DE1163975B

DE1163975B - Verfahren zur Verbesserung der elektrischen Eigenschaften von Halbleiteranordnungen

Info

Publication number: DE1163975B
Application number: DEJ17558A
Authority: DE
Inventors: Rolland Roger Desire Je Echard
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1959-01-21
Filing date: 1960-01-20
Publication date: 1964-02-27
Also published as: DE1163975C2; CH364846A; FR1222719A; GB909804A; BE586693A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: HOIl

Deutsche KL: 21g-11/02

Nummer: 1163 975

Aktenzeichen: J17558 VIII c / 21 g

Anmeldetag: 20. Januar 1960

Auslegetag: 27. Februar 1964

Bei der Herstellung von Dioden oder Transistoren müssen Elektroden an ein Plättchen oder Stäbchen aus Halbleitermaterial angeschweißt oder in irgendeiner anderen Weise befestigt werden. Insbesondere bei Dioden, die nach dem Legierungsverfahren hergestellt werden, wird der Übergang im Halbleiter beim Anschweißen einer der Elektroden an das Halbleiterplättchen erzeugt. Wenn die Elektroden an dem Halbleiterplättchen befestigt sind, wird dieses gewöhnlich mit einem Lack oder einem ähnlichen Überzug versehen, um die Oberfläche gegen die Einwirkung von Fremdstoffen zu schützen, welche den Halbleiter verunreinigen können.

Die Dioden oder Transistoren werden dann in ein luftdichtes Gehäuse eingebaut, das beispielsweise mit einem inerten Gas gefüllt ist. Die Stoffe, die zum Schütze der Oberfläche dienen, müssen meist einer Wärmebehandlung unterworfen werden, durch die sie polymerisiert werden.

Es ist weiter bekannt, mit Kontakten versehene Halbleiterkörper mit mehreren Zonen unterschiedlichen Leistungstyps mit einem Überzug aus Polyäthylen oder Polyisobutylen zu versehen, dem Bleidioxyd, Zinkchromat oder Strontiumchromat zugesetzt ist. Dieser Überzug wird durch Tauchen auf den Halbleiterkörper aufgebracht.

Beispielsweise wird bei der Herstellung von Siliziumdioden der Übergang im Halbleiter mit einem Aluminiumdraht erzeugt, während die Elektrodenzuleitung zu dem Siliziumplättchen, welche den sperrfreien Kontakt bildet, durch Anschweißen eines Golddrahtes erhalten wird. Das Härten des Lackes bedingt eine etwa 2stündige Wärmebehandlung. Wenn die Oberfläche von Siliziumstäben auf diese Weise mit einem Schutzüberzug versehen wird, so läßt sich das Herstellungsverfahren infolge der Wärmebehandlung nicht zur Massenherstellung der Halbleiteranordnung auf automatischen Maschinen verwenden, deren natürlicher Zyklus sehr kurz ist und in der Größenordnung von beispielsweise einer Minute h'egt.

Man hat auch schon auf die Oberfläche einer Halbleiteranordnung Überzüge aufgebracht, die Sauerstoff abgeben, so daß die Oberfläche des Halbleitermaterials in ein Oxyd umgewandelt wird.

Eine Oxydschicht des Halbleitermaterials auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers einer Halbleitervorrichtung wurde auch schon in der Weise erzeugt, daß die Anordnung in einem Säurebad elektrolytisch behandelt wird. Bei diesen Verfahren zur Herstellung einer Oxydschicht auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers wird jedoch keine Wärmebehandlung vorgenommen.

Verfahren zur Verbesserung der elektrischen
Eigenschaften von Halbleiteranordnungen

Anmelder:

International Standard Electric Corporation,

New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Ciaessen, Patentanwalt,

Stuttgart W, Rotebühlstr. 70

Als Erfinder benannt:

Rolland Roger Desire Jean Echard, Paris

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 21. Januar 1959 (Nr. 784 591) --

Schließlich ist es bekannt, auf einem Halbleiterkörper durch Erhitzen in einer oxydierenden Atmö-Sphäre bei einer Temperatur zwischen 1100 und 1400° C eine Oxydschicht zu erzeugen. Bei diesem Verfahrensschritt hat der Halbleiterkörper jedoch weder sperrfreie noch gleichrichtende Kontakte. Anschließend wird ein Teil der erzeugten Oxydschicht entfernt, und in den Halbleiterkörper werden Störstoffe durch Eindiffusion aus der Gasphase eingebracht.

Im Gegensatz hierzu bezieht sieh die Erfindung auf ein Verfahren zur Verbesserung der elektrischen Eigenschaften von Halbleiteranordnungen mit einlegierten gleichrichtenden und nicht gleichrichtenden Kontakten mit verschiedenen Schmelzpunkten. Es soll hierbei gleichzeitig ein Schutzüberzug auf dem mit den Kontakten versehenen Halbleiterkörper durch Erhitzen in einer oxydierenden Atmosphäre erzeugt werden.

Gemäß der Erfindung wird die Temperatur beim Erhitzen kurzfristig bis über den Schmelzpunkt der sperrfreien Kontakte, jedech nicht über den Schmelz-

punkt der gleichrichtenden Kontakte erhöht.

Die Erfindung soll im einzelnen an Hand der Zeichnungen näher erläutert werden.

Fig. 1 zeigt einen schematischen Schnitt durch eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens

nach der Erfindung, mit der ein SiMziumplättchen für eine Diode oder einen Transistor mit einem Überzug versehen wird;

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F i g. 2 zeigt den Temperaturverlauf während der Wärmebehandlung, die zur Ausführung des Verfahrens gemäß der Erfindung erforderlich ist.

Die Erfindung soll an Hand der Herstellung einer Siliziumdiode beschrieben werden, deren gleichrichtender Übergang in der Weise erhalten wurde, daß ein Aluminiumdraht 1 in ein Siliziumplättchen einlegiert wurde, und zwar durch Anschweißen an das Siliziumplättchen 2. Bei diesem speziellen Beispiel besteht die zweite Diode>nzuleitung aus einem Golddraht 4, der an das Siliziumplättchen 2 auf derselben Seite wie der Aluminiumdraht angeschweißt ist. Der Golddraht bildet den sperrfreien Kontakt. Der Golddraht 4 und der Aluminiumdraht 1 sind ihrerseits an zwei Zuleitungsdrähte 3 und 5 angeschweißt, welche in ihrer gegenseitigen Lage durch ein VerbindungsglieH 6 gehalten werden, das beispielsweise aus Glas besteht. Nachdem die beiden Drähte 1 und 4 an das Plättchen 2 angeschweißt und an den von dem Verbindungsglied 6 getragenen Zuleitungsdrähten befestigt wurden, wird das Plättchen 2 an der Luft vor dem Einbauen der ganzen Anordnung in ein Gehäuse erhitzt, das bei diesem speziellen Beispiel allseitig an dem Verbindungsglied 6 angeschweißt wird. Bei diesem besonderen Beispiel wird die Wärmebehandlung mittels eines Heizwiderstandes 7 durchgeführt, der spiralförmig das Plättchen umgibt. Durch diesen Draht fließt ein entsprechender Strom. Es kann aber auch jede andere Art der Erhitzung verwendet werden, jedoch hat die genannte Erhitzungsart den Vorteil, daß sie leicht gesteuert werden kann, insbesondere, wenn die Behandlung durch eine automatische Maschine ausgeführt wird.

In F i g. 2 sind die einzelnen Stufen der Erwärmung und Abkühlung des Plättchens 2 dargestellt. Die Zeit ist auf der Abszisse aufgetragen, die Temperatur auf der Ordinate. 30 Sekunden lang wird ein so starker Strom durch die Spule 7 geschickt, daß das Plättchen 2 auf eine Temperatur von 420° C erhitzt wird (Teil C der Kurve), während in den darauffolgenden 20 Sekunden (Teil R der Kurve) die Erhitzung unterbrochen wird und das Plättchen 2 sich innerhalb des Heizwiderstandes, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist, abkühlt, so daß die Temperatur nach 20 Sekunden auf 35O⁰C gesunken ist. Die Diode wird dann aus der Heizspule herausgenommen und in weiteren Verfahrensschritten fertiggestellt, beispielsweise in ein Gehäuse eingebaut.

Im Falle der beschriebenen Diode wurde beobachtet, daß durch diese Behandlung, bei der eine Quarzschicht auf dem Siliziumstab gebildet wird, eine Verbesserung des Rückstromes der Diode eintritt. Es wurde weiter festgestellt, daß bei Dioden, die vor der Wärmebehandlung eine Sperrspannung von 10 V und einen Sperrstrom von 10~^e Ampere hatten, der Sperrstrom auf etwa 10~⁸ Ampere verringert wurde. Außerdem hat die Wärmebehandlung den Vorteil, daß der Durchlaßstrom verbessert wird. Dies beruht darauf, daß die eutektische Temperatur des Systems Gold—Silizium 370° C beträgt und eine teilweise Verflüssigung der Schweißverbindung Gold—Silizium stattfindet, so daß der Abstand zwischen der ohmschen Verschweißung und dem Übergang Aluminium—Silizium verringert wird.

Im allgemeinen muß die Temperatur, bei welcher das Halbleiterplättchen mit den angebrachten Elektroden in Luft behandelt wird, über 400° C liegen und unter der Schmelztemperatur des gleichrichtenden Überganges oder der Übergänge. In dem besonders beschriebenen Fall liegt die Temperatur, bei welcher die Wärmebehandlung durchgeführt wird, höher als die eutektische Temperatur des Systems Gold—Silizium (370° C) des sperrfreien Überganges, so daß eine Verbesserung des Stromes in Durchlaßrichtung erzielt wird.

Die Erfindung kann auch bei anderen Halbleiteranordnungen wie Transistoren angewendet werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Verbesserung der elektrischen Eigenschaften von Halbleiteranordnungen mit einlegierten gleichrichtenden und nicht gleichrichtenden Kontakten mit verschiedenen Schmelzpunkten, bei dem ein Schutzüberzug auf dem mit den Kontakten versehenen Halbleiterkörper durch Erhitzen in einer oxydierenden Atmosphäre erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur beim Erhitzen kurzfristig bis über den Schmelzpunkt der sperrfreien Kontakte, jedoch nicht über den Schmelzpunkt der gleichrichtenden Kontakte erhöht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 zur Verbesserung der elektrischen Eigenschaften von Halbleiteranordnungen, deren Halbleiterkörper aus Silizium mit mindestens einem in ein Siliziumplättchen einlegierten Aluminiumdraht besteht, der einen gleichrichtenden Kontakt bildet, und mit einem angeschweißten Golddraht, der einen sperrfreien Kontakt bildet, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleitervorrichtung in etwa 30 Sekunden auf etwa 420° C erhitzt und unmittelbar danach in etwa 20 Sekunden auf eine Temperatur von höchstens 230° C abgekühlt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1 037 016,
054178;
USA.-Patentschrift Nr. 2 816 850.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen