DE2917165A1 - Verfahren zum herstellen einer halbleiteranordnung durch verbinden eines siliziumsubstrats und einer elektrode o.dgl. miteinander mittels aluminiums - Google Patents
Verfahren zum herstellen einer halbleiteranordnung durch verbinden eines siliziumsubstrats und einer elektrode o.dgl. miteinander mittels aluminiumsInfo
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Description
HITACHI, LTD., Tokyo, Japan
Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung durch Verbinden eines Siliziumsubstrats und einer Elektrode od. dgl,
miteinander mittels Aluminiums
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung und insbesondere auf
eine Verbesserung beim Verbinden eines Siliziumsubstrats und beispielsweise von Elektroden miteinander mittels
Aluminiums.
Es ist allgemeine Praxis, Elektroden mit einem Siliziumsubstrat mittels eines Aluminiumlots zwecks Halterung
des Siliziumsubstrats oder Schaffung des elektrischen Anschlusses daran zu verbinden. Bei einigen Anwendungsfällen
wird das Aluminiumlot auch zur Verbindung eines Siliziumsubstrats mit einem anderen verwendet. Mit dem Siliziumsubstrat
zu verbindende Teile werden hier allgemeine Elektroden genannt.
Hinsichtlich der Kontakte mit einem Siliziumsubstrat unter Verwendung von Aluminium sei auf die Veröffentlichungen
von Mhtlow et al "Ohmic Aluminum-n-Type Silicon Contact",
"Journal of Applied Physics", Vol. 30, No. 4, (1959), S. 541-543; Roberts et al "The Controlling Factors in
909847/0614
Semiconductor Large Area Alloying Technology", "Journal of Materials Science" 3 (1968), S.IIO7II9; oder Roberts
et al "The Effects of Alloying Material on Regrowth-layer Structure in Silicon Power Devices", "Journal of
Materials Science" 6 (1971), S. 189-198 hingewiesen.
Aluminium wird als Lot verwendet, da es einerseits gegenüber anderen Hartlötwerkstoffen eine überlegene elektrische Leitfähigkeit und Bindeeigenschaft aufweist und
andererseits zu einem Hartlöttyp gehört, der wirtschaftlich
ist.
Falls die Verbindungsoberfläche des Siliziumsubstrats
teilweise η-Leitfähigkeit aufweist, bewirkt die Hitze zum Verbinden von Silizium und Aluminium miteinander eine
Reaktion des Siliziums mit Aluminium, und demgemäß wird auf der n-Leitfähigkeitsoberfläche eine neugewachsene
Schicht von p-Leitfähigkeit gebildet, die zu einem unerwünschten Anstieg des Durchlaßspannungsabfalls PVD der
Halbleiteranordnung führt.
Eine herkömmliche Gegenmaßnahme zum Vermeiden der neugewachsenen p-Schicht sieht die Verringerung der Dicke
des Aluminiumlots vor. Eine andere Gegenmaßnahme besteht darin, eine Folie aus einem fünfwertigen Element, wie z. B.
Antimon, zwischen dem Siliziumsubstrat und einer als Aluminiumlot dienenden Aluminiumfolie anzuordnen. Noch
eine weitere Gegenmaßnahme sieht das Eindiffundieren einer großen Phosphormenge in die η-Oberfläche vor, die nicht
nur wegen des fünfwertigen Elements, sondern auch wegen ihrer
Wirksamkeit zur Vermeidung der Bildung der neugewachsenen Schicht gewählt wird. Jedoch sind diese Gegenmaßnahmen
unbefriedigend.
Ö098A7/O6U
Bei gesteigertem Durchlaßspannungsabfall FVD erzeugt das Siliziumsubstrat im leitenden Zustand eine entsprechend
große Wärmemenge und wird schwierig abkühlbar. Daher muß die durch das Siliziumsubstrat zu leitende
Stroitmenge verringert werden.
