DE1089075B - - Google Patents
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- DE1089075B DE1089075B DENDAT1089075D DE1089075DA DE1089075B DE 1089075 B DE1089075 B DE 1089075B DE NDAT1089075 D DENDAT1089075 D DE NDAT1089075D DE 1089075D A DE1089075D A DE 1089075DA DE 1089075 B DE1089075 B DE 1089075B
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- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D10/00—Bipolar junction transistors [BJT]
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von planparallelen Legierungs-pn-Übergängen in Halbleiterkörpern bei kleiner Basisschichtdicke unter Verwendung von mit Halbleitermaterial gesättigtem Legierungsmaterial eutektischer Zusammensetzung.The invention relates to a method for producing plane-parallel alloy pn junctions in Semiconductor bodies with a small base layer thickness using that which is saturated with semiconductor material Alloy material of eutectic composition.
Es ist allgemein bekannt, daß bei der Herstellung eines Hochfrequenztransistors die Basisschichtdickemöglichst klein gemacht werden muß, damit der Transistor zur Verstärkung möglichst höher Frequenzen geeignet ist. Hierzu ist* es beispielsweise üblich, zunächst ein möglichst dünnes Plättchen aus Halbleitermaterial mechanisch oder in einem Ätzverfahren herzustellen, dann auf dieses Plättchen die Elektroden, insbesondere die, die einen pn-übergang erzeugen, aufzulegieren und anschließend deren Zuführungen anzulöten. Diese dünnen Plättchen haben aber den Nachteil, daß sie besonders sorgfältig, d. h. in einem zeitraubenden und daher in der Massenfabrikation teuren Verfahren, gehandhabt werden müssen und trotzdem oftmals bei der Weiterverarbeitung zum überwiegenden Teil zu Bruch gehen. Daher gehen andere bekannte Verfahren von einem dicken Basisplättchen aus, in das das Legierungsmaterial tief einlegiert wird, so daß zur Mitte der Legierungsstelle nur eine dünne Basisschicht unverändert bleibt. Eine solche Anordnung hat aber wiederum den Nachteil, daß von den Randgebieten der entstandenen pn-Übergänge die Ladungsträger eine effektiv dicke Basisschicht zu durchlaufen haben und dadurch die obere Frequenzgrenze, bis zu der der Transistor brauchbar ist, erheblich herabsetzen.It is well known that when manufacturing a high frequency transistor, the base layer thickness is as high as possible Must be made small so that the transistor can amplify higher frequencies as possible suitable is. For this purpose, it is customary, for example, to first use a small plate made of semiconductor material that is as thin as possible mechanically or in an etching process, then the electrodes on this plate, in particular those that generate a pn junction need to be alloyed and then their leads to solder. However, these thin plates have the disadvantage that they are particularly careful, i. H. in one time-consuming and therefore expensive processes in mass production, must be handled and nevertheless, the majority of them often break during further processing. Hence go other known methods from a thick base plate into which the alloy material is deeply alloyed so that only a thin base layer remains unchanged towards the center of the alloy site. One However, such an arrangement again has the disadvantage that from the edge areas of the resulting pn junctions the charge carriers have to pass through an effectively thick base layer and thus the upper one Significantly lower the frequency limit up to which the transistor can be used.
Es ist bereits bekannt, bei der Herstellung einer Gegenelektrode eines Selengleichrichters ein eutektilches Gemisch zu verwenden,~um aüT~dTese~Weise eine Sperrschicht relativ hohen Widerstandes zu erzielen. Die Wahl eines eutektische« Gemisches geschieht auch aus dem Grund, weil ein Eutektikum einen niedrigen Schmelzpunkt hat und deshalb leicht auf die Selenschicht aufgebracht werden kann.It is already known, in the production of a counter electrode of a Sel t engl calibration rich ers e in eutek tilches mixture to use ~ to ~ AUET dTese ~ manner to achieve a barrier layer relatively high resistance. A eutectic mixture is also chosen because a eutectic has a low melting point and can therefore easily be applied to the selenium layer.
