DE1216989B - Verfahren zum Herstellen eines Halbleiter-bauelementes mit einem Siliziumkoerper - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

HOIl

Deutsche KL: 21g-U/02

Nummer: 1216 989

Aktenzeichen: L 48107 VIII c/21 g

Anmeldetag: 24. Juni 1964

Auslegetag: 18. Mai 1966

Nach einem bekannten Verfahren zur Herstellung von Siliziumgleichrichterzellen wird eine p-leitende Siliziumscheibe durch einen Legierungsprozeß auf ihrer einen Seite mit einem Legierungsmaterial aus Gold mit Antimonzusatz mit einem pn-übergang versehen. Bei dem Legierungsprozeß wird die Siliziumscheibe auf eine Temperatur oberhalb der eutektischen Temperatur des Eutektikums Silizium-Gold, die etwa 370⁰C beträgt, erhitzt und anschließend unter Ankristallisation einer η-leitenden Siliziumschicht an dem p-leitenden Siliziumkristall auf Zimmertemperatur abgekühlt. Nach dem Legierungsprozeß wird die derart legierte Siliziumscheibe nach bekanntem Verfahren mit einer insbesondere Fluorwasserstoffsäure und Salpetersäure enthaltenden Ätzlösung behandelt, um die Siliziumobernache zu reinigen. Nach dem Anbringen einer Zuleitung wird bekanntlich die außer dem Kontakt für den pn-Übergang noch einen ohmschen Kontakt aufweisende Siliziumscheibe in ein gasdichtes und mit einem inerten Gas zu füllendes ao Gehäuse eingeschlossen.

Nach einem anderen Verfahren zur Herstellung von. Halbleiteranordnungen, insbesondere von für Starkstromzwecke bestimmten Anordnungen mit mehreren verhältnismäßig großflächigen Schichten unterschiedliehen Leitfähigkeitstypus aus vorwiegend einkristallinem Halbleitermaterial, beispielsweise von Vierschichtanordnungen, wird in die eine Flachseite einer Halbleiterscheibe aus hochohmigem Silizium vom p-Leitfähigkeitstyp zunächst eine Folie aus einer Gold-Wismut-Legierung einlegiert, die einlegierte Folie sodann mit Hilfe von Königswasser bis auf die Rekristallisationsschicht abgelöst und in diese Schicht danach eine Folie aus einer Gold-Bor-Wismut-Legierung von geringerer Flächenausdehnung und geringerer Dichte als die Gold-Wismut-Folie einlegiert. Abschließend wird in die Rekristallisationsschicht in geringem Abstand neben der Gold-Bor-Wismut-Folie wenigstens noch eine weitere Goldfolie einlegiert. In die gegenüberliegende Flachseite des Siliziumkörpers wird ebenso eine weitere, einen dotierten Stoff enthaltende Goldfolie einlegiert. Das Legieren der Siliziumscheibe mit den Metallfolien wird bei einer Temperatur von etwa 800⁰C durchgeführt.

Nach einem weiteren bekannten Verfahren wird auf einen Halbleiterkörper zur Erzeugung einer Zone entgegengesetzten Leitfähigkeitstypus zunächst Dotierungsmaterial aufgelegt, das Ganze sodann in einer inerten Atmosphäre oder im Vakuum auf eine Temperatur erhitzt, die nur wenig höher liegt als die Temperatur, bei der das Dotierungsmaterial schmilzt, anschließend in sauerstoffhaltiger Atmosphäre auf dem Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelementes mit einem Siliziumkörper

Anmelder:

Licentia Patent-Verwaltungs-G. m. b. H.,
Frankfurt/M., Theodor-Stern-Kai 1

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Phys. Dr. rer. nat. Herbert Ehinger,

Belecke/Möhne;

Dieter Hartsieker, Stuttgart-Weilimdorf

geschmolzenen Material eine Oxydhaut erzeugt und schließlich der Körper auf die für Legierungsbildung erforderliche Endtemperatur erhöht und .danach abgekühlt. Nach Beendigung des Legierungsvorganges wird bei diesem Verfahren die Oxydschicht beispielsweise durch Abätzen entfernt, da diese Oxydschicht lediglich, zur Legierungsbegrenzung dient. ' ₀

Die Erfindung bezieht sich demgegenüber auf ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelementes mit einem Siliziumkörper, bei dem in dem Siliziumkörper mindestens ein pn-Übergang durch Legieren in einem Silizium gegen Oxydation schützenden Gas, z. B. Wasserstoff, Stickstoff oder Argon, oder im Vakuum bei einer maximalen über 700° C liegenden Temperatur mittels eines Legierungsmaterials erzeugt wird, das mit Silizium ein Eutektikum mit einer eutektischen Temperatur unterhalb 500° C bildet. Sie besteht darin, daß der Siliziumkörper und das Legierungsmaterial in eine Legierungsform aus Quarz eingelegt und zur Bildung eines pn-Überganges in einem das Silizium gegen Oxydation schützenden Gas oder im Vakuum erhitzt werden und daß anschließend der Siliziumkörper und die entstandene Legierung in diesem Gas oder im Vakuum von der maximalen Legierungstemperatur auf eine Temperatur zwischen 700 und 500° C gebracht und dann auf dieser Temperatur in einer das Silizium oxydierenden Atmosphäre während einer Zeitspanne von 15 bis 120 Minuten gehalten und danach in der gleichen Atmosphäre von dieser Temperatur auf Zimmertemperatur abgekühlt werden.

Ein gemäß der Erfindung abgewandeltes Verfahren besteht darin, daß nach der Bildung eines pn-Überganges bei der maximalen Legierungstemperatur und in einem das Silizium gegen Oxydation schützenden

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Gas oder im Vakuum-der.. .Siliziumkörper-in. -dieser Legierungsformen zur Durchführung der bekannten gleichen Atmosphäre oder im Vakuum zunächst wieder Verfahren, die aus Graphit, Degunit, Ergan, Sipa, auf eine Temperatur nahe unterhalb der eutektischen Remanit bestehen, korrodieren unter Einwirkung der Temperatur des Eutektikums von Silizium und dem bei diesen bekannten Verfahren anzuwendenden Gase, den pn-Übergang büdendenXeJierungsmaterial abge- 5 Beispielsweise ist ein Material, das zwar bei redüzierenkühlt, sodann in einer das Silizium, oxydierenden der Atmosphäre und der Erhitzung auf Legierungs-Atmosphäre auf eine Temperatur zwischen 700 und temperatur wenig-.angegriffen wird, beim Erhitzen in 500° C erhitzt, und auf dieser Temperatur in der oxy- einer oxydierenden Atmosphäre nicht korrosionsfest, dierenden Atmosphäre während einer Zeitspanne von Ein anderes Material, das in oxydierender Atmosphäre 15 bis 120 Minuten gehalten und schließlich in der io gegen Erhitzung beständig ist, korrodiert bei Erhitzung gleichen Atmosphäre von dieser Temperatur auf in reduzierender Atmosphäre. Die unter den Bedin-Zimmertemperatur abgekühlt wird. gungen des bekannten Verfahrens korrodierenden

Bei Anwendung eines solchen Verfahrens kann der Legierungsformen lassen Verunreinigungen entstehen,

Siliziumkörper ohne Ätzung nach dem Legieren, ge- die für die herzustellenden Siliziumanordnungen von

gebenenfalls nach dem Anbringen einer Zuleitung an 15 Nachteil sind.

dem Legierüngskqntakt, in ein Gehäuse eingeschlossen . Unter Verwendung einer Legierungsform aus Quarz

werden. ■·.-. ·„■ · bei dem Verfahren nach der Erfindung kann beispiels-

Bei dem Verfahren nach der Erfindung erhält die weise zur Herstellung einer Siliziumgleichrichterzelle Oberfläche des Siliziumkörpers mit legiertem pn-Über- eine p-leitende Siliziumscheibe von etwa 1000 Ω· cm gang eine amorphe Oxydschicht mit "einer Stärke von ao spezifischem Widerstand in demselben Legierungsüber 50 Ä, die den Siliziumkörper mit legiertem ' prozeß auf ihrer einen Seite-mit einer Goldfolie mit pn-Übergang zuverlässig gegen Einflüsse der ihn um- Antimonzusatz und auf ihrer anderen Seite mit einer gebenden Atmosphäre schützt, welche den Sperrstrom SiMzium-Aluminium-Folie legiert werden. Hierbei vergrößern und die Durehbruehsspannung verringern kann die m}t dem .Sih'zium-Aluminium zu verschmelkönnen. Die SchichTkann auch eine Dickes bis "zu 25 zende Seite mit einer Molybdänscheibe verbunden 1000 A besitzen. Dabei wird der Schutz der Silizium- ' werden. Bei dem Legierungsprozeß kann das Paket aus oberfläche- durch ein Aufreißen der .entstandenen in einer Legierungsform aus Quarz aufeinanderge-Oberflächensüiziumoxydschicht infolge thermischer schichteten Folien und Scheiben in einem nichtoxydie-Beanspruchung, unter, anderem wegen der Neigung zur renden Gas, wie Wasserstoff oder Stickstoff, innerhalb Kristallisation, nicht^ gemindert. Diese vorteilhafte 30 einer ersten Zeitspanne auf eine Temperatur oberhalb Oxydation des Siliziumkörpers mit legiertem pn-Über- der eutektischen Temperaturen von Gold-Silizium und gang wird in überraschend kurzer Zeit während der Aluminium-Sirizium, insbesondere auf 720 ° C erhitzt, Einwirkung der das Silizium oxydierenden Atmosphäre während einer zweiten Zeitspanne, z. B. von 25 Minuohne Erhöhung des Druckes der oxydierenden Atmp- ten, auf dieserTemperatur gehalten werden. Siliziumsphäre erreicht. Infolge der medrigen Oxydafionstem- 35 körper und Gold-Silizium-Legierung sowie Alumiperatur ist es bei diesem Verfahren möglich, Störungen nium-Süizium-Legierung können in einem das ,Silizium des vorangegangenen, Legierungsprozesses und eine gegen eine Oxydation schützenden Gas, z. B. innerhalb Herabsetzung der Lebensdauer der Ladungsträger zu von etwa 1 Stunde, auf eine Temperatur von 550°C vermeiden. " gebracht werden. Nun kann die das Silizium nichtoxy-

N&ch diesem Verfahren hergestellte Siliziumgleich- 40 dierende Atmosphäre durch Zufuhr von Sauerstoff

richterzellen zeigen gegenüber Siliziumgleichrichter- verdrängt werden. Falls Wasserstoff als nichtoxydie-

zellen, deren Süiziumkörper nach dem Legieren geätzt rende Atmosphäre verwendet wurde, kann vor dem

wurde, eine geringere Veränderung des Sperrstromes Einlassen von Sauerstoff der Raum im Innern der

während einer langer dauernden Lagerung bei erhöhter Legierungsform, z.B. eines Quarzrohres, in dem das

Temperatur. Außerdem ist der Sperrstrom von SiIi- 45 Legieren stattfand, wenige Minuten, vorzugsweise

ziumgleichrichterzellen der beiden vorgenannten Arten 5 Minuten, mit Stickstoff gespült werden, um die

von gleicher Größenordnung. Bildung von Knallgas zu vermeiden. Im z. B. mit

Das Fortlassen des Ätzens des Siliziumkörpers ver- 350 l/h strömenden Sauerstoffgas von angenähert

kürzt des Herstellungsverfahren wegen des Wegfalls Atmosphärendruck können Süiziumkörper und Legie-

der Arbeitsgänge Ätzen, Spülen und Trocknen wesent- 50 rung auf der Temperatur von 55O⁰C während einer

lieh. Die Gefahr einer Verunreinigung der Silizium- Zeitspanne von 30 Minuten gehalten werden. Im

oberfläche durch Begleitstoffe der Ätzlösung wird aus- Sauerstoffstrom kann auf Zimmertemperatur abge-

geschlossen. Im Gegensatz zu einem Herstellungsver- kühlt werden. Nach Entfernen der Siliziumhalbleiterfahren, bei welchem eine inerte Gasfüllung des den anordnung aus der Quarzform kann ohne Ätzen des Süiziumkörper mit dem pn-Übergang aufnehmenden 55 Siliziumkörpers nach dem Legieren eine Zuleitung an

Gehäuses den Zutritt von Luft zu der von dem Ätzen dem Gold-Antimon-Legierungskontakt angebrachtund nach dem Legieren zurückbleibenden empfindlichen das Scheibenpaket in ein Gehäuse eingeschlossen

Oberfläche vermeiden soll, ist bei dem vorliegenden werden.

Verfahren der Einschluß in ein luftgefülltes Gehäuse Zur Herstellung einer Siliziumgleichrichterzelle kann

möglich. 60 unter Verwendung einer Legierungsform aus Quarz

Ferner können nach diesem Verfahren die Eigen- beispielsweise auch so verfahren werden, daß ein schäften von Siliziumgleichrichterzellen mit bereits Scheibenpaket aus einer Molybdänscheibe, einer legiertem pn-Übergang nachträglich verbessert werden, Süizium-Aluminium-Folie, einer p-leitenden Siliziumwenn deren Kennlinie eine unzureichende Stabilität scheibe von etwa 1000 Ω · cm spezifischem Widerstand, zeigt. Dann werden die Süiziumkörper mit dem bereits 65 einer Goldfolie mit Antimonzusatz in strömendem legierten pn-Übergang erneut legiert, anschließend Wasserstoff innerhalb von 15 Minuten auf 720° C eroxydiert, jedoch nach dem Legierungsvorgang nicht hitzt, während 25 Minuten auf dieser Temperatur gegeätzt und in ein Gehäuse eingeschlossen. halten und innerhalb von 2 Stunden auf 320° C abge-

kühlt wird. Nach dem Spülen mit Stickstoff kann Sauerstoff zugeführt und die Siliziumscheibe mit Legierungen und Kontakten innerhalb von 15 Minuten auf eine Temperatur zwischen 550 und 600° C erhitzt werden. Im Sauerstoffstrom kann die Siliziumscheibe mit Legierungen und Kontakten 30 Minuten auf dieser Temperatur gehalten und innerhalb von 2^x/₂ Stunden auf Zimmertemperatur abgekühlt werden. Nach Entfernen der Siliziumhalbleiteranordnung aus der Quarzform kann diese nach dem Legieren des Scheibenpakets ohne Ätzen der Siliziumoberfläche nach Anbringen eines Kontaktes an der Gold-Antimon-Silizium-Schicht in ein Gehäuse eingeschlossen werden.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelementes mit einem Siliziumkörper, bei dem in dem Siliziumkörper mindestens ein pn-Übergang durch Legieren in einem Silizium gegen Oxydation schützenden Gas oder im Vakuum bei einer maximalen über 700° C liegenden Temperatur mittels eines Legierungsmaterials erzeugt wird, das mit Silizium ein Eutektikum mit einer eutektischen Temperatur unterhalb 500°C bildet, dadurch gekennzeichnet, daß der Siliziumkörper und das Legierungsmaterial in eine Legierungsform aus Quarz eingelegt und zur Bildung eines pn-Überganges in einem das Silizium gegen Oxydation schützenden Gas oder im Vakuum erhitzt werden und daß anschließend der Siliziumkörper und die entstandene Legierung in diesem Gas oder im Vakuum von der maximalen Legierungstemperatur auf eine Temperatur zwischen 700 und 500°C gebracht und dann auf dieser Temperatur in einer das Silizium oxydierenden Atmosphäre während einer Zeitspanne von 15 bis 120 Minuten gehalten und danach in der gleichen Atmosphäre von dieser Temperatur auf Zimmertemperatur abgekühlt werden.

2. Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelementes mit einem Siliziumkörper, bei dem in dem Siliziumkörper mindestens ein pn-Übergang durch Legieren in einem das Silizium gegen Oxydation schützenden Gas oder im Vakuum bei einer maximalen über 700° C lieger>den Temperatur mittels eines Legierungsmaterials erzeugt wird, das mit Silizium ein Eutektikum mit einer eutektischen Temperatur unterhalb 500° C bildet, dadurch gekennzeichnet, daß der Siliziumkörper und das Legierungsmaterial in eine Legierungsform aus Quarz eingelegt und zur Bildung eines pn-Überganges in einem das Silizium gegen Oxydation schützenden Gas oder im Vakuum erhitzt werden und daß anschließend der Siliziumkörper und die entstandene Legierung in diesem Gas oder im Vakuum von der maximalen Legierungstemperatur auf eine Temperatur nahe unterhalb der eutektischen Temperatur des Eutektikums von Silizium und dem den pn-Übergang bildenden Legierungsmaterial abgekühlt, dann in einer das Silizium oxydierenden Atmosphäre auf eine Temperatur zwischen 700 und 500 ⁰C erhitzt, und auf dieser Temperatur in der das Silizium oxydierenden Atmosphäre während einer Zeitspanne von 15 bis 120 Minuten gehalten und schließlich in der das Silizium oxydierenden Atmosphäre von dieser Temperatur auf Zimmertemperatur abgekühlt werden.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1 015 936,1113 520.

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