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Verfahren zum Herstellen von Halbleitervorrichtungen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Halbleitervorrichtungen, wie Tran- sistoren und Kristalldioden, bei dem ein Halbleiterkörper und eine Menge eines Elektrodenmaterials ge- sondert auf eine Temperatur erhitzt werden, die höher als der Schmelzpunkt des Elektrodenmaterials, jedoch niedriger als derjenige des Halbleiterkörpers ist, wonach das Elektrodenmaterial auf den Körper geworfen und mit ihm vereinigt wird.
Dies kann auf einfache Weise dadurch erfolgen, dass der Halbleiterkörper und das Elektrodenmate- rial in Aufnahmeräumeneiner Form angeordnet werden, die durch mindestens einen Kanal miteinander verbunden sind, wonach die Form so gekippt wird, dass das geschmolzene Elektrodenmaterial auf den
Halbleiterkörper fällt.
Die Erfindung ist jedoch nicht auf dieses Aufwerfverfahren beschränkt. Der Halbleiterkörper kann z. B. aus Germanium oder Silizium bestehen.
Zum Erhalteneiner guien gleichmässigen Haftung zwischen dem Halbleiterkörper und dem auf ihn geworfenen Elektrodenmaterial ist es erwunscht, dali dieses Material im Augenblick der Berührung eine gewisse kinetische Energie hat. Es wurde bereits vorgeschlagen, diese kinetische Energie dadurch zu steigern, dass auf dem Elektrodenmaterial ein verschiebbares Gewicht angebracht wird. Ein Nachteil dieses Verfahrens ist der, dass die Ausbildung einer Form mit einem in ihr verschiebbaren Gewicht technische Schwierigkeiten bereiten kann.
Die Erfindung bezweckt unter anderem Mittel anzugeben, durch die die kinetische Energie auf einfache Weise gesteigert werden kann.
Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, die Menge, u. zw. insbesondere das Gewicht des aufgeworfenen Elektrodenmaterials zu steigern, ohne dass die auf dem Halbleiterkörper zurückbleibende Ma- terialmengegrösserals normal ist. Wäre diese Menge ungewöhnlich gross, so könnte die Gefahr eines Auftretens mechanischer Spannungen entstehen.
Gemäss der Erfindung wird auf den Halbleiterkörper eine Menge eines Elektrodenmaterials geworfen, das zu mindestens 25 Grew.-% aus einem oder mehreren der Elemente Blei, Wismut und Thallium besteht, wonach sämtliche Teile so lange auf eine so hohe Temperatur erhitzt werden, dass mindestens 25 Gew. -0/0 des ursprünglich aufgeworfenen Materials verdampft.
Da es, wie vorstehend bereits erwähnt, besonders wichtig ist, das Gewicht des aufgeworfenen Elektrodenmaterials zu steigern, ohne dass sich abnorme Abmessungen der fertigen Elektrode ergeben, werden gemäss der Erfindung vorzugsweise die Elemente benützt, die ausser einem hohen spezifischen Gewicht auch einen hohen Dampfdruck haben.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispieles, das durch eine Zeichnung verdeutlicht ist, näher erläutert.
Fig. l ist ein schematischer Schnitt durch eine bekannte Form zum Aufwerfen und Aufschmelzen, von Elektroden auf einen Halbleiterkörper, welch letzteres Verfahren auch als Auflegieren bezeichnet wird.
Die Fig. 2 und 3 zeigen das Profil einer Elektrode unmittelbar nach dem Aufwerfen des Elektrodenmaterials bzw. nach einer Wärmebehandlung.
Fig. 4ist eine graphische Darstellung, in der der Logarithmus der Dampfspannung in mm Quecksilber-
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säule mehrerer Elemente über dem Kehrwert der absoluten Temperatur aufgetragen ist.
Die Form nach Fig. 1 besteht aus einer unteren Hälfte l, in der sich ein Aufnahmeraum 2 für einen
Halbleiterkörper 3 befindet, und einer oberen Hälfte 4, die durch einen Passrand 5 in bezug auf die un- tere Hälfte zentriert wird.
In der oberen Hälfte befindet sich ein Aufnahmeraum 6 für eine Menge des Elektrodenmaterials 7, der durch einen Kanal 8 mit einem Durchmesser von 2, 5 mm mit dem Aufnahmeraum 2 für den Halb- leiterkörper in Verbindung steht. Die Form kann aus Graphit hergestellt sein.
Eine solche Form kann mehrfach sein, womit gemeint ist, dass sie zum Behandeln mehrerer Halb- leiterkörper ausgebildet sein kann, während auch-die Zahl der auf einen Körper aufzulegierenden Elek- troden mehrfach sein kann. Deutlichkeitshalber wird nachstehend bloss die Anbringung einer einzigen
Elektrode beschrieben.