Zur Herstellung eines Transistors mit besonders guten Hochfrequenzeigenschaften wird bei dem Verfahren nach der Erfindung zwecks Erzielung einer größeren Legierungstiefe nach dem Legieren des eutektischen Legierungsmaterials wenig über oder beim Eutektikumsschmelzpunkt noch Legierungs- bzw. Dotierungsmaterial, welches einen Bestandteil des Eutektikums bildet, in reiner Form bei einer über der Eutektikumstemperatur liegenden konstanten Temperatur so lange auflegiert, bis keine Auflösung des Halbleitermaterials mehr stattfindet.To produce a transistor with particularly good high-frequency properties, the method according to the invention for the purpose of achieving a greater alloy depth after alloying the eutectic alloy material little above or at the eutectic melting point or alloy or Doping material, which forms part of the eutectic, in pure form at one above the Eutectic temperature lying constant temperature so long until no dissolution of the Semiconductor material takes place more.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders leicht und daher in der Massenfabrikation billig durchzuführen .und liefert bedeutend weniger Ausschuß als die vorbekannten Verfahren, die die dünne Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung des Legierungstyps mit kleiner Basisschichtdicke, insbesondere eines Hochfrequenztransistors The method according to the invention is particularly easy and therefore inexpensive to carry out in mass production and delivers significantly less scrap than the previously known methods which use the thin method for producing a semiconductor device of the alloy type with a small base layer thickness, in particular a high-frequency transistor
Anmelder: Telefunkeh G.m.b.H., Berlin-Charlottenburg 1, Ernst-Reuter-PlatzApplicant: Telefunkeh G.m.b.H., Berlin-Charlottenburg 1, Ernst-Reuter-Platz
Eriedrich Wilhelm Dehmelt', Neu-Ulm/Donau, Josef Winter und Gerd Bratrich1 Ulm/Donau, sind als Erfinder genannt wordenEriedrich Wilhelm Dehmelt ', Neu-Ulm / Danube, Josef Winter and Gerd Bratrich 1 Ulm / Danube, have been named as inventors
Basisschicht vor dem Legierungsprozeß erzeugen. Dabei entspricht die obere Frequenzgrenze der erfindungsgemäß hergestellten Halbleiteranordnung der nach diesen vorbekannten Verfahren erzeugten Anordnungen und übertrifft erheblich die nach jenen vorbekannten Verfahren erzeugten Anordnungen, bei denen die Elektrode tief in eine dicke Basisschicht legiert ist.Create the base layer before the alloying process. The upper frequency limit corresponds to that according to the invention manufactured semiconductor arrangement of the arrangements produced by these previously known methods and considerably exceeds the arrangements produced by those previously known methods where the electrode is deeply alloyed in a thick base layer.
Das zunächst aufgebrachte Eutektikum garantiert die gleichmäßige Benetzung bei anfangs geringer Einlegierungstiefe. Würde zu Anfang reines Legierungsmaterial aufgebracht werden, so würde dieses bei ungleichmäßiger Benetzung gleich an der benetzten Stelle tief einlegiererT und dä^ufcrT^ne^nglWith-" mäßige und nicht genau kontrollierbare Einlegierungstiefe erzeugen.The eutectic that is applied initially guarantees uniform wetting with an initially shallow depth of alloy. If pure alloy material were applied at the beginning, this would be more uneven Wetting right at the wetted point deeply alloyed and dä ^ ufcrT ^ ne ^ nglWith- " Generate moderate and not precisely controllable depth of alloy.
Zweckmäßig wird beim Verfahren nach der Erfindung nach dem Aufbringen des reinen Legierungsmaterials beim Schmelzen des Eutektikums die Temperatur zunächst zumindest so lange noch unter der Schmelztemperatur des reinen Legierungsmaterials gehalten, bis sich dieses vollständig im geschmolzenen Eutektikum gelöst hat, weil dann der Prozeß gleichmäßiger verläuft, als wenn gleichzeitig das reine Material noch geschmolzen wird.In the method according to the invention, after the pure alloy material has been applied when the eutectic is melted, the The temperature is initially at least below the melting temperature of the pure alloy material held until this has completely dissolved in the molten eutectic, because then the process is more even proceeds as if the pure material is still being melted at the same time.
