DE1114940B

DE1114940B - Legierform zum Herstellen von Halbleiteranordnungen

Info

Publication number: DE1114940B
Application number: DEN18803A
Authority: DE
Inventors: Dirk De Nobel
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1959-08-25
Filing date: 1960-08-22
Publication date: 1961-10-12
Also published as: CH399596A; GB887037A; US3080841A; NL242671A; NL126558C

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

N18803Vmc/21g

ANMELDETAG: 22. AUGUST 1960

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UND AUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 12. OKTOB ER 1961

Die Erfindung betrifft eine Legierform zum Herstellen von Halbleiteranordnungen, besonders zur Herstellung von Transistoren und Kristalldioden, und weiter ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Legierform.

Die Legierformen werden meistens aus Graphit hergestellt, weil dieses Material in sehr hoher Reinheit hergestellt werden kann. Weiter wird Graphit durch das geschmolzene Legierungsmaterial nicht benetzt. Im Vergleich zu den sehr kleinen Öffnungen, die die Legierform haben muß, ist Graphit jedoch grobkörnig. Wegen der geringen Festigkeit des Graphits wird die Form stark abgenutzt. Weiter kann Graphit leicht verunreinigende Gase und Dämpfe absorbieren, so daß die Legierform bei häufiger Ver-Wendung wiederholt im Hochvakuum ausgeglüht werden muß.

Es ist bekannt, Legierformen aus rostfreiem Stahl herzustellen, besonders Chromeisenstahl, der mit einer korrosionsschützenden Oxydhaut überzogen ist. Solche Legierformen können mit hoher Genauigkeit hergestellt werden und nutzen sich wenig ab. Die Oxydhaut verhütet dabei, daß der Stahl durch das geschmolzene Material benetzt wird. Es hat sich jedoch gezeigt, daß diese Oxydhaut durch die während des Legierens verwendete Wasserstoffatmosphäre teilweise reduziert werden kann. Deshalb kann eine solche Legierform nur kurze Zeit bei nicht zu hohen Legierungstemperaturen benutzt werden, und es muß praktisch nach jedem Legieren die Oxydhaut regeneriert werden. Außerdem sind die linearen Ausdehnungskoeffizienten der meisten rostfreien Stahlsorten größer als 10-10-⁶, also viel größer als die Ausdehnungskoeffizienten der üblichen Halbleitermaterialien, wie Germanium und Silicium, die 6,1-10-β bzw. 4,2 bis 10-« betragen. Hierdurch besteht die Gefahr, daß während der Abkühlung von der Legierungstemperatur bis auf Zimmertemperatur durch ungleiches Schrumpfen der Form und des Halbleiterkörpers die anlegierten Kontakte abgestoßen werden können.

Die Legierform nach der Erfindung hat die obigen Nachteile nicht. Das verwendete Material ist leicht und genau zu bearbeiten und hat einen Ausdehnungskoeffizienten, der nur wenig von demjenigen der üblichen Halbleitermaterialien, wie Germanium und Silicium, abweicht.

Molybdän ist für diesen Zweck äußerst geeignet. Sein linearer Ausdehnungskoeffizient beträgt etwa 5 bis 10—^β und ist also nur wenig verschieden von demjenigen von Germanium oder Silicium. Molybdän ist außerdem sehr feuerfest und formbeständig. Ob-Legierform zum Herstellen
von Halbleiteranordnungen

Anmelder:

N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken,
Eindhoven (Niederlande)

Vertreter: Dr. rer. nat. P. Roßbach, Patentanwalt,
Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Beanspruchte Priorität:
Niederlande vom 25. August 1959 (Nr. 242 671)

Dirk de Nobel, Eindhoven (Niederlande),
ist als Erfinder genannt worden

wohl Molybdän ziemlich hart ist, ist es mit den normalen gehärteten Werkzeugen gut zu bearbeiten. Molybdän wird jedoch durch geschmolzenes Legierungsmaterial benetzt. Andererseits kann Molybdän sehr gut mit einer feuerfesten, nicht metallischen Schicht, die durch geschmolzenes Legierungsmaterial nicht benetzt wird, bedeckt werden.

Es hat sich ergeben, daß eine solche Schicht auf Molybdän gegen wechselnde Temperaturen gut beständig ist. Solche Schichten wurden auf Molybdän schon für korrosionsschützende Zwecke angebracht. Im Gegensatz zu der Oxydhaut der Formen aus rostfreiem Stahl wird die Schicht auf dem Molybdän durch Wasserstoff nicht reduziert.

Nach der Erfindung besteht die Legierform wenigstens zum Teil aus Molybdän, das an seiner Oberfläche wenigstens an den mit dem Legierungsmaterial in Berührung kommenden Stellen mit einer durch Wasserstoff nicht reduzierbaren dünnen Schicht aus feuerfestem, nicht metallischem Material versehen ist.

Zweckmäßig bildet das feuerfeste nichtmetallische Material, mit dem Molybdän der Unterlage eine genetische Schicht. Hierbei, wird die Haftung der Schicht auf der Molybdänunterlage besonders stark. Diese genetische Schicht kann auch nur einen an das Metall grenzenden Teil der ganzen Schicht bilden.

Das für die Bildung der Schicht anzubringende Material kann vorteilhaft aus der Gasphase aufgebracht werden. Das ermöglicht sehr geringe Schicht-

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dicken, so daß bei der mechanischen Bearbeitung des Molybdäns für die Form die Stärke der anzubringenden Schicht nicht zu berücksichtigen ist. Eine geeignete Schicht kann z. B. durch Niederschlag von · Kohlenstoff gebildet werden. Vorzugsweise wird die Schicht durch Niederschlagen von Silicium oder von Silicium und Kohlenstoff gebildet. Solche Schichten sind sehr haltbar.

Eine solche Legierform ist bei Temperaturen über 700⁰C, z.B. 1100⁰C, in einer wasserstoffhaltigen Atmosphäre gut verwendbar. Hierdurch eignet sie sich besonders zur Verwendung beim Auflegieren von Kontakten auf aus Silicium bestehende Halbleiterkörper. Natürlich kann die Form auch beim Auflegieren von Kontakten auf Germaniumkörper verwendet werden und ermöglicht dabei besonders eine sehr genaue Anordnung der Kontakte und Verwendung von Temperaturen von wenigstens 700° C auch während der langen Zeit, die zur Bildung von Diffusionsschichten unter dem Legierungskontakt erforderlich ist. Für solche hohen Temperaturen und langen Erhitzungszeiten ist die bekannte Form aus rostfreiem Stahl ungeeignet.

Da der lineare Ausdehnungskoeffizient von Molybdän wenig von demjenigen der Halbleitermaterialien, wie Germanium oder Silicium, verschieden ist, kann die Form besonders zum Auflegieren verschiedener auf eine verhältnismäßig große Oberfläche eines z. B. plattenförmigen und/oder streifenförmigen Halbleiterkörpers verteilter Kontakte verwendet werden, ohne daß ein oder mehrere angeordnete Kontakte beim Kühlen nach dem Legieren durch Schrumpfen der Form abgestoßen werden, auch wenn die Abstände zwischen den am weitesten voneinander entfernten Öffnungen zum Fixieren des Kontaktmaterials 1 cm oder mehr betragen.

Die Form nach der Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert.

Die Figur zeigt eine Legierform im vergrößerten Maßstab, teilweise in lotrechtem Schnitt, teilweise perspektivisch gezeichnet.

Mit 1 ist eine aus Graphit bestehende Platte bezeichnet, die mit einer Aussparung 2, in die ein streifenförmiger Halbleiterkörper 3 gelegt ist, versehen ist. Auf die Platte 1 ist eine Molybdänplatte 4 gelegt, die mit einer nichtmetallischen Oberflächenschicht 5 versehen ist und Öffnungen 6 besitzt. Die Innenwände der Öffnungen 6 sind auch mit der Oberflächenhaut 5 versehen. In die Öffnungen 6 sind Kügelchen 7 aus Legierungsmaterial gelegt. Das Ganze kann auf übliche Weise in einen Ofen gebracht werden.

Es ist gut möglich, auch in einer Molybdänplatte mit einer Stärke von z. B. 100 bis 200 μ Öffnungen mit einem Durchmesser von 100 μ in einem gegenseitigen Abstand von 50 μ anzuordnen. Solche Abmessungen sind bei Verwendung von Graphit praktisch nicht erreichbar.

Die Oberflächenschicht 5 kann auf bekannte Weise angebracht werden. Zum Beispiel kann die mit Öffnungen versehene Platte 4 aus Molybdän auf 1000° C erhitzt werden, und während 10 Minuten wird ein Gasstrom aus 10 Volumteilen Wasserstoff und 1 Volumteil eines Gasgemisches aus Wasserstoff, der bei Zimmertemperatur mit Dampf von Siliciumtetrachlorid gesättigt war, vorbeigeführt. Dann wird die erhaltene Schicht bei einer Temperatur zwischen 1250 und 1300° C während 10 Minuten in reinem Wasserstoff nacherhitzt.

Eine andere Schicht guter Beschaffenheit kann dadurch erhalten werden, daß der Molybdänteil erst auf obige Weise bei 1000° C mit SiCl₄ enthaltendem Wasserstoff und dann bei gleicher Temperatur während 5 Minuten mit einem aus 10 Volumteilen Wasserstoff und 1 Volumteil Butan bestehenden Gasgemisch behandelt wird und die Schicht dann anschließend auf obige Weise nacherhitzt wird. Mit der dabei erhaltenen Schicht kann die Legierform bei einer Temperatur von 1100° C gut verwendet werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Legierform zum Herstellen von Halbleiteranordnungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierform wenigstens teilweise aus Molybdän besteht, das an seiner Oberfläche wenigstens an den mit dem Legierungsmaterial in Berührung kommenden Stellen mit einer durch Wasserstoff nicht reduzierbaren dünnen Schicht aus feuerfestem, nicht metallischem Material versehen ist.

2. Legierform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das feuerfeste, nicht metallische Material auf der Molybdänunterlage eine genetische Schicht bildet.

3. Legierform nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht Kohlenstoff enthält.

4. Legierform nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht Silicium enthält.

5. Legierform nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht Silicium und Kohlenstoff enthält.

6. Legierform nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierform mehrere Öffnungen zum Fixieren von Legierungsmaterial enthält und die Abstände zwischen den am weitesten voneinander entfernten Öffnungen wenigstens 1 cm betragen.

7. Verfahren zur Herstellung einer Legierform nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das für die Bildung der Schicht anzubringende Material aus der Gasphase auf das Molybdän aufgebracht wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 1 027 322;
USA.-Patentschrift Nr. 2 756 483.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen