DE1153119B - Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

S 45065 Vfflc/21g

ANMELDETAG: 5. AUGUST 1955

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABE DER AUSLEGESCHRIFT: 22. AUGUST 1963

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung, wie z. B. eines Flächengleichrichters oder -transistors, also einer nichtsteuerbaren oder steuerbaren Halbleiteranordnung durch Einlegieren von frei auf den Halbleiterkörper aufgebrachtem Halbleitermaterial. Durch diesen Einlegierungsprozeß werden im Halbleiterkörper Bereiche geschaffen, die mit einem benachbarten Bereich des Halbleiterkörpers einen Übergang ohmschen Charakters bei verschiedenem Dotierungsgrad der aneinandergrenzenden Bereiche oder bei entgegengesetztem elektrischem Leitungstyp einen pn-übergang bilden.

Wenn das Elektrodenmaterial für die Erzeugung des Elektrodenkörpers vor dem Legieren der Halbleiteranordnung mit dem Elektrodenmaterial auf den Halbleiterkörper frei aufgelegt wird, können sich Schwierigkeiten ergeben. Beim Schmelzen des Elektrodenmaterials wird dieses durch die Oberflächenspannung bei einer größeren Flächenausdehnung der Elektrode mehr oder weniger zur Form eines Tropfens zusammengezogen. Für das Herstellen großer Elektrodenformen ist daher das Einlegieren mit frei aufgelegtem Elektrodenmaterial nicht geeignet. Andererseits sind jedoch vielfach große Elektroden an Halbleiterkörpern erwünscht, weil sich auf diese Weise größere Leistungen beherrschen lassen. In einem solchen Falle wäre es aber erwünscht, ebenfalls eine Freilegierung durchführen zu können, weil auf diese Weise gewisse Nachteile fortfallen, die sonst an dem legierten Halbleiterkörper in Erscheinung treten können in Form von Gitterbaufehlstellen, die in unerwünschter Weise eine Rekombination der Ladungsträger verschiedener Polarität begünstigen können.

Es ist bereits bekanntgeworden, für die Legierung eines Halbleiterkörpers durch ein Elektrodenmaterial vorher auf die Fläche, an welcher legiert werden soll, durch Plattierung zunächst eine Metallschicht aus einem Werkstoff aufzubringen, welcher die nachträglich gebildete Sperrschicht nicht beeinflussen kann. Auf diese Metallschicht wird dann der Elektrodenmaterialkörper aufgebracht, so daß er beim Schmelzen frei auseinanderfließen kann, jedoch zufolge der Benetzung mit der aufgebrachten Metallschicht nur über die Fläche, die durch die Form dieser Metallschicht bestimmt ist. Bei einem weiteren Erhitzungsprozeß soll dann eine Diffusion dieses Elektrodenmaterials durch die Metallzwischenschicht in den Halbleiterkörper hinein erfolgen. Hierdurch läßt sich aber offenbar nicht eine so wirksame Einlegierung erreichen, wie es der Fall ist, wenn der Elektrodenmaterialkörper unmittelbar auf die Halbleiterober-Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung

Anmelder: Siemens-Schuckertwerke Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen, Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dipl.-Ph.ys. Dr. rer. nat. Horst Irrnler, Nürnberg, ist als Erfinder genannt worden

fläche aufgelegt und für den Legierungsprozeß geschmolzen wird. Außerdem läßt sich durch dieses bekannte Verfahren nur die Form des Elektrodenkörpers an der Berührungsfläche mit der aufplattierten Schicht beherrschen, während es in vielen Fällen von Wichtigkeit sein kann, auch die übrige Form desElektrodenmaterialkörpers aufrechtzuerhalten.

Es ist ferner vorgeschlagen worden, bei einem Verfahren zur Herstellung eines Flächengleichrichters' oder Flächentransistors, bei dem der Halbleiterkörper mit einem aus einem Dotierungsmetall bestehenden Aktivatorkörper verschmolzen wird, den von dem geschmolzenen Dotierungsmaterial eingenommenen Raum während des Verschmelzens an der von der Oberfläche des Halbleiterkörpers abgewandten Seite durch einen Begrenzungskörper zu begrenzen, der aus einem Material höheren Schmelzpunktes als das Dotierungsmaterial besteht, und durch dessen Formgebung der Verlauf der gleichrichtenden Schicht im Halbleiterkörper bestimmt wird, so daß die entstehende Inversionsschicht etwa das Spiegelbild der auf den Aktivatorkörper wirkenden Fläche des Begrenzungskörpers ist.

Bei einer solchen Anordnung muß der Begrenzungskörper im Sinne seiner Funktion also ortsfest gehalten sein oder im Verlauf des Prozesses mit Erreichen einer bestimmten Lage an einer Abstützung bzw. an Abstandshaltern gegenüber der Oberfläche des Halbleiterkörpers zur Anlage kommen, so daß er dann von dieser bzw. diesen in seiner ortsfesten Lage eindeutig bestimmt getragen ist.

In Abweichung hiervon betrifft demgegenüber das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung eine Verbesserung eines Legierungsverfahrens von Halbleiter-

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anordnungen unter Benutzung eines auf die Oberfläche des Halbleiterkörpers frei aufgelegten Elektrodenmaterialkörpers mit der Zielsetzung, Elektroden und durch diese bestimmte Übergänge im Halbleiterkörper von großer Flächenausdehnung und eindeutig vorbestimmter Form schaffen zu können.

Zur Erreichung dieses Zieles wird ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung durch Einlegieren von frei auf den Halbleiterkörper aufgelegtem Elektrodenmaterial durchgeführt, indem erfindungsgemäß für das Aufbringen einer großflächigen Elektrode auf den Halbleiterkörper ein Elektrodenmaterialkörper bestimmter geometrischer Form und ein Hilfskörper in der Randzone dieses Elektrodenmaterialkörpers auf den Halbleiterkörper aufgelegt werden und hierfür der Hilfskörper so ausgewählt wird, daß im geschmolzenen Zustand des Elektrodenmaterials eine so große Adhäsionskraft zwischen diesem Körper und dem geschmolzenen Elektrodenmaterial vorhanden ist, daß die Oberflächenspannung der Schmelze kompensiert und dadurch die geometrische Form des Elektrodenmaterialkörpers aufrechterhalten wird.

Die Erfindung ist sowohl anwendbar für Elektrodenformen, die nur einen in sich geschlossenen Umfang haben, als auch für solche, bei denen mehrere Ränder vorhanden sind, wie z. B. bei einer Kreisringform. Je nach der in dem einzelnen Fall vorliegenden Flächenausdehnung der Elektrode kann in dem letzteren Falle entweder ebenfalls nur ein Hilfskörper an einem der Ränder benutzt werden, oder es können auch mehrere Hilfskörper angewendet werden, wobei der eine in einer äußeren Randzone des Elektrodenmaterialkörpers aufgelegt wird und der andere dann in einer inneren Randzone. Bei Benutzung mehrerer solcher Hilfskörper ist dann jeweils je eine besondere Anordnung des einzelnen Hilfskörpers nötig. Dieser Vorgang läßt sich vereinfachen, indem mehrere Hilfskörper unmittelbar zu einem mechanischen Ganzen vereinigt werden. Es können z. B. ein äußerer und ein innerer Hilfskörper durch einige Stege zwischen ihnen unmittelbar zu einem einheitlichen Ganzen vereinigt werden, so daß die räumliche Einrichtung dieser Hilfskörper auf den Elektrodenmaterialkörper sehr einfach ist.

Der Elektrodenmaterialkörper mit dem in seiner Randzone bzw. seinen Randzonen aufgelegten Hilfskörper kann zunächst als ein getrennter selbständiger Körper in Form eines mechanischen Ganzen hergestellt und dann auf die Halbleiteroberfläche an der Legierungsstelle aufgelegt werden, bevor die thermische Behandlung der Anordnung für die Legierungsbildung mit dem Halbleitermaterial erfolgt. Es kann auch ein vorbereiteter Elektrodenmaterialkörper in seine ordnungsgemäße Lage auf den Halbleiterkörper gebracht und dann erst der Hilfskörper aufgelegt werden. Bei dem Schmelzen des Elektrodenmaterialkörpers wird dann ebenfalls die Adhäsion zwischen dem flüssig gewordenen Elektrodenmaterialkörper und dem festbleibenden Hilfskörper bzw. Hilfskörpern wirksam, so daß die Form des flüssig gewordenen Elektrodenmaterialkörpers erhalten bleibt.

Handelt es sich um die Erzeugung von Elektroden sehr großer Flächenausdehnung, so kann es zweckmäßig sein, mehrere einander umschließende Körper oder zwischen je zwei Hilfskörpern an der inneren oder äußeren Randzone noch weitere Zwischenkörper als Hilfskörper zu benutzen.

Es kann ferner auch zweckmäßig sein, einen äußeren oder einen inneren Ring in der Randzone des Elektrodenmaterialkörpers zu benutzen und von diesem z. B. radial nach innen oder nach außen sich erstreckende Stege vorzusehen.

Wird der Hilfskörper lose auf den Elektrodenmaterialkörper aufgelegt, so kann es sich für dessen schnelles und einfaches Einrichten gegenüber dem Elektrodenmaterialkörper als zweckmäßig erweisen, beide

ίο einander in ihren Formen derart anzupassen, daß sie beim Zusammenbringen einen gegenseitigen Formschluß bzw. einen gegenseitigen Eingriff eingehen. So können z. B. für diese Zwecke an dem einen der Körper entsprechende Vorsprünge und an dem anderen entsprechenden Kerben vorgesehen werden.

Als geeigneter Werkstoff für den Hilfskörper können z. B. Molybdän, Tantal, Wolfram oder Eisen benutzt werden.

Außerdem ist es bei einem solchen losen Auflegen des Hilfskörpers auf den Eletrodenmaterialkörper zweckmäßig, den Hilfskörper an der Berührungsfläche mit dem Elektrodenmaterialkörper mit einem besonderen Überzug aus einem solchen Werkstoff zu versehen, welcher bei der thermischen Behandlung der Halbleiteranordnung bereits vor dem eigentlichen Elektrodenmaterialkörper schmilzt. Auf diese Weise erfolgt bereits eine sichere gegenseitige Benetzung zwischen dem aufgelegten Hilfskörper und dem eigentlichen Elektrodenmaterialkörper, bevor der letztere schmilzt, so daß der Elektrodenmaterialkörper beim Schmelzen seinerseits nicht unter dem Hilfskörper wegfließen kann.

Als Material für einen solchen Überzug eignet sich z. B. Zinn. Dieser Überzug kann auch aus mehreren Schichten hergestellt werden, wenn ein Uberzugwerkstoff zwar einen der beiden Werkstoffe des Elektrodenmaterials und des Hilfskörpers gut benetzt, jedoch nicht gleichzeitig beide. Es ist z. B. zweckmäßig, wenn als Werkstoff für den oder die Hilfskörper Molybdän benutzt wird und als Elektrodenmaterial Indium, eine Schichtenfolge aus Gold, Zinn und einer Zinn-Indium-Legierung als Schichtensystem an dem Hilfskörper vorzusehen.
Das Verfahren nach der Erfindung ist sowohl anwendbar bei einer Kreisringform der Elektrode als auch ebensogut bei anderen Flächenumfangsformen für den Elektrodenkörper, wie z. B. einer viereckigen oder einer elliptischen. Es besteht jeweils nur die Bedingung, daß an den Randzonen des Elektrodenkörpers ein Körper aufgelegt ist, der durch seine Adhäsion gegenüber dem Elektrodenmaterial für die Erhaltung der Flächenform desselben im schmelzflüssigen Zustand sorgt und dabei einen von ihm nicht bedeckten, frei liegenden Flächenteil des Elektrodenmaterialkörpers einschließt. Dabei kann das Schmelzen des Elektrodenmaterials gut überwacht werden. Auch wird der eigentliche Elektrodenmaterialkörper durch den Hilfskörper nur ganz gering belastet.
Einige beispielsweise Ausführungen für die Anwendung der Erfindung veranschaulichen die Figuren der Zeichnung.

In den beiden einander entsprechenden Rissen nach den Fig. 1 und 2 der Zeichnung bezeichnen 1 den Halbleiterkörper, 2 den Elektrodenmaterialkörper und 3 den auf diesen aufgelegten Hilfskörper. Wie bereits ausgeführt, kann dieser Hilfskörper entweder bereits vor dem Auflegen des Elektrodenmaterialkörpers 2 auf den Halbleiterkörper mit jenem zu

einem einheitlichen Ganzen vereinigt worden sein, oder erst auf den lose auf den Halbleiterkörper aufgelegten Elektrodenmaterialkörper ebenfalls lose aufgelegt werden, wobei er für einen gegenseitigen Formschluß mit Vorsprüngen 5 versehen sein kann, mit denen er in entsprechende Vertiefungen an dem Elektrodenmaterialkörper eingesetzt wird. Bei der thermischen Behandlung der Anordnung verhindert der Hilfskörper 3 durch seine Adhäsion mit dem Elektrodenmaterialkörper, daß dessen schmelzendes Material sich merklich durch die Oberflächenspannung nach innen zusammenziehen kann, so daß also praktisch die Berührungsfläche zwischen dem Elektrodenmaterialkörper und dem Halbleiterkörper in der vorbestimmten Form erhalten bleibt.

In dem weiteren Ausführungsbeispiel nach den einander entsprechenden Rissen der Fig. 3 und 4 bezeichnet wieder 1 den Halbleiterkörper. Auf diesen ist in diesem Falle ein Elektrodenmaterialkörper 2 von Kreisringform aufgelegt bzw. aufgebracht. Als Hilfskörper sind in diesem Falle zwei Ringe 3 α und 3 b benutzt, von denen der eine an dem inneren Rand und der andere an dem äußeren Rand der Kreisringform des Elektrodenmaterialkörpers angeordnet ist. Beim Schmelzen des Elektrodenmaterialkörpers 2 sorgen also beide Ringe 3 α und 3 b für die Erhaltung der Elektrodenform in der bereits erläuterten Weise. In dem Grundriß nach Fig. 4 sind gleichzeitig noch mit gestrichelten Linien Stege 4 eingetragen, die gegebenenfalls zwischen den beiden Ringen 3 α und 3 b benutzt werden können, damit, wie bereits ausgeführt, die Ringe 3 α und 3 b über die Stege zu einem mechanischen Ganzen vereinigt als solches auf den Elektrodenmaterialkörper aufgelegt bzw. mit diesem vereinigt werden können.

Claims (8)

Patentanspruch f.

1. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung durch Einlegieren von frei auf den Halbleiterkörper aufgelegtem Elektrodenmaterial, dadurch gekennzeichnet, daß für das Aufbringen einer großflächigen Elektrode auf den Halbleiterkörper ein Elektrodenmaterialkörper bestimmter geometrischer Form und ein Hilfskörper in der Randzone dieses Elektrodenmaterialkörpers auf den Halbleiterkörper aufgelegt werden und hierfür der Hilfskörper so ausgewählt wird, daß im geschmolzenen Zustand des Elektrodenmaterials eine so große Adhäsionskraft zwischen diesem Körper und dem geschmolzenen Elektrodenmaterial vorhanden ist, daß die Oberflächenspannung der Schmelze kompensiert und dadurch die geometrische Form des Elektrodenmaterialkörpers aufrechterhalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Elektrodenmaterialkörper, der an seiner Flächenform einen inneren und einen äußeren Rand aufweist, in beiden Randzonen je ein Hilfskörper aufgelegt ist.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfskörper bereits vor dem Auflegen ein mechanisches Ganzes bilden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Hilfskörper bereits vor dem Auflegen des Elektrodenmaterialkörpers auf den Halbleiterkörper mit dem Elektrodenmaterialkörper zu einem mechanischen Ganzen vereinigt sind.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Hilfskörper auf den auf die Halbleiterschicht aufgelegten Elektrodenmaterialkörper lose aufgelegt werden, und daß sie mit diesem einen Eingriff bzw. einen Formschluß eingehen können.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß als Werkstoff für die Hilfskörper Molybdän, Tantal oder Wolfram oder Eisen benutzt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die spätere Berührungsfläche des Hilfskörpers mit dem Elektrodenmaterialkörper mit einem Überzug versehen wird, der einen niedrigeren Schmelzpunkt als das Elektrodenmaterial besitzt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Überzug ein mehrschichtiges System aus solchen verschiedenen Stoffen in den verschiedenen Schichten benutzt wird, welche jeweils miteinander eine bessere Benetzung eingehen als die Werkstoffe zweier voneinander entfernterer Schichten.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Schweizerische Patentschrift Nr. 247 861;
»Proc. I.R.E.«, Bd. 40, 1952, S. 1341, 1342.

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent Nr. 975 179.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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