DE1110321B - Legierungsverfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung mit einem Siliziumkoerper - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

S60096Vmc/21g

ANMELDETAG: 30. SEPTEMBER 1958

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABEDER
AUSLEGESCHRIFT: 6. JULI 1961

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung mit einem scheibenförmigen Grundkörper aus Silizium mit mehreren Elektroden, von denen mindestens eine durch Einlegieren einer Goldfolie geschaffen wird, und mit einer Trägerplatte aus Molybdän. Erfindungsgemäß wird die Molybdänplatte mindestens auf einer Seite mit einer an sich bekannten Goldauflage versehen, deren Dicke nicht mehr als etwa ein Fünfzigstel bis ein Dreißigstel der Dicke der zur Legierung der Siliziumscheibe verwendeten Goldfolie beträgt, und die Goldelektrode der Siliziumscheibe und die vergoldete Seite der Molybdänplatte werden bei einer Temperatur zwischen 400 und 450° C zusammenlegiert.

Die Erfindung beruht auf folgenden Überlegungen: Es ist bekannt, eine Legierungselektrode mittels Einlegierens einer Dotierungsstoffi enthaltenden Goldfolie in den vorzugsweise einkristallinen, verhältnismäßig schwach dotierten Siliziumgrundkörper bei einer Temperatur von etwa 400° C herzustellen. Dabei wird ein Teil des Siliziumgrundkörpers gelöst und eine Gold-Silizium-Schmelze gebildet. Bei der Abkühlung wird durch Rekristallisation Silizium aus der Schmelze wieder ausgeschieden und lagert sich an das ursprünglich noch nicht gelöste Silizium, das dabei als Impfling wirkt, an. In das rekristallisierende Silizium werden Atome des Dotierungsstoffes mit eingebaut, so daß ein hochdotierter Bereich und gegebenenfalls beispielsweise bei einem p-leitenden Siliziumgrundkörper und einem η-Leitung erzeugenden Dotierungsstoff ein p-n-Übergang an der Grenzfläche zwischen dem unverändert gebliebenen Teil des Siliziumgrundkörpers und der rekristallisierten Siliziumschicht entsteht. Zur Wahrung einer möglichst großen Diffusionslänge im Halbleiter muß man nun danach trachten, bei dessen thermischer Weiterverarbeitung mit mögüchst niedrigen Temperaturen auszukommen. Es ist deshalb ohne weiteres nicht möglich, ein Molybdänblech, das in an sich bekannter Weise als Trägerplatte verwendet werden soll, mit der goldhaltigen Legierungselektrode zu verbinden, und zwar unter anderem schon aus dem Grunde, weil dazu eine verhältnismäßig hohe Temperatur von etwa 900° C erforderlich wäre. Diese Schwierigkeit wird dadurch umgangen, daß die Molybdänplatte zunächst für sich mit einer Goldauflage versehen und dann die so vorbereitete Molybdänplatte mit der goldhaltigen Elektrode des Siliziumelementes durch erneute Wärmebehandlung bei einer Temperatur von etwa 400 bis 450° C vereinigt wird, welche gerade ausreicht, das Eutektikum Gold-Silizium aufzuschmelzen. Es ist an sich bekannt, die Molybdänplatte zu vergolden, je-Legierungsverfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung mit einem Siliziumkörper

Anmelder: Siemens-Schuckertwerke Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen, Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dipl.-Phys. Reimer Emeis, Ebermannstadt (OFr.), ist als Erfinder genannt worden

doch besteht in Verbindung mit der Verwendung einer goldhaltigen Elektrode die Gefahr einer merkliehen Verlagerung der gegebenen Legierungsfronten, sobald die Dicke der Goldauflage der Molybdän-Trägerplatte ein bestimmtes Verhältnis zur Dicke der Dotierungsstoff enthaltenden Goldfolie überschreitet. Unter Umständen kann sogar die aus hochdotiertem Silizium bestehende Rekristallisationsschicht infolge des Goldüberschusses vollständig in der Schmelze wieder gelöst und darüber hinaus noch weiteres Silizium aus dem bisher unveränderten Basisbereich zur Legierungsbildung mit herangezogen werden. Auf diese Weise kann sogar der p-n-Übergang durch Goldüberschuß zerstört werden, wenn z. B. in geringem Abstand von ihm ein zweiter p-n-Übergang wie bei einem Transistor oder einem Vierschichtelement (p-n-p-n) im Siliziumkörper vorhanden war und der Goldüberschuß ausreicht, das Zwischengebiet zu durchstoßen. Ferner können von der vergoldeten Molybdänplatte her den Leitungstyp ändernde Verunreinigungen oder Molybdän in die Rekristallisationsschicht gelangen. Letzteres verhindert überhaupt die erneute Bildung einer Rekristallisationsschicht, da es mit Gold und Silizium eine Dreistofflegierung eingeht, welche ohne Wiederausscheidung von Silizium erstarrt.

Diese Schwierigkeiten werden dadurch beseitigt, daß die Dicke der Goldauflage der Molybdänplatte nicht mehr als ein Fünfzigstel bis ein Dreißigstel der Dicke der zur Legierung der Siliziumscheibe verwen-

109 620/349

deten Goldfolie beträgt. Damit ist es nach den vorhergehenden Ausführungen ungefährlich und deshalb zulässig, billigeres Gold von normaler technischer Reinheit als Auflage für die Molybdänplatte zu verwenden.

