DE1115367B - Verfahren und Legierungsform zum Herstellen einer Halbleiteranordnung durch Aufschmelzen einer Elektrode auf einen Halbleiterkoerper - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

N18875VHIc/21g

ANMELDETAG: . 8. SEPTEMBER I960

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABEDER
AUSLEGESCHRIFT: 19. OKTOBER 1961

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung durch Aufschmelzen einer Elektrode auf einen Halbleiterkörper mit Hilfe einer Legierungsform, in der sich der Halbleiterkörper anfangs oberhalb des Elektrodenmaterials befindet und bei dem eine Menge Elektrodenmaterial und der Körper gesondert erhitzt und dann plötzlich miteinander in Berührung gebracht werden.

Es ist bekannt, solche Elektroden dadurch aufzuschmelzen, daß eine Menge Elektrodenmaterial mit dem Halbleiterkörper in Berührung gebracht und gemeinsam mit diesem auf eine hinreichend hohe Temperatur erhitzt wird, damit sich eine kleine Menge des Halbleitermaterials in dem Elektrodenmaterial löst; bei der darauf erfolgenden Abkühlung entsteht die bekannte Rekristallisationsschicht, deren elektrische Eigenschaften meistens von denen des ursprünglichen Halbleitermaterials verschieden sind.

Die Eindringtiefe sollte weitgehendst konstant über den ganzen Bereich der Elektrode sein. Dazu ist es zweckmäßig, das Elektrodenmaterial und den Körper vorher sorgfältig von Oberflächenverunreinigungen zu reinigen.

Es ist weiter bekannt, daß eine gleichmäßige Eindringtiefe der Elektrode dadurch erzielt werden kann, daß das Elektrodenmaterial und der Halbleiterkörper gesondert erhitzt und darauf schnell miteinander in Berührung gebracht werden, z. B. indem man das Material auf den Körper fallen läßt, so daß der ganze Legierungsbereich gleichzeitig überzogen wird. Das Erhitzen erfolgt selbstverständlich in einer inerten oder einer reduzierenden Umgebung.

Obgleich dieses Verfahren für verhältnismäßig kleine Bereiche gute Resultate liefert, genügt es nicht für größere Zonen, denn dann ist es notwendig, eine so große Menge Elektrodenmaterial auf den Körper fallen zu lassen, daß auch eine große Menge Halbleitermaterial gelöst und dadurch eine große Eindringtiefe mit unterschiedlichen Absolutwerten erhalten wird.

Es ist insbesondere schwierig, auf diese Weise Legierungselektroden zu erhalten, deren Länge gegenüber der Breite groß ist, d. h. linien- und ringförmige Elektroden.

Bei dem Verfahren nach der Erfindung werden diese Nachteile vermieden.

Gemäß der Erfindung wird dieses Elektrodenmaterial auf ein in der Lehre verschiebbares Gewicht gelegt und die Lehre zum Legieren derart gewendet, daß das Elektrodenmaterial auf den Halbleiterkörper und das Gewicht auf das Elektrodenmaterial fällt.

Zweckmäßig wird das verschiebbare Gewicht Verfahren und Legierungsform

zum Herstellen einer Halbleiteranordnung.

durch Aufschmelzen einer Elektrode

auf einen Halbleiterkörper

Anmelder:

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

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

Beanspruchte Priorität:
Niederlande vom 12. September 1959 (Nr. 243 304)

Jan Antonius Houben,

Johannes Gerardus Jesephus van Meyl

und Nico Bram Speyer, Nijmegen (Niederlande),

sind als Erfinder genannt worden

durch Wandteile der Legierungsform in einer zur Ebene des scheibenförmigen Halbleiterkörpers senkrechten Richtung geführt.

Das Gewicht kann einen ringförmigen Querschnitt haben, während die Lehre einen ringförmigen Spalt hat, in dem sich das Gewicht verschieben kann.

