DE1042131B - Verfahren zur Befestigung von elektrischen Leitungsanschluessen an Legierungselektroden in einkristallinen Halbleiterkoerpern, insbesondere aus Silizium - Google Patents
Verfahren zur Befestigung von elektrischen Leitungsanschluessen an Legierungselektroden in einkristallinen Halbleiterkoerpern, insbesondere aus SiliziumInfo
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Description
DEUTSCHES
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Befestigung von elektrischen Leitungsanschliissen an
Legierungselektroden in einkristallinen Halbleiterkörpern, insbesondere aus Silizium, mit mindestens
einem p-n-Übergang und einer überwiegend goldhaltigen Elektrode. Erfindungsgemäß wird zum Anlöten
des Leitungsanschlusses ein zinnfreies Lot mit einer Schmelztemperatur über 150° C und unter
300° C verwendet.
Flächengleichrichter und Leistungstransistoren aus Silizium od. dgl., die nach dem Legierungsverfahren
hergestellt sind, haben bekanntlich häufig eine oder mehrere Goldelektroden, da sich Gold als Trägermetall
für Dotierungsstoffe, die in die Elektrodenbereiche einzulegieren sind, besonders gut eignet. An solche
Goldelektroden können nun die zugehörigen elektrischen Anschlußteile oder Stromzuführungsleitungen
angelötet werden. Das dazu erforderliche Lötmetall wird zweckmäßig so ausgewählt, daß einerseits bei
der höchsten zu erwartenden Betriebstemperatur die Lötstelle nicht schmilzt und andererseits die Lötung
bei einer Temperatur vorgenommen werden kann, bei welcher der Gleichrichter oder Transistor noch keine
Veränderung erleidet, insbesondere nicht Gefahr laufen kann, stellenweise zu schmelzen; letzteres wäre näm-Hch
besonders unangenehm, wenn es an der Grenze zwischen Halbleitermaterial und Metallelektrode passiert,
weil dann unter Umständen der p-n-Übergang durch überfließendes Material kurzgeschlossen
wird. Durch die vorgenannten Umstände ist zunächst wenigstens für Silizium ein Temperaturbereich
zwischen 150 und 300° C für die Lötung festgelegt. Besonders günstig ist der Bereich zwischen 170 und
250° C. In diesem Bereich sind aber Zinnlegierungen die im allgemeinen am häufigsten gebrauchten Lotmetalle.
Es wurde nun beobachtet, daß bei Siliziumgleichrichtern, welche mit sehr hohen Stromdichten bis zu
mehreren 100 A/cm2 und mit entsprechend hohen Betriebstemperaturen von 150° C und mehr der Halblehrelemente
beansprucht wurden, die Lötstellen der Goldelektrodenanschlüsse Veränderungen erlitten, die
zu bleibenden Kurzschlüssen der Gleichrichter führten, welche weder von außen optisch zu erkennen noch
nachträglich wieder, z. B. durch Ätzung, zu beseitigen waren.
Die Erfindung beruht nun auf der Erkenntnis, daß die erwähnten nachteiligen Veränderungen auf den
Zinngehalt des Lotes zurückzuführen sind, der unter verschärften Betriebsbedingungen starke Material-Wanderungen
in der Goldelektrode und über deren Grenze hinaus unter Überbrückung des p-n-Überganges
bis zur Gegenelektrode hin verursachen kann. Die Richtigkeit der erwähnten Erkenntnis wurde dadurch
Verfahren zur Befestigung
von elektrischen Leitungsanschlüssen
von elektrischen Leitungsanschlüssen
an Legierungselektroden
in einkristallinen Halbleiterkörpern,
in einkristallinen Halbleiterkörpern,
insbesondere aus Silizium
Anmelder:
Siemens-Schuckertwerke
Aktiengesellschaft,
Berlin und Erlangen,
Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50
Dr. rer. nat. Adolf Herlet
und Dr.-Ing. Arnulf Hoffmann, Pretzfeld (Bay.),
sind als Erfinder genannt worden
sind als Erfinder genannt worden
bestätigt, daß bei der Verwendung eines zinnfreien Lotes die beschriebenen Mängel ausblieben.
