DE1191491B - Halbleiteranordnung mit einem im wesentlichen einkristallinen Halbleiterkoerper und mindestens einem pn-UEbergang und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

HOIl

Deutsche Kl.: 21g-11/02

Nummer: 1191491

Aktenzeichen: S 73260 VIII c/21 g

Anmeldetag: 30. März 1961

Auslegetag: 22. April 1965

Halbleiteranordnungen, wie Gleichrichter, Transistoren, Fotodioden, Vierschichtschaltdioden u. dgl., bestehen meistens aus einem einkristallinen Grundkörper aus Halbleitermaterial, wie z. B. Silizium, Germanium, oder einer intermetallischen Verbindung von Elementen der III. und V. bzw. II. und VI. Gruppe des Periodischen Systems, auf den Elektroden, z. B. durch Legieren, aufgebracht sind. Der Halbleiterkörper hat Zonen unterschiedlichen Leitfähigkeitstyps, die durch einen oder mehrere pn-Übergänge voneinander getrennt sind. Derartige Halbleiteranordnungen werden meistens gekapselt, wodurch Verunreinigungen von der Oberfläche des Halbleitermaterials, insbesondere von den Stellen, an denen ein pn-übergang zutage tritt, ferngehalten werden.

Es sind bereits in ein Gehäuse eingeschlossene Halbleiteranordnungen bekanntgeworden, deren Gehäuse mit stabilisierenden Substanzen gefüllt ist. Es handelt sich um Sulfide, Selenide usw. Es kann sich beispielsweise um eine Füllung mit Silikonfett handeln, dem ein Sulfid in einer Menge von etwa 5% beigemischt ist. Da Sulfide verhältnismäßig stabile Schwefelverbindungen darstellen, können mit ihrer Hilfe die mit der Erfindung erreichbaren Wirkungen nicht erzielt werden.

Weiter sind Füllungen für Halbleiterkapseln bekannt, welche aus plastischem Material, z. B. Silikongummi, bestehen, denen Füllstoffe zur besseren Wärmeleitung, wie z. B. Aluminiumoxyd oder Quarzmehl, zugesetzt sind.

Es ist weiterhin bereits auch ein Vorschlag bekanntgeworden, Halbleiteranordnungen mit einem niedrigschmelzenden Glas, welches Schwefel enthält, zu überziehen (vgl. den Aufsatz von S. S. Flaschen, A.David Pearson und I.L.Kalnins: »Improvement of Semiconductor Surfaces by Low Melting Glasses« in der Zeitschrift »Journal of Applied Physics«, Bd. 31 (1960), Nr. 2, S. 431 und 432). Derartige Gläser können als Ionen-Getter wirken. Die Glassorten werden bei 250 bis 350° C auf die Oberfläche des Halbleiterkörpers aufgeschmolzen und besitzen einen sehr hohen Schwefelgehalt.

Es zeigte sich, daß derartige Überzüge gewisse Nachteile aufweisen, welche durch den Überzug nach der Erfindung vermieden werden. Die Erfindung betrifft demgemäß eine Halbleiteranordnung mit einem im wesentlichen einkristallinen Halbleiterkörper und mindestens einem pn-übergang sowie einem die Stellen, an denen der pn-übergang an die Halbleiteroberfläche tritt, bedeckenden, Schwefel enthaltenden Überzug. Erfindungsgemäß besteht der Überzug im Halbleiteranordnung mit einem im wesentlichen einkristallinen Halbleiterkörper und mindestens
einem pn-übergang und Verfahren zu ihrer
Herstellung

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Als Erfinder benannt:

Dr. phil. nat. Norbert S'chink, Erlangen

wesentlichen aus Silikonen mit einem Gehalt an Schwefel zwischen 0,01 und 1 Gewichtsprozent in Form von elementarem Schwefel oder in Form von Schwefel abspaltenden organischen Verbindungen. Der Überzug kann beispielsweise aus Silikonkautschuk mit einem Gehalt von etwa 0,1 Gewichtsprozent elementarem Schwefel bestehen.

Die niedrigschmelzenden Gläser nach dem vorbekannten Vorschlag haben einen verhältnismäßig großen Schwefelgehalt. Zum Beispiel besteht ein derartiges Glas aus 24% Arsen, 67% Schwefel und 9% Jod. Auch das ternäre System Arsen, Schwefel, Thallium zeigt derartige Eigenschaften. Dieser hohe Schwefelgehalt wirkt nicht nur günstig auf die Eigenschaften des Halbleiterkörpers, sondern es zeigt sich auch, daß dieser Schwefelgehalt bei Legierungs- bzw. Lötvorgängen, die zur Fertigstellung eines beispielsweise mit Anschlüssen versehenen bzw. gekapselten Halbleiterbauelementes unumgänglich notwendig sind, schädlich ist. Beispielsweise bestehen Halbleiteranordnungen für höhere Leistungen aus einem Halbleiterkörper mit aufgebrachten Elektroden, welche in der Hauptsache aus dem Gold-Silizium- bzw. GoId-Germanium-Eutektikum bestehen. Stromzu- bzw. -abführungen zu diesen Elektroden bestehen meistens aus Silber bzw. einem anderen, mit Silber oder Gold überzogenen Metall, ζ. Β. Kupfer. Ein derart hoher Schwefelgehalt, wie ihn die bekannten niedrigschmelzenden Gläser aufweisen, behindert bzw. verhindert die Verbindung zwischen den aufgesetzten Anschlußteilen und den Elektroden durch Bildung stärkerer Sulfidhäute auf den Anschlußteilen. Zum Beispiel

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laufen aus Silber oder Kupfer bestehende bzw. versilberte Anschlußteile schwarz an.