Der. Halbleiterkörper besteht z. B. aus Silizium von n-Typ mit einem spezifischen Widerstand von lOss/cm, als Elektrodenmaterial findet'eine Legierung Verwendung, die aus 89, 75 Gew.-Oio Blei, 5, 0 Gew.-lo Zinn, 5, 0 Gew. -0/0 Antimon, und 0, 25 Gew.-% Gallium besteht.
Etwa 100 mg dieser Legierung werden in den Aufnahmeraum 6 gegeben, wonach die Form in einer Wasserstoffatmosphäre auf etwa 10000 C erhitzt und dann um einen kleinen Winkel nach links gekippt wird, wodurch das geschmolzene Elektrodenmaterial 7 in den Kanal 8 gelangt und auf die, infolge der Erhitzung in der reduzierenden Wasserstoffatmosphäre gereinigte Siliziumoberfläche fällt. Es ergibt sich dabei eine Elektrode 9 mit einem verhältnismässig hohen Profil, wie es schematisch in Fig. 2 dargestellt wird. Dann wird die Temperatur auf 11000 C gesteigert und 3 Stunden lang auf diesem Wert gehalten, wobei etwa die Hälfte der ursprünglich vorhandenen Bleimenge verdampft und die Elektrode 9 ein viel flacheres Profil annimmt, wie es in Fig. 3 dargestellt ist.
Nach dem Aufwerfen des Elektrodenmaterials löst sich eine gewisse Menge des Halbleitermaterials in ihm, die dann nach Abkühlung weiter segregiert und am ursprünglichen Kristallgitter anwächst.
Unter dieser Elektrode entsteht somit eine durch Galliumdiffusion gebildete, etwa 3 p. dicke Siliziumschicht 10 vom p-Typ, die an das ursprüngliche Silizium vom n-Typ grenzt, und über dieser eine durch Segregation des mit Antimon gesättigten Siliziums gebildete Siliziumschicht 11 vom n-Typ, die durch das restliche Elektrodenmaterial bedeckt ist. Diese Schicht ist etwa 15 IL dick. Solche n-p-nStrukturen können z. B. bei Transistoren und steuerbaren Gleichrichtern Anwendung finden. In dieser Beziehung sei bemerkt, dass infolge der verhältnismässig grossen aufgeworfenen Elektrodenmaterialmenge, von der später ein Teil verdampft, die Menge an Halbleitermaterial, die anfangs in Lösung geht, auch verhältnismässig gross ist, so dass die segregierte Schicht 11 verhältnismässig dick ausgebildet werden kann.
Findet ein Elektrodenmaterial Verwendung, in dem sich das Halbleitermaterial schlecht löst, so bleibt die Schicht 11 verhältnismässig dünn.
Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die Herstellung von Elektroden vom als Beispiel angeführten Typ beschränkt. Ohne dass man vom Prinzip der Erfindung abweicht, kann auch ein Elektrodenmaterial Verwendung finden, das entweder nur einen Akzeptor oder nur einen Donator enthält, während es gleichfalls möglich ist, dass das Material neutral ist und sowohl auf Halbleitermaterial vom p-Typ als auch auf Halbleitermaterial vom n-Typ einen Ohmschen Kontakt liefert.
In bezug auf die Wahl des Elementes, das gemäss der Erfindung nach dem Aufwerfen verdamptt wird,
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tragen, wobei T die absolute Temperatur darstellt. Die Werte von T sind gleichfalls angegeben. Als Ordinate sind die Logarithmen des Dampfdruckes in mm Quecksilbersäule aufgetragen. Für mehrere Elemente sind die Linien, die die Beziehung zwischen Dampfdruck und Temperatur angeben, gezeichnet. Bei diesen Linien, die annähernd gerade sind, sind die Symbole der Elemente und zwischen Klammern eine Zahl, die ihr spezifisches Gewicht angibt, geschrieben.
Aus der Figur geht hervor, dass die zum Bilden von Legierungselektroden vielfach benutzten Elemente Indium, Gallium, Aluminium und Zinn einen verhältnismässig niedrigen Dampfdruck und auch ein ver-
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hältnismässig niedriges spezifisches Gewicht aufweisen.
Die für die Erfindung als Kriterium gefundene Grenze beim Dampfdruck von Blei wird nicht nur dadurch erklärt, dass der Dampfdruck dieses Elementes bei den üblichen Legierungstemperaturen um mindestens zwei Zehnerpotenzen höher als derjenige von Indium ist, obgleich das letztere Element unter der bereits erwähnten Gruppe von Elementen die höchsten Dampfdrücke aufweist. Die Wahl wird auch dadurch erklärt, dass Blei ein verhältnismässig hohes spezifisches Gewicht hat. Das Gleiche gilt für die Elemente Wismut und Thallium. Ein Element wie Zink eignet sich hinsichtlich seines Dampfdruckes auch gut für Anwendung beim Verfahren nach der Erfindung, aber dieses Element kann einen nachteiligen Einfluss auf die elementaren Halbleiter ausüben.