Allgemein gilt, daß ein pn-übergang auf der einlegieren Seite hochohmig wird, wenn die Temperatur beim letzten Wärmeprozeß des erfindüngsgeimäßen Verfahrens hoch (einige hundert Grad) über der Schmelztemperatur des Eutektikums, und daß diese Stelle niederohmig wird, wenn, diese Temperatur nur wenig über der Schmelztemperatur des Eutektikums liegt. Beim Abkühlen von dieser Temperatur wächst nämlich zunächst eine rekristallisierte Zone aus Basis-In general, a pn junction on the alloy side becomes high-resistance if the temperature in the last heating process of the process according to the invention is high (a few hundred degrees) above the melting temperature of the eutectic, and that this point becomes low-resistance, if this temperature is only slightly is above the melting temperature of the eutectic. When cooling down from this temperature, a recrystallized zone of basic
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material . am gebildeten pn-übergang an, bis die Schmelztemperatur des Eutektikums erreicht ist und dieses schlagartig erstarrt. Diese rekristallisierte Zone, die. die Leitfähigkeit auf der einlegierten Seite des pn-Ubergangs bestimmt, enthält am pn-übergang um so weniger Legierungsmaterial und ist dadurch hochohmiger, je höher die Temperatur war. Hat sich die rekristallisierte Zone beim Abkühlen von einer Temperatur gebildet, die nur wenig über der Schmelztemperatur des Eutektikums liegt, so hat sich ihre Zusammensetzung der des Eutektikums angenähert, und sie enthält verhältnismäßig viel Legierungsmaterial, wodurch sie niederohmig geworden ist.material. at the pn junction formed until the melting temperature of the eutectic is reached and this suddenly solidifies. This recrystallized zone that. the conductivity on the alloyed side of the determined by the pn junction, contains less alloy material at the pn junction and is therefore more highly resistive, the higher the temperature was. Did the recrystallized zone cool down from a If the temperature is only slightly above the melting temperature of the eutectic, its composition has changed approximates that of the eutectic, and it contains a relatively large amount of alloy material, as a result of which it has become low-resistance.
Es ist besonders vorteilhaft, gleich nach Beendigung des Einlegierens beim Abkühlen bei der oder nahezu der Schmelztemperatur des Eutektikums in dieses flüssige Material einen Draht als Zuführungsleitung aus einem beim folgenden Ätzprozeß nicht angreifbaren Material, vorzugsweise Platin oder Gold, einzutauchen und bei der folgenden Erstarrung mit zu befestigen. Dadurch wird der Herstellungsprozeß durch Fortfall eines zusätzlichen Verfahrensschrittes zum Anlöten einer Zuführungsleitung vereinfacht. Außerdem ist die beim Ätzverfahren gereinigte Oberflächenzone des Halbleiterkörpers, insbesondere am pn-übergang, nicht mehr wie bei einem sonst nötigen Lötprozeß einer schädlichen Einwirkung, insbesondere durch Wärme, ausgesetzt, denn die Zuführungen können nicht vor dem Ätzen angelötet werden, weil dann das Ätzmittel die beim Löten aufgebrachten Lote löst, wodurch sich unerwünschte Fremdionen am gereinigten pn-übergang der Anordnung niederschlagen würden.It is particularly advantageous, immediately after the end of the alloying process, when cooling at or almost at the same time the melting temperature of the eutectic in this liquid material a wire as a feed line made of a material, preferably platinum or gold, which cannot be attacked during the subsequent etching process, and is included during the subsequent solidification attach. As a result, the manufacturing process is eliminated by eliminating an additional process step simplified for soldering a feed line. In addition, it is the surface zone cleaned during the etching process of the semiconductor body, especially at the pn junction, no longer as with an otherwise necessary Soldering process exposed to harmful effects, especially heat, because the feeders can not be soldered on before etching, because then the etchant will remove the solder applied during soldering dissolves, whereby unwanted foreign ions are deposited on the cleaned pn junction of the arrangement would.
Das Verfahren nach der Erfindung kann noch in der Weise weiter ausgestaltet werden., indem auf das Halbleiterplättchen gleichzeitig von beiden Seiten konzentrisch Legierungsmaterial aufgebracht und einlegiert wird. Für die Herstellung z. B. eines Gleichrichters wird ein Anschluß nur als ohmsche Zuführung ausgebildet, insbesondere wird in dieser Weise ein Transistor mit dünner Basisschicht hergestellt, wenn das Legierungsmaterial auf beiden Seiten einen pn-übergang1 erzeugt. Dabei ist dann vorzugsweise zur Herstellung von Schalttransistoren das Material auf beiden Seiten das gleiche in gleicher +5 Menge und Form. Andererseits ist bei auf beiden Seiten unterschiedlicher Ausdehnung und bzw. oder der Zusammensetzung der rekristallisierten Zone die Menge von Eutektikum und Legierungsmaterial zweckmäßig derart aufeinander abzustimmen, daß beim nachfolgenden Ätzen, das vorzugsweise durch einfaches Eintauchen in ein Ätzbad erfolgt, auf beiden Seiten gleichzeitig das Basismaterial an den Seiten der Legierungsstellen bis zur vorgegebenen Tiefe abgetragen wird. Im allgemeinen wird die dünne Basisschicht außerdem mit einem ohmschen Anschluß zu versehen sein, der dann vorher oder gleichzeitig' mit dem " Legierungsmaterial auf das Plättchen aufzulegieren ist, vorzugsweise in an sich bekannter Art als Ringbasisanschluß.The method according to the invention can be further refined in that, at the same time, alloy material is concentrically applied and alloyed onto the semiconductor wafer from both sides. For the production of e.g. B. a rectifier, a connection is formed only as an ohmic feed, in particular a transistor with a thin base layer is produced in this way if the alloy material generates a pn junction 1 on both sides. For the production of switching transistors, the material is then preferably the same on both sides in the same +5 quantity and shape. On the other hand, if the expansion and / or the composition of the recrystallized zone is different on both sides, the amount of eutectic and alloy material should be appropriately matched to one another in such a way that during subsequent etching, which is preferably carried out by simply immersing in an etching bath, on both sides simultaneously the Base material on the sides of the alloy points is removed to the specified depth. In general, the thin base layer will also have to be provided with an ohmic connection, which is then to be alloyed beforehand or simultaneously with the alloy material on the plate, preferably in a manner known per se as a ring base connection.
Eine weitere Ausbildung des Verfahrens nach der Erfindung zur Herstellung eines Transistors mit hochohmigem Kollektor und niederohmigem Emitter teilt dieses- in zwei Schritte. Zunächst werden der vorzugsweise großflächige Kollektor und der vorzugsweise kleinflächige Emitter gemeinsam in einem Arbeitsgang einlegiert, indem zunächst auf beiden Seiten eutektische» Material und dann auf beiden Seiten reines Legierungsmaterial gleichzeitig einlegiert wird, wobei die Temperatur beim EinlegierenAnother embodiment of the method according to the invention for producing a transistor with With a high-resistance collector and a low-resistance emitter, this divides into two steps. First of all, the preferred large-area collector and the preferably small-area emitter together in one Operation alloyed by first using eutectic »material on both sides and then on both Pages pure alloy material is alloyed at the same time, whereby the temperature during alloying
einige hundert Grad über der Schmelztemperatur des Eutektikums gewählt wird. Danach wird nur auf den Emitter noch einmal reines Legierung -Smaterial gelegt und bei einer Temperatur einlegiert, die nur wenig über dem Schmelzpunkt des Eutektikums liegt. Bei der hohen Temperatur bilden sich rekristallisierte Zonen im Halbleiter, die nur wenig Legierungsmaterial enthalten und dadurch hochohmig sind. Beim zweiten Wärmeprozeß ändert sich auf der Kollektorseite nichts mehr, weil die niedrigdotierte rekristallisierte Zone erst bei höherer Temperatur schmilzt; auf der Emitterseite löst das aufgebrachte Legierungsmaterial jedoch die rekristallisierte Zone sowie noch etwa beim ersten Wärmeprozeß nicht aufgegriffenes Basismaterial wieder auf. Kühlt die Anordnung danach ab, so bildet sich auf der Emitterseite eine rekristallisierte Zone, die in ihrer Zusammensetzung dem danach erstarrten Eutektikum mehr entspricht und verhältnismäßig viel Legierungsmaterial enthält und dadurch niederohmig ist. Dieses Verfahren kann man noch dahingehend abändern, daß man beim ersten Wärmeprozeß beiderseits des Basisplättchens lediglich eutektische« Material aufbringt und bei der hohen Temperatur einlegiert und danach nur auf der Emitterseite reines Legierungsmaterial aufbringt und dieses bei der niedrigeren Temperatur einlegiert.a few hundred degrees above the melting temperature of the eutectic is chosen. After that, once again pure alloy is only on the emitter - sMaterial down and alloyed at a temperature that is only slightly above the melting point of the eutectic. At the high temperature, recrystallized zones are formed in the semiconductor that contain only a small amount of alloy material and are therefore highly resistive. In the second heating process, nothing changes on the collector side, because the low-doped recrystallized zone only melts at a higher temperature; on the emitter side, however, the alloy material applied dissolves the recrystallized zone and the base material that was not picked up during the first heating process. If the arrangement then cools down, a recrystallized zone is formed on the emitter side, the composition of which corresponds more closely to the subsequently solidified eutectic and contains a relatively large amount of alloy material and is therefore of low resistance. This process can be modified so that in the first heating process only eutectic material is applied to both sides of the base plate and alloyed at the high temperature and then pure alloy material is applied only to the emitter side and this is alloyed at the lower temperature.
Gemäß einer anderen, bevorzugten Ausführungsform wird das Legierungsmaterial nur auf einer Seite des Plättchens auflegiert, während die andere vorher oder gleichzeitig auf ein Trägerplättchen auflegiert wird, das diese andere Seite ganz bedeckt. Das Trägerplättchen kann dabei sowohl ohmisch, z. B. zur Herstellung einer Diode, als auch unter Bildung eines pn-Überganges, z. B. zur Verwendung als großflächiger Kollektor bei der Herstellung eines Transistors mit gleichzeitiger Anbringung eines ohmschen Ringbasisanschlusses, mit dem Halbleiterplättchen zusammenlegiert werden.According to another preferred embodiment, the alloy material is only on one side of the Plate is alloyed, while the other is alloyed beforehand or at the same time on a carrier plate, that covers this other side entirely. The carrier plate can be both ohmic, z. B. for production a diode, as well as forming a pn junction, e.g. B. for use as a large area Collector in the manufacture of a transistor with simultaneous attachment of an ohmic one Ring base connection with which semiconductor wafers are alloyed together.
Als geeignetes, sich nicht in einigen gängigen Ätzmitteln lösendes Legierungsmaterial hat sich einmal Aluminium, zum anderen Gold erwiesen. Das Gold ist, da es einen gewissen Einfluß auf die Leitfähigkeit bzw. den Leitfähigkeitstyp ausübt, vorzugsweise noch mit einem Dotierungsmittel, z. B. mit Gallium als Akzeptor zur Erzeugung von p-Leitung oder mit Antimon als Donator zur Erzeugung von n-Leitung, beispielsweise mit einer Menge von 1 %, zu versetzen. Ist das halbleitende Material Silizium, so eignet sich als Ätzmittel, das nur das Silizium angreift, zur chemischen Ätzung besonders eine Mischung aus Flußsäure und Salpetersäure.Aluminum and gold have proven to be a suitable alloy material that does not dissolve in some common etchants. The gold is, since it has a certain influence on the conductivity or the conductivity type, preferably with a dopant, e.g. B. with gallium as an acceptor to generate p-conduction or with antimony as a donor to generate n-conduction, for example with an amount of 1%. If the semiconducting material is silicon, a mixture of hydrofluoric acid and nitric acid is particularly suitable as an etchant that only attacks the silicon.
Ein gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hergestelltes Zwischenprodukt ist noch einmal in der Zeichnung dargestellt. Auf ein dickes Basisplättchen 1 sind ein großflächiger Kollektor und ein kleinflächiger Emitter auflegiert worden, indem zunächst beiderseits des Plättchens 1 entsprechend geformte Pillen aus Eutektikum und danach beiderseits Pillen aus reinem Legierungsmaterial aufgebracht und auflegiert worden sind. Dabei ist beim Einlegieren des Legierungsmaterials die Temperatur hoch gewählt worden, und am Kollektor hat sich die am pn-übergang niedrig dotierte rekristallisierte Zone 3 gebildet, hinter der das Eutektikum 2 erstarrt ist. Auf den Emitter ist in einem weiteren Prozeß noch einmal reines Legierungsmaterial aufgelegt und bei einer Temperatur, die nur wenig über dem Schmelzpunkt des Eutektikums liegt, einlegiert worden. Dabei ist die rekristallisierte Zone dort wieder aufgelöst worden; beim nachfolgenden Erstarren hat sich die sehrAn intermediate product produced according to a preferred embodiment of the invention is shown again in the drawing. On a thick base plate 1, a large-area collector and a small-area emitter have been alloyed, have been applied by first both sides of the plate 1 suitably shaped pills of eutectic and then both sides of pills made of pure alloy material and alloyed. When alloying the alloy material, the temperature was selected to be high, and the recrystallized zone 3 , which is lightly doped at the pn junction and behind which the eutectic 2 has solidified, has formed on the collector. In a further process, pure alloy material is once again placed on the emitter and alloyed in at a temperature which is only slightly above the melting point of the eutectic. The recrystallized zone was dissolved again there; during the subsequent solidification, the very
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| DET0013593 | 1957-05-15 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1213057B (en) * | 1964-10-17 | 1966-03-24 | Telefunken Patent | Semiconductor device with alloyed electrodes |
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- DE DENDAT1089075D patent/DE1089075B/de active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1213057B (en) * | 1964-10-17 | 1966-03-24 | Telefunken Patent | Semiconductor device with alloyed electrodes |
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