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Verfahren zum Herstellen von Halbleiterelektrodensystemen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Halbleiterelektrodensystemen, beispielsweise Transistoren oder Kristalldioden, bei dem auf einen Halbleiterkörper mindestens zwei Elektro- den aufgeschmolzen werden, von denen mindestens eine einen aktiven Störstoff enthält. Unter aktiven
Störstoffen sind Elemente und Verbindungen zu verstehen, die die elektrischen Eigenschaften der Elektroden beeinflussen können, wie Akzeptoren und Donatoren.
Üblicherweise weisen diese EleKirodensysteme Elektroden auf, die ungleiche elektrische Eigenschaf- ten besitzen ; man unterscheidet z. B. gleichrichtende und nicht-gleichrichtendeoder ohmsche Elektroden ; es ist üblich, die Zusammensetzung des Elektrodenmaterials entsprechend zu wählen und je zwei oder mehr Elektrodenkörper unterschiedlicher Zusammensetzung an dem Halbleiterkörper anzubringen und auf ihn aufzuschmelzen.
Wenn die Elektroden sehr nahe beieinander auf einer Seite des Halbleiterkörpers angebracht werden, besteht die Gefahr, insbesondere wenn eine dieser Elektroden einen aktiven Störstoff enthält, der schnell diffundiert oder die Neigung hat, sich über die Oberfläche des Körpers zu verbreiten, dass diese Elektrode mindestens eine andere verschmutzt.
Eine weitere Schwierigkeit, die auftritt, wenn man mit Elektrodenkörpern unterschiedlicher Art arbeiten muss, ist die, dass diese Körper, die häufig in Form von Kügelchen mit einem Durchmesser von weniger als 1 mm gestaltet sind, leicht miteinander vertauscht werden können. Diese Gefahr liegt vor allem dann vor, wenn die Elektrodenkörper in einer Lehre aufgeschmolzen werden, in der nebeneinanderliegende Füllöffnungen für die aufzuschmelzenden Elektrodenkörper vorgesehen sind.
Die Erfindung gründet sich auf die Erkenntnis, dass es möglich ist, die Eigenschaften solcher Elektroden zu beeinflussen, nachdem sie bereits auf einem Halbleiterkörper angebracht worden sind. Ein aktiver Störstoff, der die Neigung hat, andere Elektroden zu verschmutzen, braucht nunmehr nicht alle mit der Herstellung verbundenen Wärmebehandlungen zu durchlaufen.
Gemäss der Erfindung werden auf einem Halbleiterkörper zunächst mindestens zwei untereinander gleiche Elektroden angebracht, wonach mindestens einer, jedoch nicht jeder dieser Elektroden ein aktiver Störstoff zugesetzt und das so gebildete Ganze einer Wärmebehandlung unterworfen wird, wodurch die Elektrode oder Elektroden, der oder denen ein Störstoff zugesetzt wurde, sich von der Elektrode oder den Elektroden unterscheidet oder unterscheiden, der oder denen kein Störstoff zugesetzt wurde.
Die untereinander gleichen Elektroden sind durch Aufschmelzen von Elektrodenkörpern bei verhaltnismässig niedriger Temperatur erzielbar, während die Wärmebehandlung nach dem Zusatz eines Störstoffes bei höherer Temperatur erfolgen kann.
Man kann jedoch auch umgekehrt verfahren und die untereinander gleichen Elektroden durch Aufschmelzen bei einer Temperatur herstellen, die höher als die Temperatur ist, bei der die Wärmebehandlung nach dem Zusatz der Störstoffe durchgefühlt wird.
Dieses letztere Verfahren ist insbesondere dann vorzuziehen, wenn der zuzusetzende Störstoff die bereits erwähnte Neigung hat, sich bis ausserhalb der Elektrode, auf der er angebracht wurde, auszubreiten. Dies ist z. B. der Fall mit aktiven Störstoffen, die einen hohen Dampfdruck aufweisen, wie Arsen und Antimon, oder bei Störstoffen, die sich leicht über eine Halbleiteroberfläche verbreiten, wie Gallium. Selbstverständlich hängt diese Gefahr für gegenseitige Verschmutzung auch vom Abstand der Elektroden voneinander ab.
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Wenn der Halbleiterkörper aus Germanium besteht, kann der auf mindestens einer Elektrode anzu- bringende aktive Störstoff vorzugsweise aus Aluminium bestehen.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachstehend bei der Beschreibung einiger Ausführungsbei- spiele erwähnt, die durch eine Zeichnung erläutert werden.
