DE1097574B

DE1097574B - Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelementes

Info

Publication number: DE1097574B
Application number: DEW22658A
Authority: DE
Inventors: Herbert W Henkels; David L Moore
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: Westinghouse Electric Corp
Priority date: 1957-01-31
Filing date: 1958-01-29
Publication date: 1961-01-19
Also published as: GB843869A; CH359211A; US2964830A

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung eines Halbleiterelementes, z. B. einer Diode mit einem Halbleiterkörper aus Silizium, und zwar insbesondere mit nach dem Legierungsprinzip hergestellten pn-Übergängen.

Bei den bisher bekannten Fertigungsmethoden bzw. Aufbauformen von Silizium-Halbleitervorrichtungen mit pn-Übergängen ist die Erzeugung zufriedenstellend arbeitender und gleichbleibend zuverlässiger Einheiten wegen der für die Einzelteile benutzten Werkstoffe Schwierigkeiten begegnet.

So ist die Güte der Einheiten nicht so hoch gewesen, als es nach den theoretischen optimalen Eigenschaften des Siliziums zu erwarten gewesen wäre. So sollten Silizium-Halbleiterdioden Spannungen von 600 Volt und sogar mehr aushalten. Praktisch konnten aber die meisten der Siliziumdioden wegen des Auftretens von Kurzschlüssen oder anderer Fehler bei Spannungen über 100 oder 200 Volt nicht mehr verwendet werden. Nur durch eine sorgfältige Auswahl konnte eine verhältnismäßig kleine Zahl von Siliziumdioden erlangt werden, deren Verwendung bei 300 Volt oder etwas höherer Spannung möglich war.

Außerdem hatten geringe Veränderungen der Fabrikationsverfahren oder der Zusammensetzung der verwendeten Werkstoffe für die Kontaktteile der Halbleitervorrichtungen große Veränderungen in der Leistungsfähigkeit, der Arbeitsspannung und der Qualität ergeben.

Schwierigkeiten dieser Art lassen sich bei der Herstellung eines Halbleiterbauelementes dadurch überwinden, daß nach dem erfindungsgemäßen Verfahren der Halbleiterkörper in Form einer Platte aus Silizium eines bestimmten Leitungstyps hergestellt wird, daß auf der einen Oberfläche des Halbleiterkörpers zur Erzeugung der nichtohmschen Elektrode und einer vorgelagerten Zone entgegengesetzten Leitungstyps eine dünne Metallschicht von kleinerer Flächenausdehnung als die Halbleiteroberfläche angebracht-wird, daß eine Anschlußelektrode aus Tantal, die einen frei ausladenden biegsamen Teil und eine, bezogen auf die Fläche der dünnen Metallschicht der nichtohmschen Elektrode, etwa gleich große Stirnfläche besitzt, mit der Stirnfläche auf der dünnen Metallschicht angebracht wird, daß diese Anordnung dann einem Legierungsprozeß unterworfen wird, durch den im Halbleiterkörper der pn-Übergang erzeugt und außerdem die Anschlußelektrode mit der aus der dünnen Metallschicht erzeugten Kontaktelektrode verschmolzen wird, und daß ferner auf der anderen Oberfläche des Halbleiterkörpers eine ohmsche Elektrode angebracht wird.

Bei dem Verfahren nach der Erfindung wird mit Verfahren zur Herstellung
eines Halbleiterbauelementes

Anmelder:

Westinghouse Electric Corporation,
East Pittsburgh, Pa.' (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. P. Ohrt, Patentanwalt,
Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 31. Januar 1957

Herbert W. Henkels, Rockwood, Pa.,

und David L. Moore, Jeannette, Pa. (V. St. A.),

sind als Erfinder genannt worden

einer möglichst dünnen Metallschicht als Elektrodenmaterialkörper an dem Halbleiterkörper gearbeitet.

