DE1068385B

DE1068385B -

Info

Publication number: DE1068385B
Application number: DENDAT1068385D
Authority: DE
Priority date: 1957-07-01
Publication date: 1959-11-05
Also published as: CH362752A; NL218594A; GB894672A; US3015761A; BE569023A; FR1197494A; NL98359C

Description

DEUTSCHE S

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur TTersteIlung einer Halbleiteranordnung, z. B. Transistor oder Kristalldiode, mit einem Halbleiterkörper, an dem wenigstens ein Elektrodendraht mit einem Ende festgeschmolzen ist.

Es ist bekannt, einen Halbleiterkörper mit einem Ende eines an ihm angelegten Elektrodendrahtes aus Aluminium auf eine so hohe Temperatur zu erhitzen, daß beide an der Berührungsstelle zusammenschmelzen. Das Zusammenschmelzen stößt jedoch auf Schwierigkeiten, da das Aluminium, wenn es auf einem Halbleiterkörper aus Silicium aufgebracht werden soll, bis über seinen Schmelzpunkt hinaus erhitzt werden muß. Dies hat zur Folge, daß das Aluminium beim Verschmelzen zu einem Tropfen zusammenfließt und somit seine Drahtform verliert. In ungünstigen Fällen kann der schmelzende Drahtteil sogar von dem nicht schmelzenden Drahtteil abfallen. Der Draht ist zwar ständig von einer natürlichen Oxydschicht umgeben; diese Schicht ist jedoch sehr dünn und kann das Zusammenfließen nicht verhindern. Um den bestehenden Schwierigkeiten aus dem Wege zu gehen, werden Aluminiumelektroden als Scheiben oder Kügelchen auf dem Halbleiterkörper aufgeschmolzen. Scheiben- oder kügelchenartige Elektroden lassen sich jedoch schwer mit einem Zuleitungsdraht versehen, da das Anlöten der Zuleitungsdrähte wegen der Oxydschicht, die sich durch die Einwirkung des Luftsauerstoffs spontan bildet und das Aluminium somit ständig einschließt, praktisch unmöglich ist.

Es ist zwar auch bekannt, auf einem Halbleiterkörper eine Drahtelektrode anzuschweißen, deren Material wenigstens aus einer Legierung aus Platin oder Wolfram mit Aluminium besteht. An der Schweißstelle dringt dabei jedoch das Elektrodenmaterial in den Halbleiterkörper ein, wobei sich eine p-n-Übergangszone ausbildet, die im vorliegenden Fall unerwünscht ist.

Die Erfindung bezweckt, unter anderem ein Verfahren zu schaffen, mit dessen Hilfe das Zusammenschmelzen eines Aluminiumdrahtes mit einem halbleitenden Körper ohne Schwierigkeiten durchführbar ist und bei dem der Draht während des Aufschmelzens seine Form nicht verliert.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein IiIektrodendraht aus Aluminium oder mit wenigstens einem Mantelteil aus Aluminium hergestellt wird, daß der Elektrodendraht mit einer genetischen Aluminium-OxyclschiclU solcher Dicke versehen wird, daß das Schmelzen des Aluminiums möglich ist, ohne daß die Aluminium-Oxydschicht bricht, und daß dann dieser Elektrodendraht mit einem Ende auf den Halbleiterkörper aufgesetzt uYid festgeschmolzen wird.

Diese Schicht hat vorzugsweise eine zwischen 5 und

Verfahren zur Herstellung
einer Halbleiteranordnung

Anmelder:

N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken,
Eindhoven (Niederlande)

Vertreter: Dr. rer. nat. P. Roßbach, Patentanwalt,
Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Beanspruchte Priorität:
Niederlande vom 1. Juli 1957

Ludovicus Augustinus Lambertus Esseling,
Nijmegen (Niederlande),
ist als Erfinder genannt worden

40 μ liegende Dicke und ist somit viel dicker als die natürliche, immer auf Aluminium vorhandene Schicht, deren Stärke nur 0,1 bis 0,2 μ beträgt.

Eine Schicht hinreichender Dicke kann in einfacher Weise auf chemischem Wege oder durch anodische Oxydation erzielt werden. Katurgemäß kann man auch kurze Stücke von einem langen oxydierten Draht abschneiden und für das Verfahren gemäß der Erfindung verwenden.

Bemerkt wird, daß unter einer genetischen Aluminium-Oxydschicht eine Schicht verstanden wird, deren AIuminiumgehalt im wesentlichen aus dem ursprünglichen Draht herrührt. Unter einer Aluminium-Oxydschicht werden auch Schichten verstanden, die aus Oxydhydraten, wie der Verbindung Al₀ O₃ · H.,0, bestehen, und auch Oxydschichten, die durch Imprägnierung oder auf andere Weise, die im nachstehenden noch näher besprochen wird, verstärkt werden.

Im allgemeinen besteht der Draht gleichförmig aus Aluminium. Es ist aber möglich, einen Draht zu verwenden, dessen Mantelteil aus Aluminium und dessen Kern aus einem anderen Material besteht. Während des Schmelzens können der Mantel und der Kern zusammenfließen.

Der Kern kann z. B. aus einem halbleitenden Material, wie Germanium oder Silicium, bestehen. Dessen Vorhandensein im Elektrodenmaterial, in diesem Falle im Draht, kann in an sich bekannter Weise das Eindringen des Elektrodenmaterials in (den

909 647-322

halbleitenden Körper beschränken. Ein solcher Draht kann dadurch hergestellt werden, daß ein aus Aluminium bestehendes Rohr mit dem anderen Material gefüllt und darauf durch Hämmern oder Stiecken der Querschnitt des Ganzen verkleinert wird.

Die Erfindung wird an Hand einiger durch Figuren verdeutlichten Ausführungsbcispicle näher erläutert.

Fig. 1 zeigt auf schematiche Weise eine Diode in der Seitenansicht;

Fig. 2 zeigt eine Vorrichtung zum Aufschmelzen von Drähten auf halbleitende Körper;

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt eines halbleitenden Elektrodensystems nach der Erfindung.

Die in Fig. 1 dargestellte Diode besteht aus einer dünnen SiIiciumscheibe 1 der η-Art, auf der ein aus Aluminium bestehender Draht 2 in einem Ofen bei einer höheren Temperatur als der Schmelzpunkt des Aluminiums festgeschmolzen ist. Die Erhitzung erfolgt in einer reduzierenden Umgebung, z.B. in einem Gemisch von Stickstoff und Wasserstoff. Ein geringer Zusatz von Salzsäuregas erhöht die Haftung des Dralites am Körper. Der Draht ist mit einer genetischen Oxydschicht 3 versehen, die bewirkt, daß sich die Form des Drahtes während der Erhitzung praktisch nicht ändert und auch das Ausfließen des Aluminiums innerhalb bestimmter Grenzen beschränkt. An der Stelle, wo das Aluminium mit Silicium zusammenschmelzen muß, ist die verstärkte Oxydschicht naturgemäß nicht vorhanden. Die Stärke des Drahtes ist für die Erfindung nicht wesentlich und liegt in der Praxis gewöhnlich zwischen 100μ und wenigen Millimetern.

Der halbleitende Körper ist mit Hilfe von Zinn 4 auf einer Unterlage 5 befestigt.

Infolge des Vorhandenseins der Oxydschicht wird die Anwendung eines Fließmittels, wie Salzsäuregas, wesentlich vereinfacht, denn solche Fließmittel greifen meist auch das Aluminium chemisch sehr stark an, und diese Erscheinung wird durch das Vorhandensein der verstärkten Oxydschicht wesentlich unterdrückt.

Der Aluminiumdraht mit verstärkter Oxydschicht kann auf verschiedene, an sich bekannte Weise hergestellt werden, und zwar auf rein chemischem Wege oder durch anodische Oxydation. Letzteres Verfahren ergibt im allgemeinen stärkere Oxydschichten als ersteres und ist daher für stärkere Drähte vorzuziehen.

Von jedem dieser Verfahren wird nachstehend ein Beispiel gegeben.

50

Beispiel ΐ

Reiner Aluminiumdraht wird '/2 Minute in einem Bad, welches 15 g Xatriumhydroxyd auf IOOgWasser enthält, bei einer Temperatur von 20° C entfettet. Nach dem Spülen in Wasser werden etwaige Uberreste dieses Bades in einer Lösung von Salpetersäure mit einem spezifischen Gewicht von 1,25 bei Zimmertemperatur 1 Minute lang neutralisiert, worauf der Draht in Wasser gespült wird. Diese Entfettung ist bei sehr reinem Draht nicht notwendig.

Darauf wird der Draht 4 Minuten lang in ein Bad eingetaucht, welches

55 cm³ Phosphorsäure H₃PO₃, Dichte 1,7,
22 g ChromsaureCrO₃, 3,3 g saures Ammoniumfluorid NH₄HF₂,
2,2 g saures Diammoniumphosphat (NIi₄)
₂HP0₃,
' 1000 g Wasser

bei einer Temperatur von 50^c C enthält.

Der Draht wird darauf sorgfähig gespült und getrocknet. Die Stärke der Oxydschicht beträgt 3 bis 5 μ.

Beispiel TI

Aluminiunidraht, der auf die im Beispiel I beschriebene Weise entfettet wurde, wird bei 20° C einer anodischen Behandlung bei 60 V (Gleichspannung') 1 Stunde lang unterworfen. Das Bad enthielt 50 g Oxalsäure CJT₄H₂ ■ 2H₂O pro Liter. Die Stärke der erhaltenen Oxydschicht betrug etwa 40μ.

Verschiedene solcher rein chemischen oder elektrochemischen Verfahren sind bekannt, und es ist für die Erfindung nicht wesentlich, welches Verfahren angewendet wird, vorausgesetzt, daß die erzielte Schicht eine hinreichende Stärke besitzt und naturgemäß keine Bestandteile enthält, welche die Wirkung des Elektrodensystems beeinträchtigen.

Vom nach dem Beispiel I oder IT erzielten oxydierten Draht werden Stücke zur Länge von 15 mm abgeschnitten, die in einer aus Graphit bestehenden Schablone auf die aus Silicium bestehenden Körper gesetzt werden (s. Fig. 2).

Die Schablone, besteht aus zwei Teilenll und 12, die ineinanderpassen. Der Teil 12 liesitzt Aussparungen 13, welche die halbleitenden Körper fixiert halten, und Durchbohrungen 14, welche die Drahtstücke 10 gegenüber den Körpern zentrieren.

Nach der oben beschriebenen Erhitzung in einem Ofen haben die Drahtstücke ihre ursprüngliche Form beibehalten. Darauf werden die Elektrodensystemc in üblicher Weise nachgeätzt, z. B. mit Hilfe von Fluorwasserstoff, wobei die verstärkte Oxydschicht wieder den A⁷Orteil bietet, daß sie das Aluminium selbst vor chemischem Angriff schützt.

Bemerkt wird, daß die Drahtstücke 10 vorzugsweise vor dem Aufschmelzen durch Schleifen oder Feilen mit einem flachen Ende versehen werden.

Die Drahtstücke können durch Punktschweißen mit einem Stück Kupferdraht oder KupferkaTiel verbunden werden, welche durch Löten mit einem Anschlußorgan verbunden werden kann.

Bei diesem Punktschweißen wird naturgemäß die verstärkte Oxydschicht durchbrochen, was aber ungefährlich ist, da dies in einem Abstand vom halbleitenden Körper erfolgt.

Fig. 3 zeigt ein Beispiel einer solchen Ixm einer Diode in einer vakuumdichten Hülle angewendeten Bauart. Die Hülle besteht aus einem Boden 30 mit einem mit Schraubengewinde versehenen Zapfen 31 zur Befestigung und einer Kappe 32. In der Kappe befindet sich ein Glasdurchführungsisolator 33, der ein Metallröhrchen 34 enthält. Der aus Silicium bestehende Körper 1 ist auf dem Boden 30 festgelötet, während der Aluminiumdraht 10 bei 35 durch Punktschweißen mit einem Kupferdraht 36 verbunden ist. Nachdem dieser Draht durch das Röhrchen 34 hindurchgeführt ist, werden der Boden 30 und die Kappe 32 durch Flansche 37 und 38, z. B. durch Schweißung, aufeinander befestigt. Darauf wird die Hülle völlig geschlossen, indem der Kupferdraht 36 im Röhrchen 34 verlötet wird.

Wie oben bereits erwähnt wurde, ist es auch möglich, einen Draht zu verwenden, dessen Mantel aus Aluminium und dessen Kern aus einem anderen Material besteht. Letzteres kanu z. B. eine aktive Verunreinigung, wie einen Donator und/oder einen Akzeptor, enthalten bzw. aus einer solchen Verunreinigung bestehen oder lialbleitendcs ATaterial enthalten, insbesondere das Material, aus dem auch der

Claims

Körper besteht, auf dem der Draht festgeschmolzen wird. Patent λ n si· a och e:

1. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung, z. B. Transistor oder Kristalldiode, mit einem Halbleiterkörper, an dem wenigstens ein Elektrodendraht mit einem Ende festgeschmolzen ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Elektrodendraht aus Aluminium oder mit wenigstens einem Mantelteil aus Aluminium hergestellt wird, daß der Elektrodendraht mit einer genetischen Aluminium-Oxydschicht solcher Dicke versehen wird, daß das Schmelzen des Aluminiums möglich ist, ohne daß die Aluminium-Oxydschicht bricht, und daß dann dieser Elektrodendraht mit einem Ende auf den Halbleiterkörper aufgesetzt

und bei einer höheren Temperatur als der Schmelzpunkt des Aluminiums festgeschmolzen wird.

2. Verfahren nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Aluminium-Oxydschicht größer als 5/< gewählt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Aluminium-Oxydschicht kleiner als 40/« gewählt wird.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrodendraht aus einem Mantelteil aus Aluminium und einem Kern aus anderem Material, das wenigstens teilweise aus dem Halbleitermaterial des Halbleiterkörpers besteht, hergestellt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Belgische Patentschrift Nr. 533 564;
österreichische Patentschrift Nr. 177 475.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen