DE1194063B

DE1194063B - Semiconductor arrangement with several concentric alloyed electrodes

Info

Publication number: DE1194063B
Application number: DES71343A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Joachim Dathe; Dipl-Phys Leo Grasser
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1960-11-21
Filing date: 1960-11-21
Publication date: 1965-06-03

Description

Halbleiteranordnung mit mehreren konzentrischen anlegierten Elektroden Legiert man in einen Halbleiterkörper Metallelektroden ein, so treten wegen der unterschiedlichen Wärmeausdehnung von Metall und Halbleiterkörper stets Schrumpfspannungen auf. Diese wirken sich so aus, daß bei geringem Ätzangriff am Halbleiterkörper in diesem Sprünge entstehen. Die Sprungneigung wird durch eine Temperaturlagerung noch stark vergrößert.Semiconductor arrangement with several concentric alloyed electrodes If metal electrodes are alloyed into a semiconductor body, the different thermal expansion of metal and semiconductor body always shrinkage stresses on. These have the effect that with a slight etching attack on the semiconductor body in this jump arise. The tendency to jump is increased by temperature storage greatly enlarged.

Wird vor dem Ätzangriff auf die Elektrode ein Material auflegiert, das in seiner Form der Elektrode angepaßt ist und vom Elektrodenmetall gut benetzt wird, so können diese Schrumpfspannungen weitgehend vermieden werden. Es ist aus bekannten Gründen, z. B. zum Erreichen einer genügenden Legierungstiefe, bei legierten Halbleiterbauelementen notwendig, relativ dicke Elektroden einzulegieren. Dadurch treten einmal starke Schrumpfspannungen und zum anderen erhebliche Bimetallwirkungen auf. Wird das spröde Elektrodenmaterial nach dem Legierungsvorgang teilweise abgetragen, so vermindern sich die Druck- und Zugspannungen sowie die induzierten Spannungen im Kristall erheblich. Dieses teilweise Abtragen kann durch nochmaliges Aufschmelzen der Elektroden bewirkt werden, wenn dabei auf die Elektroden ein der jeweiligen Elektrodenform angepaßtes Material, das vom Elektrodenmetall gut benetzt wird, aufgebracht wird. Wegen der wirksamen Grenzflächenspannung überzieht sich das aufgesetzte Material mit dem Elektrodenmetall und wird dadurch vomHalbleiterkörper weggezogen. Das aufgesetzte Material kann dabei auch noch einen oder mehrere Spalte aufweisen, in die das Elektrodenmaterial durch die Grenzflächenspannung hineingesaugt wird. Durch diese Maßnahme wird das Dickenverhältnis von Metallelektrode und Halbleiterkörper so beeinflußt, daß die im Inneren des Kristalls auftretenden Spannungen wesentlich verringert werden. Dadurch werden Kristallsprünge beim nachfolgenden Ätzvorgang oder bei der Temperaturlagerung weitgehend vermieden.If a material is alloyed on the electrode before the etching attack, the shape of which is adapted to the electrode and is well wetted by the electrode metal is, these shrinkage stresses can largely be avoided. It's over known reasons, e.g. B. to achieve a sufficient alloy depth, with alloyed Semiconductor components necessary to alloy relatively thick electrodes. Through this There are strong shrinkage stresses on the one hand and considerable bimetal effects on the other on. If the brittle electrode material is partially removed after the alloying process, this reduces the compressive and tensile stresses as well as the induced stresses in the crystal considerably. This partial removal can be done by melting again of the electrodes are effected when one of the respective Material adapted to the shape of the electrode, which is well wetted by the electrode metal, is applied will. Because of the effective interfacial tension, the applied material is coated with the electrode metal and is thereby pulled away from the semiconductor body. The attached Material can also have one or more gaps in which the electrode material is sucked in by the interfacial tension. This measure will make that Thickness ratio of metal electrode and semiconductor body so influenced that the Stresses occurring in the interior of the crystal are significantly reduced. Through this crystal cracks occur during the subsequent etching process or during temperature storage largely avoided.

Es wurde bereits eine Halbleiteranordung vorgeschlagen, bei der eine Legierungselektrode mit einem Anschlußteil versehen ist, wobei dieses Anschlußteil als Hohlzylinder ausgebildet ist, dessen Wandstärke an dem Ende vermindert ist, welches an der Legierungselektrode der Halbleiteranordnung befestigt ist und dieser Teil der Zylinderwand durch Schlitze in nachgiebige Zungen unterteilt ist.A semiconductor arrangement has already been proposed in which one Alloy electrode is provided with a connector, this connector is designed as a hollow cylinder, the wall thickness of which is reduced at the end, which is attached to the alloy electrode of the semiconductor device and this Part of the cylinder wall is divided into flexible tongues by slits.

Demgegenüber bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Halbleiteranordnung, die mehrere konzentrische, anlegierte Elektroden aufweist, von denen eine mit einem vom Elektrodenmetall gut benetzbaren Metallzylinder kontaktiert ist, an dessen beiden Seiten ein großer Teil des Elektrodenmetalls hochgezogen ist. Dabei ist es das Merkmal der Erfindung, daß die Halbleiteranordnung als Transistor ausgebildet ist, bei dem die Emitterelektrode die Basiselektrode ringförmig umschließt.In contrast, the present invention relates to a semiconductor arrangement, which has several concentric, alloyed electrodes, one of which with a is contacted by the electrode metal well wettable metal cylinder, on both of which Sides a large part of the electrode metal is pulled up. It is the characteristic the invention that the semiconductor device is designed as a transistor in which the emitter electrode surrounds the base electrode in a ring shape.

Da für die Höhe des Kollektorstroms und der Stromverstärkung im wesentlichen nur die am Rand liegenden Teile der Emitterfläche maßgebend sind, ist bei der gemäß der Erfindung vorgeschlagenen Anordnung die effektive Emitter$äche besonders groß. Außerdem ist es noch ein wesentlicher Vorteil, daß eine getrennte Behandlung des Emitter-Basis-und des Kollektor-Basis-übergangs möglich ist. Auf diese Weise können an beiden übergängen durch Aufbringen verschiedenartiger überzüge voneinander verschiedene Oberflächenzustände eingestellt werden.As for the amount of the collector current and the current gain essentially only those parts of the emitter surface lying at the edge are decisive is in accordance with the arrangement proposed in the invention, the effective emitter area is particularly large. In addition, it is still a major advantage that a separate treatment of the Emitter-base and the collector-base transition is possible. That way you can different from one another at both transitions by applying different types of coatings Surface conditions can be set.

Eine nähere Erläuterung der Erfindung wird im folgenden an Hand eines besonders günstigen Ausführungsbeispiels gegeben.A more detailed explanation of the invention is given below with reference to a given particularly favorable embodiment.

In F i g. 1 ist ein mit legierten Elektroden versehener npn-Flächentransistor dargestellt, bei dem die Basiselektrode 4 z. B. aus Aluminium besteht und plättchenförmig ausgebildet ist, während die Emitterelektrode 5 aus Gold besteht und ringförmig sowie konzentrisch zur Basiselektrode 4 in den Halbleiterkörper 1 einlegiert ist. Der Kollektoranschluß ist mit 2 bezeichnet. Auf dem Emitterring 5 wird ein Zylinder 3 aufgesetzt, der aus einem Material besteht, das vom Elektrodenmetall gut benetzt wird, in vorliegendem Ausführungsbeispiel aus Silber. Bei der Herstellung wird die ganze Anordnung im Vakuum auf etwa 450° C erhitzt. Dabei wird der Emitterring flüssig und ein großer Teil des Elektrodenmaterials auf beiden Seiten des Zylinders emporgezogen. Damit wird die Emitterdicke auf einen Bruchteil der ursprünglichen Dicke reduziert, ohne daß eine Änderung der Basisdicke stattfindet.In Fig. 1 is an npn junction transistor provided with alloyed electrodes shown, in which the base electrode 4 z. B. consists of aluminum and plate-shaped is formed while the emitter electrode 5 is made of gold and is annular and is alloyed into the semiconductor body 1 concentrically to the base electrode 4. The collector connection is labeled 2. A cylinder is placed on the emitter ring 5 3 placed, which consists of a material that is well wetted by the electrode metal is, in the present embodiment made of silver. During production, the The entire arrangement is heated to around 450 ° C in a vacuum. The emitter ring becomes liquid and pulled up much of the electrode material on either side of the cylinder. In order to the emitter thickness is reduced to a fraction of the original thickness without that a change in the base thickness takes place.

In F i g. 2 ist ein Teil der Zylinderwandung vor dem Aufschmelzen des Elektrodenmetalls 5 dargestellt.In Fig. 2 is part of the cylinder wall before melting of the electrode metal 5 is shown.

Aus der F i g. 3 ist zu ersehen, wie das Elektrodenmetall5 nach dem Aufschmelzen zu beiden Seiten der Zylinderwand emporgezogen worden ist.From FIG. 3 can be seen how the electrode metal5 after the Melting has been pulled up on both sides of the cylinder wall.

In F i g. 4 ist ebenfalls ein Teil der Zylinderwandung dargestellt, die gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung mit Bohrungen 8 und 9, vorzugsweise kapillarer Größe, versehen ist, in die das flüssige Elektrodenmetall 5 eindringen kann, was zu einer weiteren Reduzierung der Emitterdicke führt.In Fig. 4 a part of the cylinder wall is also shown, according to a further embodiment of the invention with bores 8 and 9, preferably capillary size, into which the liquid electrode metal 5 penetrate can, which leads to a further reduction in the emitter thickness.

Es wurde bereits darauf hingewiesen, daß bei der Halbleiteranordnung gemäß der Erfindung eine separate Abdeckung der pn-übergänge erfolgen kann, was zu einer günstigen Beeinflussung der Stromverstärkung und des Sperrverhaltens führt, da durch den Metallzylinder der Emitter-Basis-übergang vom Kollektor-Basis-übergang völlig getrennt ist und so beide pn-übergänge getrennt mit geeigneten Lacken oder ähnlichen Oberflächenschichten abgedeckt werden können, wodurch verschiedene Ionisationszustände der Oberfläche erreicht werden. Dadurch ist es möglich, die Oberflächenbeiträge zur Stromverstärkung am Emitter-Basis-übergang und die Oberflächenbeiträge zum Sperrstrom am Kollektor-Basis-übergang günstig zu beeinflussen. Durch den Metallzylinder wird eine großflächige Kontaktierung mit hoher mechanischer Stabilität erzielt. Durch Anbringen von Anschlußfahnen an dem Metallzylinder und eine großflächige Basiskontaktierung kann besonders für Leistungstransistoren eine Kontaktierung mit großem Leistungsquerschnitt hergestellt werden.It has already been pointed out that in the semiconductor device according to the invention a separate cover of the pn junctions can be done what leads to a favorable influence on the current gain and the blocking behavior, because the emitter-base transition from the collector-base transition through the metal cylinder is completely separate and so both pn junctions are separated with suitable lacquers or Similar surface layers can be covered, creating different ionization states the surface can be achieved. This makes it possible to use the surface contributions for current amplification at the emitter-base junction and the surface contributions to the reverse current can be favorably influenced at the collector-base transition. Through the metal cylinder is a large-area contact with high mechanical stability is achieved. By Attachment of connecting lugs to the metal cylinder and a large-area base contact For power transistors in particular, a contact with a large power cross-section can be used getting produced.

Claims

Claims: 1. Semiconductor arrangement with several concentric, Alloyed electrodes, one of which can be easily wetted by the electrode metal Metal cylinder is contacted, on both sides of which a large part of the electrode metal is pulled up, characterized by the training as a transistor, in which the Emitter electrode surrounds the base electrode in a ring.

2. Transistor according to claim 1, characterized in that the metal cylinder with gaps, preferably capillary Size, is provided.

3. Transistor according to claim 1 or 2, characterized in that that the cylinder is made of silver. References contemplated: United States Patent Specification No. 2 931 960; Swiss patent specification No. 341911. Older ones considered Patents: German Patent No. 1118 889.