Wenigstens die das Elektrodenmaterial berührende Seite dieses Gewichtes besteht aus einem gegenüber diesem Material unwirksamen Stoff.

Der von dem Elektrodenwerkstoff abgewendete Teil des Gewichtes kann aus einem Material bestehen, das während des Aufschmelzens der Elektrode flüssig ist, z. B. Blei.

Für die Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung wird zweckmäßig eine Legierungsform verwendet, welche mindestens einen rohrförmigen Kanal mit einer quer dazu angeordneten Lagerungsstelle für einen Halbleiterkörper und ein mit einem geringen Spiel in diesem Kanal verschiebbares Gewicht hat.

Das Verfahren nach der Erfindung und einige Legierungsformen werden nachstehend an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in Figuren veranschaulicht sind.

109 709/321

Fig. 1 und 2 zeigen Schnitte durch eine zum Aufschmelzen von runden Elektroden anzuwendende Form oder Lehre, und zwar in der Lage vor und nach dem Legieren; .'''.

Fig. 3 und 4 zeigen Schnitte durch eine Lehre zum Aufschmelzen ringförmiger Elektroden, auch in zwei Stufen;

Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch eine, solche Lehre zum Anbringen einer zweiten ringförmigen Elektrode;

Fig. 6 und 7 zeigen eine Draufsicht auf einen durch die Lehren nach den. Fig. 3 bis 5 herzustellenden Transistor mit ringförmigen Elektroden;

Fig. 8 zeigt eine Draufsicht auf einen Transistor mit linienförmigen Elektroden;

Fig. 9 zeigt einen Schnitt durch eine Lehre zur Herstellung eines Transistors nach Fig. 8;

Fig. 10 zeigt einen Schnitt durch eine Lehre, bei der ein Teil des Gewichtes durch eine Flüssigkeit gebildet wird.

Die Lehre nach den Fig. 1 und 2 besteht aus einem Zylinderrohr 1, daß an einem Ende dureh einen Boden 2 verschlossen ist. In dem offenen Ende ist ■ eine Ausnehmung für einen Halbleiterkörper 3, z. B. eine Germanium-Einkristallscheibe oder Siliciumscheibe, vorgesehen, die durch einen Pfropfen 4 abgedeckt ist. In dem Rohrstück ist ein zylindrisches Gewicht 5 mit geringem Spielraum verschiebbar angebracht. Das Rohrstück 1 und der Pfropfen 4 werden durch eine nicht dargestellte Klemme oder durch einen Halter zusammengehalten. Diese Teile können aus einem Werkstoff hergestellt sein, der für die Herstellung von Lehren zum Aufschmelzen von Elektroden bekannt ist, z. B. aus Graphit, oberflächlich oxydiertem Chromeisen oder aus keramischem Material. Das Gewicht 5 kann aus demselben Material bestehen. Dabei wird ein Metall, z. B. Chromnickel, bevorzugt, da dieses ein höheres spezifisches Gewicht als Graphit oder keramisches Material hat. Für das Gewicht, mindestens für den Teil, der das Elektrodenmaterial berühren kann, wird ein Material gewählt, das nicht daran haftet und gegenüber dem Elektrodenmaterial indifferent ist. Diese Anforderungen gelten überhaupt für das Material der Legierungsformen.

Um mittels dieser Lehre eine Elektrode aufzuschmelzen, werden die Teile auf die in Fig. 1 dargestellte Weise zusammengesetzt, nachdem eine Menge Elektrodenmaterial6, z.B. in Form eines Kügelchens, auf das Gewicht 5 gelegt worden ist. Das Ganze wird darauf in einem Ofen in Wasserstoff, gegebenenfalls mit einer Spur Chlorwasserstoff, während z.B. 30Minuten auf 520⁰C erhitzt. Darauf wird die Lehre in die in Fig. 2 -dargestellte Lage gewendet. Das Elektrodenmaterial fällt dabei auf -die Halbleiterscheibe und wird unmittelbar darauf durch das Gewicht 5 über die ganze Oberfläche des Körpers in einer dünnen Schicht 7 verteilt.

