DE1303509B - - Google Patents

Description

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und an den Zuleitungen erforderlichen Temperaturen bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff nicht zerstört werden darf. Bei der bekannten Anfür die Verbindungsschicht bis zu 5 Gewichts- Ordnung wurde dieses Problem dadurch gelöst, daß prozent Bor, Aluminium, Gallium, Indium, Phos- die Verbindung zwischen dem Kristall und den Zuphor, Arsen oder Antimon als Legierungsbestand- 55 leitungen über eine Glasschicht hergestellt wird, teil enthält. welche durch eingeschmolzenes Silberpulver leitend

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 gemacht und zusammen mit dem Glasschutzmantel bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das die Ver- zwischen Halbleiterkristall und Zuleitungen angebindungsschicht bildende Metall bei einer Tempe- schmolzen wird. Die Verwendung von Glas in den ratur im Bereich zwischen 850 und 1050° C an 60 Verbindungsschichten zwischen Metall und Zuleitunden Kristall und an den Metallüberzug der Zu- gen hat gegenüber einem metallischen Lot jedoch leitung angeschmolzen wird. den Nachteil einer geringen thermischen Leitfähigkeit,

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 was die Ableitung der bei hohen Leistungen der Anbis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Glas des Ordnung entstehenden Wärme erschwert. Die in Form Schutzmantels bei einer Temperatur im Bereich 65 einer Paste auf den mit den übrigen Zwischenschichzwischen 650 und 800° C angeschmolzen wird. ten versehenen Kristall aufgetragene Silberglasschicht

und der Glasmantel werden in einem Verfahrensschritt gemeinsam geschmolzen und zur Verglasung

3 4

anbracht. Hierzu müssen die beiden Glassorten in stall und Zuleitungen »bhHnglg. ^Dlesf

⁸ "SS Erfindung Hegt die Aufgabe zugrunde, ein Kristall unterworfen ist, niahi dietongen Ob jr

Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung 5 schreiten, denen er stand falten Jjnn, ο nne ch»

der eingangs genannten Art anzugeben, mit dem die bildung oder andere Beschädigungen au treten, wo

fhem Se Leitfähigkeit der Zuleitungen und der ram und Molybdän sowte «nc 1Lyjung m t .9 .

vSdung zwischen den Zuleitungen und dem Nickel, 17»/o Kobalt und zum ^J^Ä™.

Sbc" er& gegenüber den bekannten Halb- spielsweise Metalle,,derer»^^,ÄSS,

Kranordnungen verbessert wird und zugleich eine _l0 koefflzient genügend gu demdeeSUraumeentepricni,

geS Abstimmung des Glases und der Verbindungs- um als Kern 14 der elektrischen Zangen ver

αϊ***¹¹* ^{ihrer Schmelzpunkte nicht er}" rs ä^mjäiä r s?

^f0De e Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch thermische A^dehnungscharaktensnk der des Sh-EBlöst, daß jede Zuleitung an ihrem am Kristall zu 15 ciums am nächsten kommt «"^d.^g_n ^s _h ^l°_be ^g _n ^U1Se K tigenden Ende mit einem dünnen Metallüberzug thermische μψ^^^^Ζ^ΖηΖ aus Platin, Palladium, Silber, Rhodium, Iridium, gute therm sehe Lw^SJgertta ™e ^eic . Ruthenium, Osmium oder Gold oder aus einer Le- wichtig, weil sie die AbIe₁Jung der ™e e gieiung dieser Metalle versehen wird und mit dem tert, wenn die Anordnung bei hohen Leistungen fjber/un über eine Verbindungsschicht aus Platin, 20 trieben wird. Schutz-

PaIlSL, Silber oder einer Legierung dieser Metalle Auf den ^ " *^^^S^ eS-

an den Kristall angeschmolzen wird oder, sofern der überzug 15 aus einem der eingangs^an Überzug selbst aus einem der für die Verbindungs- metalle aufgebracht. Mit ^°"^α™ nde\ weil

Glas bestehenden Schutzmantel einge- und dem ^K™^l _t ^a" "^' ^^e^_{it hei} hohen Tempe-

5S= tU* Ausgestaltungen des er.- , Ζ^

dungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den wichtig.den Knst*ll^g

^Uir S^gemaße Verfahren wird im folgen- ^De? Edelmetallüberzug 15i

den an Hand einiger in der Zeichnung dargestellter der ^^β^^^,^ΑΑ v

Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt 35 weise durch ^E1Jttoplattiemng augeD ^

F i g. 1 einen Querschnitt durch eine Flächendiode, weise werden die 8°,^β™⁸"^β°^_ο^_η^ über eine

d 3 j i Qrschnitt durch eine bis 2000° C oder höheren ^Τ^Ρ"^^η11

F i g. 1 einen Querschnitt durch eine Flächend, ,

Fig 2 und 3 je einen Querschnitt durch eine bis 2000° C oder höheren

Flächendiode in gegenüber F i g. 1 abgeänderter Aus- beträchtliche^^ ™ STdS alle Poren,

führungsform und vergrößerter Darstellung, bis etwa 1 Stunde) ges ⁿ^ "^m °

Flächendiode in gegenüber F i g. g ^^ STdS alle Poren,

führungsform und vergrößerter Darstellung, bis etwa 1 Stunde) ges ⁿ^' "^m °_{ren aufgebrach}ten

F _ig. 4 einen Querschnitt durch eme Transistor- ₄c die ^n ^m ^J^^^

Ft. 5 einen Querschnitt durch eine Transistor- Natürlich ka^,der ^^^f ₄^Α

triDd/mit Temperaturkompensationswiderstand, ΑΑ^^ΖηΐΐϊϊΑ kann der Überzug

Fig. 6 einen Querschnitt durch eine Photodiode. aufgebracht w er αsir.ζ. _Zer_Stäuben aufgebracht

Die⁸in Fig. 1 dargestellte Diode weist ein Halb- 45 durch Veri^pfcn^der Zerstauto a g _e

leiterkristallplättchen 10 von beispielsweise 0 05 mm jerfen. .In «n*g^ Fallzn kann£ ^ ^

Dicke und 1,5 mm Durchmesser auf, welches zwi- Redukt on des Mems aui Legierungsüber-

schen zwei elektrischen Zuleitungen 11 angebracht ^^¹^^^^^^ laß nachein-

i Sü bthdn Kristall 10 ™&*^ **££*£ i

schen zwei elektrischen Zulitg g ^^^^^^^^ laß nachein

ist. Dem aus reinem Süicium bestehenden Kristall 10 ™&*^ **££*£ Komponenten der Legierung sind sehr geringe, genau bemessene Mengen von Ver- ₅o andei überru^ der κ ρ ^ ^ ^ ^^

st-

Die mit dem Kristall 10 verbundenen elektrischen Zp^^^^SSSdS unteren Schicht Zuleitungen 11 weisen einen Kern 14 aus einem züge^ können ^ ™ ⁿ f^ted^ ^

Material auf, dessen thermischer Ausdehnungskoeffi- ^^e^ⁿ· „^™ώΓ2ΐ Beispielsweise kann zuerst

tatiiibereich, innerhalb dessen er erhitzt werden soll ^JKSk Länge des Kerns 14 kam. der Überzug der Festigkeit der Verbindung zwischen Kristall und '„»'"^ oberfläche angebracht wer-Zuleitunien sowie der geometrischen Form von kri- z. B. am aer g^«.

den. Wie F i g. 1 zeigt, kann der Kern aus Wolfram, dium und Legierungen dieser Metalle miteinander Molybdän od. dgl. auch durch Schweißen, wie bei oder mit Silber, welche normalerweise bei Tempe-17 gezeigt, mit dem Draht 16 aus Kupfer oder einem raturen oberhalb 1050° C schmelzen, an den Halbanderen Metall verbunden sein und die Oberfläche leiterkristall angeschmolzen werden, ohne daß sie des Kerns dann bis zu der Schweißnaht mit dem 5 über diese Temperatur von 1050° C hinaus erhitzt Überzug versehen sein. werden müssen. Das Verbindungsmetall einschließ-

Jede Zuleitung 11 ist mit einer Stirnfläche des lieh seines Silicium-Eutektikums soll jedoch nur bei

Kristalls 10 an einer vom Rand des p-n-Überganges Temperaturen oberhalb 700° C, vorzugsweise ober-

12 verhältnismäßig weit entfernten Stelle mittels der halb 800° C, schmelzen, damit es bei den Tempe-

Verbindungsschicht 18 verbunden, welche die Zulei- io raturen, auf die der aus Kristall und Zuführungen

tungen und den Kristall zu einer Einheit fest zu- bestehende Teil der Anordnung erhitzt werden muß,

sammengefügt. Außerdem ist der elektrische und um einen Glasmantel um ihn herum zu schmelzen,

thermische Widerstand dieser Verbindungsschicht selber nicht schmilzt.

klein, so daß sie den elektrischen Stromfluß vom und Soll als Verbindungsmetall eine Legierung ver-

zum Kristall nicht beeinträchtigt und sofortige Ab- 15 wendet werden, so können die Legierung und die

leitung der Wärme vom Kristall ermöglicht. Verbindung gleichzeitig hergestellt werden. Zum Bei-

Die bevorzugten Metalle für die Verbindungs- spiel kann eine aus einer Gold-Silber-Legierung beschicht 18 sind Silber und insbesondere eine aus stehende Verbindungsschicht dadurch hergestellt 5 bis 15 Gewichtsprozent Gold und zum Rest aus werden, daß ein Überzug aus Gold auf den Kern der Silber bestehende Legierung. Schmelztemperatur, 20 Zuleitung gebracht und dann die so überzogene Zuelektrische und thermische Leitfähigkeit, die Fähig- leitung in Berührung mit einer Schicht aus Silber, keit, Silicium zu benetzen, und die Widerstandsfähig- welche ihrerseits in Kontakt mit dem Kristall steht, keit gegen Oxydation und Korrosion lassen diese erhitzt wird. Gold und Silber schmelzen zusammen Metalle als besonders geeignet zum Verbinden der oder diffundieren ineinander, und das Silber schmilzt Zuleitungen mit dem Kristall erscheinen. 5 bis 15% 25 an den Kristall an, so daß eine Gold-Silber-Legie-GoId legiert mit Silber erhöhen den Widerstand des rungsverbindung zwischen der Zuleitung und dem Metalls gegen Ätzlösungsangriff beträchtlich; da Kristall entsteht. Andere Legierungsverbindungs-GoId keine intermetallische Verbindung mit Silicium schichten können in gleicher Weise hergestellt werbildet, führt es zu keiner zusätzlichen Härtung der den. Die Anteile der Komponenten der so hergestell-Verbindungsschicht. Platin und Palladium (in Mengen 30 ten Legierungen können näherungsweise durch Bevon 5 bis 25 Gewichtsprozent) in Legierung mit Silber messung der Dicke der einzelnen Schichten vor sind sogar noch wirksamer als Gold für die Erhöhung dem Erhitzen zur Bildung der Verbindung reguliert des Widerstands des Metalls gegen Ätzmittelangriff. werden.

Das Verbinden der Zuleitungen mit den Kristall- Im allgemeinen wird das Erhitzen des aus den Zustirnflächen geschieht durch Erhitzen des Verbin- 35 leitungen, dem Kristall und dem Verbindungsmetall dungsmetalls auf Schmelztemperatur, während es in bestehenden Teils der Anordnung auf die Verbin-Berührung sowohl mit den Zuleitungen als auch mit dungstemperatur in einer reduzierenden Atmosphäre dem Kristall ist. Beispielsweise kann eine dünne durchgeführt. Es kann jedoch auch im Vakuum oder Scheibe des Verbindungsmetalls unter Druck zwischen in einer neutralen Atmosphäre, wie z.B. der Atmoden Endflächen der Zuleitungen und den Kristall- 40 Sphäre eines Inertgases, z. B. Stickstoff. Argon, Hestirnfiächen. an welchen die Zuleitungen angebracht lium od. dgl., vorgenommen werden,
werden sollen, gehalten und dann diese Anordnung Wenn auch ausdrücklich erwähnt worden ist, daß so stark erhitzt "werden, daß das Verbindungsmetall das Metall für die Verbindungsschicht 18 in Form (ganz oder teilweise) schmilzt. Zu diesem Zweck wird einer dünnen Scheibe aufgebracht wurde, so ist es die Anordnung normalerweise auf eine Temperatur 45 doch selbstverständlich, daß es auch in anderen im Bereich von 900 bis 1050" C erhitzt. Tempera- Formen vorliegen kann. Beispielsweise kann das Meturen oberhalb 900° C werden zur Gewährleistung tall für die Verbindungsschicht in Form eines feinen der Bildung einer sicheren Verbindung zwischen Metallpulvers zwischen den Kristall und die Zulei-Kristall und Zuleitung bevorzugt; ein Erwärmen auf tungen gepreßt werden, oder es kann als Plattierung Temperaturen oberhalb 1050° C sollte dagegen ver- So oder elektrolytisch oder mittels anderer Verfahren aui mieden werden, damit keine Beeinträchtigung der die Enden der Zuleitungen oder auf die Stirnflächen elektrischen Eigenschaften des Kristalls eintritt. des Kristalls aufgebrachter Überzug vorliegen. Das

Reines Silber schmilzt bei 960° C, eine Legierung Metall kann auch in Form eines Knopfes auf das

aus 10% Gold und 90% Silber (eine bevorzugte Ende der Zuleitung aufgeschmolzen sein.

Verbindungslegierung) bei nur wenig höherer Tem- 55 Besteht der Überzug 15 auf dem Kern der Zulei-

peratur. Das Schmelzen dieser Verbindungsmetalle tung 14 aus einem der für die Verwendung als Ver·

in Kontakt mit dem Halbleiterkristall tritt jedoch bei bindungsmetall geeigneten Metalle, dann kann auch

wesentlich niedrigeren Temperaturen ein. Augen- dieser Überzug selber die doppelte Rolle einmal al«

scheinlich ist die Diffusion zwischen dem Silicium Überzug, zum anderen als Ausgangssubstanz für da;

oder Germanium und dem Verbindungsmetall ge- ⁶<> Verbindungsmetall, aus dem die Verbindungsschichi

nügend groß, daß eine Legierung gebildet wird, 18 gebildet ist, erfüllen.

welche bei einer Temperatur wesentlich unterhalb Es ist manchmal wünschenswert, dem Metall dei

des normalen Schmelzpunktes des Verbindungs- Verbindungsschicht ein Element dor III. odei

metalls selber schmilzt. Auf diese Weise wird eine V. Gruppe des Periodischen Systems der Elemente

Schmelzverbindung zwischen dem Kristall und den 65 zuzulegieren, welches als Akzeptor oder als Donatoi

Zuleitungen sogar bei Temperaturen unterhalb des für den Halbleiterkristall dienen kann. Elemente dei

tatsächlichen Schmelzpunktes des Verbindungsmetalls III. Gruppe, welche mit Erfolg verwendet werdet

herccKtcUt Infolgedessen können sogar Platin. Palla- können, sind Bor. Aluminium, Gallium und Indium

von den Elementen der V. Gruppe können mit Erfolg Phosphor, Arsen und Antimon verwendet werden. Die Zufügung irgendeines dieser Elemente zur Verbindungsschicht wird in Übereinstimmung mit den gewünschten elektrischen Eigenschaften der Anordnung bestimmt. Die Zusätze können den elektrischen Widerstand des Kristalls in der Flußrichtung erniedrigen, oder sie können in anderer Weise die elektrischen Eigenschaften des Kristalls selber oder der Grenzfläche zwischen dem Kristall und der Verbindungsschicht modifizieren. Falls irgendeines dieser Elemente der III. oder der V. Gruppe des Periodischen Systems der Elemente mit dem die Verbindungsschicht bildenden Metall legiert wird, so geschieht dies vorzugsweise in Konzentrationen im Bereich von 1 bis 5"/o des Gewichts der Verbindungsmetall-Legierung.

Sind die Zuleitungen 11 an den Halbleiterkristall angeschweißt, so besteht der nächste Schritt gewöhnlich darin, den frei liegenden seitlichen Rand 13 des Kristalls in an sich bekannter Weise einer Ätzbehandlung zu unterziehen, um jegliche dünnen Oberflächen-Verunreinigungen, welche zur Ausbildung eines elektrischen Nebenschlusses um die seitliche Grenze des p-n-Überganges 12 herumführen können, zu entfernen.

Darauf kann der aus den Zuleitungen und dem Kristall bestehende Teil der Anordnung in an sich bekannter Weise in einen schützenden Mantel aus einem Material mit einem ähnlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten wie der Halbleiterkristall, vorzugsweise Glas, welches an den seitlichen Rand des Kristalls angeschmolzen werden kann, eingekapselt werden. Das Einkapseln kann unmittelbar nach Beendigung der Älzbehandlung vorgenommen werden. Fig. 1 zeigt eine Anordnung, bei der ein schützender Glasmantel 19 um den seitlichen Rand 13 des Kirstalls herumgeschmolzen ist und mit den angrenzenden Enden der Zuleitungen 11 eine Glas-Metall-Verbindung bildet. Ein geeignetes Verfahren zum Anbringen des Glasmantels 19 ist, den aus Zuleitungen und Kristall bestehenden Teil der Anordnung in eine kurze röhrehenförmige Glasperle so einzuführen, daß der Kristall etwa in der Mitte der Perle liegt. Die Anordnung wird dann so lange bis über den Erweichungspunkt des Glases erhitzt, bis das Glas an die Enden der Zuleitungen und vorzugsweise ebenfalls an den Rand des Kristalls anschmilzt.

Wenn gewünscht, kann die Glasperle, während sie über ihre Erweichungstemperatur erhitzt wird, mechanisch angepreßt werden, um eine wirksame Verbindung des Glases mit den Zuleitungen und dem frei liegenden Rand des Kristalls zu gewährleisten.

Die zur Herstellung der erfindungsgemäßen Halbleiteranordnung anwendbaren Gläser sind im Handel. Andere können speziell zusammengesetzt werden. Der Erweichungspunkt des den Schutzmantel 19 bildenden Glases liegt vorteilhafterweise unter dem Schmelzpunkt der Verbindungsschicht 18. Vorzugsweise werden Gläser verwendet, weiche bei Temperaturen unterhalb 850° C, vorzugsweise unterhalb 80()'^: C. genügend weich sind, um um den Kristall und die Zuleitung herum zu schmelzen. Zur Herstellung einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung wird beispielsweise die Glasperle bei Temperaturen im Bereich von 650 bis 800° C um den Kristall herum geschmolzen.

Das Glas muß selbstverständlich gute elektrische Eigenschaften aufweisen und frei von Bestandteilen sein, die den Halbleiterkristall schädlich verunreinigen können. Im allgemeinen erfüllen lediglich aus Metalloxiden bestehende Gläser diese Anforderungen.

In der Tabelle sind verschiedene Glaszusammensetzungen angeführt, die mit Erfolg für den Schutzmantel 19 verwendet werden können.

Glas.

SiO1.	ZnO	GeO2	32%	P2Or.	Na2O	K2O	Al2Oj	BeO	MgO
	60 «/0	8%	32%					__	_
HVv	60%		30««		—	—	—	—
	65%	.	34%	5%	—	—	—	—
	60%		12,9%		—	—	5%	1 %
«0,5%			24,6« «		3,8%	0.4·«	2,2%
67,3%		—	—	4.6%	1.0%	1,7%	—	0,2%

A
H
C
D

F*

* Handelsübliche ßor&ilituttgla&er mit niedrigem Ausdehnungskoeffizienten für GlavMetalJ-Verbindungen mit Wolfram.