Daher steht zwischen der an dem Halbleiterkörper einlegierten Elektrode sowie der Anschlußelektrode eine möglichst große Übergangsfläche für die Führung großer Ströme zur Verfugung. Weiterhin kann durch die Anwendung einer solchen Anschlußelektrode aus Tantal oder einer Tantallegierung, die unmittelbar einen biegsamen Anschlußleiterteil aufweist, nach der Durchführung des Legierungsprozesses die Halbleiteranordnung mindestens an der mit dem Anschlußkontakt aus Tantal versehenen Oberfläche geätzt werden, ohne daß dabei eine nachteilige Beeinflussung der elektrischen Eigenschaften der Halbleiteranordnung durch das Lösen von Stoffen befürchtet werden muß. Das letztere würde zu einer solchen Verunreinigung des Ätzmittels führen, daß dieses wiederum den pn-Übergang, den es reinigen soll, seinerseits in unerwünschter Weise verunreinigen könnte. Der biegsame Anschlußteil verhindert eine nachteilige mechanische Beanspruchung des Halbleiterkörpers.

Die Siliziumplatten haben gewöhnlich eine Dicke von ungefähr 0,15 bis 0,4 mm. Bei diesen Dicken zerbrechen oder zerplittern die Halbleiterplatten, wenn sie irgendwelchen merklichen mechanischen Beanspruchungen unterworfen werden. Ein Zerbrechen der Siliziumplatten kann nicht nur während des Fabrikationsprozesses auftreten, sondern auch während des Gebrauchs, wenn die Siliziumplatte beim Stromdurchgang erhitzt wird und infolge der thermischen Expansion mechanisch durch den Kontakt beansprucht wird, an welchem sie befestigt ist.

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Es ist daher notwendig, eine metallurgische Ver- oder Grundlegierungen derselben. Durch das Silberbindung zwischen wenigstens einer Oberfläche der grundlot 34 ist die kleine Siliziumplatte 36 mit der Siliziumplatte und einem Grundplattenkontakt so Grundplatte 32 verschmolzen. Eine kleinere Schicht 38 herzustellen, daß die entwickelte Wärme schnell zu eines Aluminiummetalls ist mit der oberen Oberfläche dem Grundplattenkontakt abgeführt werden kann und 5 der Siliziumplatte 36 und einem nageiförmigen Tantalvon dem letzteren an eine geeignete wärmeabführende glied 28 verschmolzen, welches aus einem Kopf 39 und Vorrichtung. Ist die Siliziumplatte der Halbleiter- einem relativ biegsamen Schaft 40 besteht,
vorrichtung auf der zum Grundplattenkontakt ent- Bei der Herstellung der Diode 30 nach Fig. 2 gemäß gegengesetzten Seite mit biegsamen Stromzuführungen der Erfindung wird eine Zusammenstellung der Einzelversehen worden, ist die Siliziumplatte keinen io teile vorbereitet, indem auf den Grundplattenkontakt unerwünschten mechanischen Beanspruchungen durch 32 erstens die Folie 34 aufgelegt wird, zweitens auf starre Zuleitungen ausgesetzt. Zweckmäßig wird für diese die Siliziumplatte 36, drittens auf diese eine den Grundplattenkontakt ein Körper großer Flächen- Aluminiumfolie 3,8 und zuletzt auf diese das Tantalausdehnung aus Molybdän, Wolfram und Tantal oder kontaktglied 28 aufgesetzt wird. Die Anordnung wird Grundlegierungen benutzt, während der andere Kon- 15 im Vakuum bei einer Temperatur zwischen 800 und takt aus Tantal oder aus einer Legierung von Tantal 1000° C während mehrerer Minuten unter einem und Wolfram besteht und einen Teil mit ebener Druck von 50 bis 100 g/cm² erhitzt. Die legierte AnStirnfläche sowie eine relativ lange und biegsame Ordnung wird dann langsam abgekühlt.
Zuleitung umfaßt. Tantal und Tantalgrundlegierungen Die legierte Anordnung muß einer gründlichen, mit bis zu 50% Wolfram haben gute Resultate 20 gesteuerten Ätzbehandlung unterworfen werden, ergeben. Solche anderen Kontakte können aus Tantal- damit der nach außen freiliegende pn-übergang zwistreifen hergestellt werden, welche an einem Ende in sehen der Aluminiumschicht 38 und der Siliziumplatte Form eines L-förmigen Gliedes derart abgebogen sind, rein ist und Kurzschlüsse oder sonstige Fehler verdaß der horizontale Schenkel des L einen ebenen flachen hütet werden. Zweckmäßig werden in hohem Grade Stirnkontakt darstellt, während der längere vertikale 25 reine ungebrauchte Ätzmittel verwendet, da die Schenkel relativ nachgiebig ist und die elektrische Siliziumplatte sonst verschmutzt werden kann.
Zuleitung zu jenem ist. Statt dessen kann der Tantal- Wenn der Grundplattenkontakt 32 aus Tantal oder kontakt ein nageiförmiges Glied sein, dessen Nagel- einer Tantallegierung besteht, dann kann die gesamte kopf eine ebene Oberfläche für einen Kontakt hat, Diode in eine kleine Menge des Ätzmittels eingetaucht während der leitende Schaft relativ biegsam ist. 30 werden. Nach wenigen Sekunden sollte die Diode