Stroitmenge verringert werden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung zu
entwickeln das sicherzustellen vermag, daß ein Siliziumsubstrat und Elektroden od. dgl. Teile miteinander mittels
Aluminiums verbunden werden können, ohne daß ein Anstieg des Durchlaßspannungsabfalls verursacht wird, daß sich
die in der Halbleiteranordnung erzeugte Wärme verringern und eine dementsprechend hohe Strommenge durchleiten läßt und daß keine Verschlechterung der Eigenschaften des
Siliziumsubstrats auftritt.
die in der Halbleiteranordnung erzeugte Wärme verringern und eine dementsprechend hohe Strommenge durchleiten läßt und daß keine Verschlechterung der Eigenschaften des
Siliziumsubstrats auftritt.
Gegenstand der Erfindung, womit diese Aufgabe gelöst
wird, ist nach einer Alternative ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung, bei dem man ein Siliziumsubstrat von η-Leitfähigkeit mittels Aluminiumlots mit einer
Elektrode verbindet, mit dem Kennzeichen, daß man in der Verbindungsoberfläche des Siliziumsubstrats Vertiefungen ausbildet, deren jede eine Verbindungsfläche mit einem
Flächenindex höherer Ordnung als dem der Verbindungsoberfläche des Siliziumsubstrats aufweist,
wird, ist nach einer Alternative ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung, bei dem man ein Siliziumsubstrat von η-Leitfähigkeit mittels Aluminiumlots mit einer
Elektrode verbindet, mit dem Kennzeichen, daß man in der Verbindungsoberfläche des Siliziumsubstrats Vertiefungen ausbildet, deren jede eine Verbindungsfläche mit einem
Flächenindex höherer Ordnung als dem der Verbindungsoberfläche des Siliziumsubstrats aufweist,
daß man entweder das Aluminiumlot auf der Verbindungsoberfläche
des Siliziumsubstrats vorsieht und die Elektrode auf dem
909847/OGU
Aluminiumlot anbringt
oder die Elektrode auf der Verbindungsoberfläche des Siliziumsubstrats
über das Aluminiumlot anbringt
und daß man das Siliziumsubstrat, das Aluminiumlot und die Elektrode durch Erhitzen vereinigt.
Nach einer anderen Alternative ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung,
bei dem man ein Siliziumsubstrat von n-Leitfähigkeit mittels Aluminiumlots mit wenigstens einem anderen
Siliziumsubstrat verbindet, mit dem Kennzeichen, daß
man in der Verbindungsoberfläche jedes Sillziumsubstrats
Vertiefungen ausbildet, deren jede eine Verbindungsfläche mit einem Flächenindex höherer Ordnung als dem der Verbindungsoberfläche des Siliziumsubstrats aufweist,
und daß man die wenigstens zwei mit den Vertiefungen versehenen Siliziumsubstrate und je ein dazwischen angeordnetes Aluminiumlot durch Erhitzen vereinigt.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 3 bis 8 gekennzeichnet.
Die Erfindung gibt also ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung an, bei dem in einer Verbindungsoberfläche eines Siliziumsubstrats von n-Leitfähigkeit
Vertiefungen gebildet werden, deren jede eine Verbindungsfläche mit einem Flächenindex höherer Ordnung als dem der
Verbindungsoberfläche des Siliziumsubstrats aufweist, und
80a847/G6U
ORlGSNAL INSPECTED
das Substrat und die Elektroden u. dgl. Teile miteinander mit einem Aluminiumlot so verbunden werden, um einen
Durchlaßspanungsabfall FVD zu senken. Nach dem Ausbilden
der Vertiefungen, jedoch vor dem Verbinden mit dem Aluminiumlot wird Phosphor in einen von der Verbindungsoberfläche bis in eine Tiefe von 20 ,um reichenden
Bereich eindiffundiert, um dadurch den Durchlaßspannungsabfall FVD weiter zu verringern. Beim Abkühlen nach dem
Verbindungsvorgang wird ein Temperaturgradient so eingerichtet, daß die Temperatur im Siliziumsubstrat höher
als die Temperatur im geschmolzenen Aluminium ist, so daß der Durchlaßspannungsabfall FVD weiter gesenkt werden kann.
Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiele näher erläutert; darin
zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt einer Halbleiteranordnung, bei der ein Siliziumsubstrat und Elektroden miteinander
mittels eines Aluminiumlots verbunden werden;
Fig. 2 einen Längsschnitt einer Halbleiteranordnung, bei der Siliziumsubstrate und Elektroden miteinander
mittels eines Aluminiumlots verbunden sind;
Fig. 3 einen Längsschnitt eines Siliziumsubstrats zur Veranschaulichung der Art der Abkühlung, wenn der
Verbindungsvorgang beim erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren abläuft;
Fig. 4 ein Diagramm zur Darstellung der Beziehung zwischen der Heiζtemperatur und dem Diskontinuitätsverhältnis
nach dem bekannten Verfahren und nach dem Herstellverfahren gemäß der Erfindung;
Θ09847/06Η
Fig. 5 ein Diagramm zur Darstellung der Beziehung
zwischen dem Diskontinuitätsverhältnis und dem Anstieg des Durchlaßspannungsabfalls;
Fig. 6 ein Diagramm zur Darstellung von Phosphorkonzentrationsprofilen
in der Tiefenrichtung eines Siliziumsubstrats einer Halbleiteranordnung
nach dem bekannten Verfahren und nach dem Herstellverfahren gemäß der Erfindung;
Fig. 7 ein Diagramm zur Darstellung der Beziehung zwischen dem Diskontinuitätsverhältnis und
dem Anstieg des Durchlaßspannungsabfalls in nach dem herkömmlichen Verfahren und nach
dem erfindungsgemäßen Herstellverfahren gefertigten Halbleiteranordnungen;
Fig. 8 eine Mikroskopaufnahme einer Siliziumsubstratoberfläche nach einem Ätzverfahren beim
Herstellverfahren gemäß der Erfindung;
Fig. 9 eine Mikroskopaufnahme eines Verbindungsbereichs in einem Siliziumsubstrat einer nach dem erfindungsgemäßen
Herstellverfahren gefertigten Halbleiteranordnung; und
Fig. 10 eine Mikroskopaufnahme eines Verbindungsbereichs in einem Siliziumsubstrat einer nach dem bekannten
Verfahren hergestellten Halbleiteranordnung.
In Fig. 1 ist eine Darstellung der auseinandergenommenen
Form einer allgemein mit ^O bezeichneten Diode des Druck-
909847/0614
Verbindungstyps gegeben, die ein Siliziumsubstrat 11 mit einem p-n-Ubergangaufweist. Das Siliziumsubstrat
ist mit einer Trägerelektrode 13 aus Molybdän oder Wolfram mittels eines Aluminiumlots 12 verbunden. Die
Trägerelektrode 13 ist mit einer Lo tschicht 14 zur
Verbindung mit einer unteren Kupferelektrode 15 versehen. Das Siliziumsubstrat 11 trägt auf seiner oberen Hauptoberfläche
eine (nicht dargestellte) abgeschiedene Elektrodenschicht aus Gold od. dgl. und liegt über eine
Zwischenpufferplatte 16 aus Wolfram an einer oberen Kupferelektrode 17 an. Mit den oberen und unteren Kupferelektroden
17 und 15 sind Flansche 19 und 18 aus
"Fernico" hartgelötet, die außerdem an ihren äußeren ümfangskanten mit "Fernico"-Flanschen 21 und 22 hartgelötet
sind. Die Flansche 21 und 22 sind an entgegengesetzten Enden eines keramischen Abdichtkörpers montiert.
g oberen und unteren Kupferelektroden 17 und 15, die
Flansche 18, 19, 21 und 22 und der keramische Abdichtkörper 20 stellen eine luftdichte Einfassung dar, die
das Siliziumsubstrat 11 gegenüber der Außenluft isoliert.
Es ist zu bemerken, daß ein für das freiliegende Ende
des p-n-übergangs des Siliziumsubstrats 11 vorgesehener Oberflächenstabilisator nicht dargestellt ist.
