine erneute Verunreinigung zu verhindern. Das Passivierungsmaterial 4 2 wird auf die freie, ungeschützte Oberfläche des Halbleiterkörpers 14 und auf einen Teil der Kontaktteile 18 und 20 zwischen den Endflächen 24 bzw. 28 aufgebracht, um dadurch die ungeschützte Einrichtung vor einer Verunreinigung zu schützen. Das Passivierungsmaterial 42 ist üblicherweise Glas, welches in einem Breischlamm fein vermählen worden ist, der mittels eines herkömmlichen Verfahrens auf die freie Oberfläche des Halbleiterkörpers 14 aufgebracht und schließlich auf eine Temperatur erwärmt worden ist, die ausreicht, um das Passivierungsmaterial 42 zu schmelzen. Der fertige, mit Glas passivierte Gleichrichter ist in Fig.3 dargestellt. In einigen Anwendungsfällen ist es jedoch vorteilhaft, den passivierten Gleichrichter mit einer Schicht aus nichtleitendem Kunststoff zu vergießen und einzu-
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kapseln. Diese Einkapselung steht jedoch frei und ist infolgedessen nicht dargestellt.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die sich dabei ergebende Halbleitereinrichtung sind in Fig.4 bis 8 dargestellt. Da die Teile der Halbleitereinrichtung/die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet und in Fig.4 bis 8 dargestellt sind, genau den Teilen der herkömmlichen,in Fig.1 bis 3 dargestellten Halbleitereinrichtung entsprechen, sind diese Teile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, welche jedoch mit einem Strichindex versehen worden sind, um anzuzeigen, daß es die Teile einer Einrichtung sind, die gemäß der Erfindung hergestellt worden ist.
In Fig.4 werden bei dem ersten Schritt zur Herstellung einer Halbleiteranordnung 10' nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Kontaktteile 18' und 20* aus hochschmelzendem Metall mit einem Halbleiterkörper 12* verbunden. Der Halbleiterkörper 12' ist ein herkömmlicher Siliziumchip, welcher dem oben beschriebenen Halbleiterkörper 12 entspricht, außer daß auf die Enden des Halbleiterkörpers 12' keine Aluminiumflächen 16 aufgedampft sind. Zum Verbinden der Fläche 22* des Kontaktteils 18' und der oberen Fläche des Halbleiterkörpers 12* und zum Verbinden der Fläche 26' des Kontaktteils 20' mit der unteren Fläche des Halbleiterkörpers 12' wird eine Schicht aus einer binären nichteutektischen Legierung verwendet, die vorzugsweise in Form von Formungen 44 bzw. 46 vorliegt.
Die Formlinge 44 und 46 sind aus einer Silber-Germanium-Legierung geformt, die sich auf 85 bis 99 Gewichtsprozent Silber und 15 bis 1 Gewichtsprozent Germanium/vorzugsweise aus etwa 95 Gewichtsprozent Silber und 5 Gewichtsprozent Germanium, zusammensetzt. Bei dem hochwarmfesten Hartlöten, das zum Verbinden der Kontaktteile 18' und 20" aus hochschmelzendem Metall mit dem Halbleiterkörper 12' angewendet wird, wird eine Seite des Formlings 44 gegenüber der Oberfläche 22' des Kontaktteils 18' und die andere Fläche gegenüber der oberen Flä-
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ehe des Siliziumkörpers 12* angeordnet. In ähnlicher Weise wird der Formling 46 gegenüber der Fläche 26* des Kontaktteils 20' und der unteren Fläche des Siliziumkörpers 12' an-, geordnet. Die Anordnung wird dann schnell erwärmt, und zwar im Verlauf von etwa 2,5min auf eine Temperatur im Bereich von 7500C bis 9100C und vorzugsweise auf eine Temperatur von etwa 835°C, bei welcher die Legierung in den zähflüssigen Zustand übergeht. Bevor jedoch die Legierung in den fließfähigen Zustand übergeht, wird die Anordnung schnell abgeschreckt, damit die Legierung erstarrt und die Verbindungen geschaffen sind. Nach dem ersten Schritt des Herstellungsverfahrens liegt die Anordnung so vor, wie in Fig.5 dargestellt ist.
Bei dem zweiten Verfahrensschritt wird die Anordnung mit thermisch und elektrisch leitenden Zuleitungen 30· und 32' verbunden, wie in Fig.6 dargestellt ist. Der zweite Schritt wird genauso durchgeführt, wie oben beschrieben. Die Verbindungen zwischen den Kontaktteilen 18' und 20* sowie den Zuleitungen 30' und 32" können entweder durch Löten, Stumpfschweißen oder vorzugsweise durch ein hochwarmfestes Hartlöten mit Hilfe von Formungen 38' und 40' durchgeführt werden, die sich aus Kupfer, Silber und Phosphor zusammensetzen. Die Materialien und die bei diesem Verfahren angewandten Techniken sind im einzelnen in der bereits oben erwähnten US-PS 3 930 306 beschrieben.