Zur näheren Erläuterung des Verfahrens nach der wieder daraus entfernt und das Ätzmittel weggegossen

Erfindung an Hand einiger Ausführungsbeispiele wird werden. Zwei oder drei getrennte Mengen frischen

nunmehr auf die Figuren der Zeichnung Bezug ge- Ätzmittels können notwendig sein, um eine optimal

nommen. arbeitende Diode zu erzielen. Nach der Ätzung sollte

Fig. 1 ist eine Ansicht einer beispielsweisen Halb- 35 die Diode wiederholt mit reinem Wasser, Äthylleitervorrichtung; alkohol oder einer anderen Reinigungslösung ge-

Fig. 2 ist eine Ansicht einer abgeänderten Form; waschen werden.

Fig. 3 ist ein teilweiser vertikaler Schnitt, welcher Das Ätzverfahren kann auch, wie in Fig. 3 der

das Ätzen der Halbleitervorrichtung veranschaulicht; Zeichnung veranschaulicht, durchgeführt werden. Die

Fig. 4 ist ein vertikaler Querschnitt durch eine 40 Diode 30 wird umgedreht und auf einer Maske 44 aus

Halbleitervorrichtung mit Schraubengrundplatte, und einem chemisch inerten Material, wie z. B. Graphit,

Fig. 5 ist ein vertikaler Querschnitt durch eine Platin, Tantal, Polytetrafluoräthylenharz od. dgl.,

andere zusammengesetzte Halbleitervorrichtung. angeordnet. Die Maske 44 ist mit einem Ausschnitt 45

In Fig. 1 ist die gesamte Halbleiterdiode mit 10 versehen, der etwas kleiner ist als die Fläche der bezeichnet und besitzt ein L-förmiges, an ihr befestig- 45 Siliziumplatte 36, jedoch etwas größer als die Fläche tes oberes Tantalkontaktglied. Die Diode 10 umfaßt der Aluminiumschicht 38 ist, so daß zwischen dem einen Grundplattenkontakt 12 aus Molybdän, Wolf- äußeren Rand der Aluminiumschicht 38 und den ram, Tantal oder Grundlegierungen derselben. Eine Wänden der Aussparung 45 ein Zwischenraum entSchicht eines Silbergrundlotes 14 ist auf die Ober- steht. Der Tantalkontakt 38 hat Nagelkopfform und fläche des Grundplattenkontaktes 12 aufgebracht, um 50 ist in dem Ausschnitt 45 nach unten angeordnet. Durch eine metallurgische Verbindung durch Schmelzen die Düse 46 wird reines Ätzmittel 48 ausgesprüht zwischen diesem und einer Siliziumplatte 16 zu oder ausgespritzt, so daß es über die Oberflächen der schaffen, welche auf <iem Grundplattenkontakt ange- Aluminiumschicht 38 und die nach außen frei liegende ordnet ist. Auf die obere Oberfläche der Siliziumplatte Oberfläche der Platte 3,6 hinwegwäscht. Eine Menge 16 ist eine Schicht auflegiert, die Aluminium oder 55 des Ätzmittels von 10 bis 20 cm³ ist ausreichend, eine Aluminiumgrundlegierungen enthält. Die Schicht 18 Diode mit einem Durchmesser der Aluminiumschicht bildet die Gegenelektrode. Sie ist in ihrer Flächen- von etwa 13 mm gründlich zu reinigen. Das Ätzmittel ausdehnung kleiner als die Platte 16 und liegt derart wird nach einem solchen Gebrauch weggetan. Dann in deren Fläche, daß ihre Ränder alle im Abstand wird destilliertes Wasser auf die Oberflächen gesprüht, von den Rändern der Platte 16 liegen. Ein L-förmiges 60 um alle Spuren des Ätzmittels zu entfernen. Danach oberes Kontaktglied 20 aus Tantal mit einer ebenen kann der Halbleiterkörper getrocknet werden. Geeig-Stirnfläche des horizontalen Schenkels 22 ist auf die nete Ätzmittel bestehen aus einer Mischung gleicher obere Oberfläche der Schicht 18 aus Aluminiummetall Volumenanteile von Salpetersäure und Flußsäure. Die aufgeschmolzen. Der vertikale Schenkel 24 des Tantal- Fluorwasserstoffsäure besteht aus 48 bis 50% HF, kontaktgliedes ist relativ biegsam und dient für die 65 und die Salpetersäure hat eine Konzentration von Stromzuführung zur Diode. 25%. Andere geeignete Ätzmittel für Silizium sind