Fig. 2 zeigt eine Hochspannungsdiode K) des Glaseinformtyps,
bei der ein Paar von Molybdänelektroden 31 und 32 unter Abstand angeordnet sind, p-Leitfähigkeits-Siliziumabstandsstücke
33a und 33b ohne p-n-übergänge an
909847/0614
die Elektroden 31 bzw. 32 angrenzen und Siliziumplättchen (Siliziumsubstrate) 34a, 34b..,34n mit p-n-Ubergängen
zwischen den Abstandsstücken 33a und 33b so gestapfeit sind, daß ihre gleichgerichteten Polaritäten in einer
Richtung ausgerichtet sind, wobei die Elektroden 31 und 32, die Abstandsstücke 33a und 33b und die Siliziumplättchen 34a,
34b,...,34n miteinander mittels der Aluminiumlote 35a, 35b,...35n-1, 35n verbunden sind. Die erhaltene Einheit
ist mit einer ZnO-B^Og-SiO^-System-Glaseinformmasse
eingeformt, die eine Brücke zwischen den Elektroden 31 und bildet.
Die Glaseinformung 36 dient nicht nur als Oberflächenstabilisator für die freiliegenden Enden der p-n-Ubergänge
der Siliziumplättchen 34a, 34b,...,34n, sondern auch als Schutz gegen eine äußere mechanische» Beanspruchung.
Kupferanschlußleiter 37 und 38, die eine geringe Menge Zirkonium enthalten, sind mit den Elektroden 31 und 32
durch Schlagschweißen verbunden.
Beim Verbinden des Siliziumsubstrats 11 und der Trägerelektrode
13 miteinander mittels des Aluminiumlots 12 im Fall der Diode nach Fig. 1 oder beim Verbinden der Siliziumplättchen
34a, 34b,...,34n mit den Aluminiumloten 35b,...,35n-1
im Fall der Diode nach Fig. 2 wird das Herstellverfahren gemäß der Erfindung angewendet.
Im einzelnen hat das Siliziumsubstrat eine Verbindungsoberfläche in der Form einer n-Leitfähigkeits-(111)-K.ristalli-
sationsöberflache, und die Verbindungsoberfläche wird
mit einer hauptsächlich 5 % Natriumhydroxid enthaltenden
wässerigen Lösung geätzt, um darin Vertiefungen zu bilden.
909847/0614
Danach wird Phosphor in die Verbindungsoberfläche mit
hoher Konzentration (1,08 Atom %; 1 Atom % = 5 χ .10
Atome/cm ), um sie in eine η -Leitfähigkeits-Verbindungsoberflache
umzuwandeln.
Eine Mikroskopaufnahme der so vorbereiteten η -Leitfähigkeits-Verbindungsoberflache
ist in Fig. 8 gezeigt. Es ist festzustellen, daß die Phosphordiffusion mit der
hohen Konzentration dem Unterdrücken eines Anstiegs des Durchlaßspannungsabfalls dank der Eigenschaft des
Phosphors zum Vermeiden der Bildung der neugewachsenen Schichten dient, und diese Diffusion ist keine unerläßliche
Bedingung der Verwirklichung der Erfindung. Bei Beobachtung der η -Leitfähigkeits-Verbindungsoberflache
wurde bestätigt, daß dort eine große Zahl von Vertiefungen gebildet war, worin isolierte segmentförmige Verbindungsflächen mit einem Flächenindex höherer Ordnung als dem
Flächenindex (111) der ursprünglichen Verbindungsoberfläche freigelegt waren.
Anschließend wird eine Hochkonzentrations-Phosphordiffusions-η
-Leitfähigkeitsschicht durch Polieren oder Ätzen entfernt, während die andere Hochkonzentrations-Phosphordiffusions-n+-Leitfähigkeitsschicht, die als die
Verbindungsoberfläche dient, mit einer Diffusionsmaske
maskiert wird, durch die ein p-Leitfähigkeitsdotierstoff (Akzeptor), wie z. B. Bor, Gallium od. dgl., zur
Bildung eines p-n-übergangs diffundiert wird. Oa die Heiztemperatur für die Bildung des p-n-übergangs unter
dem Schmelzpunkt des Siliziums liegt, wird die große Zahl von
809847/0614
in der n^Leitfähigkeits-Verbindungsoberfläche gebildeten
Vertiefungen während der wärmebehandlung nicht verformt.
