DE1803489A1

DE1803489A1 - Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelementes

Info

Publication number: DE1803489A1
Application number: DE19681803489
Authority: DE
Inventors: Dr Rer Nat Kurt Raithel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1968-10-17
Filing date: 1968-10-17
Publication date: 1970-05-27
Also published as: JPS4839866B1; GB1225088A; CH498490A; FR2020901B1; US3665594A; SE341950B; FR2020901A1

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Erlangen, ">'

Werner-von-Siemens-Str.

Unser Zeichen» PLA 68/1611 Wl/Fö

Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelementea

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelementes mit einer Silisiumscheibe, auf deren einer Flächseite sich mindestens zwei Zonen verschiedenen Leitungstyps befinden, und einem an dieser Flachseite angebrachten metallenen Trägerkörper, insbesondere aus 7/olfram oder Molybdän.

Es ist bekannt, an eine Flachseite einer Siliziumscheibe, an.der sich beispielsweise nur eine einzige, p-leitende Zone befindet, einen Molybdänkörper dadurch zu befestigen, daß zwischen der Siliziumscheibe und dem Molybdänkörper eine Folie aus Aluminium angeordnet und dieses Aggregat auf eine Legierungstemperatur erwärmt wird, die wesentlich höher als die eutektische Temperatur von Silizium und Aluminium ist. Dieses Verfahren ist jedoch beim Befestigen eines metallenen Trägerkörpers an einer Flachsöite einer Siliziumscheibe mit mindestens zwei Zonen verschiedenen Leitungstyps mit Schwierigkeiten verbunden. Y/ährend des Legierungsvorganges schmilzt eine Oberflächenschicht bestimmter Dicke auf; der Flachseite der Siliziumscheibe unter Ausbildung einer Silizium-Aluminium-Legierungsschmelze. 7/ährend des Abkühlens nach dem Legierungsvorgang rekristallisiert ein Teil des Siliziums der aufgeschmolzenen Oberflächenschicht auf der Siliziumscheibe wieder aus. Die so erhaltene Rekristallisationszone in der Siliziumscheibe enthält noch reltiv viel Aluminium und ist daher stark p-leitend. Diese Rekristalliaationszone an der Flachseite der Siliziumscheibe ist in der Regel nicht nachteilig, sondern sogar von Vorteil, nämlich dann, wenn sich dort nur eine einzige pleitende Zone befindet, Sind dort jedoch noch eine oder mehrere η-leitende Zonen vorhanden, so erfaßt die Rekristalliaationszone mindestens einen Teil dieser η-leitenden Zone. Dieser uraprünglioh η-leitend· Teil wird umdotiert und p-leitend. Es hat aioh also in der ursprünglich rein η-leitenden Zone ein unerwünschter pn-Ub.rgang g.bin.t. 0098 22/0939

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Sind die ursprünglich auf der Flachseite des Siliziumkörpers vorhandenen η-leitenden Zonen verhältnismäßig dünn, so kann es auch vorkommen» daß sie nach dem Anlegieren des metallenen Trägerkö'rpers von der Rekristallisationszone vollständig erfaßt und durch p-Leitung hervorrufenden Dotierungsstoff überdotiert sind»

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Schwierigkeiten zu beseitigen. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Flachseite mit den Zonen verschiedenen Leitungstyps mit einem Aluminiumüberzug und die Befestigungsfläche des Trägerkörper mit einem Überzug aus einer Silizium-Aluminium-Legierung versehen werden, daß anschließend die Plachseite der Silisiumseheibe und die Befestigungsfläche des Trägerkörpers in Berührung miteinander gebracht; werden und daß schließlich die Siliziumscheibe und der Trägerkörper auf eine Temperatur erwärmt werden, die mindestens gleich der eutektischen Temperatur von Silizium,und Aluminium ist und höchstens 600° C .beträgt;» Es ist vorteilhaft, wenn auf den Überzug aus einer Silizium-Aluminium-Legierung auf dem "rägerkörper zusätzlich eine Siliziumachieht aufgetragen wird.

