DE1514288A1 - Verfahren zum Herstellen von Halbleitern - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Befestigen eines HalbleiterkSrpers an einer Trägerplatte, bei dein zwischen dem Körper und der Trägerplatte eine Metallzwischenschicht angebracht wird, wonach der Körper durch Erhitzung mit der Trägerplatte verschmolzen wird.

Für die Massenherstellung von sogenannten Planartransistoren und PestkSrperschaltkreisen kann als Ausgangsmaterial ein dünner platten-' färmiger Körper aus Halbleitermaterial Verwendung finden, z.B. eine 200 Mikron dicke Siliziaimplatte, in der durch aufeinanderfolgende Arbeitsgänge, "«άβ Markieren, Aetzen und Diffundieren, die verschiedenen Gebiete eines Transistors gebildet werden, "oder in der zum Herstellen eines Postkörperschaltkreiees die gesonderten Schaltelernente und ihre Verbindungen gebildet worden. Es ist üblich, die Fertigung so auszuführen, »iass ßine Vielzahl einzelner Elemente, Transistoren odor Pestkörper-

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schaltkreise, gleichzeitig in einer einzigen Platte hergestellt werde«» i

Diese Platte wird dann in eine Vielzahl kleinerer Platten, z.B. mit den Abmessungen 1 mm χ 1 mm χ 200 yumunterteilt, derart, dass jede der erhaltenen kleineren Platten aus einem einzelnen Element, einem Transistor oder Pestkörperschaltkreis, besteht.

Nachdem das Transistor- oder Festkörpersohaltkreiselement erhalten worden ist, muss in einer folgenden Stufe der Fertigung das Element auf einem Träger befestigt und die äusseren elektrischen Verbindungen mit den verschiedenen Gebieten des HalbleiterkBrpers·hergestellt werde'n. Die Platte kann z.B. auf einer flachen Fläche des Bodens einer Hülle befestigt werden, in der die Platte eingeschlossen wird, J Ein solchor Boden kann aus einem kreisförmigen Trägerplatte aus Metall bestehen, an dessen Umfang mehrere Drähte angebracht sind., die durch den Boden hindurchgeführt sind und mittels Glas gegen ihn isoliert sind. Die Drahtsttlcke, iie an der von der Fläche, auf der die Platte befestigt ist, abgekehrten Seite unter dem Boden hervorstehen , dienen als Srssere elektrische Anschlüsse, während die auf der anderen Seite vorstehenden Drahtstücke, die sich beim fertigen Transistor innerhalb der Kappe der Hülle befinJen, alo Stifte bezeichnet werfen. Die Kappe wird an einem Flansch deo Bodons befestigt. Ein Stift rird mit einem Gebiet des Halbleiterkörpers drrch ein Drahtstück verbunden, lesser, eines Ende mit einem auf der Oberfläche, der Halbleiterplatte angebrachten ohmschen Kontakt des betreffenden Gebietes verbunden wird, während das andere Drahtende mit dem betreffenden Stift verbunden wird.

Zur Befestigung wird die Platte üblicherweise mit dem Boden verschmolzen. Wenn der Halbleiterkörper aus Silizium besteht, kann dieses Vorfahren auf die nachstehende Weise άνrchgeführt werden.

