DE1118361B - Verfahren zum Anbringen eines ohmschen Kontaktes auf Silizium - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

N12329Vnic/21g

ANMELDETAG: 9. JUNI 1956

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UND AUSGABE DER AUSLEGESCHRIFT: 30. NOVEMBER 1961

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Anbringen eines ohmschen Kontaktes auf Silizium der η-Art mit einem höheren spezifischen Widerstand als 1 Ω cm.

Unter einem ohmschen Kontakt wird ein Kontakt verstanden, dessen Übergangswiderstand in hohem Maße von der Richtung und dem Wert des Stromes unabhängig ist. Halbleitende Körper mit solchen Kontakten werden vielfach in Transistoren, Kristalldioden, Phototransistoren und ähnlichen halbleitenden Elektrodensystemen verwendet.

Es ist bereits bekannt, solche Kontakte aus einem beliebigen Metall herzustellen, mit Ausnahme der Metalle aus der III. Gruppe des Periodischen Systems. Abgesehen von dem Umstand, daß einige dieser Metalle, z. B. Kupfer, Gold und Nickel, auf Silizium der p-Art und z. B. Rhodium auf Silizium der n-Art Kontakte ergeben, die deutlich gleichrichtende und/ oder spannungsabhängige Effekte aufweisen, gibt es viele Metalle außerhalb der III. Gruppe, die schlechte ohmsche Kontakte ergeben, insbesondere, wenn der spezifische Widerstand des Siliziums verhältnismäßig hoch ist.

Es ist bereits bekannt, für die Herstellung solcher Kontakte Nickel zu verwenden. Seinerzeit war das Silizium verhältnismäßig unrein, es hatte einen niedrigen spezifischen Widerstand und zeigte meistens ein Leitvermögen der p-Art. Erst später wurde die Herstellungsweise so weit vervollkommnet, daß Silizium der η-Art verfügbar war. Wenn auf die übliche Weise, z. B. auf galvanischem Wege oder durch Aufdampfen, Nickelkontakte auf diesem Silizium mit hohem spezifischem Widerstand angebracht werden, so ergibt sich, daß Nickel auf Silizium, sowohl von der η-Art als auch von der p-Art, Kontakte ergibt, die gleichrichtende und spannungsabhängige Effekte aufweisen. Wahrscheinlich werden aus diesem Grunde ohmsche Kontakte auf Silizium der η-Art in gewissen Fällen aus Gold hergestellt.

Es ist auch bekannt, die ohmschen Eigenschaften der Kontakte auf Halbleitern wie Germanium, Silizium od. dgl. durch eine Temperung bei höheren Temperaturen zu fördern, welche bei Silizium bei 800° C oder darüber liegen können. Als Beispiele der Materialien für die Kontakte auf diesen Halbleitern wurden Silber, Rhodium, Kupfer, Aluminium od. dgl. erwähnt. Offensichtlich wurde dabei wieder an Germanium oder Silizium der p-Art gedacht, weil ein Akzeptorelement wie Aluminium auf diesen Halbleitern der η-Art immer gleichrichtende Kontakte ergibt. Der Hinweis, daß der ohmsche Charakter der Kontakte durch Temperung gefördert wird, ist im Verfahren zum Anbringen eines ohmschen
Kontaktes auf Silizium

Anmelder:

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

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

Beanspruchte Priorität:
Niederlande vom 13. Juni 1955

Louis Marius Nijland, Eindhoven (Niederlande),
ist als Erfinder genannt worden

übrigen nicht allgemein gültig; namentlich bei Kontakten, die aus Akzeptoren oder Donatoren bestehen oder die solche Elemente enthalten, werden die gleichrichtenden Eigenschaften nicht durch Temperung aufgehoben oder zerstört.

