DE1117773B

DE1117773B - Verfahren zur Befestigung von elektrischen Leitungsanschluessen an Legierungselektroden in einkristallinen Halbleiterkoerpern

Info

Publication number: DE1117773B
Application number: DES59372A
Authority: DE
Inventors: Karl Schuster
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1958-08-08
Filing date: 1958-08-08
Publication date: 1961-11-23
Also published as: CH373471A; NL239159A

Description

Verfahren zur Befestigung von elektrischen Leitungsanschlüssen an Legierungselektroden in einkristallinen Halbleiterkörpern Die Hauptpatentanmeldung (deutsche Auslegeschrift 1042131) betrifft ein Verfahren zur Befestigung von elektrischen Leitungsanschlüssen an Legierungselektroden in einkristallinen Halbleiterkörpern, insbesondere aus Silizium, mit mindestens einem p-n-Dbergang und einer überwiegend goldhaltigen Elektrode. Bei diesem Verfahren werden elektrisch leitende Anschlußteile an der goldhaltigen Elektrode mittels eines zinnfreien Lotes mit einer Schmelztemperatur wesentlich über 150° C und unter 300° C, z. B. mittels einer Goldlegierung mit einer Schmelztemperatur unter 300° C, vorzugsweise einer Legierung von 7511/o Blei, 17'% Gold und 8 % Antimon, angelötet.
Bei der Herstellung von elektrischen Halbleiteranordnungen aus Silizium-Einkristallen, beispielsweise von Transistoren, wird die Siliziumscheibe mit einer Legierungsschicht aus antimonhaltigem Gold-Silizium auf einen ebenfalls scheibenförmigen Molybdänträger auflegiert. Dieser wird vorher vergoldet, z. B. durch Aufdampfen oder elektrolytisches Aufbringen einer dünnen Goldschicht, die durch anschließende Erhitzung auf etwa 900° C eingebrannt wird. Die freie Seite des vergoldeten Molybdänträgers wird später an eine metallene Unterlage, z. B. an das Metallgehäuse angelötet. Die Verlötung des Molybdänträgers am Metallgehäuse erfolgt bei Temperaturen unter 370° C. Das ist der Schmelzpunkt der Si-Au-Legierungsschicht, der nicht erreicht werden darf.
Bei nach diesem Verfahren hergestellten Leistungstransistoren mit einer ringförmigen Emitterfläche von etwa 8 mm2 hat sich nach Belastungsversuchen, bei denen der Transistor mehrmals mit einem Basisstrom von z. B. 50 bis 100 mA und mit einem Kollektorstrom von etwa 1 A bei einer zwischen Kollektor-und Basisanschluß gemessenen Kollektorspannung von 12 V betrieben und demgemäß mit einer Verlustleistung von etwa 12 W beansprucht wurde und dabei durch diese Verluste auf etwa 100° C erwärmt und dann durch Wegnahme des Basisstromes wieder abgekühlt worden war, teilweise eine erhebliche Verschlechterung der elektrischen Eigenschaften gezeigt. Die Ursache waren Kurzschlüsse der p-n-Übergänge, die auf Schmelzprozesse während der Belastungsversuche zurückzuführen waren. Diese Schmelzprozesse können mit einer Wärmestauung an der Trägerplatte erklärt werden. Als mögliche Ursache dieser Wärmestauung kann eine Lösung der Lötverbindung zwischen der vergoldeten Molybdänträgerplatte und dem ; Gehäuse bezeichnet werden, denn die Oberflächenvergoldung der Molybdänplatte war an der Lötstelle verschwunden. Auf diese Weise war die Lötverbindung gelöst, weil das normale Weichlot unmittelbar an dem Molybdän nicht haftet. Durch den so entstandenen Zwischenraum wurde während der Belastung der obenerwähnte Wärmestau verursacht.
Diese Schwierigkeiten können auf den Zinngehalt des Lotes zurückgeführt werden. Zur Behebung dieser Schwierigkeiten wird das Verfahren nach der Hauptpatentanmeldung erfindungsgemäß zum Anlöten einer aus Molybdän oder Wolfram bestehenden vergoldeten Trägerplatte einer elektrischen Halbleiteranordnung an einem Körper, der vorzugsweise ein Gehäuseteil sein kann, aus gut wärmeleitendem Metall, beispielsweise Kupfer oder Messing, angewandt.
In der Figur ist ein Beispiel für eine nach dem Verfahren nach der Erfindung hergestellte Halbleiteranordnung dargestellt. Eine p-leitende Siliziumscheibe 10 ist durch einen Legierungsprozeß, bei dem eine Legierungsschicht 11 aus antimonhaltigem Gold-Silizium und eine mit Antimon dotierte n -leitende Zone 10a aus rekristallisiertem Silizium entsteht, auf die Goldplattierung 12 des Molybdänträgers 13 auflegiert. Die Goldschicht 14 der freien Unterseite des Molybdänträgers wird mit zinnfreiem Lot 15 auf den als Kupferblock 16 ausgebildeten Gehäuseboden aufgelötet.
Unter der Voraussetzung, daß die SilMumscheibe 10 p-leitend ist, wird durch die Antimondotierung der Rekristallisationsschicht 10a ein p-n-Ubergang geschaffen. Ist dagegen die Siliziumscheibe n-leitend, so stellt die einlegierte antimonhaltige Goldelektrode 11 zusammen mit der vorgelagerten antimonhaltigen Rekristallisationsschicht 10 a eine sperrfreie Elektrode von rein ohmschem Charakter dar. In diesem Falle kann die Oberseite der Siliziumscheibe beispielsweise mit einer Aluminiumfolie oder borhaltigen Goldfolie im Sinne der p-Leitfähigkeit dotiert und auf diese Weise dort ein gleichrichtender p-n-Übergang geschaffen werden.
Es ist ferner auch möglich, bei der Verwendung einer n-leitenden Siliziumscheibe auf deren Unterseite eine Goldelektrode mit Borgehalt einzulegieren und dann diese Legierungselektrode mit der Goldauflage 12 der Trägerscheibe 13 zu verschmelzen. In diesem Falle befindet sich der p-n-Übergang zwischen der n-leitenden Siliziumscheibe und der mit Bor dotierten Rekristallisationsschicht. Erfolgt die Einlegierung der borhaltigen Goldelektrode bei einer p-leitenden Siliziumscheibe, so erhält man dadurch eine sperrfreie Elektrode.
Die vorstehenden Beispiele beziehen sich auf die Herstellung von Gleichrichtern. In entsprechender Weise können auch Transistoren hergestellt werden, indem sowohl auf der Unterseite als auch auf der Oberseite je ein p-n-Übergang durch Einlegierung eines in entgegengesetztem Sinne dotierenden Verunreinigungsstoffes mittels einer Goldfolie geschaffen wird. Durch nachträgliches Einlegieren einer vierten Schicht können auch p-n-p-n-Elemente bzw. n-p-n-p-Elemente hergestellt und zusammen mit dem Trägerkörper 13 auf der Unterlage 16 befestigt werden.

Claims

PATENTANSPRUCH: Verfahren zur Befestigung von elektrischen Leitungsanschlüssen an Legierungselektroden in einkristallinen Halbleiterkörpern, insbesondere aus Silizium, mit mindestens einem p-n-Übergang und einer überwiegend goldhaltigen Elektrode, wobei elektrisch leitende Anschlußteile an der goldhaltigen Elektrode mittels eines zinnfreien Lotes mit einer Schmelztemperatur wesentlich über 150 und unter 300° C, z. B. mittels einer Goldlegierung mit einer Schmelztemperatur unter 300° C, vorzugsweise einer Legierung von 75% Blei, 17% Gold und 8'% Antimon, angelötet werden, nach Patentanmeldung S 52113 VIII c/ 21 g angewandt, zum Anlöten einer aus Molybdän oder Wolfram bestehenden vergoldeten Trägerplatte einer elektrischen Halbleiteranordnung an einen Körper aus gut wärmeleitendem Metall. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1018 557; französische Patentschrift Nr. 1126 817.