DE1096501B - Alloy delimitation form for the production of alloy contacts on semiconductor components - Google Patents
Alloy delimitation form for the production of alloy contacts on semiconductor componentsInfo
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Description
Legierungsbegrenzungsform zur Herstellung von Legierungskontakten an Halbleiterbauelementen Die Erfindung betrifft eine Legierungsbegrenzungsform zur Herstellung von Legierungskontakten, vorzugsweise zur gleichzeitigen Herstellung von Legierungskontakten auf einer Vielzahl von Halbleiter-Flächen-B-anelementen mit p-n-Übergängen.Alloy limiting shape for making alloy contacts on semiconductor components The invention relates to an alloy delimitation form for the production of alloy contacts, preferably for simultaneous production of alloy contacts on a variety of semiconductor planar elements with p-n junctions.
Solche Legierungsbegrenzungsformen bestehen meist aus Ober- und Unterteil mit durch beide Teile verlaufenden Durchbohrungen oder -dem Unterteil endenden Sacklöchern. Die Durchbohrungen und Sacklöcher sind bei den bekannten Formen so ausgebildet, daß in diese das Halbleiterplättchen mit einer Legierungspille oder dem Legierungsdraht oder mit zwei Legierungspillen und dem Halbleiterkörper eingebracht werden kann und gleichzeitig durch sie die Legierungsfläche festgelegt wird. Diese bekannten Formen werden üblicherweise aus Graphit oder Stahl hergestellt. Formen aus Graphit nutzen sich jedoch schnell ab, weil der Graphit abbröckelt. Bei Stahlformen ist es dagegen schwierig, ein Ankleben bzw. Anlegieren der Legierungspillen an die Form zu vermeiden. S olche alloy boundary shapes usually consist of upper and lower part with both parts extending through perforations or -the lower part ending blind holes. The through-bores and blind holes are designed in the known shapes so that the semiconductor wafer can be introduced into them with an alloy pill or the alloy wire or with two alloy pills and the semiconductor body and at the same time the alloy surface is defined by them. These known shapes are usually made of graphite or steel. However, graphite shapes wear out quickly because the graphite crumbles. In the case of steel molds, on the other hand, it is difficult to prevent the alloy pills from sticking or alloying to the mold.
Demgegenüber werden bei .der Legierungsbegrenzungsform nach -der Erfindung diese Schwierigkeiten vermieden. Außerdem ist diese Form wirtschaftlich herzustellen und für verschiedene Halbleitermaterialien bzw. Legierungssubstanzen geeignet.In contrast, the alloy limit shape according to the invention avoided these difficulties. In addition, this shape is economical to manufacture and suitable for various semiconductor materials or alloy substances.
Gemäß der Erfindung zeichnet sich die Legierungsbegrenzungsform zur Herstellung von Legierungskontakten, auf Halbleiter-Flächen-Bauelementen, mit p-n-Übergängen, bestehend aus Ober- und Unterteil mit durch beide Teile gehenden Durchbohrungen oder im Unterteil endenden Sacklöchern, dadurch aus, daß die Durchbohrungen und die Sacklöcher beider Teile mit Einsätzen aus eloxiertem Metall versehen sind, und die Einsätze des Oberteiles Durchbohrungen vom Durchmesser der gewünschten Legierungsfläche zum Einbringen der Pille der Legierungssubstanz auf die jeweils unter dem Einsatz befindlichen Halbleiterplättchen besitzen. Die Form nach der Erfindung ist besonders zur gleichzeitigen Herstellung von Kontakten auf einer Vielzahl von Bauelementen geeignet.According to the invention, the alloy limiting shape is characterized by Production of alloy contacts, on semiconductor surface components, with p-n junctions, Consists of an upper and a lower part with through-holes going through both parts or in the lower part ending blind holes, characterized in that the through holes and the blind holes of both parts are provided with inserts made of anodized metal, and the inserts of the upper part drill holes of the diameter of the desired alloy surface to introduce the pill of the alloy substance on each under the insert have located semiconductor wafers. The shape of the invention is special for the simultaneous production of contacts on a large number of components suitable.