In Fig. 2 ist eine abgewandelte beispielsweise Form wohlbekannt.

einer Halbleiterdiode veranschaulicht. Die Diode 30 Das Ätzmittel greift das Tantal oder die Tantalbesteht dabei aus einem relativ großen Grundplatten- legierungen nicht an, und daher werden bei dem kontakt 32 aus Molybdän bzw. Wolfram bzw. Tantal 70 Verfahren nach Fig. 3 keine Verunreinigungen durch

das Ätzmittel an das Silizium herangebracht. Irgendein anderer bekannter Werkstoff für den oberen Kontakt 28 ergibt keine so guten Resultate wie Tantal.

Für eine noch eingehendere Veranschaulichung des Aufbaues der Halbleiteranordnung nach der Erfindung wird nunmehr auf die Fig. 4 Bezug genommen. In Fig. 4 ist eine Halbleiterdiode 50 gezeigt, welche für das Einschrauben in Gestelle und andere Vorrichtungen geeignet ist. Die Sehraubengrundplatte 52 der Diode 50 hat einen mit Gewinde versehenen Ansatz 54. xo In der oberen Fläche der Sehraubengrundplatte 52 ist eine Aussparung 56 vorgesehen, in der ein Grundplattenkontakt 60 aus Molybdän, Wolfram oder Tantal oder deren Grundlegierungen angeordnet und durch Lötmittel 58 an der Grundplatte 52 befestigt ist. Wenn die Grundplatte 60 aus Molybdän oder Wolfram besteht, so kann sie mit einem Überzug 62 aus Nickel an der oberen oder an beiden Oberflächen versehen werden. Das Nickel kann durch einen Elektroniederschlag, durch chemisches Ausfällen und Überziehen ao oder andere geeignete Verfahren aufgebracht werden. Auf den Tantalgrundplattenkontakt 60 oder die mit einem Nickelüberzug versehene Oberfläche des Molybdän-Grundplattenkontaktes 60 ist eine η-leitende Siliziumplatte 64 aufgebracht. Die Siliziumplatte ist vorher geläppt und geätzt. Eine dünne Schicht aus Silbergrundlot 66 verbindet die Siliziutnplatte 64 mit der Grundplatte 60. Diese Lote können aus Legierungen des Silbers mit hohem oder niedrigem Schmelzpunkt bestehen. Geeignete Silbergrundlote können neben dem Silber ein Element der Gruppe IV des Periodischen Systems oder ein Donatormaterial oder beides enthalten. Die Legierungen sind zusammengesetzt aus wenigstens 5°/o Silber, der Rest überschreitet nicht 90 Gewichtsanteile Zinn, nicht 30% Gewichtsanteile Germanium und nicht 95 % Gewichtsanteile Blei, und einen kleinen Anteil von Antimon oder anderem Donatormaterial. Besonders gute Ergebnisse sind erreicht worden mit den folgenden binären Legierungen, in welchen alle Anteile gewichtsmäßig ausgedrückt sind. 35 bis 10% Silber und 65 bis 90% Zinn, 75 bis 50% Silber und von 25 bis 50% Blei, 95 bis 70% Silber und 5 bis 30% Germanium. Ternäre Legierungen aus Silber, Zinn und Silizium; Silber, Blei und Silizium; Silber, Germanium und Silizium sind besonders vorteilhaft. Zum Beispiel können ternäre Legierungen 50 bis 80% Silber und 5 bis 16% Silizium enthalten, und der Rest kann Zinn, Blei oder Germanium sein. Die Silberlegierung kann kleine Mengen anderer Elemente und Verunreinigungen enthalten, sofern kein Element der Gruppe III des Periodischen Systems in wesentlicher Menge vorhanden ist. Das Silbergrundlot kann bis zu 10 Gewichtsteile Antimon enthalten. Gute Resultate sind erreicht worden mit einem Lot aus 98% Silber, 1% Blei und 1% Antimon oder 80% Silber, 16% Blei und 4% Antimon, sowie aus 85% Silber, 5% Silizium, 8% Blei und 2% Antimon und schließlich 1 bis 4% Blei, von 1 bis 4% Antimon und als Differenz 98 bis 95% Silber.

Wenn diese Silberlegierungslote auf die Siliziumplatte aufgebracht werden, löst sich etwas Silizium von der Platte in der Legierung, und daher enthalten binäre oder ternäre Legierungen, welche ohne Gehalt an Silizium aufgebracht werden, nach dem Legierungsprozeß eine kleine, aber wesentliche Menge an Silizium. So beträgt der Siliziumgehalt einer Legierung, welche aus 84% Silber, 1 % Antimon, 10% Zinn und 5% Germanium besteht und auf eine Siliziumplatte aufgeschmolzen wird, nach dem Legierungsprozeß etwa 5 bis 16 Gewichtsprozent. Dieser Betrag hängt von der Zeitdauer und den Temperaturen der Wärmebehandlung ab.

Die Blei-Antimon-Silber-Legierung ist duktil und kann leicht in dünne Filme von einer Dicke von ³/ioo bis Vioo mm ausgewalzt werden. Die dünnen Filme können dann in Form kleiner Stücke von etwa derselben Flächenausdehnung wie die Siliziumplatten geschnitten oder ausgestanzt und dann auf diese aufgebracht werden.

Die Silbergrundlegierung kann in Pulverform oder körniger Form vorbereitet und in einer dünnen Lage auf den Endkontakt entweder trocken oder in Form einer Paste mit einem leichtflüchtigen Lösungsmittel, wie z. B. Äthylalkohol, aufgebracht werden.

Auf die obere Oberfläche der Platte 64 ist eine dünne Schicht 68 aufgebracht. Die Schicht 68 kann aus einer Folie aus Aluminium oder einer Aluminiumgrundlegierung bestehen, zweckmäßig aus mit einem Element der Gruppe III oder IV des Periodischen Systems oder beiden legiertem Aluminium. Die Aluminiumschicht muß einen Werkstoff enthalten, der beim Aufschmelzen auf die Siliziumplatte 64 etwas von dem darunterliegenden Silizium löst und beim Abkühlen wieder ausscheidet. Dieses ist dann p-leitend.

Die Schicht 68 kann aus Aluminium bestehen, welches geringe Mengen λόπ Verunreinigungen, wie z. B, Magnesium, Zink od. dgl. enthält, oder auch aus einer Legierung mit Aluminium als Hauptkomponente, und bei der der Rest aus Silizium, Gallium, Indium oder Germanium entweder einzeln oder irgendwelchen zwei oder aus allein diesen Stoffen gemeinsam besteht. Diese Legierungen sollen bis zu wenigstens ungefähr 300° C fest - sein. Dann kann eine Folie folgender Zusammensetzungen benutzt werden, wobei die Anteile ihrem Gewicht nach bemessen sind:

aus 95% Aluminium und 5% Silizium;

88,4% Aluminium und 11,6% Silizium;

90% Aluminium und 10% Germanium;

47 % Aluminium und 53 % Germanium;

88% Aluminium und 12% Indium;

96% Aluminium und 4 Gewichtsanteile Indium; 50% Aluminium, 20% Silizium, 20% Indium

und 10% Germanium;

90% Aluminium, 5% Silizium und 5% Indium; 85% Aluminium, 5% Silizium, 5% Indium und

5 % Germanium;
88% Aluminium, 5% Silizium, 2% Indium,

3% Germanium und 2% Indium.

Es ist wichtig, daß die Aluminiumschicht 68 wesentlich kleiner ist als die Fläche der Siliziumplatte 64 und daß sie auf der Platte 64 mit einem wesentlichen Abstand von den Ecken und Rändern der Platte zentriert ist. Die Aluminiumschicht 68 braucht keine Folie oder eine getrennte selbständige Schicht zu sein. Sie kann auch auf die Siliziumplatte im Vakuum aufgedampft werden. Auch kann der obere Kontakt selbst mit dem Aluminium bedampft werden.

Auf der oberen Oberfläche der Schicht 68 aus Aluminium ist ein Tantal- oder Tantallegierungskontakt 70 angeordnet, welcher aus einem Nagelkopf 72 besteht, der mit der Schicht 68 verschmolzen ist. Der Schaftteil 74 ist relativ biegsam und nachgiebig, so daß durch ihn im normalen Gebrauch keine mechanischen Beanspruchungen auf die Siliziumplatte 64 übertragen werden.

Zur Herstellung der Diode nach Fig. 4 wird die Anordnung, welche aus dem Grundplattenkontakt 6O₁ dem Silberlot 66, der Siliziumplatte 454, der Alumi-

niumschicht 68 und dem oberen Tantalkontakt 70 besteht, erhitzt und bei einer Temperatur von etwa 800 bis 1000° C im Vakuum unter leichtem Druck gehalten. Nach kurzer Zeit schmilzt das Silberlot 66 und verbindet die Grundplatte 60 mit der Siliziumplatte 64. In gleicher Weise verbindet die Aluminiumschicht 68 den Tantalkontakt 70 mit der Siliziumplatte 64. Während des Erhitzens löst Aluminium das angrenzende Silizium an der oberen Oberfläche der Siliziumplatte und scheidet bei der Abkühlung das aufgelöste Silizium mit p-Leitfähigkeit wieder aus. Dadurch wird die angrenzende Oberfläche in p-leitendes Silizium umgewandelt und der pn-übergang hergestellt. Wenn die legierte Anordnung auf Raumtemperatur abgekühlt ist, wird sie geätzt, und zwar vorzugsweise, wie an Hand der Fig. 3 erläutert worden ist. Nach dem Ätzen wird die legierte Anordnung in der Aussparung 56 der Schraubengrundplatte 52 mit einem Lot niedrigen, z. B. unterhalb 300° C liegenden Schmelzpunktes 58 angeordnet. Bei einer Temperatur bis zu etwa 400° C -wird die Schraubengrundplatte mit den übrigen Teilen verschmolzen. Die Diode kann dann eingekapselt oder in einem hermetisch abgeschlossenen Metallgehäuse untergebracht werden, um das Silizium und/oder Teile der Anordnung gegen äußere Einflüsse zu schützen.