Die Erfindung sei anhand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert;

t-

Figur 1 " seigt einen Schnitt durch ein gemäß der Erfindung

hergestelltes Halbleiterbauelement, Figur 2 zeigt die Draufsicht auf eine Flaehseite der uilizium™

scheibe des Halbleiterbauelementes nach Figur 1, Figur 3 die Draufsicht auf die andere Flaehseite dieser

Silizitunscheibe, /

Figur 4 zeigt einen Scslmitt durch eine Legi©rungsform sur Herstellung des Halbleiterbauelements.

In Figur- 1 ist ein Bilateral thyristor (Triac) dargestellt, der aus einem scheibenförmigen SilialuiilcörpQr 2 fc@3t©ht;_? an dessen unterer .ilaoiiaeit® ein Trägorfcorper 3 c.ue Wolfram oder. Molybdän befestigt .Ujt. Der Siliziumkörper 2 eathält eine folg© von drei durcngahenden Zonen 4_f 5 υηά β, <3i-a abwechselnd entgegengesetzten

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Leitungstyp haben. Beispielsweise ist die mittlere Zone 5 n-leitend, während die beiden·anderen Zonen 4 und 6 p-leitend sind. An der oberen Flachseite des Siliziumkörpers 2 ist eine n-leitende Zone 7 in die p-leitende Zone 4 eingelagert, die.die Fora eines Halbringes hat. Diese η-leitende Zone 7 ist mit einer "ontaktelek^trode 8 versehen, die, wie aus Figur 2 hervergeht, ebenfalls halbringförmig ist. Eine weitere halbringförmige Kontaktelektrode 10 ist auf derselben Flachseite an der p-leitenden Zone 4 so angebracht, daß sie mit der Kontaktelektrode 8 einen radial geteilten Ring bildet. In den Ausnehmungen 8a und 10a dieses radial geteilten Ringes befinden sich zwei kleine scheibenförmige Kontaktelektroden 11 und 12. Der in der Ausnehmung 10a der Kontaktelektrode 10 befindlichen kleineren Kontaktelektrode 12 ist eine η-leitende Zone 13, die ebenfalls in der p-ieitenden Zone 4 eingebettet ist, vorgelagert.

Auf der anderen Flachseite sind in der p-leitenden Zone 6 zwei nleitende Zonen 14 und 15 eingebettet. Die n-ieitonde Zone 14 ist, wie aus Figur 3 hervorgeht, halbringförmig und gegenüber der nleitenden Zone 7 auf der oberen Flachseite um einen Winicel von 13C° verdreht. Die n.-leitende Zone 15 nat die Form einer Kreisscheibe und ist innerhalb der Aussparung 14a der Zone 14 im Zentrum der Fiachseite angeordnet.

Die Flachseite des 'Jiliziumkörpers 2 mit den Zonen 6, 14 una 15 weist einen in Figur 3 nicht dargestellten Aluminiumüberzug 9 auf. An dieser Flachseite ist ein scheibenförmiger Molybdämcörper 3 befestigt, der an der Befestigungsfläche mit einer Folie 16 aus einer Aluminium-Silizium-Legierung versehen ist.

Die Herstellung der η-leitenden Zonen 14 und 15 kann vorteilhaft durch eine maskierte Eindiffusion von z.B. Phosphor erfolgen. Hierzu wird der bereits mit der Folge der Zonen 4, 5 und 6 versehene Siliziumkörper 2 in Wasserdampf auf etwa 900° C erhitzt. Hierbei bildet sich auf der Oberfläche des Siliziumkörpers 2 ein Oxydüberzug, der für Phosphor undurchlässig ist. Auf dem' Oxydüberzug wird außer an den Stellen, an denen die Zonen 14 und 15