Zur besseren Haftung des Goldes können auf. die Molybdänplatte vor der Vergoldung zunächst eine Nickel- und dann eine Silberschicht, vorteilhaft galvanisch, aufgebracht und jeweils durch Einbrennen bei etwa 800° C in neutraler Atmosphäre, z. B. unter to Stickstoff, an das Molybdän gebunden werden. Auch die anschließende Vergoldung erfolgt am besten galvanisch. Dadurch wird der Goldüberzug mit der Silberschicht besonders innig verbunden. Bei der späteren Wärmebehandlung findet dann zunächst eine weitgehende Mischkristallbildung aus beiden Schichten statt, welche bereits bei etwa 200° C einsetzt und einen wesentlichen Beitrag zu der festen Verbindung mit der goldhaltigen Legierungselektrode des Siliziumelementes durch den nachfolgenden Schmelzvorgang, wie oben beschrieben, liefert. Im galvanischen Bad wird der Goldüberzug auf beiden Seiten des Molybdänbleches erzeugt, wenn nicht die eine Seite besonders abgedeckt wird. Der beiderseitige Goldüberzug hat den Vorteil, daß die dem Silizium abgewandte Seite des Molybdänbleches verhältnismäßig leicht, z. B. mittels Weichlötung, mit einem metallenen Träger- oder Kühlkörper, Stromzuführung od. dgl. verbunden werden kann. Ferner ist dadurch die Molybdänplatte gegen einen Ätzangriff von an sich bekannten Ätzmitteln, welche zwar Silizium, aber nicht Gold angreifen, beispielsweise eine Mischung von Flußsäure und Salpetersäure im Mischungsverhältnis 1:1, geschützt.

Eine andere Möglichkeit zur Erzielung einer guten Haftwirkung der Goldauflage besteht darin, den unmittelbar auf das Molybdänblech aufgebrachten Goldüberzug selbst einzubrennen, und zwar vorteilhaft bei etwa 900° C in ebenfalls neutraler Atmosphäre. Zur Erhöhung der Dichte des Goldüberzuges ist es zweckmäßig, ihn in mehreren Teilschichten auf das Molybdän aufzubringen und jeweils gesondert einzubrennen.

In der Figur ist als Ausführungsbeispiel eine nach der Erfindung herzustellende Halbleiteranordnung in einem Zwischenstadium veranschaulicht. Der p-leitende Basisbereich 10 eines vorgefertigten Siliziumelementes, z. B. eines Transistors, grenzt über eine Dotierungsstoff, z. B. Antimon, enthaltende Rekristallisationsschicht 12 an eine beispielsweise antimonhaltige Gold-Silizium-Legierungsschicht 13. Zwischen den Schichten 10 und 12 befindet sich ein p-n-Übergang 11. Die Schichten 12 und 13 bilden den Kollektor des Transistors.

Auf der Oberseite des Transistors befindet sich ein Emitter von ähnlicher Beschaffenheit wie der Kollektor, jedoch kleinerer Fläche. Er besteht aus einer Legierungsschicht 18 und einer vorgelagerten Rekristallisationsschicht 19, die mit einem zweiten p-n-Übergang an den Basisbereich 10 angrenzt. 21 ist ein ringförmiger Basiskontakt, der z. B. durch Einlegieren eines Goldringes mit Borzusatz hergestellt sein kann. Das beschriebene Halbleiterelement ruht auf einer vorbehandelten Molybdän-Trägerplatte 14, auf welche eine Nickelschicht IS, eine Silberschicht 16 und eine Goldschicht 17 in der oben beschriebenen Weise aufgebracht sind.

Das Halbleiterelement und die Trägerplatte werden miteinander verbunden, indem durch Erhitzung auf etwa 400 bis 450° C die Gold-Silizium-Schicht 13 mit der Goldschicht 17 zusammenlegiert wird.

Claims (5)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung mit einem scheibenförmigen Grundkörper aus Silizium mit mehreren Elektroden, von denen mindestens eine durch Einlegieren einer Goldfolie geschaffen wird, und mit einer Trägerplatte aus Molybdän, dadurch gekenn zeichnet, daß die Molybdänplatte mindestens auf einer Seite mit einer an sich bekannten Goldauflage versehen wird, deren Dicke nicht mehr als etwa ein Fünfzigstel bis ein Dreißigstel der Dicke der zur Legierung der Siliziumscheibe verwendeten Goldfolie beträgt, und daß die Goldelektrode der Siliziumscheibe und die vergoldete Seite der Molybdänplatte bei einer Temperatur zwischen 400 und 450° C zusammenlegiert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Goldüberzug direkt auf die Molybdänplatte aufgebracht und bei etwa 900° C eingebrannt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Molybdänplatte vor der Goldschicht zunächst eine Nickel- und eine Silberschicht aufgebracht werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Goldschicht auf die Molybdänplatte in Teilschichten aufgebracht wird, die einzeln eingebrannt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Molybdänplatte durch galvanische Vergoldung eine allseitige Goldauflage erhält.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1018 557;
französische Patentschrift Nr. 1153 475.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 109 620/349 6.61