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Eine dünne.Ooldscheibe oder-platte wird zwischen dem SiliziumkSrper la-id einer goldüberzogenen Fläche dor metallenen Trägerplatte angeordnet. Die Befestigung erfolgt dadurch, dass die Goldscheibe,cder —platte, die nachstehend als Kontaktplatte bezeichnet wird, auf der goldüberzogenen Fläche der Trägerplatte in der gewünschten Lage angeordnet wird, in der die Siliziumplätte in einer neutralen oder reduzierenden Atmosphäre auf der goldener. Kontaktplatte ruht, wonach der Boden auf eine Temperatur erhitzt wird, bei der eich ein Oold-Silizium-Eutelrtikuro bildet, wonach das Ganze abgekühlt wird, go dass die Siliziumplatte mit der vergoldeten Trägerplatte verschmolzen ist. Ein anderes bekanntet? Verfahren -zum Befestigen einer Siliziumplatte an einer Trägerplatte benutzt eine aus einer Gdld-Silizitirr.-Legienmc bestehende Kontaktplatte» Qemäsε einem weiteren bekannten Verfahren ist die Halbleiterplatte unmittelbar mit der gcldüberzogenen Trägerplatte verschmolzen. Bei diesen Verfahren muse der Boden so hoch erhitzt werden," dass sich ar. der Stelle, an der die Platto und die Kontaktplatte oder, bei ur.-mittelbarem Verschmelzen, die Platte und die vergolde to. Fläche der Trägerplatte miteinander in Berührung stehen, ein Gold-Silizium -Eutektikuir. bildet· Zu diesem Zweck mucs die Temperatur an der Silizium - Gold-3erührur.£sstelle mindestens; 30O⁰G seir, um das !iutektikum zu bilden, .wobei die Temperatur, auf die der Boden erhitzt wird, bei ntwa 50^ C liefen kanu.

Dieses ErhitziT.gsverf ahren hat den Nachteil, das β Wärme zur SiliziuTplatte geleitet wird, se daes die verschiedenen Teile des Halbleiters einer hoher. Temperatur ausgesetzt werden können, während weiter der gzf'.ze Verschrreiz Vorgang 20 bis 30 Sekunden dauern kann. Dadurch, dass die Platte ro lange einer hohen Temperatur ausgesetzt wird, können die physikalischen Eigenschaften den Elementes nachteilig beein-

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flue st werden ι u.a. infolge der Tatstohe, dass bei den betreffenden , ■» / Temperaturen ein !Material, wie a.B. das zum Anbringen dir ohnsohen :^:\ Kontakte mit den verschiedenen Gebieten dee HalbleitetkBrpers in dits.ee ' vorhandene OoId, weiter Bit den SiHeium legieren kann»

Die Erfindung gründet eich auf die Tatsache, dass die erwähnten mit bekannten Verfahren verknüpften Nachteile dadurch beseitigt oder wenigstens erheblich verringert werden kennen, dass eine Zwischenschicht selektiv erhitzt wird» wobei die Erhitzung durch Absorption einer _x durch den Halbleiterkörper hiMuroh auffallenden Strahlung derartiger Wellenllnge βrfοigt, dass die Strahlung im Halbleiterkörper praktisch nicht und in der Zwischenschicht in hohem Masse absorbiert wird* Deshalb wird erfindungsgemlis "bei einem Verfahren geschilderten Art die Zwischen·¹· schicht mit Hilfe durch den Halbleiterkörper hindurch auf die Zwischenschicht auffallenden Strahlung erhitzt« die von einem optischen Maser erzeugt wird und eine derartige Wellenllnge hat, dass die Absorption im Halbleiterkörper niedriger als die im Material der Zwischenschicht ist.

Dieses Verfahr·« hat den Vorteil, dass durch die Wahl eines optisohen Masers nit einer geeigneten derartigen Wellenlange, dass die Absorption ia Material dee Halbleiterkörper niedrig und die Absorption in der metallenen Zwischenschicht hoch ist, diese Zwischenschicht ohne nennenswerte Erhitzung des Halbleiterkörperβ stark erhitzt wird, woduroh die Gefahr einer Beschädigung der Struktur des Halbleiterkörper verringert wird. Weil überdies die Strahlung des Masers in einem Bündel hoher Intensität konzentriert ist, ist es möglich, die Richtung der den HalbleiteritÖrper durchsetzenden Strahlung so zu steuern, dass erforderlichenfalls vermieden wird, dass gegen hohe Temperaturen empfindliche Teile des Halbleiterkörper zu hoch erhitzt werden. Die Zeit,

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während welcher die Strahlung zugeführt, werden muss, um eine Verschmelzung_herbe!zuführen, kann infolge der hohen Strahlungsintensität verhältnismässig kurz sein.