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liegen sollen, eine Schicht aus Asphaltlack aufgetragen. Anschließend wird der Sili^iuinkÖrper 2 mit Flußsäure geätzt, so daß der Oxydüberzug an den nicht vom Asphaltlack geschützten Stellen entfernt wird. Naoh dem Entfernen des Lacküberzuges wird Phosphor in üblicner Weise unter Ausbildung der Zonen 14 und 15 »in den Siliziumkörper 2 eindiffundiert. Hierauf wird auch der restliche Gxydüberzug durch Ätzen in Fluiisäure entfernt. Darauf werden entsprechend geformte Folien zur Ausbildung der Kontaktelektroden 8, 10» 11 und

12 sowie der Rekristallisationszonen 7 und 13 in die andere. Flaciiseite des Halbleiterkörpers 2 einlegiert. Die Folien, aus denen die Kontaktelektroden 8 und 12 hervorgehen, sind "beispielsweise antiraonhaltig. Anschließend wird auf-die Flach^eite d©s scheibenförmigen öiliaiumkörper3 2 mit den Zonen 14 und 15 Aluminium · aufgedampft. Die Dicke des su fgedampften Aluminiumüberzug^ liegt vorteilhaft zwischen 10 und 40 /U. Sie beträgt vorzugsweise 3Q/U.

Es ist günstig, wenn beim Anbringen des Aluminiumüberzugee auf der Flachseite der Siliziumscheibe die Temperatur dieser Silisiumscheibe die eutektische Temperatur von Silizium und Aluminium (etwa ' 577° G) nicht überschreitet. Vorteilhaft wird die Silisiumscheibe auf Zimmertemperatur (ca. 20° ') gehalten.

Auf die Befestigungsfläche 3a des metallenen Trägerkörpers 3 wird "ein Überzug 16 aus einer oilizium-Aluminium-Legiezrung .aufgetragen. Das kann z.3. in einer Hochvaituumglocike geachehen_f in der sich der Trägerkörper 3 und ein Aluminium und Silizium enthaltendes Wolframschiffchen befinden. Das Wolframschiffchen wird auf einer Temperatur von 1100 bis 1200° G und der Trägerkörper 3 auf einer Temperatur von 700 bis 800° G, vorzugsweise von 720° ΰ gehalten« Die Dicke des Überzuges 16 aus einer Silizium-Aluminium-Legierung beträgt etwa 30 bis 80 /U, vorzugsweise 40 /u.

Auf die Befeatigungsflache .des Trägerkörpers kann stattdessen auch eine Folie aus einer unter der Bezeichnung "Silumin" im Handel befindlichen Slllzium-Aluminiun-Legierung in einer mit Graphit-■ pulver gefüllten Form bei einer Temperatur von ®twa 720° C au-f-. legiert werden. Auch diese Folie hat eine Dicke von 30 bis 80 /U, vorzugsweise von 40/U. Sie besteht aus 87 G©w.-$ Aluminium und

13 Gew.-* Silizium. 009822/0939 _%

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Hierauf wird, wie Figur 4 zeigt, der Siliziumkörper 2 mit der mit dem Aluminiumüberzug 9 versehenen Flaohaeite in einer Legierunge-· form 17 auf die mit des überzug aus einer Silizium-Aluminium-Legierung 16 versehene.Befeetigungeflache des Trägerkörpers 3 aufgelegt, der mittels eines Qraphitringes 18 zentriert ist. Die Form 17 wird sodann mit Graphitpulver 19 gefüllt und mit einem Deckel 20 abgedeckt. Sodann wird die Form 17 in einem Legierungeofen im Hoofivakuum auf eine Temperatur erhitzt, die mindestens gleich der eutektisohen Temperatur (577° C) von Silizium und Aluminium ist und höchstens -600° 0 beträgt. Bevorzugt wird eine Temperatur von 585° G. Hierdurch verwachsen der Aluminiumüberzug auf dem Siliziumkörper 2 und der.Überzug aus einer Silizium-Aluminium-Legierung auf dem Trägerkörper 3. Hierbei wird praktisch kein Silizium des Siliziumkörpers 2 aufgeschmolzen und beim anschließenden Erkalten rekristallisiert, so daß die η-Dotierung in den Zonen H und 15 erhalten bleibt und sich dort kein unerwünschter pn-übergang ausbildet.

