DE1118360B

DE1118360B - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines einlegierten Kontaktes an einem Siliziumkoerper

Info

Publication number: DE1118360B
Application number: DEG20231A
Authority: DE
Inventors: Victor Desmond Farris
Original assignee: General Electric Company PLC
Current assignee: General Electric Company PLC
Priority date: 1955-08-04
Filing date: 1956-08-02
Publication date: 1961-11-30
Also published as: US2857296A; GB794128A; FR1155394A

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

G 20231 Vmc/21g

ANMELDETAG: 2. AUGUST 1956

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABEDER AUSLEGESCHRIFT: 30. NOVEMBER 1961

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines einlegierten Kontaktes an einem Siliziumkörper, bei dem ein ein Dotierungsmaterial enthaltender Tropfen schmelzflüssigen Legierungsmetalles auf den Siliziumkörper fallengelassen wird.

Gemäß der französischen Patentschrift 1 086 596 ist ein Verfahren dieser Art bekannt, bei dem ein Tropfen schmelzflüssigen Siliziums, das eine Dotierungsverunreinigung enthält, auf einen festen Siliziumkörper fallengelassen wird und bei dem dann das schmelzflüssige Material erstarrt. Dabei sind die Bedingungen derart, daß im wesentlichen kern Auflösen des festen Siliziumkörpers durch die Legierungsschmelze erfolgt und daher ein Übergang unmittelbar unter der erstarrten Siliziumlegierungsschmelze an der früheren Oberfläche des Siliziumkörpers gebildet wird.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung der erwähnten Art, bei dem eine gleichmäßige Auflösung des festen Siliziumkörpers durch das schmelzflüssige Legierangsmaterial über einen verhältnismäßig großen Flächenbereich erzielt wird, wodurch Übergänge mit verhältnismäßig großer Fläche und gleichmäßig guten elektrischen Eigenschaften über den gesamten Übergang erhalten werden können. Solche Übergänge können beispielsweise in pn-Flächengleichrichtem erforderlich sein, die für den Betrieb bei hohen Leistungen entwickelt sind.

Dies wird hinsichtlich des Verfahrens erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß außer der aus Zinn und Dotierungsmaterial bestehenden Schmelze auch der Siliziumkörper auf einer Temperatur von wenigstens 1050° C gehalten wird. Der Siliziumkörper und die Schmelze können in einer Vorrichtung zusammen erhitzt werden.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist erfindungsgemäß durch eine den Siliziumkörper teilweise abdeckende Maske gekennzeichnet, die eine Ausdehnung zur Aufnahme des Legierungsmaterials besitzt und mit einer Einrichtung versehen ist, die durch mechanische Bewegung das Legierungsmaterial freigibt.

Bei dem Verfahren nach der Erfindung breitet sich das schmelzflüssige Zinn über einen verhältnismäßig großen Flächenbereich (der beispielsweise größer als 1 mm² ist) der Oberfläche des Siliziumkörpers aus und benetzt diesen, so daß die Bildung des Überganges im wesentlichen gleichmäßig über diesen Flächenbereich erfolgt.

In der Zeichnung ist eine Vorrichtung nach der Erfindung veranschaulicht. Es zeigt Verfahren und Vorrichtung

zur Herstellung eines einlegierten Kontaktes

an einem Siliziumkörper

Anmelder:

The General Electric Company Limited, London

Vertreter:

Dr.-Ing. H. Ruschke, Berlin-Friedenau, Lauterste. 37, und Dipl.-Ing. K. Grentzenberg, München 27,

Patentanwälte

Beanspruchte Priorität: Großbritannien vom 4. August 1955

Victor Desmond Farris, Wembley, Middlesex

(Großbritannien), ist als Erfinder genannt worden

Fig. 1 einen Grundriß einer Haltevorrichtung, die bei der Herstellung eines Silizium-pn-Gleichrichters benutzt wird, und

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie H-II der Fig. 1.

Die Haltevorrichtung ist aus einem schwerschmelzenden Material hergestellt und besteht aus einer Basis 1, einem Zylinder 2 und einer Stange 3. In der oberen Fläche der Basis 1 befindet sich eine Ausnehmung 4, in die ein η-leitender Siliziumkörper 5 mit einem spezifischen Widerstand von etwa 20 Ohm-cm und einer Dicke von ungefähr 0,2 mm gelegt wird. Kurz vor dem Einlegen in die Haltevorrichtung wird die Siliziumscheibe 5 in einer Lösung aus 3 Volumteilen Eisessigsäure, 5 Volumteilen konzentrierter Salpetersäure und 3 Volumteilen Fluorwasserstoffsäure und ungefähr O,3^fl/o Brom für einige Minuten geätzt. Nach dem Einlegen der Siliziumscheibe 5 in die Haltevorrichtung wird der Zylinder 2 auf die Basis 1 gesetzt, wobei dessen unteres Ende in der Ausnehmung 4 liegt, so daß er auf der oberen Hauptfläche der Scheibe 5 ruht. Der Zylinder 2 besitzt ein axiales Loch 6 mit kreisförmigem Querschnitt, dessen Fläche ungefähr 0,2 cm² beträgt. Der Zylinder stellt im Kontakt mit der Siliziumscheibe 5 gleichzeitig eine Maske mit einer Öffnung dar, die

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einen Bereich von ungefähr 0,2 cm² auf der oberen _. Hauptfläche der Scheibe 5 begrenzt.

Der Zylinder 2 besitzt eine diametrale Nut 7, die quer über dessen oberes Ende hinweg ausgeschnitten ist. Die Basis der Nut 7 hat einen halbkreisförmigen Querschnitt. Die Stange 3 liegt in der Nut 7 und hat einen dem der Nut gleichen Durchmesser. In der Stange 3 ist ein Schlitz 8 ausgeschnitten. Außerdem ist nahe dem einen Ende ein. Arm 9 befestigt, mit dessen Hilfe der Stab 3 um seine Achse in der Nut 7 gedreht werden kann. Für den Arm 9 sind im oberen Ende des Zylinders 2 Schlitze 10 und 11 eingeschnitten. Der Zylinder 2 hat ferner eine in dessen oberes Ende eingeschnittene Ausnehmung 12 mit einer abfallenden Basis, die mit der Nut 7 in Verbindung steht. Die Pillen 13 und 14, die aus etwa 0,1 g spektroskopisch reinem Zinn bzw. aus etwa 0,001 g spektroskopisch reinem Aluminium bestehen, werden in die Ausnehmung 12 gelegt, so daß sie an der Stange 3 anliegen, die sich in der in der Figur dargestellten Stellung mit obenliegender Pille 13 befindet, die jedoch mit der Pille 14 keinen Kontakt hat.

Die Haltevorrichtung, die die Scheibe S und die Pillen 13 und 14 enthält, läßt man durch einen Ofen mit einer Atmosphäre von »Formiergas« wandern, das aus 85% Stickstoff und 15 «/0 Wasserstoff besteht. Der Mittelteil des Ofens wird auf eine Temperatur von ungefähr 1150° C erhitzt, und dessen Enden werden mittels Rohrschlangen, durch die kaltes Wasser geleitet wird, gekühlt. Die Geschwindigkeit, mit der die Haltevorrichtung durch den Ofen wandert, ist so bemessen, daß die Temperatur von 1150° C nach 30 Minuten erreicht ist. Nach ein paar Minuten wird die Vorrichtung auf Raumtemperatur in ungefähr 30 Minuten abgekühlt. Bei Beginn der Erhitzung werden die Pillen 13 und 14 geschmolzen, und es entstehen Tröpfchen von geschmolzenem Zinn und Aluminium, die wegen ihrer Oberflächenspannung nicht miteinander verschmelzen. Wenn die Haltevorrichtung den Mittelteil des Ofens erreicht, wird das geschmolzene Zinn automatisch mit Hilfe des oberen Endes des Armes 9 freigegeben, der einen Vorsprung im Ofen berührt. Dadurch dreht sich die Stange 3 um ihre Achse in dem durch den Pfeil in der Fig. 2 angezeigten Sinn, und der Schlitz 8 wird vor die Ausnehmung 12 gebracht, so daß das geschmolzene Zinn durch das Loch 6 auf die obere Fläche der Scheibe 5 fällt und im wesentlichen den ganzen freiliegenden Bezirk dieser Fläche benetzt. Beim Herabfallen nimmt das geschmolzene Zinn das geschmolzene Aluminium mit und löst es, da das Aluminiumtröpfchen zu klein ist, um von selbst zu fallen.

Die Pillen 13 und 14 können jedoch durch eine einzige Pille einer Zinn-Aluminium-Legierung geeigneter Zusammensetzung ersetzt werden, oder das Aluminium kann dem geschmolzenen Zinn hinzu-, gefügt werden, kurz nachdem das letztgenannte auf das Silizium herabgefallen ist.

Das geschmolzene Zinn löst einen Teil der Scheibe 5 unter Bildung einer flachen Grube auf. Während des Abkühlens erstarrt das geschmolzene Zinn wieder, und es bildet sich eine Rekristallisationsschicht mit einem beträchtlichen Gehalt an Aluminium. Der Rest des geschmolzenen Materials verfestigt sich in Form einer Perle, die zum größten Teil aus Zinn besteht und zum Herstellen einer ohmschen Verbindung zur p-leitenden Rekristallisationsschicht benutzt wird. Damit diese Perle nicht an dem Zylinder 2 haftet, kann das untere Ende der Fläche des Loches 6 mit einer dünnen Schicht Graphit bedeckt werden.

Die durch das beschriebene Verfahren hergestellte Anordnung wird der Haltevorrichtung entnommen, für ungefähr 30 Sekunden in die Ätzlösung getaucht, um Oberflächenverunreinigungen zu entfernen, und danach gewaschen und getrocknet.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zur Herstellung eines einlegierten Kontaktes an einem Siliziumkörper, bei dem ein ein Dotierungsmaterial enthaltender Tropfen schmelzflüssigen Legierungsmetalls auf den Siliziumkörper fallengelassen wird, dadurch gekenn zeichnet, daß außer der aus Zinn und Dotierungsmaterial bestehenden Schmelze auch der Siliziumkörper auf einer Temperatur von wenigstens 1050° C gehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Siliziumkörper und die Schmelze in einer Vorrichtung zusammen erhitzt werden.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine den Siliziumkörper (5) teilweise abdeckende Maske (Z), die eine Ausnehmung (12) zur Aufnahme des Legierungsmaterials (13, 14) besitzt und mit einer Einrichtung (3, 9) versehen ist, die durch mechanische Bewegung das Legierungsmaterial freigibt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift 12494 VIIIc/21g

kanntgemacht am 27. 9.1956);

österreichische Patentschrift Nr. 177 475;
französische Patentschriften Nr. 1088 286,

1086 596.

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent Nr. 1005 646.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen