DE1191585B - Verwendung einer Silberlegierung als Dotierungsstoff zur Erzeugung von p-Leit-faehigkeit in Halbleiterstoffen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES S/WWWl· PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

C22c

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

Deutsche Kl.: 40 b-5/00

W27011VI a/40b
4. Januar 1960
22. April 1965

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Verwendung einer Legierung, bestehend aus 0,01 bis 1 °/₀ Bor und insgesamt bis 6 °/o mindestens eines der Elemente Germanium, Blei, Gallium, Zinn, Indium, Aluminium und Silicium, Rest Silber, als Dotierungsstoff zur Erzeugung von p-Leitfähigkeit in Halbleiterstoffen.

Es ist vorgesehen, daß eine derartige Legierung in Form einer dünnen kaltgewalzten Folie mit einer Stärke bis zu 0,1 mm als Dotierungsmaterial zur Erzeugung von p-Leitung verwendet wird.

Es ist bekannt, zur Herstellung einer Lötverbindung zwischen zwei Körpern ein Lot zu verwenden, das aus einem Gemisch verschiedener Metalle besteht, das unter anderem Indium und/oder Silber und/oder Gold und/oder Aluminium und/oder Zinn und/oder Blei aufweist und dem gegebenenfalls ein dotierender Zusatz beigegeben sein kann.

Ferner ist es bekannt, als Elektroden für Flächengleichrichter- bzw. -transistorsysteme, insbesondere solche aus Indium, Silber, Gold, Aluminium, Zinn oder Blei zu verwenden, die gegebenenfalls noch einen Zusatz enthalten, der besonders für die Dotierung der an die Elektrode angrenzenden Zonen des Halbleiters mit p- oder η-Leitfähigkeitscharakter geeignet ist.

Es ist außerdem bekannt, zur Herstellung von pn-Schichten in Halbleitergeräten den Halbleiterkörper in eine Schmelze des Halbleitermaterials, in der mindestens zwei Dotierungsstoffe enthalten sind, einzutauchen. Dieses Dotierverfahren entspricht dem, wie es beim Ziehen aus der Schmelze zur Anwendung kommt. Die Dotierung erfolgt dabei durch Einbau der in der Schmelze vorhandenen Verunreinigungen in den aus der Schmelze herauszuziehenden Halbleiterkristall.

Demgegenüber wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, eine Legierung aus 0,01 bis 1 % B°^r und insgesamt bis 6% mindestens eines der Elemente Germanium, Blei, Gallium, Zinn, Indium, Aluminium und Silicium, Rest Silber, besonders in Form einer dünnen kaltgewalzten Folie mit einer Stärke bis zu 0,1 mm, als Dotierungsstoff zur Erzeugung von p-Leitfähigkeit in Halbleiterstoffen zu verwenden. Die Verwendung einer derartigen Legierung zur Dotierung von Halbleiterstoffen bietet gegenüber den bekannten Verfahren erhebliche Vorteile, die insbesondere darin bestehen, daß es auf diese Weise ohne großen Aufwand und ohne Anwendung komplizierter Hilfsmittel gelingt, den erwünschten Dotierungsgrad im Halbleiterkristall einzustellen. Das Aufbringen von Folien ermöglicht überdies die Herstellung sehr glatter Dotierungsfronten, was bei Dotierungsverfahren, bei denen die Verwendung einer Silberlegierung als
Dotierungsstoff zur Erzeugung von p-Leitfähigkeit in Halbleiterstoffen

Anmelder:

Westinghouse Electric Corporation,

East Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. R. Barckhaus, Patentanwalt,

München 2, Wittelsbacherplatz 2

Als Erfinder benannt:

Donald R. Thomburg, Pittsburgh, Pa.;

William B. Green, Greensburg, Pa. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 23. Januar 1959
(788 502)

Dotierung durch Eintauchen des Halbleiterkristalls in eine den Dotierungsstoff enthaltende Schmelze erfolgt, nicht erreicht werden kann.

Gegenüber dem Verfahren, einem Lot Dotierungsstoffe beizufügen, besteht der Vorteil, daß durch die Verwendung dünner Folien aus einer Dotierungslegierung die Lokalisierung der Legierungsflecken außerordentlich begünstigt wird.

Die Herstellung der erfindungsgemäß zu verwendenden Legierung läßt sich vorteilhafterweise dadurch bewerkstelligen, daß die eine mittlere Teilchengröße bis zu 150 Mikron besitzenden Komponenten homogen durcheinandergemischt werden, das Gemisch mit einem Druck von 800 bis 9500 kg/cm² gepreßt, mindestens ¹I₂ Stunde in Schutzgasatmosphäre auf mindestens 600⁰C erhitzt und anschließend in kaltem Zustand zu einer Dicke von maximal 0,1 mm ausgewalzt wird.

Die Herstellung eines Halbleiterbauelementes unter Verwendung einer erfindungsgemäß zusammengesetzten Legierung kann in der Weise erfolgen, daß auf eine Scheibe η-leitenden Siliciums eine Folie des Dotierungsstoffes aufgebracht und zur Erzeugung eines pn-Übergangs einlegiert wird.

Die Bestandteile sollen dabei in Form preßbarer Pulverteilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße bis zu 150 Mikron vorliegen. Die Bestandteile

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werden zweckmäßigerweise in ein geeignetes Misch gerät eingefüllt und genügend lang gemischt, um eine homogene Durchmischung zu gewährleisten. Die zur Erreichung der Homogenität nötige Zeit hängt natur gegebenerweise von der Menge des Materials und der Beschaffenheit, insbesondere der Größe des Mischers ab.

Die besten Preßlinge werden erhalten, wenn die Bestandteile in einer durchschnittlichen Teilchengröße von 40 bis 60 Mikron vorliegen. Bei der Verwendung von Teilchen, deren Größe erheblich über 150 Mikron hinausgeht, haben die Preßlinge die Tendenz, bei der späteren Behandlung auseinanderzubrechen. Man kann dabei die Teilchengröße einzelner oder auch aller Bestandteile schon vor dem Mischen auf den gewünsch- ten kleinen Wert bringen. Es ist aber andererseits auch möglich, durch die Verwendung von Kugelmühlen oder anderen entsprechenden Hilfsmitteln die Teilchen größe während des Mischvorgangs zu reduzieren.

Die homogenisierte Pulvermischung wird anschließehd in eine geeignete Preßform gefüllt. Selbstver ständlich muß das Material der Preßform in der Lage sein, den Preßdruck auszuhalten. Man verwendet deshalb zweckmäßigerweise Stahl. Das Pressen wird mit einem Druck von 800 bis 9500 kg/cm², das sind in der Pulvermetallurgie übliche Drücke, vorgenom men. Zur Vermeidung des Einschleppens von Ver unreinigungen verzichtet man beim Preßvorgang vorteilhafterweise auf die in der Pulvermetallurgie gebräuchlichen Schmiermittel für die Preßform und auf jegliche Bindemittel. Der auf diese Weise erhaltene Legierungspreßling wird anschließend eine Zeitlang, beispielsweise eine halbe bis eine Stunde lang, in einer Schutzgastamosphäre, z. B. aus Wasserstoff, Argon, Helium oder Stickstoff, auf Temperaturen von 600 bis 100O⁰C erhitzt. Durch diese Wärmebehandlung tritt eine teilweise Legierung der Teilchen auf. Der Preß ling verdichtet sich, Feuchtigkeit und im Preßling eingeschlossenes Gas- entweichen.

Anschließend wird der Legierungspreßling zu einer Folie oder zu einem Streifen kaltgewalzt. Man benutzt diese Folien mit Dicken bis zu 0,1 mm, um daraus flache Ringe oder Folien zur Dotierung zu schneiden oder zu stanzen.

In manchen Fällen ergibt eine Zwischenglühung der Preßlinge ein besseres Verhalten beim Kaltwalzen.

Ist Silicium in der Legierung enthalten, so kann das Walzen dadurch erleichtert werden, daß man nach jeder Dickenverminderung des Preßlings um 30% eine Zwischenglühung von mindestens halbstündiger Dauer in einer Schutzgasatmosphäre bei 600⁰C einschaltet.

Nähere Einzelheiten sind den folgenden speziellen Ausführungsbeispielen zu entnehmen.

55 Beispiel 1

Etwa 0,66 g chemisch reinen Bleis mit einer durch schnittlichen Teilchengröße von 149 Mikron, etwa 0,17 g chemisch reinen Bors mit einer durchschnitt- liehen Teilchengröße von 149 Mikron und etwa 32,17 g chemisch reinen Silbers mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 44 Mikron werden gleichmäßig gemischt. Anschließend wird die Mischung in eine Stahlform gefüllt und mit einem Druck von 4840 kg/ cm* auf eine Dicke von 0,175 mm zusammengepreßt. Der erhaltene Preßling hat eine Dichte von 91 % des theoretischen Wertes.

Dann wird der Preßling V₂ Stunde lang in einer Argonatmosphäre auf 925° C erhitzt und anschließend mit einem Druck von 4730 kg/cm² auf eine Dicke von 0,15 mm verdichtet. Danach wird die Legierung bei einer Temperatur von 650⁰C in einer Wasserstorratmosphäre 20 Stunden lang gesintert und in kaltem Zustand zu einer Dicke von 0,132 mm ausgewalzt. Nach halbstündigem Glühen in einer Wasserstoffatmosphäre bei 650⁰C wird die Legierung durch weiteres Kaltwalzen auf eine Dicke von 0,05 bis 0,075 mm gebracht.

Das so hergestellte dünn ausgewalzte Legierungsmaterial ist als Dotierungsstoff brauchbar, um bei der Herstellung von Siliciumhalbleiterbauelementen p-Leitung zu erzeugen.

Zur Herstellung von Siliciumhalbleiterbauelementen wird aus der aus der Dotierlegierung bestehenden 0,05 mm starken Folie eine Lochscheibe mit einem inneren Durchmesser von 2 und dem äußeren Durchmesser von 4 mm ausgestanzt.

Diese Lochscheibe wird dann auf die Oberfläche eines Plättchens aus η-leitendem Silicium aufgebracht. Anschließend werden Lochscheibe und Siliciumplättchen gemeinsam in einer Wasserstorfatmosphäre etwa V₄ bis V2 Stunde lang auf 800⁰C erhitzt. Hierbei ent- · steht ein Halbleiterelement mit einer η-Schicht, einem pn-Übergang und einer p-Schicht.

Beispiel 2

Etwa 0,6 g chemisch reinen Siliciums, 0,3 g chemisch reinen Bors und 59,1 g chemisch reinen Silbers mit Teilchengrößen von durchschnittlich 44 Mikron werden gleichmäßig gemischt; die Mischung wird in eine Stahlform eingefüllt und mit einem Preßdruck von 5200 kg/cm² auf eine Dicke von 3,43 mm zusammengepreßt. Die Dichte des so hergestellten Preßlings betrgät 95 % des theoretischen Wertes.

Danach wird der Preßling V₂ Stunde lang in einer Wasserstoffatmosphäre bei einer Temperatur von 900° C erhitzt. Nach dieser Glühung wird der Preßling auf eine Dicke von 1,04 mm ausgewalzt, V2 Stunde lang bei 600° C in Wasserstoff geglüht und anschließend auf eine Dicke von 0,05 mm ausgewalzt.

Diese Legierung läßt sich ähnlich der im ersten Beispiel beschriebenen bei der Herstellung von Siliciumhalbleiterbauelementen als Dotierungsmaterial zur Erzeugung von p-Leitfähigkeit verwenden.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verwendung einer Legierung, bestehend aus 0,01 bis 1 % B°^{r un}d insgesamt bis 6 % mindestens eines der Elemente Germanium, Blei, Gallium, Zinn, Indium, Aluminium und Silicium, Rest Silber, als Dotierungsstoff zur Erzeugung von p-Leitfähigkeit in Halbleiterstoffen.

2. Verwendung einer Legierung der in Anspruch 1 angegebenen Zusammensetzung in Form einer dünnen kaltgewalzten Folie mit einer Stärke bis zu 0,1 mm für den in Anspruch 1 genannten Zweck.

3. Verfahren zur Herstellung einer nach Anspruch 1 oder 2 zusammengesetzten und zu verwendenden Legierung, dadurch gekennzeichnet, daß die eine mittlere Teilchengröße bis zu 150 Mikron besitzenden Komponenten homogen durcheinandergemischt, das Gemisch mit einem Druck von 800 bis 9500 kg/cm² gepreßt, mindestens V₂ Stunde in Schutzgasatmosphäre auf mindestens

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600⁰C erhitzt und anschließend in kaltem Zustand Folie des Dotierungsstoffes aufgebracht und zur

zu einer Dicke von maximal 0,1 mm ausgewalzt Erzeugung eines pn-Überganges einlegiert wird.

wird.

4. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter- In Betracht gezogene Druckschriften:

bauelements unter Verwendung einer nach An- 5 Deutsche Patentschrift Nr. 924 777;

spruch 1 oder 2 zusammengesetzten und zu ver- deutsche Auslegeschrift Nr. 1 008 088;

wendenden Legierung, dadurch gekennzeichnet, deutsche Auslegeschrift S 33 971 VIIIc/21 g (be-

daß auf einer Scheibe η-leitenden Siliciums eine kanntgemacht am 20. 12. 1956).

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