Wenn auch angegeben wird, daß der Glasschutzmantel J9 an den seitlichen Rand 13 des Halbleiterkristalls angeschmolzen wird, so ist dieses doch nicht wesentlich. Selbst wenn eine solche enge Berührung zwischen Kristall und Glasmantel beabsichtigt ist. so kann es doch vorkommen, daß der Glasschutzmantel nicht an allen Punkten den Kristallrand berührt. Zum Beispiel kann die Viskosität des heißen Glases so groß sein, daß e* nicht in die winzigen Höhlungen zwischen den Zuleitungen und dem Kristall fließen kann, oder eine kleine Gasblase kann zwischen dem Rand de* Kristalls und dem Glasmantel gefangen sein. Solche Fehler sind im allgemeinen bedeutungstos. Halbleiteranordnungen mit derartigen Fehlem arbeiten im allgemeinen genausogut und zeigen die rieiche mechanische Widerstandsfähigkeit wie Anordnungen, bei denen der Glasschutzmantel den seit liehen Rand des Kristalls auf seiner gesamten Ober fläche eng berührt.

Wichtiger ist es. daß der Glasmantel mit den Zu leitungen 11 eine feste Glas-Metall-Verbindung bil det. Eine der Aufgaben des Glasscbutzmantels ist et den Kristall gegen äußere Verunreinigungen aus de umgebenden Atmosphäre zu schützen; damit dies Aufgabe tatsächlich erfüllt wird, sollte die Grau fläche zwischen dem Glasschutzmantel und den Ober flächen der Zuleitungen frei von Leckagen srin. di ein* Verbindung zwischen der äußereri Atnwsphär und der Oberflädje des Kristalls darstellen. Eben* dürfen in der Glasperle keine Poren sein, die di Atmosphäre mil der Kristaltoberflädie verbinden. Di !eckfrcie Verbindung zwischen Glas und Zuleitunge

ist jedoch lange nicht so kritisch wie bei einer Vakuumröhre. Während eine sehr kleine undichte Stelle schnell zur Betriebsunfähigkeit einer Vakuumanordnung führt, trägt sie bei einer Halbleiteranordnung gemäß der Erfindung lediglich zu einer etwas verkürzten Lebensdauer bei.

Die F i g. 2 und 3 erläutern weitere Möglichkeiten zur Herstellung des Glasschutzmantels um den seitlichen Rand des Halbleiterkristalls. F i g. 2 zeigt schematisch eine Diode mit einem mit Zuleitungen 21 verbundenen Halbleiterkristall 20. Der Kristall besteht aus einem dünnen Plättchen aus Silicium od. dgl. mit einem p-n-Übergang 22, der bis zum seitlichen Rand 23 des Kristalls reicht. Die Zuleitungen weisen einen Kern 24 auf, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient im wesentlichen dem des Kristalls 20 entspricht. Die Oberflächen sind mit einem Metallüberzug 25 versehen, der dem Überzug 15 der Fig. 1 entspricht. Die Zuleitungen sind mittels der Verbindungsschichten 18 der F i g. 1 entsprechenden Verbindungsschichten 28 mit den beidseitig des p-n-Überganges liegenden Stirnflächen des Kristalls verbunden. Der seitliche Ran.: des Kristalls 20 ist durch einen Glasschutzmantel 29 geschützt, der dem Schutzmantel 19 der F i g. 1 im allgemeinen ähnlich ist. Der Glasschutzmantel 29 der F i g. 2 ist jedoch dadurch hergestellt, daß eine Glaslasur auf den frei liegenden seitlichen Rand des Halbleiterkristalls aufgebracht worden ist. Solche Lasur kann irgendeine der im Zusammenhang mit der F i g. 1 vorstehend angegebenen Zusammensetzungen aufweisen, wird aber auf den Kristallrand in Form eines Pulvers oder einer Aufschlämmung des Glaspulvers in einem geeigneten Träger aufgebracht. Wenn der Rand des Kristalls mit dem Glas in Form eines trockenen Pulvers oder in Form einer Aufschlämmung bedeckt worden ist, wird genügend hoch erhitzt, um die Teilchen des Glaspulvers zusammenzuschmelzen und einen dichten, den frei liegenden Rand des Kristalls umgebenden Schutzmantel zu bilden, der vorzugsweise wenigstens über einen schmalen ringförmigen Bereich dort mit den Zuleitungen verbunden ist. wo sie an den Kristall anstoßen.

Eine im Prinzip ähnliche Anordnung wird in F i g. 3 gezeigt. Hier ist ein dünnes Halbleiterplättchen 30 mit Zuleitungen 31 verbunden. Bei dem gezeigten Kristall handelt es sich um eine Diode mit einem einzigen p-n-Übergang 32. der bis zum seitlichen Rand 33 des Kristalls reicht. Jede Zuleitung weist einen Kern 34 aus einem Metall auf. dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient im wesentlichen dem des Kristalls 30 entspricht, und ist mit einem Schutzüberzug 35 versehen, der dem Überzug 15 der Fig. 1 gleicht. Die Zuleitungen sind mittels Verbindungsschichten 38. entsprechend den Verbindungsschichten 18 der Fig. 1. mit den gegenüberliegenden Stirnflächen des Kristalls 30 verbunden. Um den seitlichen Rand des Kristalls 30 ist ein Glasschutzmantel 39 herumgeschmolzen, der mit den benachbarten Enden der Zuleitungen 31 eine Glas-Metall-Verbindung bildet.

Bevor der Glasschutzmantel 39 angebracht wird, wird der seitliche Rand des Kristalls 30 bei erhöhter Temperatur einer oxydierenden Atmosphäre ausgesetzt, um ihn zu einer Randschicht 33 a aus Siliciumdioxid (oder Germaniumdioxid, je nach der Zusammensetzung des Kristalls 30) umzuwandeln. Die nli des Kristallrandcs kann durch Erhitzen des aus Kristall und Zuleitungen bestehenden Teils der Anordnung nach Anbringen der Zuleitungen und Ätzen des Kristallrandes in oxydierender Atmosphäre ausgeführt werden. Zum Beispiel kann die Anordnung in einer mit Wasserdampf gesättigten Stickstoffatmosphäre auf etwa 600° C erhitzt werden. Die oxydierte Kristallgrenzschicht 33 α stellt eine Schutzbedeckung für das Ende des p-n-Überganges dar, welche ebenso frei von unerwünschten Verunreinigungen ist wie das Halbleitermaterial selber. Es bildet einen Schutz dagegen, daß möglicherweise im äußeren Glasschutzmantel 39 vorhandene Verunreinigungen die elektrischen Eigenschaften des Kristalls beeinträchtigen.

Die einfachen, in Verbindung mit den F i g. 1 bis 3 beschriebenen Dioden erläutern die wesentlichen charakteristischen Eigenschaften der Halbleiteranordnung gemäß der Erfindung. Die Fig. 4 bis 6 zeigen andere Typen von Halbleiteranordnungen, die in entsprechender Weise gemäß der Erfindung hergestellt und aufgebaut werden können.

Fi g. 4 zeigt einen Flächentransistor gemäß der Erfindung. Er enthält ein p-n-p-Haibleiterplättchen 40 mit zwei p-Bereichen, welche durch zwei p-n-Übergänge 41 und 41 α von dem dazwischenliegenden n-Typ-Bereich getrennt sind. Die eine Stirnfläche des Kristallplättchens ist mit einer zylindrischen Zuleitung 42, die gegenüberliegende Stirnfläche mit einer röhrchenförmigen Zuleitung 43 verbunden. Auf der Stirnfläche, mit der die röhrchenförmige Zuleitung 43 verbunden ist, ist ein mittlerer Bereich 44 des Kristalls bis unterhalb des p-n-Überganges 41 α weggeätzt, um den mittleren n-Typ-Bereich des Kristalls freizulegen. Eine dritte Zuleitung 45 ist mit diesem mittleren Bereich verbunden.

Jede der Zuleitungen enthält einen inneren Kern 42 a, 43 o, 45 a, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient im wesentlichen dem des Kristalls entspricht. Die an den Kristall angrenzenden Teile der Oberfläche der Zuleitungen sind mit Schutzüberzügen 42/). 43Λ und 45/) versehen, welche dem Schutzüberzug 15 der Fig. 1 entsprechen. Der Verbindungsschichi 18 der Fig. 1 ähnliche Verbindungsschichtcn 46, 47 und 48 sorgen für eine sichere Verbindung zwischen den Zuleitungen und dem Kristall. Um den seitlichen Rand des Kristallplättchens herum ist ein Schulzmantel aus Glas 49 geschmolzen, der mit der Zuleitungen 42 und 43 Glas-Metall-Verbindunger bildet. Ein Körper 49a aus geschmolzenem Glas füll¹ den ringförmigen Raum zwischen der röhrchenför migen Zuleitung 43 und der mit dem mittleren Be reich des Kristalls verbundenen Zuleitung 45 und iso liert diese Zuleitungen voneinander.

Ein abgeänderter Transistor mit einem tempo raturempfindlichen Widerstand in Serie ist in de Fig. 5 gezeigt. Diese Anordnung enthalt ein p-n-p Halblciterplätchen 50 mit einem mittleren n-Typ-Be reich, welcher durch p-n-Ohergänge 51 von den an grenzenden p-T\ p-Bereichen getrennt ist. Eine ring förmige Basisunterlage 52 ist mittels einer Verbin dungsschicht 53 mit dem n-Bereieh des Kristallplätt chens verbunden. Hier/u ist ein Teil am Umfan] eines der p-Typ-Bereiche abgeätzt. Fin zylindrische Körper 54 aus Halbleitermaterial, vorzugsweise au dem gleichen Halbleitermaterial wie das Kristallplätt chen 50, ist mittels einer Verbindungsschicht 55 mi dem vorstehenden Teil der Flache des am Rande ab geätzten ρ Bereiches verbunden. Eine Zuführung Si

11 12

ist mittels einer Verbindungsschicht 57 mit der gegen- p-n-Überganges 61. Mit der einen Stirnfläche des überliegenden Stirnfläche des Kristallplättchens und Kristalls ist ein ringförmiger Rahmen 62, mit der geeine weitere Zuführung 58 mittels einer Verbindungs- genüberliegenden Stirnfläche eine Zuleitung 63 verschicht 57 α mit dem äußeren Ende des Halbleiter- bunden. Der ringförmige Rahmen 62 und die Zuf ühkörpers 54 verbunden. 5 rungen 63 haben je einen Kern 62 a, 63 σ, dessen ther-