In Legierungsbegrenzungsformen, mit denen Transistoren hergestellt werden sollen, besitzen die Einsätze des Unterteils Sacklöcher -zur Aufnahme der Legierungspillen für die Gegenseite des Halbleiterkörpers.In alloy limiting forms that are used to make transistors are to be, the inserts of the lower part have blind holes -to accommodate the Alloy pills for the opposite side of the semiconductor body.
Die Legierungsform selbst kann aus Graphit, Stahl oder ebenfalls aus eloxiertem Metall bestehen. Die Wahl .des Materials für die Einsätze bzw. Formen richtet sich dabei nach der Legierungstemperatur, die unter der Schmelztemperatur des eloxierten Metalls liegen muß. Die Einsätze werden je nach dem Verwendungszweck angefertigt und anschließend nach dem bekannten elektrolytischen Oxydationsverfahren - z. B. Eloxal-Verfahren bei Aluminium, Elomag-Verfahren bei Magnesium - oxydiert. Für Germanium-Bauelemente, die unter 600° C legiert werden, können Einsätze aus eloxiertem Magnesium (Schmelzpunkt 650°C) oderAluminium (Schmelzpunkt658°C) verwendet werden. Oberhalb dieser Temperatur werden zweckmäßig eloxierte Einsätze aus Eisen, Vanadium, Nickel oder Silber oder deren Legierungen verwendet. Bei Verwendung von Aluminium ist möglichst reines Aluminium zu wählen, da dieses eine bessere Oxydschicht @in bezug auf Härte und Festigkeit liefert. Die Einzelheiten der Eloxierverfahren sind bekannt. Einsätze aus Aluminium werden z. B. in Kalilauge geätzt und anschließend 15 Minuten lang in 10°/aiger Schwefelsäure elektrolytisch eloxiert. Eloxierte Einsätze aus reinem Aluminium haben sich bei 'der Herstellung von Germanium-Transistoren bis zu einer Legierungstemperatur von etwa 600° C sehr gut bewährt.The alloy form itself can be made of graphite, steel or also anodized metal. The choice of material for the inserts or shapes depends on the alloy temperature, which is below the melting temperature of the anodized metal must lie. The stakes are depending on the intended use made and then according to the well-known electrolytic oxidation process - e.g. B. anodizing process for aluminum, Elomag process for magnesium - oxidized. For germanium components that are alloyed below 600 ° C, inserts can be made from anodized magnesium (melting point 650 ° C) or aluminum (melting point 658 ° C) will. Above this temperature, anodized inserts made of iron, Vanadium, nickel or silver or their alloys are used. When using Aluminum should be as pure as possible because it has a better oxide layer @ in terms of hardness and strength. The details of the anodizing process are known. Inserts made of aluminum are z. B. etched in potassium hydroxide and then Electrolytically anodized in 10% sulfuric acid for 15 minutes. Anodized inserts Pure aluminum have been used in the manufacture of germanium transistors Proven very well up to an alloy temperature of approx. 600 ° C.
Vorzugsweise werden ,die Einsätze für die Legierungsbegrenzungsform nach der Erfindung aus eloxiertem Tantal oder eloxierten Tantallegierungen hergestellt, die sich sowohl für Germanium- wie für Silizium-Bauelemente und die bei ihnen üblicherweise verwendeten Legierungssubstanzen eignen. Wegen der relativ schweren Bearbeitbarkeit von Tantal kann dieses auch in Form von eloxierten Tantalblechen verwendet werden, die zu den gewünschten Einsatzformen gepreßt sind. Die verwendeten Tantalbleche können beispielsweise eine Dicke von 0,5 mm haben. Alle Tantalteile, die mit leichthaftenden Metallen, wie z. B. Gold, in Berührung kommen, werden zweckmäßig an ihrer Oberfläche mrit einer Riffelung, z. B. in Waffelmusterform, versehen.Preferably, the inserts are for the alloy limit mold manufactured according to the invention from anodized tantalum or anodized tantalum alloys, which are suitable for both germanium and silicon components and which are common with them Alloy substances used are suitable. Because of the relatively difficult machinability from tantalum, this can also be used in the form of anodized tantalum sheets, which are pressed into the desired insert shapes. The tantalum sheets used can for example have a thickness of 0.5 mm. All tantalum parts, those with easily adhering metals, such as. B. gold, come into contact, are expedient on its surface with a corrugation, z. B. in a waffle pattern.
Weitere Einzelheiten der Legierungsbegrenzung-sform nach .der Erfindung werden an Hand der Figuren erläutert Fig.1 zeigt schematisch eine Legierungsbegrenzungsform für die gleichzeitige Herstellung von Legierungskontakten für mehrere Flächentransistoren in Draufsicht; Rig.2 zeigt schematisch einen Vertikalschnitt durch eine Legierungsbegrenzungsform für Dioden im Ausschnitt; Fig. 3, 4 ,und 5 zeigen schematisch Vertikalschnitte durch verschiedene Legierungsbegrenzungsformen für Transistoren im Ausschnitt.Further details of the alloy limitation shape according to the invention are explained with reference to the figures for the simultaneous production of alloy contacts for several flat transistors in plan view; Rig.2 schematically shows a vertical section through an alloy delimitation shape for diodes in the cutout; 3, 4 and 5 show schematically vertical sections through different alloy limiting shapes for transistors in the cutout.
Die Fig. 1 dient zur Veranschaulichung der Lage der Einsätze in einer Form 1. Die Bereiche 2 der einzelnen zu legierenden Halbleiter-Flächen-Bauelemente und damit der Einsätze sind durch Schraffur angedeutet. Ober- und Unterteil der Form wenden nach Einbringen aller erforderlichen Bauteile, wie z. B. des Einsatzes, einer Legierungspille, des Halbleiterplättchens, des Basisbleches und :des zweiten Einsatzes, mittels der Stifte 3 zusammengehalten. Die Figur zeigt eine übliche kleinere Form in natürlicher Größe.Fig. 1 serves to illustrate the position of the inserts in a Form 1. The areas 2 of the individual semiconductor planar components to be alloyed and thus the inserts are indicated by hatching. Upper and lower part of the Turn the form after introducing all the necessary components, such as B. the use, an alloy pill, the die, the base sheet, and: the second Insert, held together by means of the pins 3. The figure shows a usual smaller one Natural size shape.
In den Fsg.2 bis 5 sind vergrößerte nicht maßstabsgerechte Ausschnitte aus Vertikalschnitten durch Legierungsformen dargestellt. Bei der Legierungsform für Dioden weist -der Unterteil 4 ein Sackloch auf, in dem sich ein Einsatz 5 befindet, der eine Ausnehmung zur Aufnahme des Metallplättchens 6 für den Ohmschen Anschluß und des Halbleiterplättchens 7 besitzt. In der Durchbohrung des Oberteiles 8 befindet .sich ein Einsatz 9, dessen Durchbohrung um weniges weiter als der Durchmesser des in sie eingeführten Legierungsdrahtes 10 ist. Über dem Einsatz 9 des Oberteils ist ein Beschwerungsstück 11 für den Legierungsdraht 10 vorgesehen. Das Beschwerungsstück 11 hat einen kurzen Dorn 12, der in .die Durchbohrung des Einsatzes 9 hineinragt und den Draht 10 auf das Halbleiterplättchen 7 bzw. nach Aufschmelzen der Legierungszone in diese hineindrückt. Die Spitze des Dornes 12 wird vorzugsweise mit einer Schicht aus eloxiertem Metall, z. B. aus eloxiertem Tant-al, versehen. Ist der Halbleiter z. B. Silizium und sind damit das Metallplättchen 6 vorzugsweise aus Gold und :die Einsätze 5 und 9 .aus Tautal, so kann die an dem Goldplättchen liegende Oberfläche des Einsatzes 5 zur Vermeidung einer Haftung des Goldes an dem eloxierten Tautal mit einer Riffelung versehen werden.FIGS. 2 to 5 show enlarged sections that are not to scale shown from vertical sections through alloy shapes. With the alloy form for diodes - the lower part 4 has a blind hole in which an insert 5 is located, the one recess for receiving the metal plate 6 for the ohmic connection and the semiconductor die 7. Located in the through hole of the upper part 8 .sich an insert 9, the through-hole of which is slightly wider than the diameter of the alloy wire 10 introduced into them. Above the insert 9 of the top is a weighting piece 11 for the alloy wire 10 is provided. The weighting piece 11 has a short mandrel 12 which protrudes into .die through hole of the insert 9 and the wire 10 on the semiconductor wafer 7 or after melting the alloy zone into this. The tip of the mandrel 12 is preferably coated with a layer made of anodized metal, e.g. B. made of anodized tantalum. Is the semiconductor z. B. silicon and are thus the metal plate 6 preferably made of gold and: the Inserts 5 and 9. Made of Tautal, so the surface lying on the gold plate of the insert 5 to avoid adhesion of the gold to the anodized taut valley be provided with a corrugation.
Die Fig. 3 bis 5 zeigen verschiedene Ausführungen von Legierungsbegrenzungsformen für Transistoren gemäß der Erfindung. Während Tder Unterteil 13 der Form nach Fig. 5 Sacklöcher besitzt, haben die Unterteile 14 und 15 der Form nach Fig. 3 und 4 Durchbohrungen; beide können jedoch ebenso mit Sacklöchern hergestellt werden. An ihrer Oberkante haben die Unterteile 14, 15 und 13 die Durchbohrungen bzw. Sacklöcher erweiternde Aussparungen zur Aufnahme der Basisbleche 16, 17 und 18. Die in den Durchbohrungen der Unterteile 14 und 15 befindlichen Einsätze 19 und 20 sind mit einem Sackloch zur Aufnahme der zweckmäßig plättchenförmigen Legierungspillen 21 und 22 versehen. Die Oberseite des Einsatzes 19 der Form nach Fig. 3 ist im übrigen glatt. Auf den Einsatz 19 werden mach Einführen der Legierungspille 21 das Halbleiterplättchen 23 und das Basisblech 16 gebracht. Bei der Form nach Fig. 4 ist dagegen der obere Außenrand des Einsatzes 20 zur Aufnahme des Basisbleches 17 ausgespart. Die Durchbohrungen der Oberteile 24 und 25 der Frig. 3 und 4 sind an der Oberkante etwas weiter als in ihrem unteren Teil, so daß die entsprechend geformten Einsätze 26 und 27 auf -den Kanten 28 und 29 hängen. Der Einsatz 26 greift nach Fig. 3 mit seinem unteren Teil in die Durchbohrung des Unterteils 14 entsprechend der Höhe des Basisbleches 16 ein und. liegt auf dem Halbleiterplättchen 23 auf. Sein unterer Außenrand ist mit einer Aussparung entsprechend der Größe des Basisbleches 16 versehen. Die Unterfläche des Einsatzes 27 nach Fig. 4 ist dagegen nach außen glatt und liegt auf dem Halbleiterplättchen 30 auf. Durch die Durchbohrungen der Einsätze 26 und 27 werden die Legierungspillen 31 und 32 auf die Halbleiterplättchen 23 und 30 gebracht. Die Oberteile 24 und 25 haben Deckel 33 und 34, die mit ihnen fest verbunden werden können und die bei 35 und 36 die Durchbohrungen der Einsätze 26 und 27 frei lassen. Die Einsätze 26 bzw. 27 haben zwischen Deckel 33 bzw. 34 und Kante 28 bzw. 29 etwas Spiel zur Anpassung an unterschiedliche Dicken der Halbleiterplättchen. Die Einsätze der Form der Fig. 3 werden zweckmäßig aus massivem Metall, die der Fig. 4 aus massivem oder aus Metallblech, insbesondere aus Tantalblech, hergestellt.3 through 5 show various embodiments of alloy confinement shapes for transistors in accordance with the invention. While the lower part 13 of the form according to FIG. 5 has blind holes, the lower parts 14 and 15 of the form according to FIGS. 3 and 4 have through bores; however, both can also be made with blind holes. At their upper edge, the lower parts 14, 15 and 13 have the through holes or blind holes widening recesses for receiving the base plates 16, 17 and 18. The inserts 19 and 20 located in the through holes of the lower parts 14 and 15 are useful with a blind hole for receiving the plate-shaped alloy pills 21 and 22 provided. The top of the insert 19 of the form of FIG. 3 is otherwise smooth. After the alloy pill 21 has been inserted, the semiconductor wafer 23 and the base sheet 16 are placed on the insert 19. In the case of the form according to FIG. 4, on the other hand, the upper outer edge of the insert 20 for receiving the base plate 17 is recessed. The perforations of the upper parts 24 and 25 of the Frig. 3 and 4 are somewhat wider at the upper edge than in their lower part, so that the correspondingly shaped inserts 26 and 27 hang on the edges 28 and 29. The insert 26 engages according to FIG. 3 with its lower part in the through hole of the lower part 14 corresponding to the height of the base plate 16 and. rests on the semiconductor wafer 23. Its lower outer edge is provided with a recess corresponding to the size of the base plate 16. The lower surface of the insert 27 according to FIG. 4, on the other hand, is smooth on the outside and rests on the semiconductor wafer 30. The alloy pills 31 and 32 are brought onto the semiconductor wafers 23 and 30 through the bores of the inserts 26 and 27. The upper parts 24 and 25 have covers 33 and 34 which can be firmly connected to them and which leave the through-holes of the inserts 26 and 27 free at 35 and 36. The inserts 26 and 27 have some play between the cover 33 and 34 and the edge 28 and 29 for adaptation to different thicknesses of the semiconductor wafers. The inserts of the shape of FIG. 3 are expediently made of solid metal, those of FIG. 4 are made of solid or sheet metal, in particular tantalum sheet.
Fig.5 zeigt eine Form gemäß der Erfindung mit aus eloxiertem Metallblech, vorzugswesse Tantalblech, hergestellten Einsätzen. Der Unterteil 13 ist mit Sacklöchern versehen, die in oder Mitte eine geeignet geformte Vertiefung aufweisen. Auf den Boden eines solchen Sackloches ist ein Blech aus eloxiertem Metall, z. B. ein Täntalblech, gepreßt, das den Einsatz 37 bildet. Die Vertiefung in der Mitte des Tantalbleches ist derart gestaltet, daß in sie die in diesem--Fall zweckmäßig kugelförmige Legierungspille 38 eingebracht werden kann und das Barübergelegte Halbleiterplättchen 39 dann möglichst breit auf dem Außenrand des Einsatzes 37 aufliegt. In die Durchbohrung des Oberteiles 40 ist ein eloxiertes Tantalblech als Einsatz 42 eingepreßt, durch dessen Durch= bohrung die Legierungspille 41 auf ,das Halbleiterplättchen 39 gebracht wird.Fig. 5 shows a form according to the invention with anodized sheet metal, preferably made of tantalum sheet, manufactured inserts. The lower part 13 has blind holes provided, which have a suitably shaped recess in or in the middle. On the The bottom of such a blind hole is a sheet of anodized metal, e.g. B. a Täntalblech, pressed, which forms the insert 37. The recess in the middle of the tantalum sheet is designed in such a way that the alloy pill, which is expediently spherical in this case, is inserted into it 38 can be introduced and the semiconductor wafer 39, which is placed over the bar, if possible wide on the outer edge of the insert 37 rests. In the through-hole of the upper part 40 an anodized tantalum sheet is pressed in as an insert 42, through whose diameter = bore the alloy pill 41, the semiconductor wafer 39 is brought.
Im Gegensatz zu -den bekannten Legierungsbegrenzungsformen unterliegen die gemäß der Erfindung kaum einem Verschleiß. Gleichzeitig gewährleisten sie ein einwandfreies Legieren, ohne daß Infolge Haftgins von Legierungssubstanz und Form bei Herausnehmen ein Ausreißen einzelner Stücke aus dem Halbleiter-Flächen-Bauelement oder auch der Form erfolgt. Werden als Einsätze aus Materialgründen kostspieligere Metalle benutzt, so lassen sich die Herstellungskosten für die Form durch Verwendung von Blech, wie z. B. Tantalblech, für die Einsätze außerordentlich gering halten.In contrast to the known alloy forms of limitation according to the invention hardly any wear. At the same time they guarantee a Perfect alloying without the alloy substance and form being affected by adhesive When removing, individual pieces are torn out of the semiconductor areal component or the form takes place. Are more expensive than inserts for material reasons If metals are used, the manufacturing cost of the mold can be reduced by using of sheet metal, such as B. Tantalum sheet, keep extremely low for the stakes.
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