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Verfahren zur Herstellung eines hochdotierten Bereiches in Halbleiterkörpern
Halbleiteranordnungen, wie Gleichrichter, Transistoren, Fotodioden u. dgl. werden bereits in gro- ssem Masse in der Elektrotechnik verwendet. Sie bestehen meistens aus einem im wesentlichen einkristallinen Grundkörper aus Germanium, Silizium oder einer intermetallischen Verbindung von Elementen der III. und V. Gruppe des periodischen Systems, auf dem Elektroden aufgebracht sind.
Das Aufbringen der Elektroden kann auf verschiedene Art erfolgen, beispielsweise durch Diffusion oder Legierung. Bei dem Legierungsverfahren wird für gewöhnlich eine Folie des Dotierungswerkstoffes bzw. eine Folie aus einem denDotierungswerkstoff enthaltenden Material auf eine Halbleiterscheibe aufgelegt und durch eine Wärmebehandlung auflegiert. Hiebei bildet sich eine flüssige Legierung, aus der beim nachfolgenden Erstarrendes Halbleiterstoffes in dem zuerst rekristallisierenden Halbleiterstoff ein kleiner Teil des Dotierungsmate- rials verbleibt, während die Restschmelze als Eutektikum erstarrt. Es entsteht in dem Halbleiterkörper eine hochdotierte Rekristallisationszone mit einer auflegierten Schicht aus dem Legierungsmaterial, die etwas Halbleiterwerkstoff gelöst enthält.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines hochdotierten Bereiches in Halbleiterkörpern durch Auflegieren von Folien aus einer Goldlegierung, die das Dotierungsmaterial enthält.
Es ist dadurch gekennzeichnet, dass der Goldlegierung 0, zo Wismut zugesetzt wird, vorzugsweise 0, 3 - 0, 4%. Zwecks Herstellung eines p-leitenden Bereiches kann auf den Halbleiterkörper z. B. eine Folie aus einer Gold-Antimon-Wismut-Legterung auflegiert werden, zwecks Herstellung eines p-leitenden Bereiches, z. B. eine Folie aus einer Gold-Bor-Wismut-Legierung.
Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass durch die Zugabe von Wismut die Benetzungsfähigkeit von Gold auf den in Frage kommendenHalbleiterstoffen (Silizium, Germanium) erheblich verbessert wird, wobei der Wismut-Anteil keine nennenswerte Dotierung des Halbleitermaterials verursacht. Die Verwendung von Gold mit einem Zusatz von Antimon als n-dotierende Substanz ist bereits für die Herstellung von hochdotierten Bereichen bekannt. Der Antimonzusatz hat nicht nur die stark n-dotierende Eigenschaft, sondern er ermöglicht erst bei einem Gehalt von zirka 0, 3% die Bildung einer gleichmässigenLegierungs- front In dem Halbleitermaterial. Dieser für die Benetzung notwendige hohe Antimongehalt macht aber eine Gegendotierung durch andere Zusätze praktisch unmöglich.
Das Wismut gehört zwar auch zur V. Gruppe des periodischen Systems der Elemente und hat demzufolge n-dotierende Eigenschaft, aber es ruft wegen seines niedrigen Verteilungskoeffizienten im Silizium nur eine sehr schwache Dotierung hervor, so dass der Goldlegierung beispielsweise durch einen Zusatz von Bor leicht eine p-dotierende Eigenschaft gegeben werden kann.
Das Wismut verleiht in Konzentration von 0,01 bits 1%, vorzugsweise 0, 3 bis 0, 4pro dem Gold eine zumindest gleich gute Benetzungsfähigkeit wie das Antimon, ist aber wegen seiner geringen Dotierungfähigkeit besser geeignet, da hiedurch die Möglichkeit besteht, sowohl für die Herstellung von n-leitenden als auch von p-leitenden Bereichen Goldfolien zu verwenden. Sehr geringe Beimengungen von Wismut verleihen dem Gold eine zu geringe Benetzungsfähigkeit, während höhere Wismutkonzentrationen als 1% zu einer derart harten Gold-Wismut-Legierung führen, dass diese nicht mehr zu Folien auswalzbar Ist.
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Ein wichtiger Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens ergibt sich daraus, dass bei Halbleiteranord- mogen mit mehreren hochdotierten Bereichen unterschiedlichen Leitfähigkeitstyps diese allesamt mit einem einzigen Erwärmungsvorgang hergestellt werden können, da die Goldlegierungen mit dem Halblei- terstoff alle bei der gleichen Temperatur legieren. zw. bei einer relativ niedrigen Temperatur. Hiedurch ergibt sich eine wesentlich geringere Herabsetzung der Lebensdauer der Minoritätsträger als bei der Dotierung in der bisher üblichen Weise. Es ergibt sich der weitere Vorteil, dass die unterschiedliche Behandlung der Dotierungsbereiche verschiedenen Leitfähigkeitstyps entfällt.
So können beispielsweise die Stromanschlüsse auf die n-und p-seitigen Elektroden auf die gleiche Weise aufgebracht werden, wobei die leichte Kontaktierbarkeit der Goldlegierungen noch besonders vorteilhaft in Erscheinung tritt. Auch bei den im Laufe der Herstellung von Halbleiteranordnungen notwendigen Ätzvorgängen erweisen sich die auflegierten Goldlegierungen als wesentlich besser brauchbar als beispielsweise Aluminiumfolien.
Als Beispiel für die Herstellung eines hochdotierten p-leitenden Bereiches sei folgendes Verfahren genannt :
Goldpulver und Borpulver werden innig gemengt, unter Druck zusammengepresst und im Vakuum oder unter Schutzgas bei zirka 9000C (auf jeden Fall unterhalb des Schmelzpunktes von Gold = 10630C) mehrere Tage getempert. Anschliessend wird dieser Pressling zusammen mit Wismut zwischen zwei Goldfolien gelegt und mit diesen im Vakuum oder unter Schutzgas zusammengeschmolzen. Danach wird die Goldlegierung ausgewalzt und in entsprechend geformten Stücken auf den Halbleiterkörper auflegiert.
Zur Herstellung n-leitenderBereiche werden Gold, Wismut, Antimon und/oder Arsen in der gewünschtenKonzentration gemischt und unter Schutzgas oder im Vakuum zusammengeschmolzen, wobei sich jede gewünschte Dotierungskonzentration erreichen lässt. Danach wird diese Legierung ausgewalzt und daraus hergestellte Scheiben werden auf die Siliziumscheiben auflegiert.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann insbesondere im Zusammenhang mit weiteren Verfahrensmassnahmen verwendet werden, welche in den österr. Patentschrifcen Nr. 196920 und Nr. 201666 beschrieben sind.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung eines hochdotierten Bereiches in Körpern aus im wesentlichen einkristallinem Halbleitermaterial, Insbesondere Silizium, durch Auflegieren von Folien aus einer Goldlegierung, die das Dotierungsmaterial enthält, dadurch gekennzeichnet, dass der Goldlegierung 0, 01-l% Wismut zugesetzt wird.