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Halbleitereinrichtung und Verfahren zu deren Herstellung
Die Erfindung bezieht sich auf Halbleitereinrichtungen und betrifft insbesondere eine vorteilhafte, mit einem verbesserten Getterelement kombinierte Anordnung zum Einkapseln von Halbleitereinrichtungen.
Es ist bekannt, dass die Art und Zusammensetzung der einen Halbleiterkörper, wie beispielsweise einen Transistor oder eine Kristalldiode, umgebenden Atmosphäre gewisse elektrische Eigenschaften des
Halbleiterkörpers beeinflussen kann. Insbesondere ist es bekannt, dass Wasserdampf, selbst in Spurenmen- gen, die zeitliche Stabilität der elektrischen Eigenschaften von Halbleitereinrichtungen, vor allem von
Transistoren, schädlich beeinflusst.
Aus diesen Gründen sind schon verschiedene Vorschläge für die Einkapselung von Halbleitereinrich- tungen gemacht worden, die von Spezialüberzügen an den Oberflächen bis zu den in grossem Umfang verwendeten Kapseln aus Metall, Glas und Keramik reichen, die- evakuiert oder mit einer geregelten At- mosphäre gefüllt sein können. Ferner ist es bekannt, in den erwähnten Kapseln zur Verhinderung schädlicher Einwirkungen von Wasserdampf Trockenmittel, wie Glaspulver oder Kieselsäuregel, anzuordnen. Es ist insbesondere auch schon bekannt, Getterelemente zu verwenden, deren Wirkung auf einer chemischen
Absorption von Wasserdampf beruht.
Für Halbleitereinrichtungen, die höchste Betriebssicherheit und Stabilität hinsichtlich ihrer ursprünglichen elektrischen Eigenschaften haben sollen, besteht aber noch immer ein Bedürfnis nach einem besseren Schutz der Oberfläche des Halbleiterkörpers, besonders bei Halbleiterkörpern aus Silizium und Germanium. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist innerhalb der die Halbleitereinrichtung einschliessenden Hülle oder Kapsel, wie an sich bekannt, ein durch chemische Absorption von Wasserdampf wirkendes Getterelement vorgesehen ; erfindungsgemäss dient als Getterelement ein Gemisch von aktivierten Erdalkalioxyden, das in einer porösen, vorzugsweise metallischen Matrix festgehalten ist und so leicht im Innern von zahlreichen-verschiedenen Typen von Hüllen für Halbleitereinrichtungen untergebracht werden kann.
Vor allem wurde gefunden, dass eine poröse Nickelmatrix, die mit Barium- und Strontiumoxyden imprägniert ist, sehr gut zur Absorption relativ grosser Mengen von Wasserdampf sowie zur Verhinderung des Auftretens anderer schädlicher Gase bzw. Dämpfe geeignet ist. Ein solcher Oxyd-Nickel-Einsatz kann in verschiedenen Gestalten und Grössen sowohl wirtschaftlich als auch leicht in solcher Weise hergestellt werden, dass er sich dem Innenraum der Hülle von Halbleitereinrichtungen anpasst.
Demnach befasst sich die Erfindung vor allem damit, die Stabilität und Betriebssicherheit von Halbleitereinrichtungen zu verbessern. Insbesondere soll durch die Erfindung eine schädliche Beeinflussung der Oberflächen von Halbleitereinrichtungen über lange Zeitspannen und in einem bisher nicht erreichbaren Ausmass verhindert werden.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist innerhalb der Hülle einer Halbleitereinrichtung ein Element angeordnet, das eine poröse, gesinterte Metallmatrix aufweist, die mit einem Gemisch von Barium- und Strontiumoxyden imprägniert ist. Vorzugsweise besteht die Matrix dabei aus einem Metall wie Nickel, Kupfer oder Kovar (einer Legierung aus Nickel, Kobalt und Eisen).
Die Erfindung soll nun unter Bezugnahme auf die Zeichnung an einem AusfÜhrungsbeispiel genau erläutert werden. In der Zeichnung ist in einem schematischen Querschnitt eine typische Kapsel für eine
EMI1.1
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EMI2.1
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befindet.Gew. -0/0
Bariumkarbonat 22, 0
Strontiumkarbonat 16, 5
Amylazetat 57, 5
Nitrozellulose 4, 0
Diese Suspension wird in der Weise hergestellt, dass in eine Mischtrommel, die bis zu zwei Drittel ihres
Volumens mit Kieselsteinen gefüllt ist, 360 Gramm Bariumkarbonat, 270 Gramm Strontiumkarbonat,
65 Gramm Nitrozellulose und 600 Milliliter Amylazetat eingebracht werden. Die Mischtrommel wird so- dann verschlossen und 96 Stunden gedreht.
Darauf werden 280 Milliliter Amylazetat zugesetzt, worauf die Trommel wieder geschlossen und ungefähr 10 Minuten gedreht wird. Hernach ist das Gemisch für die
Verwendung als Imprägniermittel fertig. Da es sich um eine Suspension handelt, ist es wichtig, das Ge- misch vor der Verwendung zur Imprägnierung der Nickelmatrix gut zu rühren.
Das vorstehend beschriebene Imprägniermittel hat sich zwar als besonders vorteilhaft erwiesen, doch versteht sich, dass die angegebene Zusammensetzung nicht kritisch ist. Es können verschiedene Erdalkali- metalle sowie Verbindungen und Mischungen derselben verwendet werden. Ferner kann das Amylazetat auch durch ein anderes Suspensionsmittel ersetzt werden.
