DE1061907B

DE1061907B - Verfahren zur Herstellung von Flaechen-Halbleiterkristalloden mit mindestens zwei verschmolzenen Halbleiterteilen vom entgegengesetzten Leitfaehigkeitstyp

Info

Publication number: DE1061907B
Application number: DEH30241A
Authority: DE
Inventors: Joseph Maserjian Jun
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1956-06-01
Filing date: 1957-05-27
Publication date: 1959-07-23
Also published as: US2834701A; FR71675E; FR1147595A; CH345080A; DE1061906B; GB863119A; BE557842A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND KL. 21 g 11/02

# INTERNAT. KL. H 01 1

PATENTAMT .

AUSLEGESCHRIFT 1 061 907

H30241Vmc/21g

ANMELDETAG: 27.MAI 1957

BEKANNTMACHUNG DEK ANMELDUNG UND AUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 23. JULI 1959

Das Hauptpatent bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Flächen-Halbleiterkristalloden mit mindestens zwei verschmolzenen Halbleiterteilen vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp, die durch eine p-n-Fläche voneinander getrennt sind, bei denen der eine Halbleiterteil aus einem dünnen Plättchen hergestellt wird und als Halbleiter Elemente des Periodischen Systems, wie Germanium oder Silizium, verwendet werden. Gemäß dem Hauptpatent werden auf der einen Seite des zunächst dicken Halbleiterplättchens, das z. B. dicker als 0,4 mm ist, ein oder mehrere Halbleiterteile vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp aufgebracht, ein stützender dicker Halbleiterkörper aus gleichem Halbleitermaterial auf der gleichen Seite des Halbleiterplättchens angeschmolzen und das Halbleiterplättchen auf der anderen Seite durch Bearbeitung auf eine geringere Dicke vermindert, beispielsweise auf eine solche von 0,075 mm bis 0,13 mm. Dabei besteht der Zweck des Stützkörpers darin, für das Halbleiterplättchen eine Halterung zu schaffen, die bei der Fertigung und beim Einbau der Kristallode die Handhabung trotz der meist überaus kleinen Abmessungen des Plättchens und seiner geringen Festigkeit leicht und bequem gestaltet. Der Stützkörper erleichtert ferner die Massenfertigung in der Weise, daß ein Plättchen von verhältnismäßig großer Fläche an einen entsprechend großen Stützkörper angebracht und das Ganze nach Durchführung weiterer Fertigungsschritte in eine Vielzahl einzelner Kristalloden geschnitten werden kann.

Wenn die p-n-Fläche, die die Grenze zwischen den beiden Halbleiterteilen bildet, sich auf derselben Seite des Plättchens befindet wie der Stützkörper, so muß der Stützkörper so gestaltet werden, daß er die p-n-Fläche mit Abstand umgibt, damit sie durch ihn nicht kurzgeschlossen wird. Er erhält zu diesem Zweck eine Bohrung.

Die vorliegende Erfindung sucht durch weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptpatentes eine Vereinfachung zu erreichen. Sie besteht darin, daß nur ein Halbleiterteil vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp auf der einen Seite des Halbleiterplättchens aufgebracht wird, daß der stützende Halbleiterkörper auf diesen Halbleiterteil aufgeschmolzen wird und daß der stützende Halbleiterkörper aus Halbleitermaterial vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp wie das des Halbleiterplättchens hergestellt wird.

Mit der Erfindung werden die Ausnehmungen im Stützkörper, die bei unmittelbarer Anwendung des Verfahrens nach dem Hauptpatent notwendig werden, um einen Kurzschluß der p-n-Fläche zu vermeiden, überflüssig. Der Stützkörper kann daher aus einer einfachen Platte bestehen.