Während des Erwärmens im Legierungsofen kann sich ein Silicid des Metalls des Trägerkörpers 3 bilden, wodurch Silizium aus dem Überzug aus einer Silizium-Aluminium-Legierung auf dem Trägerkörper 3 verbraucht wird. Im Falle von Molybdän kann sich z.B. Molybdän-Silicid (MoSi₂) bilden. Um zu verhindern, daß das Silizium des . Siliziumkörpers 2 zum Ausgleich des durch die Silicidbildung verbrauchten Siliziums aufgeschmolzen wird, kann es vorteilhaft sein, vor dem Befestigen des Trägerkörpers 3 am Siliziumkörper 2 auf dem Überzug aus einer Silizium-Aluminium-Legierung 16 zusätzlich einen weiteren Überzug aus Silizium aufzudampfen. Auch dies kann- in einer Hochvakuumglocke erfolgen. Die Dioke dieses zusätzlichen

Siliziumüberzuges kann 0,5 bis 2 /u betragen. Günstig ist eine

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Dicke von 1 /u.

Es ist vorteilhaft, die η-leitenden JS one η H und 15 auf der Flach-.seite des Si,liziumkörpers 2 vor dem Aufbringen des Aluminiumüberzuges 9 mit einem Überzug aus einem ponatoretoff zu versehen. Dieser Überzug kann eine Dioke von 1 bis 2 Ai haben und wird zweckmäßig auf die Zonen H und 15 aufgedampft. Hierdurch wird dl· Gefahr

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einer Überdotierung von Teilen der Zon«n H und 15 durch Aluminium weiter verringert. Besondere geeignet'als Donatorstoff ist Antimon, da dieses in Silizium leichter löslich ist al® Aluminium»

4 Patentansprüche
4 Figuren

OFUQlNAI- IN3PECTI

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Claims

PIA 68/1611 Patentansprüche

1. Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelementes mit einer Siliziumscheibe, auf deren einer Flachseite sich mindestens zwei Zonen verschiedenen Leitungstyps befinden, und einem an dieser Flachaeite angebrachten metallenen Trägerkprper, insbesondere aus Wolfram oder Molybdän, dadurch gekennzeichnet, daß die Flachseite mit den Zonen verschiedenen Leitung3typs mit einem Aluminiuaüberzug und die Befestigungsfläche des Trägerkörpers mit eines überzug aus einer Gilizium-Aluminium-Legierung versehen werden, daö anschließend die Flachseite der Siliziumscheibe und die Befestigungsfläche des Trägerkörpers in Beruhig miteinandergebracht werden und daß schließlich die SiIi-

ischeibe und der Trägerkörper auf eine Temperatur erwärmt ^r werden, die mindestens gleich der eutektischen Temperatur von Silizium und Aluminium ist und höchstens 600° C beträgt.

2. Verfaliren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Befes"ciguiigsflache des Trägerkörpers eine Folie aus einer Silizium-Aluminium-Legierung auflegiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Überzug aus einer Silizium-Aluminium-Legierung auf dem Trägerkörper zusätzlich eine Siliziumscnicht aufgetragen wird.

4-, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nleitenden Zonen auf der Flachseite der Siliziumscheibe mit den Zonen verschiedenen Leitungstyps vor dem Aufbringen des AIuminiumUberzuges mit einem Oberflächenüberzug aus einem Donatorstoff, insbesondere «us Antimon, versehen werden.

ORiGiNAL INSPECTED

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