Nach Abkühlung werden der Pfropfen 4 und die Scheibe 3 aus der Lehre entfernt.

So können auch aus Indium oder Zinn bestehende Elektroden auf eine Silieiumscheibe aufgeschmolzen werden, indem die Lehre mit dem Siliciumkörper und dem Zinn bzw. Indium in einer Wasserstoff atmosphäre zunächst auf 100Q⁰C erhitzt wird. Nachdem auf diese Weise eine gut zusammenhängende Schicht mit einer gleichmäßigen Eindringtiefe erzeugt ist, kann etwas Aluminium der Elektrode zugesetzt und eine stark dotierte segregierte p-leitende Schicht hergestellt werden.

Die Lehre nach den Fig. 3 und 4 ist zum Anbringen :ringförüiiger Elektroden bestimmt. Diese Lehre besteht aus, einem zylindrischen Rohrstück 11 mit einem Kern, der aus einer Platte 12, einer Scheibe 13 und einem Stab 14 besteht, die zusammen ein Ganzes bilden. Dieser Kern ist von einem Ende her in das Rohrstück 11 eingeführt. Das andere Ende hat

ίο eine Ausnehmung für einen Halbleiterkörper 15 und einen Pfropfen 16. Die verschiedenen Teile werden wieder durch eine nicht dargestellte Klemme zusammengehalten.

Zwischen dem Kern 14 und der Innenwand des Rohrstücks wird ein ringförmiger Spalt gebildet, durch den die Gestalt der auf den Halbleiterkörper aufzuschmelzenden Elektrode festgelegt ist. In diesem Spalt sind ein Ring 17 aus Chromnickel und ein Ring 18 aus Graphit verschiebbar angeordnet. Diese Teile bilden gemeinsam das Gewicht.

Das Elektrodenmaterial 18 wird z. B. in Form eines ringförmig gekrümmten Indiumdrahtes auf den Graphitring gelegt. Dieses Material wird geschmolzen und dann die Lehre in die in Fig. 4 dargestellte Lage gewendet. Das Elektrodenmaterial bildet dabei eine dünne, ringförmige Schicht 19.

Nachdem das Ganze abgekühlt ist, kann auf der anderen Seite des Halbleiterkörpers 15 eine ähnliche ringförmige Elektrode angebracht werden mittels einer entsprechenden Lehre, in der jedoch (Fig. 5) ein Pfropfen 26 mit einer Nut 27 verwendet wird, in welche die Elektrode 19 genau eingeht. In Fig. 5 ist zwischen dieser Nut 27 und der Elektrode 19 deutlichkeitshalber ein gewisser Raum gelassen.

Wenn anschließend auf der oberen Seite des Körpers 15 die zweite ringförmige Elektrode 29 aufgeschmolzen wird, so verhütet die Nut 27, daß die Elektrode 19 über ihre ursprünglichen Grenzenhinausfließt. Fig. 6 zeigt die so hergestellte Halbleiteranordnung im Querschnitt, und Fig. 7 zeigt eine Draufsicht. Bezugsziffer 30 bezeichnet eine dritte Elektrode, die z. B. aus einem auf der Seheibe 15 festgelöteten ringförmigen Draht bestehen kann.
Wenn zwei oder mehr Elektroden nicht gleichzeitig, sondern nacheinander auf einen Halbleiterkörper aufgeschmolzen werden, so muß auch berücksichtigt werden, in welchem Maße die bereits aufgeschmolzene(n) Elektrode(n) durch das Aufschmelzen weiterer Elektroden beeinflußt wird (werden). Es sei hier bemerkt, daß, wenn «ine Elektrode mit einer gleichmäßigen Eindringtiefe über die ganze Zone hergestellt ist, diese Gleichmäßigkeit durch eine zweite Erhitzung oberhalb des Schmelzpunktes nicht gestört wird. Nach der Umkehrung der Platte 15 darf von dem Pfropfen 26 kein Druck auf die bereits aufgeschmolzene Elektrode ausgeübt werden.

Das Verfahren nach der Erfindung läßt sich auch gut anwenden zum Anschmelzen linienförmiger Elektroden, von denen Fig. 8 ein Beispiel veranschaulicht. Diese Figur zeigt die Oberseite eines Transistors, der aus einer Halbleiterscheibe 31 jnit einem Emitter 32 und zwei parallel zu sctialtenden Basisansehlüssen 33 und 34 besteht. Der auf der Rückseite angebrachte Kollektor ist nicht dargestellt. Zum Aufschmelzen dieser Elektroden eignet sich die in Fig. 9 dargestellte Lehre. Diese besteht aus einem rohrförmigen Teil 41, der auf der unteren Seite durch einen Deckel 42 verschlossen ist. Auf der oberen Seite be-

findet sich die durch einen Pfropfen 43 verschlossene Ausnehmung der Halbleiterplatte 31. In dem Rohrstück 41 befindet sich weiter ein Kern 44, in dem drei Kanäle mit einem rechtwinkligen Profil ausgespart sind. Dieses Profil entspricht der Gestalt der Elektroden 32 bis 34. In den Kanälen sind drei Gewichte 45 bis 47 mit einem geringen Spielraum verschiebbar; sie können aus Chromeisen bestehen und sind auf ihrer oberen Seite graphitiert (die Graphitschicht ist nicht dargestellt). Auf jedem Gewicht befindet sich eine Menge Elektrodenmaterial 48.

Auf die in bezug auf die Lehre nach den Fig. 1 und 2 beschriebene Weise wird auch diese Lehre nach dem Schmelzen des Elektrodenmaterials umgekehrt, und es werden die drei Elektroden einlegiert.

Es kann zweckmäßig sein, einen Teil des Gewichtes aus einem Metall, z. B. Blei, herzustellen, das während der Umkehrung der Lehre im geschmolzenen Zustand ist. Dadurch wird die Reibung beim Verschieben des Gewichtes verringert und ein gleichmäßiges Festdrücken gefördert.

Fig. 10 zeigt dieselbe Lehre wie in Fig. 1, aber das Gewicht 5 ist hier durch einen Teil 8, z. B. aus Graphit, und einem Teil 9 aus Blei ersetzt, welches während des eigentlichen Legierungsvorganges geschmolzen ist.

Claims (6)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung durch Aufschmelzen einer Elektrode auf einen Halbleiterkörper mit Hilfe einer Legierungsform, in der sich der Halbleiterkörper anfangs oberhalb des Elektrodenmaterials befindet und bei dem eine Menge Elektrodenmaterial und der Körper gesondert erhitzt und darauf plötzlich miteinander in Berührung gebracht werden, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Elektrodenmaterial auf ein in der Lehre verschiebbares Gewicht gelegt wird und daß zum Legieren die Lehre derart gewendet wird, daß das Elektrodenmaterial auf den Halbleiterkörper und das Gewicht auf das Elektrodenmaterial fällt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das verschiebbare Gewicht durch Wandteile der Legierungsform in einer zur Ebene des scheibenförmigen Halbleiterkörpers senkrechten Richtung geführt wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gewicht verwendet wird, bei dem ein von dem Elektrodenmaterial abgewendeter Teil aus einem Material besteht, das während des Aufschmelzens flüssig ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß für das erwähnte Material Blei verwendet wird.

5. Legierungsform zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens einen rohrförmigen Kanal mit einer zu diesem Kanal quer verlaufenden Ausnehmung für einen Halbleiterkörper und einem mit einem geringen Spiel in diesem Kanal verschiebbaren Gewicht.

6. Legierungsform nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewicht einen ringförmigen Querschnitt hat und sich in einer ringförmigen Nut verschieben kann.

"In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschrift Nr. 808 463;
USA.-Patentschrift Nr. 2 629 672.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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