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Legierform zum Anbringen von Kontakten auf Halbleiterkörpern
Die Erfindung betrifft eine Legierform zum Anbringen von Kontakten auf Halbleiterkörpern, beson- ders zur Herstellung von Transistoren, Kristalldioden u. ähnl. Halbleiterelektrodensystemen, und weiter auf ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Legierform. Unter einer Legierform ist hier eine Vorrich- tung zu verstehen, in der ein oder mehrere Räume ausgespart sind. in denen die Halbleiterkörper ange- ordnet werden können und in denen weiter eine oder mehrere Öffnungen vorhanden sind, in denen das
Material für die Kontakte fixiert werden kann. Dieses Material ist zuvor meistens in die Form sehr kleiner Kügelchen oder Scheiben gebracht, welche z. B. einen Durchmesser von einigen Zehnteln mm auf- weisen können und welche auf dem Halbleiterkörper aufgeschmolzen werden.
Das Aufschmelzen selbst erfolgt dadurch, dass die Legierform in einen Ofen gebracht wird und dort der erforderlichen Warmebe- handlung unterzogen wird.
Die Legierformen werden meistens aus Graphit hergestellt, weil dieses Material mit einem sehr hohen Reinheitsgrad hergestellt werden kann und eine solche Reinheit im betreffenden Zweig der Technik ein wichtiger Faktor ist. Weiter wird Graphit durch das geschmolzene Kontaktmaterial nicht benetzt. Im Vergleich zu den sehr kleinen Öffnungen, welche in der Legierform zu bilden sind, ist Graphit jedoch grobkörnig. Wegen der geringen Festigkeit des Graphits unterliegt die Form starker Abnutzung. Weiter kann Graphit leicht verunreinigende Gase und Dämpfe absorbieren, so dass die'Legierform bei häufiger Verwendung wiederholt im Hochvakuum ausgeglüht werden muss.
Man hat schon vorgeschlagen. Legierformen aus rostfreiem Stahl herzustellen, besonders Chromeisenstahl, der mit einer korrosionsschützenden Oxydhaut überzogen ist. Solche Legierformen können mit einem hohen Grad von Genauigkeit hergestellt werden und unterliegen weniger der Abnutzung. Die Oxydhaut verhütet dabei, dass der Stahl durch das geschmolzene Kontaktmaterial benetzt wird. Es hat sich jedoch gezeigt, dass diese Oxydhaut in der während des Legierens verwendeten Wasserstoffatmosphäre teilweise reduziert werden kann, so dass eine solche Legierform nur kurze Zeit einer Behandlung bei nicht zu hohen Legierl1llgstemperaturen ausgesetzt werden kann, während praktisch nach jedem Legieren die Oxydhaut regeneriert werden muss.
Weiter sind die linearen Ausdehnungskoeffizienten der meisten rostfreien Stahlsorten grösser als 10 x zo also viel grösser als die Ausdehnungskoeffizienten der üblichen Halblei- termaterialien, wie Germanium und Silizium, die 6, 1 x 10'* bzw. 4, 2x 10"6 betragen. Hiedurch besteht die Gefahr, dass während der Abkühlung von der Legiertemperatur auf Zimmertemperatur durch ungleiche Schrumpfung der Form und des Halbleiterkörpers die angebrachten Kontakte abgestossen werden können.
Die Erfindung bezweckt unter anderem, ein Material für Legierformen zu schaffen, das die obigen Nachteile nicht aufweist, leicht und genau bearbeitbar ist und einen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der nur wenig von demjenigen der üblichen Halbleitermaterialien, wie Germanium und Silizium, verschieden ist.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass Molybdän für obige Zwecke äusserst geeignet wäre.
Sein linearer Ausdehnungskoeffizient beträgt etwa 5 x 10" und ist also wenig von demjenigen von Germanium oder Silizium verschieden. Molybdän ist ausserdem sehr feuerfest und formbeständig. Obwohl Molybdän ziemlich hart ist. ist es mit den normalen hartstählernen Werkzeugen gut bearbeitbar. Molybdän
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wird jedoch durch geschmolzenes Kontaktmaterial benetzt. Der Erfindung liegt weiter die Erkenntnis zugrunde, dass Molybdän sehr gut mit einer feuerfesten, nichtmetallischen Haut, die durch geschmolze- nes Kontaktmaterial nicht benetzt wird, bedeckt werden kann.
Es hat sich ergeben, dass eine solche Haut auf Molybdän gegen wechselnde Temperaturbehandlung, der Legierformen gewöhnlich ausgesetzt sind, gut beständig ist. Man hat das Anbringen einer solchen
Haut auf Molybdän schon für korrosionsschützende Zwecke vorgeschlagen. Der Erfindung liegt ferner die Erkenntnis zugrunde, dass auf Molybdän eine Haut angebracht werden kann, welche, im Gegensatz zu der korrosionsschützenden Oxydhaut von Formen aus rostfreiem Stahl, durch Wasserstoff nicht reduziert wird.
Nach der Erfindung besteht die Legierform wenigstens zum Teil aus Molybdän, das an seiner Oberfläche wenigstens teilweise mit einer aus Kohlenstoff und/oder Silizium und gegebenenfalls an wenigstens einem dieser letzterwähnten Elemente gebundenem Molybdän versehen ist.
Vorzugsweise wird das für die Bildung der Haut anzubringende Material aus der Gasphase abgeschieden, wodurch sehr geringe Hautstärken erhalten werden können, so dass bei der mechanischen Bearbeitung des für die Form bestimmten Molybdäns die Stärke der anzubringenden Haut nicht zu berücksichtigen ist. Solche Häute haben sich als sehr haltbar erwiesen.
Es hat sich gezeigt, dass eine solche Legierform unter anderem bei Temperaturen über 700 C, z. B. bis zu 9000 C und mehr, z. B. 11000 C in einer wasserstoffhaltigen Atmosphäre gut verwendbar ist. Hiedurch eignet sie sich besonders zur Verwendung beim Auflegieren von Kontakten auf aus Silizium bestehende Halbleiterkörper. Ihre Verwendung ist jedoch nicht auf dieses Halbleitermaterial beschränkt. Sie ist z. B. auch gut beim Auflegieren von Kontakten auf Germaniumkörper verwendbar und ermöglicht dabei besonders eine sehr genaue Anordnung der Kontakte und die Verwendung von Temperaturen von wenigstens 7000 C auch während der langen Zeit, die zur Bildung von Diffusionsschichten unter dem Legierungskontakt erforderlich ist. Für solche hohen Temperaturen und solche langen Erhitzungszeiten ist die bekannte Form aus rostfreiem Stahl ungeeignet.
Da der lineare Ausdehnungskoeffizient von Molybdän wenig von demjenigen der Halbleitermaterialien, wie Germanium oder Silizium, verschieden ist, kann die Form besonders zum Auflegieren verschiedener Kontakte verwendet werden, die auf den Seiten z. B. plattenförmiger und/oderstreifenförmiger Halbleiterkörper mit verhältnismässig grossen gegenseitigen Abständen verteilt sind, ohne dass ein oder dass mehrere der angeordneten Kontakte beim Kühlen nach dem Legieren durch die Schrumpfung der Form abgestossen werden, auch wenn eine zu der Legierform gehörende, aus Molybdän bestehende Platte auf einer Strecke von wenigstens 1 cm mit mehreren Öffnungen zum Fixieren des Kontaktmaterials versehen ist.
Die Erfindung wird an Hand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert.
Die Figur zeigt eine Legierform in vergrössertem Massstab, teilweise in lotrechtem Schnitt, teilweise perspektivisch gezeichnet.
Mit 1 ist eine aus Graphit bestehende Platte bezeichnet, die mit einer Aussparung 2, in die ein streifenförmiger Halbleiterkörper 3 gelegt ist, versehen ist. Auf die Platte 1 ist eine Molybdänplatte 4 gelegt, die mit einer nicht metallischen Oberflächenschicht 5 einer der oben beschriebenen Arten versehen ist und Öffnungen 6 aufweist.
Die Innenwände der Öffnungen 6 sind auch mit der Oberflächenhaut 5 versehen. In die Öffnungen 6 sind Kügelchen 7 aus Kontaktmaterial gelegt. Das Ganze kann auf übliche Weise in einen Ofen gebracht werden.
Es hat sich als gut möglich erwiesen, auch in einer Molybdänplatte mit einer Stärke von z. B. 100
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ordnen. Solche Bemessungen sind bei Verwendung von Graphit praktisch nicht erzielbar.
Die Oberflächenschicht 5 kann auf bekannte Weise angebracht werden. Zum Beispiel wurde die mit Öffnungen versehene Platte 4 aus Molybdän auf 10000 C erhitzt und während 10 Minuten ein aus 10 Volumteilen Wasserstoff und 1 Volumteil eines Gasgemisches, das aus Wasserstoff besteht, der bei Zim- mertemperatur mit Dampf von Siliziumtetrachlorid gesättigt war, bestehender Gasstrom vorbeigeführt, worauf die erhaltene Schicht bei einer Temperatur zwischen 12500 C und 13000 C während 10 Minuten in reinem Wasserstoff nacherhitzt wurde.
Eine andere Haut guter Beschaffenheit wurde dadurch erhalten, dass der Molybdänteil zuerst auf obige Weise bei 1000 C mit SiC1, t-Dampf enthaltendem Wasserstoff behandelt wurde und dann bei gleicher Temperatur während 5 Minuten mit einem aus 10 Volumteilen Wasserstoff und 1 Volumteil Butan bestehenden Gasgemisch behandelt wurde, worauf die Schicht auf obige Weise nacherhitzt wurde. Mit der dabei erhaltenen Haut erwies die Legierform sich bei einer Temperatur von 1100 C als gut verwendbar.