Fig. 5 veranschaulicht eine abgewandelte Form einer zusammengesetzten Halbleiteranordnung 100. Diese Vorrichtung umfaßt einen Grundplattenkontakt 102 aus Aluminium oder Wolfram, der mit einem Nickelüberzug 104 bzw. 106 an beiden Oberflächen versehen ist. Wenn der Grundplattenkontakt 102 aus Tantal oder einer Tantalgrundlegierung besteht, braucht er nicht mit Nickel plattiert (galvanisiert) zu werden. Eine Zuführung 108 ist an der Unterseite des Grundplattenkontaktes 102 befestigt. Die Zuführung 108 ist mit einer Anschlußöse 110 versehen, welche über eine Hülse 114 an die Zuleitung angeschweißt ist. Der Flansch 112 der Öse ist an dem Überzug 104 des Kontaktes 102 angeschweißt. In gewissen Fällen kann die Zuleitung 108 durch einen elektrischen Schmelzschweißprozeß an dem Grundplattenkontakt 102 befestigt werden. Eine Schicht 116 eines Silbergrundlotes verbindet eine Siliziumplatte 118 mit der Grundplatte 102. Eine Aluminiumschicht 120 ist mit der oberen Oberfläche der Siliziumplatte 118 und dem Kopf 124 eines nageiförmigen Tantalgliedes 122 verschmolzen. Eine biegsame Zuleitung 126 ist durch Verschweißen ihres unteren Endes 128 mit dem Schaft des Tantalgliedes 122 verbunden. Die Zuleitung 128 ist durch eine Hülse 130 geführt, welche zusammengequetscht und bei 132 zwecks hermetischer Abdichtung mit der Zuleitung verschweißt ist. Die Hülse 132 kann z. B. aus einer Legierung aus Eisen, Nickel und Cobalt bestehen, wie sie als Kovarlegierung bekannt ist. Die Hülse 130 ist innerhalb einer sie umschließenden Isolierscheibe 134 aus Glas angeordnet, welche mit der Hülse 130 und einem ausgeschnittenen Becher 136 verschmolzen ist. Der ausgeschnittene Becher hat vertikale Wände 138, welche in einem in der Um fangs richtung verlaufenden Flansch 140 enden. Dieser ist mit der Grundplatte 102 verschweißt, so daß das gesamte Glied hermetisch eingeschlossen ist. Der Becher 136 wird vor der Verschweißung des Flansches 140 und der Abdichtung der Hülse 130 evakuiert und mit einem ausgewählten inerten Gas gefüllt.

Die in Fig. 5 gezeigten Dioden haben sich als sehr beständig gegenüber Spitzenwechselspannungen von 300 bis 600VoIt erwiesen. Durch eine Siliziumplatte mit einem Durchmesser von annähernd 1,3 cm werden Ströme bis zu 200 Ampere gleichgerichtet.

Claims

PATENTANSPRÜCHE;

1. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelementes, ζ. Β. einer Diode, mit einem Halbleiterkörper aus Silizium, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper in Form einer Platte aus Silizium eines bestimmten Leitungstyps hergestellt wird, daß auf der einen Oberfläche des Halbleiterkörpers zur Erzeugung der nichtohmschen Elektrode und einer vorgelagerten Zone entgegengesetzten Leitungstyps eine dünne Metallschicht von kleinerer Flächenausdehnung als die Halbleiteroberfläche angebracht wird, daß eine Anschlußelektrode aus Tantal, die einen frei ausladenden biegsamen Teil und eine, bezogen auf die Fläche der dünnen Metallschicht der nichtohmschen Elektrode, etwa gleich große Stirnfläche besitzt, mit der Stirnfläche auf der dünnen Metallschicht angebracht wird, daß diese Anordnung dann einem Legierungsprozeß unterworfen wird, durch den im Halbleiterkörper der pn-übergang erzeugt und außerdem die Anschluß elektrode mit der aus der dünnen Metallschicht erzeugten Kontaktelektrode verschmolzen wird, und daß auf der anderen Oberfläche des Halbleiterkörpers eine ohmsche Elektrode angebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper aus n-leitendem Silizium und die dünne Metallschicht aus Aluminium oder einer Aluminiumgrundlegierung hergestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Tantal bestehende Anschlußelektrode in L-Form hergestellt wird und daß der kürzere Schenkel der L-Form über seine Stirnfläche mit der dünnen Metallschicht verschmolzen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Tantal bestehende Anschluß elektrode in Form eines Nagels hergestellt wird und daß die Stirnfläche des Nagelkopfes mit der dünnen Metallschicht verschmolzen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die die Anschluß elektrode der ohmschen Elektrode bildende Grundplatte aus Molybdän, Wolfram, Tantal oder aus einer Legierung auf der Grundlage eines oder mehrerer dieser Stoffe hergestellt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lötverbindung zwischen der Grundplatte und dem Halbleiterkörper mittels eines Lotes auf der Grundlage von Silber vorgenommen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem Silberlot ein Element der Gruppe IV des Periodischen Systems und/oder ein n-Typ-Dotierungsmaterial zugesetzt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiteranordnung mit ihrer Grundplatte an der Stirnfläche des Kopfes einer zur Befestigung dienenden Schraube angelötet wird. ^>'**

9. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei Herstellung der Grundplatte als Anschlußelektrode der ohmschen Elektrode aus einem anderen Metall als Tantal mindestens deren Oberfläche, an der die Verlötung mit diesem Halb-

leiterkörper stattfindet, mit einem Nickelüberzug versehen wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne Metallschicht als Aluminiumfolie aufgebracht wird.

11. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne Metallschicht auf die Oberfläche des Halbleiterkörpers durch Aufdampfen aufgebracht wird.

12. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne Metallschicht bereits auf die Stirnfläche der Anschlußelektrode aufgedampft wird.

13. Verfahren nach Anspruch 9 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne Metallschicht aus Aluminium mit einem Element entweder der Gruppe III oder IV des Periodischen Systems oder den Elementen beider Gruppen hergestellt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden zur Herstellung eines Gleichrichterelements für eine Halbleitervorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß eine Grundplatte, eine Silberlotschicht, die Siliziumplatte, die Aluminiummetallschicht und der aus Tantal bestehende Anschlußkontakt, wobei gegebenenfalls die Aluminiummetallschicht bereits an einem der beiden letztgenannten Teile aufgebracht sein kann, übereinander angeordnet werden und diese Zusammenstellung dann unter Zusammenhaltung mit einem leichten mechanischen Druck im Vakuum bei einer Temperatur von annähernd 800 bis 1000° C während einer Zeitdauer von einigen Minuten erhitzt und dann wieder auf Zimmertemperatur abgekühlt wird.

15. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleitervorrichtung nach Fertigstellung als legiertes Halbleitergleichrichterelement mindestens an der mit dem frei ausladenden Anschlußkontakt aus Tantal versehenen Oberfläche einer Ätzbehandlung unterworfen wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß bei Herstellung aller Kontakte

der Halbleitervorrichtung aus Tantal die Ätzung durch Eintauchen der Halbleitervorrichtung in die Ätzmittellösung vorgenommen wird.

17. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem aufgeschmolzenen Anschlußkontakt aus Tantal versehene Halbleitervorrichtung an dieser Oberfläche mit einer Randzone auf den Rand eines Ausschnittes einer Maske aus inertem Werkstoff aufgesetzt und an der von der Maske frei gelassenen Oberfläche mit der Ätzmittellösung besprüht bzw. bespült wird.

18. Verfahren nach Anspruch 15 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß als Ätzmittel eine Mischung aus etwa 48 bis 50% Fluorwasserstoffsäure und aus einer Salpetersäure von einer etwa 25%igen Konzentration benutzt wird.

19. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiterelement, nachdem an seinem frei ausladenden biegsamen Anschlußkontakt noch ein weiterer biegsamer Anschlußleiter angeschweißt worden ist, innerhalb eines Gehäuses angeordnet wird, welches aus der Grundplatte des Halbleiterelementes und einem glockenförmigen Teil besteht, der in seinem Boden als elektrisch isolierende Durchführung einen mit ihm und einer zentralen Metallhülse verschmolzenen Glaskörper besitzt, wobei der weitere biegsame Anschlußleiter in die genannte Metallhülse eingeführt wird, und das anschließend der glockenförmige Körper über einen Flanschteil mit der Grundplatte verschweißt wird, wonach nach Schaffung einer inerten Atmosphäre in dem Gehäuseraum die Metallhülse durch Zusammenquetschen der genannten Metallhülse unter Kontaktgabe mit dem von ihr umschlossenen biegsamen Leiter und durch eine Verschweißung dieser Stelle ein gasdichter Abschluß des Gehäuseraumes nach außen erzeugt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1 722 795;

USA.-Patentschrift Nr. 2 763 822;

französische Patentschrift Nr. 1 114 837;

Zeitschrift »Proc.of the IRE«, Bd. 40, 1952, S. 1512 bis 1518.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen