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 Silizium

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DE1042131B DES52113A DES0052113A DE1042131B DE 1042131 B DE1042131 B DE 1042131B DE S52113 A DES52113 A DE S52113A DE S0052113 A DES0052113 A DE S0052113A DE 1042131 B DE1042131 B DE 1042131B
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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
an Legierungselektroden
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
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)

Patentansprüche:
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.
© 309660/24? 10.58.
DES52113A 1957-01-29 1957-01-29 Verfahren zur Befestigung von elektrischen Leitungsanschluessen an Legierungselektroden in einkristallinen Halbleiterkoerpern, insbesondere aus Silizium Pending DE1042131B (de)

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DES52113A DE1042131B (de) 1957-01-29 1957-01-29 Verfahren zur Befestigung von elektrischen Leitungsanschluessen an Legierungselektroden in einkristallinen Halbleiterkoerpern, insbesondere aus Silizium
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