Die rohrförmige Basis 52 und die Zuleitungen 56 mischer Ausdehnungskoeffizient im wesentlichen dem und 58 haben Kerne 52 a, 56 a und 58 a, deren ther- des Kristalls 60 entspricht. Alle an den Kristall anmische Ausdehnungskoeffizienten im wesentlichen grenzenden Oberflächenteile sowohl des Rahmens als dem des Kristalls entsprechen. Die an das Kristall- auch der Zuführungen sind von einem dünnen, kontiplättchen angrenzenden Oberflächen der Basis der io nuierlichen Überzug 62 b, 63 b eines Überzugsmetalls Zuleitungen sind vollständig von kontinuierlichen bedeckt, welches dem Metall der Überzüge der Überzügen 52b, 56b und 58b, welche dem Schutz- Fig. 1 entspricht. Der ringförmige Rahmen 62 ist überzug 15 der Fig. 1 entsprechen, bedeckt. DieVer- mit dem Kristallplättchen mittels einer ringförmigen bindungsschichten 18 sind der Fig. 1 ähnlich. Ein Verbindungsschicht64, welche in Art und Zusamdem Schutzmantel 19 der F i g. 1 entsprechender 15 mensetzung den Verbindungsschichten 18 der F i g. 1 Glasschutzmantel 59 ist an den seitlichen Rand des entspricht, verbunden; zur Verbindung der Zufüh-Krislallplättchens 50 angeschmolzen und bildet mit rung 63 mit der gegenüberliegenden Stirnfläche des der Basis 52 und der gegenüberliegenden Zuleitung Kristalls dient in gleicher Weise eine Verbindungs-56 eine Glas-Metall-Verbindung. Um den Halbleiter- schicht 65. Ein dem Schutzmantel 19 der Fi g. 1 entkörper 54 ist ebenfalls ein Glaskörper 59 α ge- ao sprechender Schutzmantel 66 aus geschmolzenem schmolzen, der mit der Ringbasis 52 und der zentral Glas ist um den seitlichen Rand des Kristallplättchens darin gelegenen Zuleitung 58 Glas-Metall-Verbin- herum geschmolzen und bildet mit dem Rahmen 62 düngen bildet. und der Zuführung 63 eine Glas-Metall-Verbindung.

Bei dieser Anordnung dient der zylindrische Körper In der Fig. 6 ist es nicht gezeigt, daß ein licht-

54 aus Halbleitermaterial als Kompensationswider- 25 durchlässiges Schutzglasfenstcr in die Öffnung des

stand zur Gegenwirkung gegen alle thermisch verur- Rahmens 62 zu einer Glas-Metall-Verbindung einge-

sachten Änderungen der Arbeitsweise des Kristall- schmolzen werden kann, um eine Verunreinigung des

plättchens. Der ohmsche Wert des Kompensations- sonst frei liegenden Teils der Kristalloberfläche zu

Widerstandes ist durch seine Länge, seinen Quer- vermeiden.

schnitt und seinen spezifischen Widerstand bestimmt, 30 Aus dem Vorangegangenen zeigt sich, daß das erweich letzterer wiederum von der Menge und Art der findungsgemäße Verfahren auf eine große Anzahl eingebrachten Donaloren und Akzeptoren abhängt. verschiedener Halbleiteranordnungen und bei einer Obgleich im gezeigten Fall der halbleitende Körper großen Anzahl verschiedener mechanischer Ausfüh-54 mit einem p-Bereich des Kristallplättchens ver- rungen solcher Anordnungen angewendet werden bunden ist, kann er auch ebensogut mit einem n-Be- 35 kann. In allen Fällen ist bei der mit dem erfindungsreich verbunden sein. Statt mit einem mittleren vor- gemäßen Verfahren hergestellten Halbleiteranordstehenden Stirnflächenteil des Kristalls innerhalb des nung der Halbleiterkristall außerordentlich wirksam Ringes der röhrchenförmigen Basis 52 verbunden zu gegen Verunreinigungen, die zur Verschlechterung sein, kann er selber Ringform aufweisen und mit dem seiner elektrischen Eigenschaften führen können, geabgeätzten Umfangsteil des Kristallplättchens ver- 40 schützt. Diese Halbleiteranordnung ist mechanisch bunden sein. Das Prinzip der Anordnung kann auch sehr robust. Darüber hinaus können diese Halbleiterbei einer Diode oder bei anderen Halbleiteranord- anordnungen, insbesondere die bevorzugten Ausfühnungen verwendet werden. rungsformcn, über längere Zeiten völlig zuverlässig

F i g. 6 zeigt die Anwendung der Erfindung auf bei Temperaturen betrieben werden, die weit obereine photoempfindliche Halbleiteranordnung. Sie 45 halb der Temperaturen liegen, bei denen bekannte weist eine halbleitende Kristalldiode 60 auf mit einem Halbleiteranordnungen überhaupt noch arbeiter p- und einem η-Bereich auf den beiden Seiten eines konnten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Her- PatentansprUche: Stellung einer Halbleiteranordnung mit wenigstens einem bis zum seitlichen Rand eines Halbleiter-

1. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiter- kristalls reichenden p-n-Übergang, mit mittels Veranordnung mit wenigstens einem bis zum seit- 5 bindungsschichten auf den beidseitig des p-n-Über-Hchen Rand eines Halbleiterkristalls reichenden ganges liegenden Stirnflächen des Halbleiterkristalls p-n-Übergang, mit mittels Verbindungsschichten befestigten metallischen Zuleitungen sowie mit einem auf den beidseitig des p-n-Überganges liegenden den seitlichen Rand des Halbleiterkristalls im Bereich Stirnflächen des Halbleiterkristalls befestigten des p-n-Überganges umhüllenden Schutzmantel aus metallischen Zuleitungen sowie mit einem den io Glas, der an den seitlichen Rand des Halbleiterseitlichen Rand des Halbleiterkristalls im Bereich kristalls sowie an die an ihn angrenzenden Teilstücke des p-n-Überganges umhüllenden Schutzmantel der Zuleitungen angeschmolzen ist, unter Verwenaus Glas, der an den seitlichen Rand des Halb- dung von Zuleitungen und Glas, die ähnliche^ therleiterkristalls sowie an die an ihn angrenzenden mische Ausdehnungskoeffizienten aufweisen wie der Teilstücke der Zuleitungen angeschmolzen ist, 15 Halbleiterkristall.

unter Verwendung von Zuleitungen und Glas, die Halbleiteranordnungen haben oft die Form eines

ähnliche thermische Ausdehnungskoeffizienten dünnen Kristallplättchens mit einem oder mehreren

aufweisen wie der Halbleiterkristall, dadurch Übergängen zwischen n- und p-leitenden Bereichen

gekennzeichnet, daß jede Zuleitung an des Kristalls. Solche Übergänge können hergestellt

ihrem am Kristall zu befestigenden Ende mit 20 werden durch Aneinanderfügen von n- und p-leiten-

einem dünnen Metallüberzug aus Platin, Palla- den Kristallen oder durch Diffusion einer Donator-

dium, Silber, Rhodium, Iridium, Ruthenium, oder Akzeptor-Verunreinigung in einem hochreinen

Osmium oder Gold oder aus einer Legierung Kristall aus Silicium, Germanium od. dgl. Der n-p-

dieser Metalle versehen wird und mit dem Über- Übergang reicht bis zu dem die Stirnfläche des Kri-

zug über eine Verbindungsschicht aus Platin, 25 stalls begrenzenden Rand.

Palladium, Silber oder einer Legierung dieser Es ist bekannt (deutsche Auslegeschrift 1 050 450),

Metalle an den Kristall angeschmolzen wird oder, die Elektroden mittels eines eine gute thermische

sofern der Überzug selbst aus einem der für die und elektrische Leitfähigkeit aufweisenden Lötmittels

Verbindungsschicht vorgesehenen Materialien be- an dem Kristall zu befestigen und danach den Kristall

steht, unmittelbar an den Kristall angeschmolzen 30 in ein Schutzgehäuse einzubetten. Als Lötmittel sind

wird, und daß der Halbleiterkristall mit den daran Silberlegierungen und als Elektrodenwerkstoff

befestigten Zuleitungsenden in den aus einem Molybdän, Wolfram und deren Legierungen ver-

unterhalb 850° C schmelzenden Glas bestehenden wendet worden. Diese Halbleiteranordnungen haben

Schutzmantel eingeschmolzen wird. jedoch den Nachteil, daß die verwendeten Metall-

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- 35 gehäuse keinen zuverlässigen Schutz gegen Verunkennzeichnet, daß der Metallüberzug elektro- reinigung des Kristalls bieten. Zum Schutz des Krilytisch auf die Zuleitungen aufgebracht und dann stalls gegen Erschütterungen oder andere mechaauf eine Temperatur oberhalb seiner Sintertempe- nische Beschädigungen sind derartige Gehäuse ebenratur erhitzt wird. falls unzulänglich. Dazu kommt, daß die Herstellung

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch 40 derartiger Anordnungen sehr aufwendig ist.
gekennzeichnet, daß die Zuleitungen vor dem Ferner ist eine Halbleiteranordnung der eingangs Aufbringen des Metallüberzugs mit einer Zwi- beschriebenen Art bekannt (deutsche Patentanmelschenschicht aus Kobalt oder Nickel überzogen dung H 8025), die von einem Schutzmantel aus Glas werden. umgeben ist. Die aus der Halbleiteranordnung her-

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 45 ausgeführten Elektroden sind dort über verschiedene bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Werkstoff Zwischenschichten mit dem Halbleiterkristall verfür die Verbindungsschicht eine Silberlegierung bunden. Ein besonderes Problem bei dieser Anordmit 5 bis 15 Gewichtsprozent Gold oder 5 bis nung stellt die Lötverbindung zwischen dem Kristall 25 Gewichtsprozent Platin oder Palladium ver- und den Zuleitungen dar, da diese bei den zum wendet wird. 50 Anschmelzen des Glasmantels am Halbleiterkristall