Dann werden die Diffusionsmaske und ein auf dem Siliziumsubstrat während der Akzeptordiffusion gebildeter
Siliziumoxidfilm entfernt.
Im nächsten Schritt wird auf der mit den Vertiefungen des Flächenindex hoher Ordnung ausgebildeten η -Leitfähigkeits-Verbindungsoberfläche Aluminium nach einer
bekannten Technik, wie z. B. Dampfabscheidung, in einer
bestimmten Dicke abgeschieden. Alternativ wird das Siliziumsubstrat 11, das einerseits über eine Aluminiumfolie
12 an der Trägerelektrode 13 anliegt und andererseits mit einem Wärmeisolierkörper 40 aus beispielsweise Graphit
abgedeckt ist, wie Fig. 3 zeigt, auf eine Temperatur über dem Schmelzpunkt von Aluminium für eine bestimmte Zeit
erhitzt und danach einer Abkühlung unterworfen, wodurch das Siliziumsubstrat mit der Trägerelektrode 13 verbunden
wird. Der Wärmeisolierkörper 40 in enger Anlage am Siliziumsubstrat 11 bewirkt die Schaffung eines negativen
Temperaturgradienten, bei dem das Siliziumsubstrat 11
auf einer höheren Temperatur als das Aluminiumlot gehalten
wird, so daß beim Abkühlungsprozeß die Kristallisation und das Wachstum der neugewachsenen Schicht in der zur
Verbindungsoberfläche senkrechten Richtung, jedoch nicht in derjüazu parallelen seitlichen Richtung stattfinden können.
Ein weiter gesteigertes Diskontinuitätsverhältnis der neugewachsenen Schicht, das dem längsgerichteten Wachstum
Ö09847/06U
der neugewachsenen Schicht zuzuschreiben ist, kann zur Unterdrückung eines Anstiegs des Durchlaßspannungsabfalls FVD
beitragen.
Der hier verv/endete Begriff "Diskontinuitätsverhältnis" bezeichnetr ein Verhältnis l/L (wobei 1 die Länge eines
Teils ist, in dem nach der Verbindung eine Querschnittsfläche der kristallisierten neugewachsenen Schicht nicht vorliegt,
und L die gesamte Verbindungslänge bedeutet). Dieses
Verhältnis ist gleich einem Verhältnis q/Q (wobei q die Fläche ist, an der die neugewachsene Schicht kristallisiert
ist, und Q die Fläche der Verbindungsoberfläche ist).
Fig. 4 zeigt die Beziehung zwischen der Heiζtemperatur
zum Verbinden und dem Diskontinuitätsverhältnis der neugewachsenen
Schicht, wobei die Kurve A besonders durch den negativen Temperaturgradient beeinflußte Ergebnisse
der Erfindung, die Kurve B nicht durch den negativen Temperaturgradient beeinflußte Ergebnisse der Erfindung und
die Kurve C Ergebnisse des bekannten Verfahrens wiedergeben, bei dem keine Vertiefungen mit dem Flächenindex
hoher Ordnung gebildet sind und der Temperaturgradient positiv ist. Wie aus Fig.4 ersichtlich ist, wächst die Zahl der
kristallisierten neugewachsenen Schichten, wenn die Heiztemperatur steigt, so daß das Diskontinuitätsverhältnis
sinkt, und das Diskontinuitätsverhältnis wird erfindungsgemäß im Vergleich mit dem bekannten Verfahren verbessert.
Fig. 5 zeigt die Beziehung zwischen dem Diskonituitätsverhältnis und dem Zuwachs /\ FVD des Durchlaßspannungsabfalls
I08S47/86U
aufgrund der neugewachsenen Schicht. Wie aus Fig.5 ersichtlich
ist, sinkt der Durchlaßspannungsabfall FVD, wenn das Diskontinuitätsverhältnis steigt, wie im Vorstehenden beschrieben
wurde.
So offenbaren die Fig. 4 und 5, daß erfindungsgemäß
das Diskontinuitätsverhältnis im Vergleich mit dem bekannten Verfahren gesteigert wird, so daß sich der Durchlaßspannungsabfall
verringern läßt.
Fig. 6 zeigt Phosphorkonzentrationsprofile innerhalb eines von der η -Leitfähigkeits-Oberfläche des Siliziumsubstrats
der Halbleiteranordnung bis in eine Tiefe von 20 .um reichenden Bereichs, wobei die Kurven φ und (£)
Profile im Siliziumsubstrat nach dem bekannten Verfahren und die Kurven φ und (3) Profile im Siliziumsubstrat der Halbleiteranordnung
gemäß der Erfindung darstellen.
Im Fall der Kurve φ ist die Phosphorkonzentration an der
Oberfläche 1,^.8 χ 10 Atome/cm und etwa 9 χ 10 Atome/cm
Ιΐή /-\
in einer Tiefe von 20 ,um. Fall der Kurve \A) ist die
^"^ 20
Phosphorkonzentration*an der Oberfläche 4,0 χ 10 Atome/cm
20 3 und in einer Tiefe von 20 ,um 1,5 χ 10 Atome/cm .
Erfindungsgemäß ist die Phosphorkonzentration in Abhängigkeit von einer von der η -Leitfähigkeit-Oberfläche bis in eine
Tiefe von 20 ,umreichende Tiefe 3 bis 7 χ 10 Atome/cm .
Siliziumsubstrate entsprechen den Kurven Q), Q), (5) und (4)
wurden jeweils mittels Aluminiumlots mit einer Metallplatte aus Molybdän zur Fertigung einer glaseingeformten Diode
9t)9847/Ö6U
verbunden. Die so hergestellten Produkte oder Proben 1 bis^)wurden geschnitten, und die Schnittoberflächen wurden
poliert und in ein "Sirtl"-Ätzmittel (Lösung von 10 cm Wasser und 5 g CrO., :HF =1 : 1) eingetaucht, um
neugewachsene Schichten zu bilden, die mittels eines optischen Mikroskops beobachtet wurden. Bei diesen Proben
wurden die Zuwächse Δ FVD des Durchlaßspannungsabfalls FVD aufgrund der neugewachsenen Schichten · gemessen, und auch
das Diskontinuitätsverhältnis von den in den Schnittflächen gebildeten neugewachsenen Schichten wurde gemessen.
Die Ergebnisse sind in Fig. 7 dargestellt, woraus festzustellen ist, daß ein Diskontinuitätsverhältnis von mehr als
10 % und ein Zuwachs von weniger als 0,2 V nur mit den Proben © und y) erhalten werden, während der Zuwachs A FVD
der Proben (i) und (2) 0,4 V übersteigt und deren Diskontinuitätsverhältnis 1 bis 2 % ist.
Wie oben beschrieben, wird erreicht, daß, wenn Phosphor in einen von der η -Leitfähigkeits-Verbindungsoberfläche
bis in eine Tiefe von 20 ,um reichenden Bereich mit einer
2O 3 Konzentration von 3 bis 7 χ 10 Atome/cm diffundiert
wird, der Durchlaßspannungsabfall FVD verringert werden kann.
Die der Phosphordiffusion unterworfene Verbindungsoberflache
ist mit anderen Vertiefungen als denen ausgebildet, die durch Ätzen geschaffen werden, wenn die Verbindung
mit Aluminium vorgenommen wird. Die zusätzlichen Vertiefungen aufgrund der Phosphordiffusion tragen zur
Erhöhung des Diskontinuitätsverhältnisses bei.
Ö09847/06U
Demgemäß ist, wenn die Phosphorkonzentration geringer
als 3 χ 10 Atome/cm ist, die Bildung der zusätzlichen Vertiefungen unzureichend, was zu einem hohen Zuwachs
ά FVD führt. Umgekehrt können, wenn die Phosphorkonzentration
mehr als 7 χ 10 Atome/cm beträgt, die zusätzlichen
Vertiefungen übermäßig erzeugt werden, und daraus folgt, daß die Verbindungsoberfläche in zu hohem
Grad unregelmäßig wird, was zu dem gleichen Oberflächenzustand wie dem der herkömmlichen, nicht mit Vertiefungen ausgebildeten
Oberfläche und zu einem darausfolgenden Anstieg des Zuwachses A FVD führt.
Fig. 9 und 10 zeigen Mikroskopaufnahmen von Schliffen der Halbleiteranordnungen gemäß der Erfindung bzw. nach
dem bekannten Verfahren. Erfindungsgemäß ist eine neugewachsene Schicht 11a im Inneren unterbrochen, während nach
dem bekannten Verfahren die Kristallisation und das Wachstum einer neugewachsenen Schicht 11a ununterbrochen über
die gesamte η -Leitfähigkeits·
Siliziumsubstrats 11 reichen.
Siliziumsubstrats 11 reichen.
die gesamte η -Leitfähigkeits-Verbindungsoberfläche des
Wenn die Siliziumabstandsst_ücke 33a, 33b und die
Siliziumplättchen 34a, 34b,...,34n miteinander mittels der Aluminiumlote 35a, 35b,...,35n zur Bildung eines
Stapels die bei der·Glaseinformungs-Hochspannungsdiode
nach Fig. 2 verbunden werden, ist es schwierig, den negativen Temperaturgradient beim Abkühlen einzurichten.
Jedoch kann die Schaffung der Vertiefungen mit dem Flächenindex hoher Ordnung in der n-Leitfähigkeitsoberfläche
sichern, daß das Diskontinuitätsverhältnis ausreichend erhöht wird und der Durchlaßspannungsabfall entsprechend
9098A7/O6U
verringert wird, wie in Fig. 4 und 5 gezeigt ist.
Die Bildung der Vertiefungen mit dem Flächenindex hoher Ordnung ist nicht auf Ätzen allein angewiesen. Wenn
jedoch die Vertiefungen mechanisch gebildet werden, bleibt die Verformungsbeanspruchung in der Oberfläche des
Siliziumsubstrats und neigt zur nachteiligen Beeinflussung der elektrischen und mechanischen Eigenschaften des
Siliziumsubstrats. Daher ist es wünschenswert, ein solches Verfahren wie das Ätzen anzuwenden, das von einer
Verformungsbeanspruchung frei und von hohem Wirkungsgrad ist.
Ms Ätzmittel wird eine wässerige Alkalilösung bevorzugt,
insbesondere ist eine Natriumhydroxid oder Kaliumhydroxid enthal teßvs wässerige Lösung wirksam.
Wie oben beschrieben, ist das Herstellverfahren gemäß der Erfindung zum Verbinden der Elektrode u. dgl. Teile
mit der n-Leitfähigkeitsoberfläche wirksam und kann auf verschiedene Siliziumsubstrate von Transistoren, Thyristoren
u. dgl. außer den schon genannten Siliziumsubstraten von Dioden angewandt werden.
Ein Siliziumsubstrat, bei dem die p-Leitfähigkeitsschicht
und die n-Leitfähigkeitsschicht an der Verbindungsoberfläche aisammen vorliegen, wird typisch bei einem
bidirektionalen Thyristoraufbau verwendet, inpem ein Paar von Thyristoren umgekehrt parallel innerhalb eines
und desselben Siliziumsubstrats vereinigt sind (s. US-PS 3 391 310), oder auch in einem umgekehrt leitenden Thyristoraufbau
909847/06U
verwendet, bei dem eine Diode und ein Thyristor umgekehrt
parallel in einem und demselben Siliziumsubstrat vereinigt sind (s.;US-PS 3 978 514). Die Erfindung ist auch auf
diese Art von Verbindungsoberflächen anwendbar.