Es zeigte sich, daß der geringe Schwefelgehalt gemäß der Erfindung einerseits für den angestrebten Zweck vollkommen ausreicht, andererseits aber nicht in dem Maße zu den beschriebenen schädlichen Wirkungen führt, daß diese wesentlich ins Gewicht fallen.

Ein weiterer Nachteil der beschriebenen niedrigschmelzenden Gläser ist ihr für Halbleiteranordnungen noch verhältnismäßig hoher Schmelzpunkt. Bei dem vorliegenden Überzug wird dieser Nachteil da durch überwunden, daß der Überzug im wesentlichen aus Silikonen, beispielsweise Silikonkautschuk, Silikonharz oder Silikonpaste, besteht, welche bei Raumtemperatur auf den Halbleiterkörper aufgebracht werden können und welche unausgehärtet verwendet werden können bzw. bei verhältnismäßig geringen Temperaturen ausgehärtet werden.

Man kann beispielsweise auf die Halbleiterober fläche einer derartigen Halbleiteranordnung eine Mischung aus Silikonkautschuk und etwa 0,1 Ge wichtsprozent elementarem Schwefel auftragen. Diese Mischung kann weiter bekannte anorganische Füllmittel, wie z. B. Glimmer, enthalten.

Es können auch Silikonharze oder Silikonpaste verwendet werden. Die Überzüge sollten elementaren Schwefel etwa zwischen 0,01 und 1 Gewichtsprozent enthalten bzw. Schwefel abspaltende organische Ver bindungen, wobei der Schwefelgehalt, bezogen auf das Silikon, ebenfalls etwa 0,01 bis 1 Gewichtsprozent, vorzugsweise 0,1 Gewichtsprozent betragen soll. Als derartige organische Schwefelverbindungen kön nen beispielsweise Mercaptane, Senföle, Thioacet- amid oder Thioapfelsäure verwendet werden. Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines derartigen Über- zuges besteht aus Silikonkautschuk, dem im geringen Maß mit Schwefel vulkanisierter Naturkautschuk beigefügt ist.

Der Silikonkautschuk bzw. die Silikonharze können durch eine Erwärmung auf etwa 150 bis 200° C von etwa 5 bis 60 Minuten Dauer ausgehärtet werden.

Die Schichtdicke derartiger Überzüge kann sehr gering gehalten werden, z. B. genügen Schichtdicken von 0,1 bis 1 mm. Es hat sich als ausreichend er wiesen, wenn lediglich die Stellen, an denen ein pn-übergang zutage tritt, mit einem derartigen Über zug versehen werden. Selbstverständlich kann aber auch an anderen Stellen der Halbleiteranordnung ein derartiger Überzug aufgebracht werden.

Derartige Überzüge können gegebenenfalls in der bekannten Weise als Ionen-Getter wirken.

Ihre Hauptwirkung ist aber darin zu sehen, daß Schwermetalle, beispielsweise Schwermetalldämpfe, welche bei Kontaktierungs- bzw. Legierungsvorgängen entstehen und für die Halbleiteranordnung sehr schädlich sind, durch den elementaren Schwefel in Sulfide verwandelt und hierdurch in dem Überzug gebunden werden. Es hat sich gezeigt, daß auch während des Betriebes von gekapselten Halbleiteranordnungen derartige Schwermetalle aus Teilen, die zur Stromzuführung bzw. Kapselung des Bauelementes dienen, austreten und auf die Halbleiteroberfläche gelangen können. Auch hiergegen bietet der aufgebrachte Überzug einen sicheren Schutz.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Halbleiteranordnung mit einem im wesentlichen einkristallinen Halbleiterkörper und mindestens einem pn-übergang sowie einem die Stellen, an denen der pn-übergang an die Halbleiteroberfläche tritt, bedeckenden, Schwefel enthaltenden Überzug,dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug im wesentlichen aus Silikonen mit einem Gehalt an Schwefel zwischen 0,01 und 1 Gewichtsprozent in Form von elementarem Schwefel oder in Form von Schwefel abspaltenden organischen Verbindungen besteht.

2. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug aus Silikonkautschuk mit einem Gehalt von etwa 0,1 Gewichtsprozent elementarem Schwefel besteht.

3. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug aus Silikonkautschuk mit einem Gehalt von etwa 0,1 Gewichtsprozent in Form einer organischen Schwefelverbindung besteht.

4. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Überzuges 0,1 bis 1 mm beträgt.

5. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der aus Silikonharz bestehende Überzug auf die Halbleiteroberfläche mindestens an den Stellen, an denen der pn-übergang zutage tritt, aufgetragen und durch eine Erwärmung auf etwa 200° C von etwa 5 bis 60 Minuten Dauer ausgehärtet wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschrift Nr. 1 235 837;
USA.-Patentschrift Nr. 2 857 560.