Es ist bekannt, einen dünnen Leitungsdraht aus einer Legierung von Gold und Antimon in einen
Siliziumkörper durch Erhitzung auf 370° C teilweise einzulegieren, jedoch sind die so hergestellten Halbleiteranordnungen
nur für schwache Signalströme geeignet. Demgegenüber sind großflächige Elektroden
für Starkstrom nur dadurch herstellbar, daß der Legierungsvorgang und die Befestigung der elektrischen
Anschlußleiter in getrennten Stufen nacheinander ausgeführt werden. Bei Germanium ist es ferner bekannt,
eine Blei-Antimon-Legierung einzulegieren und dadurch einen hochdotierten η-leitenden Elektrodenbereich
zu schaffen.
Natürlich gelten auch für das zinnfreie Lot bei Silizium die obengenannten Grenzen. Das Lot muß
also so zusammengesetzt sein, daß sich die Lötverbindung mit der Goldelektrode erst oberhalb 170° C zu
lockern beginnt. Deshalb kommt beispielsweise Indium als Lötmetall nicht in Frage. Indium wird bei Germaniumelementen
mit Vorteil verwendet, weil Germanium nur mit einer Höchsttemperatur von 65 bis 70° C betriebsmäßig beansprucht werden darf und
eine mit Indium auf Germanium hergestellte Lötverbindung bei etwa 140° C schmilzt. Aus demselben
Grunde kann aber Indium für Silizium und andere Halbleiterstoffe, die eine Betriebstemperatur von mehr
als 130° C vertragen, nicht als Lot verwendet werden.
809 660/247
Die Verwendung eines zinnfreien Lotes mit einer Schmelztemperatur von 150° C oder mehr kommt nicht
nur für Silizium, sondern auch für eine Reihe intermetallischer Verbindungen, insbesondere A1nBv-Verbindungen,
in Betracht. Als Beispiele seien genannt: Gallium-Arsenid, Gallium-Phosphid, Indium-Phosphid.
Als besonders vorteilhaft erweist sich,ein Lot, welches
selbst Gold enthält, weil dadurch vermieden wird, daß einerseits der an sich meist sehr dünnen Goldelektrode
ein Teil ihres Goldgehaltes entzogen wird und andererseits der Schmelzpunkt des Lotes bei der
Legierungsbildung schwer kontrollierbare Veränderungen erfährt. Ein geeignetes Lot ist z. B. eine Blei-Gold-Antimon-Legierung.
Als besonders vorteilhaft hat sich eine Zusammensetzung von 75 al» Blei, 17 °/ο
Gold und 8 °/a Antimon erwiesen. Diese Zusammensetzung
kommt anscheinend einem ternären Eutektikum nahe. Sie hat einen Schmelzpunkt von etwa 195° C.
Sie kann auch bei Goldelektroden, welche sich auf einem p-leitenden Gebiet befinden, verwendet werden,
weil infolge der erwähnten, verhältnismäßig niedrigen Löttemperatur keine Gefahr besteht, daß durch den
Antimonanteil des Lotes eine Dotierung und gegebenenfalls Umwandlung des Leitungstyps eintreten könnte.
Weiter wurden Wismut/Gold und Blei/Gold, insbesondere deren Zweistoff-Eutektika, als brauchbar befunden.
Claims (2)
1. 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, dadurch gekennzeichnet, daß zum Anlöten des Leitungsanschlusses ein zinnfreies Lot mit einer Schmelztemperatur
über 150° C und unter 300° C verwendet wird.
2. Verfahren^ nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß zum Anlöten des Leitungsanscblusses ein aus 75% Blei, 17°/» Gold und 8% Antimon
bestehendes Lot verwendet wird.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Österreichische Patentschrift Nr. 177 475;
Proc. IRE (1953) 41, S. 1730.
Österreichische Patentschrift Nr. 177 475;
Proc. IRE (1953) 41, S. 1730.
© 309660/24? 10.58.
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