DE1015152B - Method and device for manufacturing semiconductor devices - Google Patents
Method and device for manufacturing semiconductor devicesInfo
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Description
DEUTSCHESGERMAN
Beim Schmelzen des Elektrodenmetalls zwecks Legierung mit einem Halbleiter ist häufig eine gleichmäßige Benetzung, welche zur Erreichung einar Legierungsschicht von gleichmäßiger Dicke erforderlich ist, schwierig zu erreichen. Aluminium beispielsweise neigt zur Bildung einer Oxydhaut. Gold, das als Träger von Dotierungssubstaiizen, wie Indium oder Antimon, vorzugsweise mit einem Gehalt van; etwa, 1 °/o, gern verwendet wird, neigt beim Schmelzen zur Tropfenbildung, wobei dia Eindringtiefe der Legierungsschicht ungleichmäßig wird. Die genannten, Schwierigkeiten können dadurch überwunden werden, daß auf das in Foliengestalt auf den Halbleiter gelegte Elektrodenmetall ein mechanischer Preßdruck mittels eines Druckkörpers ausgeübt wird, dessen Druckfläche der zu legierenden Fläche des Halbleiters planparallel ist. Dabei kann aber das geschmolzene Elektroden,-metall" seitlich herausgequetscht werden. Nach einem früheren Vorschlag wird zum gleich-zeitigen. Einlegieren mehrerer Elektroden eine dem Halbleitergerät angepaßte Form verwendet, deren Teile nach dem Einlegen, des Halbleiters und der Elektrodenfolien. vor dem Einsetzen in den Schmelzofen zusammengtspannt werden. Derartige feste Formen sind jedoch mit der erforderlichen Genauigkeit schwierig herzustellen, insbesondere für komplizierte Halbleiterformen, deren. Elektroden teilweise in Versenkungen einer Halbleiterfläche anzubringen sind.When melting the electrode metal for the purpose of alloying it with a semiconductor, there is often a Uniform wetting, which is necessary to achieve an alloy layer of uniform thickness is difficult to achieve. Aluminum, for example, tends to form an oxide layer. Gold that as a carrier of doping substances such as indium or antimony, preferably with a content of van; about. 1 per cent., which is often used, tends to melt when it is melted for droplet formation, the depth of penetration of the alloy layer becoming uneven. The mentioned, Difficulties can be overcome by placing the foil on top of the semiconductor Electrode metal, a mechanical pressure is exerted by means of a pressure body, the pressure surface of which the surface of the semiconductor to be alloyed is plane-parallel. However, the molten electrode, metal " squeezed out sideways. According to an earlier proposal, it becomes the simultaneous one. Alloying several electrodes used a shape adapted to the semiconductor device, their parts according to the insertion, the semiconductor and the electrode foils. clamped together before insertion into the furnace will. However, such solid shapes are difficult to produce with the required accuracy, especially for complicated semiconductor shapes, their. Electrodes partly in recesses are to be attached to a semiconductor surface.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren: zur Herstellung von Halbleitergeräten, bei dem ein im wesentlichen einkristalliner Halbleiterkörper, z. B. aus Germanium, Silizium oder aus einer intermetallischen Verbindung von Elementen der III. und V. Gruppe des Periodischen. Systems, mit einer oder mehreren metallischen Elektroden, versehen wird, die mit dem Halbleiter aufeinandergelegt und unter Anwendung von mechanischem Druck durch Erhitzung zusammenlegiert werden."The invention relates to a method: for the production of semiconductor devices, in which an im essential single crystal semiconductor body, e.g. B. of germanium, silicon or an intermetallic Connection of elements of III. and V. Group of the Periodic. Systems, with an or several metallic electrodes, which with the semiconductor placed one on top of the other and with the application of mechanical pressure by heating be combined. "
Eine Verbesserung und Vereinfachung wird erfindungsgemäß
dadurch erzielt, daß das aus Halbleiter und Elektrodenmetall bestehende Einsatzaggregat zur
Vorbereitung des Legierungsprozesses in Pulver einer mit den Bestandteilen des Einsatzes nicht reagierenden
Substanz (Graphit, Magnesiumoxyd, Aluminiumoxyd od. dgl.) eingebettet und in diesem Zustand, der Erhitzung
bis zur Legierungsbildung ausgesetzt wird. Das Pulver bildet beim Zusammenpressen eine sich
dem eingeschlossenen Einsatzaggregat von selbst genau anpassende Form, wobei von dem Pulver ein allseitiger
Druck wie von einer Flüssigkeit auf den Einsatz ausgeübt wird. Infolgedessen bleibt die gegenseitige
Lage der einzelnen Teile des Einsatzeis auch beim Flüssigwerden erhalten. So ist nicht nur die
angestrebte gleichmäßige Dicke der entstehenden Verfahren und Vorrichtung
zur Herstellung von HalbleitergerätenAn improvement and simplification is achieved according to the invention in that the insert unit consisting of semiconductor and electrode metal is embedded in powder of a substance that does not react with the constituents of the insert (graphite, magnesium oxide, aluminum oxide or the like) in preparation for the alloying process and in this state, the Heating is suspended until the alloy is formed. When pressed together, the powder forms a shape that adapts itself precisely to the enclosed insert unit, with the powder exerting pressure on all sides like a liquid on the insert. As a result, the mutual position of the individual parts of the insert is retained even when it becomes liquid. This is not only the desired uniform thickness of the resulting processes and devices
for the manufacture of semiconductor devices
Anmelder:Applicant:
Siemens-SchuckertwerkeSiemens-Schuckertwerke
Aktienges ells chaf t,Aktiengesellschaft,
Berlin und Erlangen,Berlin and Erlangen,
Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50
Dipl.-Phys. Reimer Emeis, Pretzfeld,
ist als Erfinder genannt wordenDipl.-Phys. Reimer Emeis, Pretzfeld,
has been named as the inventor
Legierungsschichten, sondern auch die Wahrung der äußeren Form bzw. Flächengestalt der Elektroden, gesichert, weil infolge des allseitig gleichen, Druckes des Pulvers ein seitliches Austreten von Elektrodenmaterial unmöglich ist. Die Pulvermenge mit dem eingeschlossenen Einsatz kann, in eine feste Hohlform von einfacher Gestalt eingebracht werden, z. B. in. einen metallischen Hohlzylinder, dessen offene Enden durch zylinderförmige Preß stempel vorzugsweise aus festem Graphit abgeschlossen werden, Diese können in Scheiberiform von einer Graphitstange abgesägt und mit hindurchgebohrten Längskanälen für den Abzug von Gasen versehen werden.Alloy layers, but also the preservation of the external shape or surface configuration of the electrodes, secured, because as a result of the same pressure of the powder on all sides, a lateral leakage of electrode material is impossible. The amount of powder with the enclosed insert can be put into a solid hollow mold be introduced from a simple shape, z. B. in. A metallic hollow cylinder, the open ends be completed by cylindrical press stamps preferably made of solid graphite, these can sawn off a graphite rod in the form of a disk and be provided with longitudinal channels drilled through for the extraction of gases.
Eine geeignete1, aus mehreren Teilen beistehende Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist in den Fig. 1 bis 4 beispielsweise dargestellt.A suitable device 1 , consisting of several parts, for performing the method is shown in FIGS. 1 to 4, for example.
Fig. 1 zeigt ein. Rohrstück 2 aus Metall, z. B. Stahl oder Messing, in welches ein Boden 3 aus gleichem Material, der Im Durchmesser abgesetzt ist, bis zu seiner Schulter hineinpaßt. Über dem Boden, befindet sich vorzugsweise kolloidales Graphitpulver, das mittels eines ebenfalls metallenen Stempels 5 mit mäßigem Druck zu einer haltbaren Pille 4α zusammengepreßt wird. Dann werden Stempel 5 und Boden. 3 entfernt, und das Rohrstück 2 wird umgedreht, so daß da,s der Pille 4a näher liegende Rohrende oben ist, wie Fig. 3 zeigt. Eine zweite Pille wird gemäß Fig. 2 mittels eines zweiten. Rohrstückes 6 hergestellt, welches die gleiche lichte Weite hat wie das Rohrstück 5, jedoch eine größere Wandstärke. Es ist an einem Ende innen so abgesetzt, daß das schwächere Rohrstück 2 gerade hineinpaßt, wie Fig. 3 erkennen läßt. Das Rohrstück 6 wird, nach Fig. 2 mit dem abgesetzten Ende über den Boden. 3 gestülpt, der inFig. 1 shows a. Pipe section 2 made of metal, for. B. steel or brass, in which a bottom 3 made of the same material, which is offset in diameter, fits into its shoulder. Above the bottom there is preferably colloidal graphite powder, which is compressed by means of a likewise metal stamp 5 with moderate pressure to form a durable pill 4α. Then punch 5 and bottom. 3 is removed, and the pipe section 2 is turned over so that the pipe end closer to the pill 4a is at the top, as shown in FIG. 3. A second pill is shown in FIG. 2 by means of a second. Pipe section 6 produced, which has the same inside width as the pipe section 5, but a greater wall thickness. It is offset on the inside at one end so that the weaker pipe section 2 just fits into it, as can be seen in FIG. The pipe section 6 is, according to Fig. 2 with the remote end over the ground. 3 placed inside
709 660/343709 660/343
dieses Ende vollends hineinpaßt. In. das auf diese Weise nach unten abgeschlossene Rohrstück 6 wird eine passende Menge Graphitpulver geschüttet und mittels des Stempels 5 zu einer haltbaren Pille 4£? zusammengepreßt. Dann wird der Stempel 5 wieder entfernt.this end fits in completely. In. the pipe section 6 closed off at the bottom in this way a suitable amount of graphite powder poured and using the punch 5 to a durable pill 4 pounds? compressed. Then the stamp 5 is removed again.
Nach Fig. 3,wird das Rohrstück 2 mit der Pille 4a über -einem Graphitkolben 7 gestülpt, der von einer Graphitstange abgesägt und mit einigen engen Gaskanälen 12 versehen sein kann. Auf die bequem zugängliche Oberseite der Pille 4ka können die einzelnen:, vorzugsweise kreisrunden Teile 8 cc bis 8 c des Einsatzaggregätes einzeln, möglichst konzentrisch, lose aufgelegt werden, z. B. zunächst eine Aluminiumfolie 8 b, deren Stärke etwa 0,05 mm betragen, kann, mit einem Durchmesser von etwa 9 mm, darauf eine etwa 0.4 mm starke Scheibe a,us p-leitendem Silizium mit einem Durchmesser von, etwa 10 mm und auf diese eine Goldfolie mit etwa 1 %· Antimongehalt, etwa 0,05 mm stark und mit einem Durchmesser von, annähernd 9 mm. Dann wird das Rohrstück 6 mit der Pille 4 & auf das obere Ende des Rohrstückes 2 gesetzt, der Stempel 5 von oben eingeführt und langsam nach unten gedrückt, so daß die Pille. 4 b und später auch das Einsatzaggregat 8 a bis 8 c und die Pille 4up nach unten bis auf den Kolben 7 geschoben werden, Durch kräftigeren Druck auf den. Stempel 5 werden- dann die Pillen, 4 α und 4 b wieder verformt, bis gemäß Fig. 4 das Einsatzaggregat 8 allseitig vom Graphitpulver umgeben ist, welches eine einheitliche Einbettung 4 bildet. Nach Entfernung des Stempels 5 und des oberen Rohrstückes 6 wird gemäß Fig. 4 das obere Ende des Rohrstückes 2 durch einen: zweiten, Graphitkolben. 9 abgeschlossen. Das Ganze kann durch einem. elastischen Spannrahmen. 10 zusammengehalten: werden,, der mit einer Druckschraube 11 zwecks- Einstellung des gewünschten, Preßdruckes versehen sein kann,.According to FIG. 3, the pipe section 2 with the pill 4a is placed over a graphite piston 7, which can be sawn off a graphite rod and provided with some narrow gas channels 12. On the easily accessible top of the pill 4ka the individual:, preferably circular parts 8 cc to 8 c of the insert unit individually, as concentrically as possible, loosely placed, z. B. first an aluminum foil 8 b, the thickness of which can be about 0.05 mm, with a diameter of about 9 mm, on it an about 0.4 mm thick disk a, us p-conductive silicon with a diameter of about 10 mm and on top of this a gold foil with about 1% antimony content, about 0.05 mm thick and with a diameter of approximately 9 mm. Then the tube piece 6 with the pill 4 & is placed on the upper end of the tube piece 2, the punch 5 is inserted from above and slowly pushed down so that the pill. 4 b and later also the insert unit 8 a to 8 c and the pill 4 up can be pushed down onto the piston 7, by applying more force to the. Punches 5 are then the pills, 4 α and 4 b deformed again until, as shown in FIG. After removal of the stamp 5 and the upper pipe section 6, the upper end of the pipe section 2 is shown in FIG. 4 by a: second, graphite piston. 9 completed. The whole thing can be done by one. elastic frame. 10 held together: are, which can be provided with a pressure screw 11 for the purpose of setting the desired pressing pressure.
Mit dieser Vorrichtung lassen, sich nach dem neuen Verfahren auch kompliziertere Formen mit mehr als zwei Elektroden herstellen,. So> zeigt Fdg. 5 als Beispiel das vergrößerte Schnittprofil eines Transistors, bestehend aus einer Halbleiterscheibe 16 mit Rillen, in welchen die Emitterelektrode 14 angebracht wird, während auf dem erhabenen Mittelteil die Basiselektrode! 13 und auf der Unterseite die Kollektorelektrode 15 anzubringen sind.With this device, even more complicated shapes with more than make two electrodes. Thus, FIG. 5 shows, as an example, the enlarged sectional profile of a transistor, consisting of from a semiconductor wafer 16 with grooves in which the emitter electrode 14 is attached, while on the raised central part the base electrode! 13 and the collector electrode 15 are to be attached to the underside.
Zwecks Herbeiführung der Legierungsbildung wird die Vorrichtung gemäß Fig. 4 mit dem im Pulver eingebetteten Halbleitergerät in einem Heizofen, mit vorzugsweise elektrischer Beheizung der erforderlichen Legierungstemperatur ausgesetzt. Bei dem obenerwähnten Beispiel einer p-leitenden Siliziumscheibe mit einer Aluminiumfolie auf der einen, und einer antimonhaleigen Goldfolie auf der anderem Seite der Scheibe wurden gute Ergebnisse erzielt durch Aufheizung bis zu einer Temperatur von 800° C. V2 Minute nach Erreichung dieser Temperatur wurde die Heizleistung abgeschaltet und nach Abkühlung auf 250' bis 200° C das Einsatzgut aus dem Ofeo herausgenommen. Statt der obenerwähnten, aus einheitlichem Stoff beistehenden Pulverarten können auch Mischungen geeigneter Stoffe verwendet werden. Von besonderem Vorteil kann es sein, dem Pulver einen Stoff beizumengen, durch welchen Sauerstoff gebunden wird. In diesem Fall kann die Erhitzung sogar in der natürlichen. Luftatmosphäre stattfinden, während es sonst vorteilhafter ist, die Erhitzung im Vakuum oder unter Schutzgas vorzunehmen, Allerdings wurde auch, bei Verwendung von. reinem Graphitpulver durch- Erhitzung in gewöhnlicher Atmosphäre eine einwandfreie Legierungsbildung erzielt.In order to bring about the formation of the alloy, the device according to FIG. 4 is used with that in the powder embedded semiconductor device in a heating furnace, with preferably subjected to electrical heating of the required alloy temperature. In the case of the above Example of a p-conducting silicon wafer with an aluminum foil on one side, and an antimony-containing gold foil on the other side of the Disc, good results have been achieved by heating it up to a temperature of 800 ° C. V2 minutes after this temperature had been reached, the heating power was switched off and, after cooling to 250 'bis 200 ° C the items are removed from the Ofeo. Mixtures can also be used instead of the above-mentioned types of powder consisting of a uniform substance suitable substances are used. It can be of particular advantage to add a substance to the powder, through which oxygen is bound. In this case, the heating can be even in the natural. Take place in an air atmosphere, while it is otherwise more advantageous heating in a vacuum or under Carrying out protective gas, however, was also possible when using. pure graphite powder through heating A perfect alloy formation is achieved in a normal atmosphere.
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