Die Fig. 1, 2 und 3 zeigen schematisch die beiden wichtigsten Teile einer Lehre und vier Halbleiter- körper in der Perspektive. Fig. 4 stellt die zusammengesetzte Lehre dar. Fig. 5 zeigt die Anbringung eines aktiven Störstoffes. Die Fig. 6 - 9 zeigen gleichfalls schematisch Schnitte durch ein Halbleiterelektrodensystem in den verschiedenen Stufen der Herstellung. Fig. 10 ist ein Schnitt durch einen durch An- wendung des Verfahrens nach der Erfindung hergestellten Transistor.
Die Elektrodenkörper können mit Hilfe einer Lehre, deren zwei wichtigste Teile in den Fig. 1 und 3 dargestellt sind, aufgeschmolzen werden. Diese Lehre enthält eine Abdeckplatte l, die eine Dicke aufweist, die etwa gleich dem Durchmesser der aufzuschmelzenden Elektrodenkörper ist. Diese Deckplatte kann aus Glimmer mit einer Dicke von 100 Mikron bestehen. In die Deckplatte sind acht Öffnungen 2 gebohrt, die in vier Paaren im Abstand von etwa 100 Mikron voneinander angeordnet sind. Die Lehre enthält weiters einen Stützblock 3 (Fig. 3), der aus Graphit hergestellt sein kann und in dem vier Nuten 4 für ebensoviele Halbleiterkörper 5 (Fig. 2) ausgeschliffen sind.
Die gleiche Lehre ist in Fig. 4 in geschlossenem Zustand dargestellt. Die Abdeckplatte 1 und der Stützblock 3 werden dabei durch einige nicht-dargestellte Klemmen aufeinandergedrückt.
Auf die Deckplatte werden jetzt eine Anzahl Elektrodenkörper 6 gestreut, die vorzugsweise in Form von Kügelchen gestaltet und so bemessen sind, dass jede Öffnung 2 von einem Kügelchen 6 ausgefüllt wird. Die Anzahl der aufgestreuten Kügelchen genügt um sämtliche Öffnungen 2 zu füllen. Nachdem der etwaige Überschuss an Kügelchen entfernt worden ist, wird das Ganze einer Wärmebehandlung unterworfen bei einer Temperatur, die genügt, um die Elektrodenkörper an die Halbleiterkörper 5 anzuheften, so dass Elektroden 7 erzeugt werden. Nähere Angaben über Zusammensetzungen und Temperaturen werden nachstehend erwähnt.
Die Deckplatte 1 kann jetzt entfernt werden, wie Fig. 5 zeigt. Dann wird eine Elektrode 7 jedes Paares mit einem aktiven Störstoff versehen, der beispielsweise als feines Pulver in einem Bindemittel dispergiert mittels eines Pinsels 8 auf diese Körper aufgebracht wird. Dann wird der Stützblock 3 mit seinem Inhalt erneut in einen Ofen gebracht, wodurch der aktive Störstoff völlig in die mit ihm überzogenen Elektroden aufgenommen wird, während die anderen Elektroden ihre ursprüngliche Natur behalten können. Wenn die Temperatur, beider diese zweite Wärmebehandlung durchgeführt wird, höher als die Temperatur ist, bei der die erste Wärmebehandlung stattfand, wird nunmehr das Elektrodenmaterial bis zu einer grösseren Tiefe auf die Halbleiterkörper einwirken.
Wie bereits erwähnt, ist es jedoch auch möglich, die zweite Behandlung bei einer niedrigeren Temperatur durchzuführen.
Die unterschiedlichen Stufen, die das Elektrodensystem bei diesem Herstellungsverfahren durchläuft, sind in den Fig. 6 - 9 in vergrössertem Massstab dargestellt. Zunächst befinden sich die Elektrodenkörper 6 frei auf dem Halbleiterkörper 5 (Fig. 6) ; nach der ersten Erhitzung sind sie oberflächlich festgeschmolzen und bilden die Elektroden 7 (Fig. 7), dann ist eine der beiden Elektroden mit einer Menge eines aktiven Störstoffes 9 versehen (Fig. 8) und schliesslich, nach der zweiten Erhitzung, sind die beiden Elektroden weiter in den Halbleiterkörper 5 eingedrungen, während der Störstoff 9 mit dem Elektrodenmaterial verschmolzen ist und eine Elektrode 10 gebildet hat, deren Eigenschaften sich von denjenigen der Elektrode 7 unterscheiden (Fig. 9).
Das Verfahren gemäss der Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die Anwendung von Elektrodenkörpern und Halbleiterkörpern der vorstehend beschriebenen Form und ebensowenig auf die Aufschmelzung einer bestimmten Anzahl von Elektrodenkörpern oder die Verwendung bestimmter Lehren beschränkt.
Es lässt sich beispielsweise ein Transistor dadurch herstellen, dass auf eine Seite eines dünnen Halbleiterkörpers 15 (Fig. 10) zwei Elektroden in der vorstehend. erwähnten Weise aufgeschmolzen werden. Eine dieser Elektroden ist durch Zusatz eines aktiven Störstoffes gleichrichtend gemacht. Auf der andern Seite des Körpers 15 ist gleichfalls eine gleichrichtende Elektrode 16 angebracht.
Nachstehend werden zwei weitere Beispiele von Zusammensetzungen von Elektrodenkörpern und später zuzusetzenden Störstoffen gegeben. Im ersten Beispiel werden n-bildende Kontakte auf Germanium beschrieben, von denen mindestens einer in einen p-bildenden Kontakt umgewandelt wird. Das zweite Beispiel gibt p-bildende Kontakte auf Germanium, deren mindestens einer in einen n-bildenden Kontakt umgewandelt wird.
I. Auf einen Halbleiterkörper, der aus Germanium besteht, werden Elektrodenkörper aus Wismut aufgebracht und bei 600 C in Wasserstoff aufgeschmolzen. Auf einer dieser Elektroden wird eine Dispersion
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von 40 g Aluminiumpulver in einem Bindemittel, einer Lösung von 20 g Metacrylat in 100 g Xylol, angebracht. Die Aluminillmmenge, die hier den aktiven Störstoff bildet, ist nicht kritisch ; meist genügt eine kleine Menge. Es wird so wenig Dispersion aufgebracht, dass sie nicht ausserhalb der Elektrode, auf die sie aufgebracht wurde, ausfliesst. Eine zweite Erhitzung wird jetzt bei 750 C gleichfalls in Wasserstoff durchgeführt, wobei das Dispersionsmittel verschwindet und das Aluminium mit der Elektrode verschmilzt, die infolgedessen einen p-bildenden Charakter erhält.
Diese letzteren Elektroden sind somit gleichrichtend auf Germanium vom n-Typ und ohmisch auf Germanium vom p-Typ. Bevor das Aluminium zugesetzt wurde, bildeten die aus Wismut bestehenden Elektroden ohmsche Kontakte auf Germanium vom n-Typ und schwach gleichrichtende auf Germanium vom p-Typ.
II. Die Verhältnisse liegen umgekehrt, wenn auf Germaniumkörper eine Anzahl Elektrodenkörper aufgeschmolzen werden, die aus Indium bestehen. Die Erhitzung erfolgt wiederum in Wasserstoff bei 500 C. Mindestens einer der Elektroden wird eine Dispersion von Antimonpulver im gleichen Bindemittel zugesetzt, wonach eine zweite Erhitzung, gleichfalls in Wasserstoff, bei 4500C erfolgt. Die erhaltenen Elektroden bilden Kontakte vom n-Typ, während die ursprünglichen Indiumelektroden vom p-Typ waren. Die Gefahr einer unerwünschten Verschmutzung der Elektrode (n), : lie kein Antimon enthalten darf (dürfen), ist somit stark verringert.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Herstellen von Halbleiterelektrodensystemen, wie Transistoren und Kristalldioden, bei dem auf einen Halbleiterkörper mindestens zwei Elektrodenkörper aufgeschmolzen werden, von denen mindestens einer einen aktiven Störstoff enthält, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst mindestens zwei untereinander gleiche Elektroden auf einem Halbleiterkörper angebracht werden, wonach mindestens einer, jedoch nicht jeder dieser Elektroden ein aktiver Störstoff zugesetzt und das so gebildete Ganze einer Wärmebehandlung unterworfen wird, wodurch die Elektrode oder Elektroden, der oder denen ein Störstoff zugesetzt wurde, sich von der Elektrode oder den Elektroden unterscheidet oder unterscheiden, der oder denen kein Störstoff zugesetzt wurde.