Da der Durchlaßspannungsabfall verringert wird, läßt
sich auch die Menge der in der Halbleiteranordnung gemäß der Erfindung während der Stromleitung erzeugten Wärme
entsprechend verringern. Außerdem kann die verringerte Wärmeerzeugung die Strommenge entsprechend steigern.
109847/0614
Claims (10)
- AnsprücheL Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung, mit dem man ein Siliziumsubstrat von n-Leitfähigkeit mittels Aluminiumlots mit einer Elektrode verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß man in der Verbindungsoberfläche des Siliziumsubstrats (11) Vertiefungen ausbildet, deren jede eine Verbindungsfläche mit einem Flächenindex höherer Ordnung als dem der Verbindungsoberfläche des Siliziumsubstrats (11) aufweist,daß man endweder das Aluminiumlot (12) auf der Verbindungsoberfläche des Siliziumsubstrats (11) vorsieht und die Elektrode (13) auf dem Aluminiumlot (12) anbringtoder die Elektrode (13) auf der Verbindungsoberfläche des Siliziumsubstrats (11) über das Aluminiumlot (12) anbringtund daß man das Siliziumsubstrat (11), das Aluminiumlot (12) und die Elektrode (13) durch Erhitzen vereinigt.
- 2. Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung, bei dem man ein Siliziumsubstrat von η-Leitfähigkeit mittels Aluminiumlots mit wenigstens einem anderen Siliziumsubstrat verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß manin der Verbindungsoberfläche jedes Siliziumsubstrats (33a, 34a, 34b...34n, 33b) Vertiefungen ausbildet, deren jede81-(A 3773-03)-TF909847/0614eine Verbindungsfläche mit einem Flächenindex höherer Ordnung als dem der Verbindungsoberfläche des Siliziumsubstrats (33a, 34a, 34b...34n, 33b) aufweist,,und daß man die wenigstens zwei mit den Vertiefungen ver sehenen Siliziumsubstrate und je ein dazwischen ange ordnetes Aluminiumlot (35b...35n-1) durch Erhitzen vereinigt.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dafiknan die Vertiefungen durch Ätzen ausbildet.
- 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man das Ätzen mit einem aus alkalischer wässeriger Lösung bestehenden Ätzmittel vornimmt.
- 5. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß man nach Bildung der Vertiefungen Phosphor in einen Bereich von der Verbindungsoberfläche bis zu einer Tiefe von 20 ,um mit eine:
eindiffundiert.20 ,um mit einer Konzentration von 3 bis 7.10 Atomen/cm - 6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man nach Bildung der Vertiefungen einen Akzeptor in das Siliziumsubstrat (11; 34a, 34b...34n) zur Bildung eines bestimmten pn-übergangs eindiffundiert.
- 7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man beim Abkühlen nach dem Erhitzen zur Vereinigung einen Temperaturgradienten derart einstellt, daß die Temperatur im Siliziumsubstrat (11) höher als die Temperatur im geschmolzenen Aluminiumlot (12) ist.Ö093A7/06U
- 8. Verfahren nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines der Siliziumsubstrate (33a, 34a, 34b...34n, 33b) eine Oberfläche im Kontakt mit dem Aluminiumlot (35b...35n-1) hat, die mit den Vertiefungen ausgebildet ist.
- 9. Halbleiteranordnung, in der ein Siliziumsubstratvon η-Leitfähigkeit an einer Verbindungsoberfläche mittels Aluminiumlots mit einer Elektrode oder mit wenigstens einem anderen Siliziumsubstrat verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsoberfläche des Siliziumsubstrats (11) oder jedes Siliziumsubstrats (33a, 34a, 34b,...34n, 33b) Vertiefungen aufweist, deren jede eine Verbindungsfläche mit einem Flächenindex höherer Ordnung als dem der (111)-Fläche des bzw. jedes Siliziumsubstrats hat.
- 10. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das Siliziumsubstrat (11) oder wenigstens eines der Siliziumsubstrate (z. B. 34a) einen p-n-übergang enthält.809847/0614
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