Im allgemeinen werden die Zuleitungsteile 30' und 32' mit den Oberflächen 24' und 28' der Kontaktteile 18' bzw. 20' dadurch verbunden, daß Formlinge 38" bzw. 40' dazwischen angeordnet und alle Flächen in Kontakt miteinander gebracht werden. Die Formlinge werden dann für etwa 15min mindestens auf ihren Benetzungspunkt von etwa 7050C erwärmt und für eine Zeitdauer, im allgemeinen etwa 5min, auf dieser Temperatur gehalten, die ausreicht, um die Legierung zu schmelzen, und danach wird die geschmolzene Legierung der Formlinge abgekühlt und erstarrt, wobei die Verbindungsflächen so in Kontakt miteinander stehen, daß eine einheitliche Anordnung geschaffen ist. Das Hartlöten
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kann unter atmosphärischen Bedingungen, d.h. in einer Reduktions- oder Oxidationsumgebung, durchgeführt werden. Da jedoch keine Verbindungsflächen aus Aluminium vorhanden sind, braucht nicht !sichergestellt zu werden, daß die nicht-inerten Gase der Atmosphäre während des Verfahrensablaufs nicht mit der Anordnung in Kontakt kommen. Die sich ergebende Anordnung ist in Fig.7 dargestellt.
Nach dem letzten Hartlötvorgang wird die freie, ungeschützte Oberfläche des Halbleiterkörpers 12", um Verunreinigungen zu entfernen, mit einer Lösung aus Salpeter- und Fluorwasserstoffsäure geätzt, und es wird eine Schicht aus einem Passivierungsmaterial 42' aufgebracht, um eine erneute Verunreinigung zu verhindern. Das Passivierungsmaterial 42' wird auf die freie, ungeschützte Oberfläche des Halbleiterkörpers 12' und einen Teil der Kontaktteile 18' und 20' aufgebracht, um die Halbleiteranordnung 12' vollständig einzukapseln und sie vor einer Verunreinigung zu schützen. Dies ist in Fig.8 dargestellt. Das Passivierungsmaterial 42* ist üblicherweise Glas, welches in einem Brei oder Schlamm feinvermählen worden ist, der mittels einer herkömmlichen Technik auf die freie, ungeschützte Fläche des Halbleiterkörpers 12' aufgebracht und schließlich auf eine Temperatur erwärmt wird, die ausreicht, um die Passivierungsmaterialien 42' zu schmelzen. Wahlweise kann, was jedoch nicht dargestellt ist, der passivierte Gleichrichter mit einer Schicht aus Kunststoff umgeben werden, wie in der oben angeführten US-PS 3 996 602 beschrieben ist.
Gemäß der Erfindung ist somit ein Verfahren geschaffen, um ein Kontaktteil aus hochschmelzendem Metall mit einem Halbleiterkörper zu verbinden, um dadurch einen passivierten Gleichrichter u.a. zu schaffen. Das Verfahren schließt hierbei die Physik der Kontaktadhäsion im Hinblick auf eine elastische Materialverformung bei hohen Temperaturen ein. Um eine Adhäsion zwischen den Molybdänteilen und dem plattierten Siliziumkörper zu erreichen, wird ein nicht-eutektischer Legierungs-
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formling aus Silber und Germanium zwischen jeder Oberfläche des Halbleiterkörpers und dem damit zu verbindenden Molybdänstück angeordnet. Die Anordnung wird schnell erwärmt, bis die Legierung in einen zähflüssigen Zustand übergeht, und wird danach schnell abgeschreckt, damit sie in diesem Zustand erstarrt. Die hohen Beanspruchungen bei diesem Verfahren führen zu einer plastischen Verformung der Kontaktmetalle und es kommt zu einer Adhäsion, wenn die Kontaktzone in den zähflüssigen Zustand übergeht und dann plötzlich abgeschreckt wird. Bei diesem Verfahren ergeben sich feste Verbindungen zwischen den Molybdänslugs und dem Siliziumkörper. Die anschließende hohe Temperatur im Bereich von 7000C zum Anbringen der Zuleitungen und zum Glasschmelzen beeinflußt die hartgelötete Verbindung nicht nachteilig.
Der mit Glas passivierte Gleichrichter, welcher das Endprodukt des vorbeschriebenen Verfahrens ist, weist eine höhere Belastbarkeit als herkömmliche mit Glas passivierte Aluminiumlegierungs-Gleichrichter auf und ist an die Energieaufnahme von teueren glaspassivierten Gleichrichtern angeglichen, die mit anderen Kontaktmetallen als Aluminium hergestellt sind.
Ende der Beschreibung
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Claims (20)

  1. Anwaltsakte: G-4625
    Anmelderin: General Instrument Corporation, Clifton, New Jersey / USA
    Patentansprüche
    O·) Verfahren zum Verbinden eines Kontaktteils aus hochschmelzendem Metall mit einem Halbleiterkörper, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schicht einer Silber-Germanium-Legierung (44, 46) zwischen den Oberflächen des Kontaktteils (181, 20') und des Halbleiterkörpers (121) angeordnet wird, daß die Anordnung erwärmt wird bis die Legierung (44, 46) in den zähflüssigen Zustand übergeht, und daß die Anordnung dann schnell abgeschreckt wird, damit die Legierung (44, 46) erstarrt.
  2. 2. Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung mit einem Halbleiterkörper mit ersten und zweiten Oberflächen, mit ersten und zweiten Kontaktteilen aus hochschmelzendem Metall, die jeweils eine erste und eine zweite Oberfläche aufweisen, und mit ersten und zweiten Leitungen, dadurch g ekenn zeichnet, daß eine erste Schicht einer Silber-Germanium-Legierung (44) zwischen der ersten Oberfläche des einen Kontaktteils (18') und der ersten Oberfläche des Halbleiterkörpers (12*) angeordnet wird, daß eine zweite Schicht einer Silber-Gc3rmanium-Legierung (46) zwischen der ersten Oberfläche des anderen Kontaktteils (201) und der zweiten
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    Oberfläche des Halbleiterkörpers (121) angeordnet wird, daß die Anordnung erwärmt wird, bis die Legierung (44, 46) in den zähfließenden Zustand übergeht, daß dann die Anordnung schnell abgeschreckt wird, damit die Legierung (44, 46) erstarrt, und daß dadurch die ersten und zweiten Zuleitungen (30', 32') mit der zweiten Oberfläche jedes der Kontaktteile (181, 20') verbunden werden.
  3. 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch g ekennzeichnet, daß die Legierung (44, 46) 85 bis 99 Gewichtsprozent Silber und 15 bis 1 Gewichtsprozent Germanium aufweist.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch g ekennzeichnet, daß die Legierung (44, 46) annähernd 95 Gewichtsprozent Silber und 5 Gewichtsprozent Germanium aufweist.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch g ekennzeichnet, daß die Legierung (44, 46) auf eine Temperatur über 7500C erwärmt wird.
  6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch g ekennzeichnet, daß die Legierung (44, 46) auf eine Temperatur unter 9100C erwärmt wird.
  7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch g ekennzeichnet, daß die Legierung (44, 46) auf eine Temperatur von etwa 8350C erwärmt wird.
  8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch g ekennzeichnet, daß die Erwärmung während einer Zeitdauer von etwa 2,5min stattfindet.
  9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch g ekennzeichnet, daß die Legierung (44, 46), bevor
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    sie in den fließfähigen Zustand übergeht, abgeschreckt wird.
  10. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierungsschicht (44, 46) ein Formling ist.
  11. 11. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung mit einer Passivierungsschicht beschichtet wird.
  12. 12. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiteranordnung ein Gleichrichter ist.
  13. 13. Halbleiteranordnung aus einem Siliziumkörper mit ersten und zweiten Oberflächen, ersten und zweiten Kontaktteilen aus hochschmelzendem Metall, die jeweils erste und zweite Oberflächen aufweisen und mit ersten und zweiten Zuleitungen, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Silber-Germanium-Legierungsschicht (44) zwischen der ersten Oberfläche des einen Kontakteils (181) und der ersten Oberfläche des Halbleiterkörpers (121) angeordnet ist, daß eine zweite Silber-Germanium-Legierungsschicht (46) zwischen der ersten Oberfläche des anderen Kontaktteils (20') und der zweiten Oberlfäche des Siliziumkörpers (121) angeordnet ist, und daß Einrichtungen (38', 40') zum Anschließen der Zuleitungen (30', 32') an die zweite Oberfläche jedes der Kontaktteile (181, 20') vorgesehen ist.
  14. 14. Halbleiteranordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Schichten (AA, 46) ein Formling ist.
  15. 15. Halbleiteranordnung nach Anspruch 13, dadurch g e kenn zeichnet, daß die Legierung (44, 46) 85 bis 99 Gewichtsprozent Silber und 15 bis 1 Gewichtsprozent Ger-
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    manium aufweist.
  16. 16. Halbleiteranordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung (44, 46) aus etwa 95 Gewichtsprozent Silber und 5 Gewichtsprozent Germanium besteht.
  17. 17. Halbleiteranordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung (44, 46) auf eine Temperatur über 7500C erwärmt wird.
  18. 18. Halbleiteranordnung nach Anspruch 13, dadurch g e kenn ze ichnet, daß die Legierung (44, 46) auf eine Temperatur unter 9100C erwärmt wird.
  19. 19. Halbleiteranordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Passivierungsschicht die Anordnung umgibt.
  20. 20. Halbleiteranordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Gleichrichter ist.
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DE19792934299 1978-09-22 1979-08-24 Verfahren zum verbinden eines kontaktteils aus hochschmelzendem metall mit einem halbleiterkoerper Ceased DE2934299A1 (de)

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