Sobald die rechteckigen Abschnitte imprägniert und getrocknet worden sind, werden sie gepresst, um sie zu verflachen und widerstandsfähiger zu machen. Die Dickenverminderung durch das Pressen soll etwa 0, 025 bis 0, 05 cm betragen. Beispielsweise kann die Scheibe vor dem Pressen eine Dicke von 0, 114 bis 0, 127 cm und nach dem Pressen eine Dicke von 0,076 bis 0,088 cm haben.
Sodann werdenKreisscheiben mit dem gewünschtenDurchmesser, etwa von 0, 317 cm, aus den rechteckigen Abschnitten ausgestanzt. Wenn die Scheiben durch Lötung mit der Metallhülle verbunden werden sollen, werden die gepressten rechteckigen Abschnitte vor dem Ausstanzen der Scheiben durch Aufdampfen an einer Stirnfläche mit einem Überzug aus Gold versehen. Wenn die Getterelemente nicht sofort in die Kapsel von Halbleitereinrichtungen eingebracht werden, empfiehlt es sich, sie zur Vermeidung schädlicher Beeinflussungen unter Vakuum und unter Anwendung eines Trockenmittels zu lagern.
Die endgültige Montage des Getterelementes 21 erfolgt durch Einführung der Scheibe in den Oberteil des Topfes 11 unter Anwendung einer geeigneten Legierung als Lot und Erhitzung des Zusammenbaues in trockenem Wasserstoff auf 950 bis 11000C während 10 bis 15 Minuten. Diese Wärmebehandlung dient sowohl zum Anlöten der mit Gold überzogenen Oberfläche der Scheibe an der Innenfläche des Topfes als auch zur Aktivierung des Getterelementes durch Umwandlung der Karbonate von Barium und Strontium in Oxyde.
Die beschriebene Scheibenform des Getterelementes ist zwar für verschiedene Kapseln der dargestellten Art günstig und wirtschaftlich, doch kann das Getterelement auch in anderer Gestalt hergestellt werden. Ferner kann nach einem andern Verfahren das Getterelement 21 auch unter Anwendung einer gewöhnlichen Tablettiermaschine angefertigt werden, wie sie zum Pressen von Pillen aus Pulvermaterial benutzt wird. Mit einer solchen Maschine kann die metallische Matrix durch Pressen in Scheibenform hergestellt werden. Die Scheibe kann im Anschluss hieran durch Erhitzen gesintert und schliesslich in der vorstehend beschriebenen Weise imprägniert werden.
Nach dieser Verfahrensweise könnenbeliebig geformte Matrizen, beispielsweise Zylinder oder Halbkugeln, durch Pressen angefertigt werden, wobei die Form nach Massgabe der jeweiligen Gestalt der Kapseln gewählt werden kann.
Als Grundlage für dasGetterelement 21 können ausser Nickel auch noch andere Materialien angewendet werden. Ganz allgemein eignet sich hiefür jedes chemische stabile Material, das in die Form eines porösen Agglomerats gebracht werden kann. Es sind insbesondere andere Metalle, wie Kupfer und. Kovar, aber auch Nichtmetalle keramischer Art, wie Tonerde, verwendbar.
In einigen Anwendungsfällen kann es sich ferner empfehlen, das Getterelement in situ innerhalb der Hülle oder Kapsel herzustellen, anstatt dieses für die nachträgliche Montage getrennt anzufertigen. Insbesondere kann die poröse Matrix durch Niederschlagen und Sintern einer Pulverschicht an einem Teil der Kapsel hergestellt und nachträglich durch unmittelbares Einführen einer abgemessenen Menge von akti- vierendem Material in die Matrix imprägniert werden. Auf diese Weise wird eine besonders widerstandsfähige Baueinheit erhalten, die weniger der Gefahr unterliegt, in Einzelteilchen zu zerbrechen, welche die Arbeitsweise der Halbleitereinrichtung stören könnten.
Die vorstehend angegebenen Erdalkaliverbindungen sind für die Herstellung der erfindungsgemässen Getterelemente besonders vorteilhaft, weil sie befähigt sind, relativ grosse Mengen von Wasserdampf aufzunehmen und festzuhalten. Beispielsweise kann ein Scheibenelement 21 der beschriebenen Art bei einem Durchmesser von etwa 0, 317 cm und einer Gesamtdicke von 0, 076 bis 0, 088 cm, das ungefähr 4 Milligramm
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aktive Oxyde enthält, etwa 0, 3 Milligramm Wasser bzw. ungefähr die 10-fache Menge von Wasserdampf festhalten, die bei normaler Temperatur und normalem Druck im freien Raum der in der Zeichnung dargestellten Kapsel vorhanden sein kann.
Es können zwar auch andere Erdalkalioxyde, wie Kalziumoxyd, oder Mischungen davon verwendet werden, doch wird das angegebene Gemisch von Barium-und Strontiumverbindungen wegen seiner besonderen Aktivität und Stabilität bevorzugt. Der besondere Vorteil von Getterelementen nach der Erfindung beruht auf ihrer chemischen Absorptionsfähigkeit, im Gegensatz zu der physikalischen Adsorptionsfähigkeit, die bei den bekannten Gettern vorliegt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Halbleitereinrichtung mit einer luftdicht verschlossenen Hülle und einem in der Hülle angeordneten, durch chemische Absorption von Wasserdampf wirkenden Getterelement, dadurch gekennzeichnet, dass das Getterelement eine poröse, gesinterte, vorzugsweise metallische Matrix ist, die im wesentlichen mit aktivierten Oxyden von Erdalkalimetallen, vorzugsweise von Barium, imprägniert ist.