Bei einer bevorzugten Aueführungefonn des erfindungsgemässen Verfahrens wird die Zwischenschicht auf eine'derartige Temperatur erhitzt, dass aus dem Material dös Halbleiterkörpers und dem Material der Zwischenschicht an der Stelle,, an der sich der Körper und die Zwischenschicht berühren, ein Eutektikum gebildet wird. Diese bevorzugte Ausführungsform hat den Vorteil, dass die erf orderliche Erhitzung noch weiter herabgesetzt wird, weil die eutektische Temperatur niedriger ist als die Schmelzpunkte jedes der beiden Materialien.

Als Zwischenschicht kann dabei ein gesonderter Metallkörper , Verwendung finden, der zwischen dem Halbleiter und dem Träger angeordnet wird. Dieser Metallkörper wird als Kontaktplatte bezeichnet.

Das Verfahren ist jedoch auch vorteilhaft ohne die Verwendung einer solchen gesonderten Kontaktplatte durchführbar in welchem Falle" die metallene Zwischenschicht aus einer Metallschicht besteht, die auf derjenigen Fläche des Trägers angebracht ist, auf der der Halbleiterkörper angeordnet und mit der er dann verschmolzen wird."

Gemäss einem bevorzugten Verfahren besteht die metallene Zwischenschicht aus einom gesonderten Metallkörper, der zwischen dem Halbleiter und dem Träger angebracht ist, wobei der Halbleiterkörper aus Silizium besteht und 'der Metallkörper Gold enthält, weil Gold und Silizium ein für das erfindungsgemasse Verfahren zweckmSssiges Eutektikum bilden, Dabf?i kann der Metallkörper entweder vollständig aus Gold oder aus einer Gold-Silizium-Legierung bestehen und zviaohon dem Halbleiterkörpor und dar vergoldeten Flache des. Trägers angeordnet werden,

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Bei einigen Anwendungen des Verfahrene erübrigt sich eine solche Gold* echioht auf dem Träger, z.B. wenn der Metallkörper aus Gold oder ein·? Gold- Silizium-Legierung oder einer Gold-Zinn-Legierung besteht tuft . zwiaohen dem SiliziutnkBrper und einer Nickel enthaltenden irSgeroberfläche angeordnet wird, mit der 4er Gold enthaltende Metallkörper

leicht verschmilzt. Dar Träger kann dabei entweder praktisch vollständig. aus Nickel bestehen oder auf der Fläche, auf der der SiliziutnkSrper unter Verwendung eines swischenliegenden MetallkSrpers angebracht werden rausa, mit Nickel überzogen sein,

Findet keine Kontaktplatte Verwendung und besteht die metallene Zwischenschicht %vb einer auf dar Flibhe des Trägers, auf der der Halbleiterkörper angeordnet wird, angebrachten-Metallschicht, so kann zweckmässig ein Silizinmhalbleiter Verwendung finden, während die auf der Flache des Tragers angebrachte Schicht Gold enthält,,

Gemäss einer bevorsugten Ausfi5hrun£sform des erfindungsgemäsöen Verfahrens wiri als Strahlt ηjsquelIe ein optischer CJasmaeer, der häufig als Gaslaser bezeichnet */iri_f benutzt»

Daboi wird, wem iev Halb^oit^rkc^per aus Silizium besteht, vorzuguweise ein optischer Gasmaser gewählt,i«r eine Strahlung erzeugt, die im Wellenlängenbereich zwischen 3_S5 und 7»5 Mikron liegt» Vorzugsweisebeträgt die Wellenlänge der Strahlung etwa 5 Mikron. Die Strahlung kann auch zweckraässig in Form eines oder mehrerer Strahlüngsimptilse zugeführt werden, wobei die Impulsdauer bei optischen Gasmaaem einfach regelbar iBt, während die BrMtsungsdauer sehr kura bemessen werden kann.

Bei einem AusfiJhrungsbeiBpie 1 des «rfindiingsgemässen Verfahrens, bei dem <äer Halbleiterkörper aus Silizium mit einem speai- ₍ fiechan Widerstand von 3-Λοπι bestand, wurde als Strahlungsquelle ein

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optischer OftBinaser mit Xenon als Wirkgas verwendet, wobei die Wellenllnge der ausgesendeten Strahlung 5,6 Mikron "betrug» \ * In Figur 1 der Zeichnung ist die prozentuale Strahlungedurohlässigkeit einer einkriet&llinen mit Phosphor dotierten Silizlumsohicht mit einer Dicke von 200 Mikron und einem spezifischen Widerstand von 3-£lcni in Abhängigkeit von der Wellenlänge der auffallenden Strahlung graphisch dargestellt. Aus der graphischen Darstellung ist ersichtlich, dass die Durchlässigkeit mit zunehmender Wellenlänge zunimmt, wobei sie im Bereich zwischen 5 und 6-Mikron einen HBchstvert aufweist, wonach sie auf einen Kindestwert bei etwa 9 Mikron abnimmt und schliesslich wieder ansteigt.

Bei der Anwendung des erfindimgsgemäaBen Verfahrens hängt die Wahl der Wellenlänge des optischen Masers selbstverständlich vom Material, aus dem der Halbleiterkörper besteht, von den Elementen, mit dem er dotiert iet₉ und von ihren .jnzsnirationen ab_f ¥β.Π die Durchläeeigkeit von all diesen Paktoren abhängig ist. Das erfindungsgemässe Verfahren ist inebesondere in den Fällen vorteilhaft, in denen der Halbleiterkörper ein Dioden- oder Transistorelement, oder ein Festkörperschaltkreis ist und die Trägerplatte ein Teil einer Hülle bildet, in der das Dioden- oder Traneistoreleinent eingeschloseen ist, z.B. deren Boden ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend an Hand der Figuren 2 bis 5 der Zeichnung nSher erläutert.

Figur 2 stellt perspektivisch den Boden der Hülle eines Transistore dar, wobei ein planares Siliziuintransistorelement und eine goldone Kontakt-platte auseinandergesprengt gezeichnet sind.

Figur 3 stellt den Boien mit der auf ihm angebrachten

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goldenen Kontaktplatte und dt« pl*nar*n

während der Befestigung de» Elementes an der Trägerplatte tnlttels Ton einet optischen'aasaaser ereettgtin Strahlung dft?«

Figur 4 zeigt in der Dratifiiötht den Boden In der stufe, in der die Kappe nooh nicht angebracht ist, wf^rend drähte angegeben sind, die durch Blitidfuökverbindtifie in den denen Oebteten dee Transis tore ionen tts befestigt "bzw* frilyien Stiftet im Boden vereohKeisst sind» · "!

Figur 5 ist ein langt der Lihie Y-V der Pigujr 4 g«fUJirter Schnitt durch den Boden und da· an Ihn befestigte plfcriwre Öiliziuatrineietorelement.

Figur 2 zeigt den Boden 1 «in»r TraneistorhÜlle, eine goldene Kontaktplfttte 2 und ein planaree Sillii|.umtranBietoril»eent 3«Ser kreiiifBrmige Bodtn 1 ait einen Auesenduröhnes^er von 9 «* i^ßt «tua einer goldilberaogenen nach oben tiifgesogenen "Kovar"-Platt· h.ergeatellt und bepteht aus einer unten kohlen Trlgerplatte»4|.die «it «in·« Flansch 5 versehen ist. In der tTrlgtrplatte 4 eind »vei Oeffungen 6 lind 7 ahgebJ»a.cht, während die hohle Unterseite der Trägerplatte 4 »it Glas 8 (Figur $) ausgefüllt ist, das eich auch bis in die Oeffnungea und 7 erstreckt* Durch- diese Ottffnungen 6 ti»d 7 eind Verbindungedrähte und 10 aUß"Fernico" geföhrt,die durch die Qlaefüllung 8 gegen den Boden isoliert eind»Die Verbindungedr&hte stehen'ixu etwa 1,5 mm über der Trägerplatte hervor,und die vorstehenden BrahtetÜeke werden in nachstehenden ale Γ-ti-fte bezeichnet..^:* anderen Enden der Drähte 9 und 10 ragen unten care dem Metallteil der Trägerplatte heraus und dienen zu» Anbringen Susserer Verbindungen mit de'r Emitter- und Baeisechicht "des ^raneietore. T.in äritter in die Glaefüllung 8 eingeschmolzener Verbindtingedraht

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aus "Feroioo" ist an.die Unterseite des Bodens der Trägerplatte sngt-

schweisst (Figur 5;). Dieser Draht dient zum Herstellen einer*Suidtr*n Verbindung -mjLt der Köllektoreohioht des Tranaistora. Der Flattach 5 de· *>■ Bodens hat eine Zunge 12, avf der Kennzeichen angebracht werden kBnncm. Die goldene Kontaktplatte 2 tat eine Scheibe mit aineia Durchmesser von 1,4 mm und einer Dicke von 25 Axguü&B planar« Siliaiueitraneistoreflement

3 besteht aus einem 300 Mikron dioken echeibonfärmigen Körper voll 1 BfB

ι 1 mm mit einem spezifischen Widerstand von 3 Ohm cm, der auf der Oberseite mit Aluminiumkontakten 13 und 14 versehen ist, die mit der Emitterbzw, der BasisBchioht ohmisohen Kontakt machon.

Das planare SiliziumtransiBterelement wird auf die nachfolgende Weise an der Trägerplatte 4 des Bodens befestigt.

Dor Boden wird in einer Lehre 15 (Figur 3) mit der Zunge 12 in der dargestellten Lage von den Drähten 9,10 und 11, die in nioht-'-.-dargestellte Löcher der Lehre pasBen_s in der richtigen Lage gehalten» Die goldene Kontaktplatte 2 wird genau am richtigen Ort auf der Fläche

4 des Bodens tmd das Element 3 genau in der Mitte der oberen Fliehe der Kontaktplatte 2 angeordnet. Die Trägerfläohe 4 des Bodens, die Kontaktplatte 2'und daß Element 3 werden mit einer reduaierenden Atmosphäre umgeben. Das StrahlungabUndel 16 eines optischen Oaemasera 17, bei dem das wirksame Gas Xenon ist, wird .auf die obere Flfiohe des Elementes 3 gerichtet« Die Strahlung besteht aus einer Iapulsreihe i^nd hat eine Wellenlänge von etwa 7_f6'*-Kilcront

Die Strahlung, die durch den Silzramkorper «R «ine» 8telle hindurchgeht, an der die Absorption verhältnismässig giSplaiS i**t ; trifft die goldene Kontaktplatt* 2, in der die Absorption verhält-V nismässig hoch ist. Auf diese Weise ergibt aich eine starke Erhitzung' ~\

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der Kontaktplatte 2» welche Erhitzung ausreicht, um df· Teipijratu;e &»# , Kontaktplatte auf mindestens 3?0°0 *u erhöhen und an dtp Stelle, an siioh das Silisium und daa QoId berühren; *in iSutektikum zu bilden, Tn dar dünnen sich a\inbreitenden flüssigen Bohioht verdan sowohl daa Oo und das Siliziua gelBst, bis eich.all da« Gold der Kontaktp^att« in eutektischen QoIi-Silizium-Legierung befindet, die nach 5»endif\ii)g der Bestrahlung durch Abkühlung erstarrt, wodurch daa Elea«nt an Ig? goldüberzogenen Oberfläche 4 befestigt ist»

Nach der Befestigung werden die Enden der Oolddrlhte 21 und 22 an einem Ende iuroh ein Hitzedruokverfahren mit den ohmiohen Ken» takten 13 bsw, M verbunden und am anderen Ende alt den Stiften 9 bau· 10 veraohweiBBt. Danach wird der Transistor dadurch fertiggestellt, dass die Kappe der Hfllle mit dem Boden versohweiaet wird.

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Claims (1)

1. ■ ■ . "'ψ; jrffi

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   1c Verfahren zum Befestigen einte Halbleiterkfcrpere an einer

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   Trägerplatte, bei dem zwischen dem Körper .und der Tragerplatt* ein· Zwischenschicht aus' Metall angebracht tmd'der Körper duroh Erhiteting mit der Trägerplatte verschmolzen wird, dadurch gekennzeichnet, da«· die Erhitzung dadurch erfolgt, dasa die Zwischenschicht pit Hilfe einer dwell den Halbleiterkörper auf die Swiacherrsohicht auffallenden Strahlung erhitzt wird, die von einem optischen Maser erzeugt wird und eine Wellen*· «_f länge hat, für· die die Absorption im Halbleiterkörper niiarlgef *lb* im ,Material der Zwischenschicht-ist. . .

   2, Vorfahren .rmoh Anspruch. 1, dadurch ge kennzeichnet, daBB mit

   Hilfe von Strahlung die Zwischenschicht auf eine Temperatur erhitat wird, -bei der eich an der Stelle, an der sich der Halbleiterkörper und die Z'.; i sch on schicht berühren, ein Kutektilcum aus dem Material die öee Körpers und dem Katerial dieser Zwischenschicht bildet, '

   3* Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, <

   dass eine ZviBchenschiohi auo Fetall Verwendung findet, die einen gesonderter. Ketallkörper enthält, der zwischen dem Halbleiterkörper und der Trägerplatte angeordnet wird.

   4· Verfahren nach Anepruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

   dasE eine Zwischenschicht aus Metall Verwendung findet, die aue einer auf einer Fläche der Trägerplatte vorgesehenen Jtetallßchicht besteht, auf der der Halbleiterkörper angeordnet wird*

   5. Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gehenrseichnet, dass

   ein Kalbleiterkörper aus Silizium und ein Gold enthaltender Ketal 1--körper benutzt werder. *

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   6. Vorfahren nach Ληερη ch 5» dadurch gekennzeir'-jnet, dass ein Metallkörper benutzt wird, der aus.QoId oder einer Gold -SiIizlum-Legierung besteht und zwischen dem Siliziuirikörper xmä. einer auf der Oberfläche der; Trägers vorhandenen Qoldschicht angeordnet wird,

   7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ketallkörper benutzt wird, der aus Gold oder einer Gold-Silizium-Legierung oder einer Gold-Zinn-Legierung besteht und zwischen dem Siliziurckörper und einer Nickel enthaltenden Trägerfläche angeordnet wird,

   8. . Verfahren nach Anspruch 4,dadurch gekennzeichnet, dass ein Halbleiterkörper aus Silizium und eine Gold enthaltende auf der Oberfläche des Trägere, vorhandene Metallschicht benutzt werden,

   9. Verfahren nach einem oder mehrerer, der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Strahlungsquelle ein optischer GaB-maser Vervendimg.findet.

   10. - Verfahren nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, dass ein Halbleiterkörper aus Silizium wd ein optischer Gaslaser,, dessen Wellenlänge im Bereich zwischen 3,5 und 7»5 ü-'ikron liegt, benutzt werden,

   11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein optischer Käser Verwendung findet, dessen Strahlung eine Wellenlänge von etwa 5,5 ."Mikron hat,

   12. · Verfahren nach eineffi oder mehreren dsr Ansprüche 1 bis 11,. dadurch gekennzeichnet, dass eine Strahlung Verwendung findet, die- aus einer Vielzahl von Strahlungsinpulsen besteht.

   13. Verfahren nach einem oaer mehrerer: der Ansprüche 1 biß 12,

   ■ladrrch gekennzeichnet, άΒεε als Halbleiterkörper ein "Dioder- oder Transi ε tore lernen t--.oder ein Festkörperechaltkreis Verwendung findet, v.nd. -ΐαετ, eine Tiägeri'lat*.« benvtzt wird, die ein T^iI der Hi*l.lc bildet, in der das Dioden- oder Tramsintorelement oingr-schlosLer. wird,

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