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Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Halbleiterelementen mit mehreren Elektroden und mindestens einem p-n-Übergang
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Halbleiterelementen mit mehre- ren Elektroden und mindestens einem p-n-Übergang. Erfindungsgemäss wird das Halbleiterelement einem
Dampfstrom ausgesetzt und währenddessen auf einer unterhalb des Kondensationspunktes liegenden Temperatur, zirka 900 C bei Hop, gehalten, so dass auf seiner Oberfläche ein Teil des Dampfes kondensiert ; das Kondensat wird während der Dauer der Einwirkung des Dampfstrahls laufend entfernt.
Es hat sich er- wiesen, dass dadurch eine wesentliche Verbesserung der elektrischen Eigenschaften des Halbleiterelemen- tes, u. zw. eine Erhöhung der Sperrfähigkeit und ferner bei Leistungstransistoren eine Erhöhung des Stromverstärkungsfaktors erreicht werden kann.
Die Erfindung beruht auf folgenden Beobachtungen und Überlegungen : Bei der Herstellung elektrischer
Halbleiterelemente mit einkristallinem Grundkörper wird der Kristallaufbau an der Oberfläche des Halbleiterelementes durch mechanische Bearbeitung gestört. Ferner lässt es sich nicht vermeiden, dass bei der Bearbeitung leitende Verunreinigungen mit der Oberfläche in Berührung kommen und dort haften. Die Gitterstörungen im Kristall sowie die Verunreinigungen an der Oberfläche beeinträchtigen die elektrischen Eigenschaften des Halbleiterelementes. Beispielsweise wird durch die Gitterstörungen an der Kristalloberfläche der Basisschicht die Rekombinationsmöglichkeit für die Ladungsträger (Elektronen bzw. Defektelektronen) des Emitterstromes erhöht. Die Rekombination bedeutet einen Verlust an Steuerleistung bzw. eine unerwünschte Erhöhung des Basisstromes.
Femer können die Verunreinigungen an den äusseren p-n-Grenzen, d. h. an den Stellen, an denen die p-n-Übergänge an die Oberfläche des Halbleiterelementes treten, leitende Brücken bilden und so zu Kurzschlüssen zwischen Emitter bzw. Kollektor und Basis führen.
Es ist bekannt, diese ungünstigen Auswirkungen wenigstens teilweise dadurch zu vermeiden, dass die Oberfläche der Halbleiterelemente geätzt wird und auf diese Weise gewisse Verunreinigungen und Kristallstörungen an der Oberfläche des Halbleitermetalls beseitigt werden. Da sich aber bleibende Spuren der zum Ätzen verwendeten Mittel, z. B. an sich bekannter Basen oder Säuren, ebenfalls als leitende Verunreinigungen auswirken können, muss die Entfernung det Ätzmittels mit besonderer Sorgfalt durchgeführt werden. Während hiezu die bekannte Spülung mit mehrfach destilliertem Wasser oder einer andern neutralen Flüssigkeit nicht immer ausreichend erscheint, wurde mit der Erfindung ein wesentlich besserer Erfolg erzielt.
Auch bezüglich der Herabsetzung der Oberflächenrekombination konnte mit Hilfe der Erfindung ein höherer Vollkommenheitsgrad erreicht werden als durch Ätzung und Spülung ; denn es gelang beispielsweise bei so vorbehandelten Transistorelementen, den Stromverstärkungsfaktor nachträglich mit Hilfe der erfindungsgemässen Oberflächenbehandlung mit kondensierendem Dampf zu verbessern.
Das Kondensat kann entweder bei genügend hoher Geschwindigkeit des Dampfstromes durch diesen selbst oder auch durch einen zusätzlichen Druckgasstrom von der Oberfläche des Halbleiterelementes laufend entfernt werden. Die Kondensationstemperatur kann hiebei z. B. durch einen. Metallblock von verhältnismässig grosser Wärmekapazität auf dem das Halbleiterelement gut wärmeleitend befestigt wird, und der gegebenenfalls künstlich gekühlt wird, sichergestellt werden. Das Halbleiterelement kann auch in Rotation versetzt werden, so dass die Kondensattröpfchen durch Fliehkraft fortgeschleudert werden.
In diesem Falle wird das Halbleiterelement vorteilhaft auf eine drehbare Metallscheibe, vorzugsweise aus gut wär-
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meleitendem Metall, so aufgesetzt, dass es an der Metallscheibe gut anliegt und dadurch eine gute Wär- meableitung von der Halbleiteranordnung zur Metallscheibe gewährleistet ist, welch letztere die Wärme infolge ihrer schnellen Drehung an die umgebende Luft abgibt.
Besonders günstig wirkt sich für die Oberflächenbehandlung die Verwendung eines Dampfstromes aus hochdestilliertem Wasser oder aus reinem Alkohol auf die Betriebseigenschaften des Halbleiterelementes aus.
Um die Spuren der Ätzflüssigkeit einer vorausgegangenen Ätzung zu beseitigen, kann dem Dampf ein Zu- satzstoff beigemischt werden, der vorhandene Reste der Ätzflüssigkeit neutralisiert.
In der Zeichnung sind als Ausführungsbeispiele Vorrichtungen, mit denen das erfindungsgemässe Ver- fahren in besonders einfacher Weise durchgeführt werden kann, im Schnitt dargestellt. Die Vorrichtung nach Fig. 1 arbeitet mit einem zusätzlichen Pressluftstrom, bei der Vorrichtung nach Fig. 2 wird die Flieh- kraft ausgenutzt.
Mit der Vorrichtung nach Fig. l wird beispielsweise ein Gleichrichterelement behandelt, bestehend aus einer p-leitenden Siliziumscheibe 21 mit einer Sperrschicht-Elektrode 22, die durch Einlegieren einer Gold-Antimon-Folie hergestellt sein kann. Auf der Unterseite der Siliziumscheibe befindet sich ein sperrfreier Kontakt 23, der beispielsweise durch EinIegieren einer Aluminiumfolie geschaffen sein kann. Der Gleichrichter ist auf einer Grundplatte 24 z. B. aus Molybdän befestigt. Die Grundplatte ist mit einem Ge- häuseunterteil25 verbunden, das mit einem Gewindeansatzversehen und auf einenruhenden Metallblock26, beispielsweise aus Kupfer, aufgeschraubt ist. Der Metallblock 26 kann durch eine nicht dargestellte Einrichtung künstlich gekühlt werden.
Mit der Düse 27 kann der Dampfstrom auf die Oberfläche des Halbleiterelementes gerichtet werden. Mit einer zweiten, inneren Düse 28 kann ein zusätzlicher Druckluftstrom zur schnelleren Entfernung der Kondensattröpfchen zugeführt werden. Die Zuführung der Druckluft kann auch mit einer äusseren oder einer getrennt neben der Dampfdüse angeordneten Düse erfolgen. Die Düsen können beweglich sein. Es ist bekannt, Flüssigkeitvon einer Fläche mittels eines Druckluftstromes zu entfernen.
Fig. 2 zeigt eine Vorrichtung, mit der ein Transistor behandelt wird. Dieser hat einen Basfakörper 2, beispielsweise aus p-leitendem Silizium, und auf dessen Unterseite einen Kollektor 3, der beispielsweise durch Einlegieren einer antimonhaltigen Goldfolie hergestellt ist. Auf der Oberseite befinden sich ein ebenso hergestellter ringförmiger Emitter 4 sowie zwei sperrfreie Basiskontakte, ein scheibenförmiger 5 und ein ringförmiger 6, welche letztere durch Einlegieren von Aluminiumfolien hergestellt sein können.
Der Kollektor 3 bedeckt auch den äusseren Rand des Basiskörpers 2, so dass die Schnittlinien sämtlicher p-n-Übergänge mit der Oberfläche des Halbleiterelementes auf dessen Oberseite liegen und dort gemeinsamt mit einem Dampfstrahl behandelt werden können. Auf der Unterseite des Halbleiterelementes isteine Grundplatte 7, beispielsweise aus Molybdän, aufgelötet, die ihrerseits am Unterteil 8 eines Transistorge- häuses befestigt ist. Der Gehäuseunterteil 8 ist auf eine umlaufende Welle 10 mit einer Scheibe 9, beispielsweise aus Kupfer, so aufgeschraubt, dass die Grundplatte des Gehäuses auf die Scheibe 9 gepresst wird und ein guter Wärmeübergang gewährleistet ist. Die Welle 10 kann mittels eines in der Zeichnung nicht dargestellten Elektromotors auf hohe Drehzahl gebracht werden.
Der Dampfstrom wird mit einer vorzugweise beweglichen Düse 11 auf die freie Oberfläche des Halbleiterelements gerichtet. Das Kondensat wird mit einer Auffangvorrichtung 12 gesammelt und fliesst durch eine Öffnung 13 ab.
Das neue Behandlungsverfahren kann als Zwischenprozess in einem beliebigen Stadium des Herstellungsverfahrens angewendetwerden. Gute Erfolge wurden durch die Anwendung im Anschluss an die Schluss-. ätzung unmittelbar vor dem Verschliessen des Gehäuses erreicht.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Halbleiterelementen mit mehreren Elektroden und mindestens einem p-n-Übergang, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiterelement einem Dampfstrom, beispielsweise aus hochdestilliertem Wasser oder reinem Alkohol ausgesetzt und währenddessen auf einer unterhalb des Kondensationspunktes liegenden Temperatur, beispielsweise zirka 900 C bei Wasser gehalten wird, so dass auf seiner Oberfläche ein Teil des Dampfes kondensiert, und dass das Kondensat während der Dauer der Einwirkung des Dampfstromes laufend entfernt wird.