Es wurde festgestellt, daß mit Hilfe von Nickel, wenn besondere Maßnahmen getroffen werden, auf Silizium der η-Art mit einem hohen spezifischen Widerstand besonders gute ohmsche Kontakte erzielt werden können. Silizium mit einem solchen verhältnismäßig hohen spezifischen Widerstand muß besonders rein sein. Es kann z. B. dadurch hergestellt werden, daß das Material mit Hilfe des sogenannten Zonenschmelzverfahrens von Verunreinigungen befreit und darauf zu einem Einkristall verarbeitet wird.

Die Erfindung bezieht sich demgegenüber auf das Anbringen eines ohmschen Kontaktes auf Silizium der η-Art mit einem höheren spezifischen Widerstand als 1 Ω cm.

Erfindungsgemäß wird hierzu auf das Silizium eine Nickelschicht aufgebracht, die bei einer Temperatur zwischen 700° C und dem Schmelzpunkt des Siliziums einer Wärmebehandlung unterworfen wird, so daß eine Diffusion des Nickels in das Silizium erfolgt.

Es wurde festgestellt, daß eine Erhitzung unterhalb der erwähnten Grenze von 700° C eine Diffusion des Nickels herbeiführt, aber keinen guten ohmschen Kontakt erzeugt. Die Wärmebehandlung wird daher vorzugsweise bei einer Temperatur von wenigstens 750⁰C durchgeführt. Andererseits muß berücksichtigt

109 747/453

Wurde nun eine Spannung von 1 Volt zwischen dem Kontakt 3 und der Aluminiumelektrode 2 in der Vorwärtsrichtung der Diode angelegt, so ergab sich ein Strom von etwa 10 mA.

Wurde aber zunächst das Nickel auf der Scheibe 1 angebracht und darauf die Elektrode aus Aluminium aufgeschmolzen, so daß das Nickel Gelegenheit hatte, teilweise in das Silizium bei 800⁰C zu diffundieren, so ergab sich ein Vorwärtsstrom bei gleicher

werden, daß die Diffusionsgeschwindigkeit beim Zunehmen der Temperatur schnell zunimmt. Da meist
auf dem halbleitenden Körper in der Nähe des ohmschen Kontaktes auch gleichrichtende Elektroden vorhanden sind oder noch angebracht werden müssen
und das Nickel nicht bis in die Einflußsphäre dieser
Elektroden eindringen soll, ist es erwünscht, die
Temperatur nicht zu hoch zu wählen, um die Dauer
der Behandlung auf einige Minuten einstellen zu
können. Wählt man die Temperatur zu hoch, so muß io Spannung von etwa 100 mA, woraus die Verbessedie Behandlungsdauer so kurz bemessen werden, daß rung des aus Nickel bestehenden Kontaktes deutüch das Verfahren praktisch nicht durchführbar ist. Die hervorgeht.

Behandlung wird daher vorzugsweise bei einer Tem- Es ist nicht erforderlich, die Wärmebehandlung des

peratur von höchstens 850° C durchgeführt. ohmschen Kontaktes gleichzeitig mit dem Aufschmel-

Die Wärmebehandlung kann, um eine Oxydation 15 zen des gleichrichtenden Kontaktes durchzuführen, des Nickels zu vermeiden, in einer neutralen Atmo- Man kann letzteren zunächst aufschmelzen, dann eine Sphäre oder im Vakuum durchgeführt werden. Nickelschicht aufbringen und diese schließlich der

Es ergibt sichTHäiTdie" auf diese Weise erzielten Wärmebehandlung unterwerfen. Im allgemeinen wird ohmschen Kontakte von ausgezeichneter Qualität man, wenn die günstigsten Temperaturen dieser Besind, was überraschend ist, zumal auf gleiche Weise 20 handlungen ungleich sind, zunächst diejenige Behandhergestellte Kontakte bei Germanium der η-Art lung durchführen, welche die höchste Temperatur gleichrichtend sind. verlangt.

Der Vorteil der Verwendung von Nickel als Kon- Schließlich wird bemerkt, daß die Anwendung der

taktmaterial gegenüber den bekannten, auch zur Her- Erfindung naturgemäß nicht auf Dioden mit aufstellung von ohmschen Kontakten unter gleichen 25 geschmolzenen gleichrichtenden Elektroden beBedingungen geeigneten Materialien, beispielsweise schränkt ist; sie ist gleichfalls anwendbar, wenn Silber, liegt darin, daß Nickel besser an Silizium solche Elektroden durch Diffusion oder auf andere haftet, so daß mechanisch widerstandsfähigere Kon- Weise hergestellt werden, und auch bei anderen Vortaktstellen erhalten werden. Auch ist die Diffusions- richtungen als Dioden, die einen halbleitenden Körgeschwindigkeit geringer, so daß die Einstellung der 30 per aus Silizium der η-Art mit einem verhältnismäßig Behandlungsdauer weniger kritisch ist. Schließlich hohen spezifischen Widerstand enthalten, z. B. bei kann Nickel auch in einfacher Weise stromlos durch Transistoren oder Phototransistoren.
Tauchung in Bäder nach dem sogenannten ElektroIess-Verfahren auf das Silizium aufgebracht werden.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert.

Die Figur zeigt schematisch den Schnitt einer Kristalldiode in vergrößertem Maßstab.

Diese Diode wurde auf folgende Weise hergestellt. Auf die Oberfläche einer Scheibe 1, die aus Silizium der η-Art mit einem spezifischen Widerstand von

Claims (4)

PATENTANSPRÜCHE: 2 Ω cm besteht, wurde ein Stückchen Aluminium aufgelegt, welches von einem Draht mit einer Stärke von 0,3 mm abgeschnitten wurde und eine Länge von 0,2 mm hatte. Darauf wurde das Aluminiumstückchen dadurch aufgeschmolzen, daß das Ganze in einer neutralen Atmosphäre von Stickstoff oder Argon während 5 Minuten bis auf 800° C erhitzt wurde. Dabei entstand eine gleichrichtende Elektrode 2. Darauf wurde die untere Seite der Scheibe 1 durch Schleifen gereinigt und auf elektrolytischem Wege in einem Bad von folgender Zusammensetzung vernickelt: 120 g NiSO4-OH2O, 15 g NH4Cl, 15 g H3BO3, 100OgH2O. Diese Zusammensetzung ist nur beispielsweise aus vielen brauchbaren Zusammensetzungen gewählt. Während etwa 1 Minute wurde ein Strom von einigen Milliampere durch das Bad geführt, nachdem durch zweckmäßige Abschirmung ein Niederschlag von Nickel auf die obere Fläche der Scheibe

1. Verfahren zum Anbringen eines ohmschen Kontaktes auf Silizium der η-Art mit einem höheren spezifischen Widerstand als 1 Ω cm, dadurch gekennzeichnet, daß auf das Silizium eine Nickelschicht aufgebracht wird, die bei einer Temperatur zwischen 700° C und dem Schmelzpunkt des Siliziums einer Wärmebehandlung unterworfen wird, so daß eine Diffusion des Nickels in das Silizium erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung bei einer wenigstens 750° C betragenden Temperatur durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur höchstens 850° C beträgt.

4. Verfahren zur Herstellung eines Elektrodensystems, welches einen halbleitenden Körper aus Silizium mit einem höheren spezifischen Widerstand als 1 Ω cm enthält, wobei ein ohmscher Kontakt auf die Weise nach Anspruch 1 oder 2 angebracht wird und wobei auch andere Wärmebehandlungen durchgeführt werden, z. B. zum Aufschmelzen von gleichrichtenden Elektroden, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die bei der höchsten Temperatur stattfindende Wärmebehandlung durchgeführt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentanmeldung S 26374 VIIIc/21g verhütet wurde. Auf diese Weise entstand eine dünne 65 (bekanntgemacht am 5. 3.1953);
Nickelschicht 3 mit einer Stärke von etwa 1 μ. USA.-Patentschrift Nr. 2 563 504.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 109 747/453 11.61