Verfahren zur Herstellung

von Flächen-Halbleiterkristalloden

mit mindestens zwei verschmolzenen

Halbleiterteilen vom entgegengesetzten

Leitfähigkeitstyp

Zusatz zum Patent 1 036 391

Anmelder:

Hughes Aircraft Company,
Culver City, Calif. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. G. Eichenberg

und Dipl.-Ing. H. Sauerland, Patentanwälte,

Düsseldorf, Cecilienallee 76

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 1. Juni 1956

Joseph Maserjian jun., Inglewood, Calif. (V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt worden

Besteht die Kristallode nach der Erfindung lediglich aus dem Halbleiterplättchen, dem Stützkörper und der zwischen beiden liegenden p-n-Fläche, so stellt sie eine Diode dar. Das Gebilde kann jedoch ohne weiteres zu einem Transistor ergänzt werden, indem an der entgegengesetzt zum stützenden Halbleiterkörper liegenden Seite des Halbleiterplättchens nach der Bearbeitung eine weitere p-n-Fläche ausgebildet wird. Dafür kann irgendeine geeignete Methode Anwendung finden.

Die Zeichnung veranschaulicht in schematischer Darstellung zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung, und zwar zeigen

Fig. 1 bis 6 Querschnitte, die die einzelnen Stufen bei der Herstellung einer Diode erläutern, die in Fig. 6 ihre fertige Form erhalten hat, während

Fig. 7 einen Querschnitt durch einen entsprechend gefertigten Transistor wiedergibt.

Die Zeichnung soll lediglich die relative Anordnung der einzelnen Schichten und Flächen deutlich machen. Die absoluten und relativen Abmessungen dieser Schichten sind in Wahrheit von den in der Zeichnung gewählten Abmessungen wesenj
schieden.

Claims

ϊ 061907

3 4

Den Ausgangskörper bei der Herstellung der Kri- breitflächige Diode gemäß Fig. 6 kann gewünschten-

stallode bildet ein Plättchen 11 (Fig. 1) aus Silizium falls in eine Vielzahl kleinerer Dioden aufgeteilt

vom n-Leitungstyp, das die Basiszone der herzustel- werden. Eine solche Aufteilung wird erst durch das

lenden Halbleiteranordnung darstellt. Silizium vom Vorhandensein der Stützplatte 15 möglich.

n-Leitungstyp ist lediglich als Beispiel angenommen. 5 Fig. 7 stellt einen in ähnlicher Weise hergestellten

Statt dessen könnte auch Germanium verwendet wer- Transistor dar. Die einzelnen Fertigungsschritte

den. Ebenso könnte der Leitungstyp entgegengesetzt stimmen mit denen bei der Herstellung einer Diode

gewählt sein. Ein Siliziumplättchen von etwa 0,4 mm nach Fig. 6 überein. Nur wird, nachdem das Plättchen

Dicke hat, wie im Hauptpatent beschrieben, eine ge- H durch Läppen, Ätzen oder andere geeignete Weise

ringe Festigkeit, die die Handhabung bei den ein- io in seiner Dicke reduziert worden ist, Aluminium, das

zelnen Fertigungsschritten außerordentlich erschwert. einen Aktivator vom p-Leitungstyp darstellt, auf die

Der erste Schritt in der Herstellung einer Diode dem rekristallisierten Bereich gegenüberliegende

besteht darin, daß auf die Fläche 12 des Plättchens Fläche des Plättchens 11 aufgedampft, um unmittel-

11 gemäß Fig. 2 eine Schicht aus geschmolzenem bar unterhalb dieser Fläche im Silizium einen

Aluminium aufgebracht wird. Auf die Art, wie dies 15 rekristallisierten Bereich 24 zu schaffen, der aus SiIi-

geschieht, kommt es für die Erfindung nicht wesent- zium mit einigen Aluminiumatomen besteht und da-

lich an. Hier sei angenommen, daß die Aluminium- her vom p-Leitungstyp ist. Beim Abkühlen scheidet

schicht aufgedampft wird. In jedem Falle bildet sich sich oberhalb des rekristallisierten Bereichs 24 AIu-

an der Fläche 12 oder, genauer gesagt, unmittelbar minium-Silizium-Legierung in einer Schicht 25 aus,

unterhalb dieser Fläche ein durch Rekristallisation 20 die mit dem Bereich 24 in elektrisch leitender Ver-

des Siliziums entstehender Bereich 13, in den einige bindung steht.

Aluminiumatome eingeschlossen sind. Dieser Bereich Statt gemäß Fig. 7 einen einzigen, breitflächigen ist mithin vom p-Leitungstyp. Oberhalb davon schei- rekristallisierten Bereich in der beschriebenen Weise det sich eine Aluminium-Silizium-Legierung 14 aus, zu schaffen, können mehrere einzelne p-n-Flächen die mit dem rekristallisierten Bereich 13 in leitender 25 kleinerer Abmessungen auf der frei liegenden Seite Verbindung steht. des Plättchens 11 durch Anschmelzen von Drähten - Als Stützkörper für das Plättchen 11 dient eine in oder auch dadurch hergestellt werden, daß man über Fig. 3 gezeichnete Platte 15, die ebenso wie das Platt- die Fläche eine gelochte Maske legt, auf die das chen 11 aus Silizium, aber nicht notwendigerweise Material aufgedampft wird, um sich mit dem Silizium aus einem kristallinen Silizium besteht. Im Gegensatz 30 nur im Bereich der Löcher zu verbinden,
zum Plättchen 11 hat die Stützplatte 15 Akzeptor- Das so fertiggestellte Kristallsystem kann geätzt eigenschaften, also einen Leitungstyp, der demjenigen und in geeigneter Weise mit Elektroden ausgerüstet des Plättchens 11 entgegengesetzt ist. Die dem SiIi- werden. Die Basis 11 des Transistors kann auf die zium der Stützplatte 15 beigegebene Menge an Akti- beschriebene Weise wesentlich dünner als 0,125 mm vator ist überdies ein Vielfaches der für das Plättchen 35 gemacht werden und beispielsweise 0,025 mm bell verwendeten Menge, so daß der spezifische elek- tragen.

trische Widerstand der Platte 15 möglichst klein wird. Der Stützkörper 15 liefert bei der Diode nach Fig. 6

Hierauf wird eine Schicht 18 von Aluminium auf die und dem Transistor nach Fig. 7 die gleichen Vorteile

Fläche 16 der Platte 15 gebracht, die sich mit dem wie der Stützkörper bei der Kristallode nach dem

Silizium legiert (Fig. 4). Sodann werden gemäß 40 Hauptpatent. Selbst dann, wenn man nach dem vor-

Fig. 5 die Platte 15 und das Halbleiterplättchen 11 stehend beschriebenen Verfahren lediglich eine einzige

übereinandergelegt, und zwar so, daß die Schicht 18 Kristallode herstellt, das geschaffene Gebilde also

der Platte 15 an der Schicht 14 des Plättchens 11 an- nicht in mehrere Einheiten aufschneidet, wird das

liegt. Das Ganze wird sodann durch Anwendung von Kristallsystem durch den Stützkörper fest und hand-

Wärme, gegebenenfalls mit geringem Druck, durch 45 Hch. Aufteilung in mehrere Einheiten ist überhaupt

Verschmelzung der Schichten 14 und 18 zu einem zu- erst durch den Stützkörper möglich. Eine Reihe von

sammenhängenden Körper vereinigt. Fertigungsschritten, die bei der bisherigen Einzel-

Die fertiggestellte Diode ist in Fig. 6 wieder- fertigung an jeder Kristallode geschehen mußten, gegeben. Vorher ist die Dicke des Plättchens 11 durch brauchen dann nur einmal stattzufinden, wenn man geeignete Bearbeitung oder Behandlung wesentlich 50 sich der Methode der Aufteilung bedient,
vermindert worden, während die Stützplatte 15 ihre Die Herstellung des Stützkörpers aus dem Material ursprüngliche Dicke behalten hat. Zum Abschluß wer- des Plättchens macht die Aufteilung in mehrere Einden gut leitende Anschlußflächen für die Zuleitungen heiten leicht, weil ein und dasselbe Material gehergestellt, z. B. durch Aufdampfen oder Auflegieren schnitten wird. Ebenso vereinfacht sich das Ätzen, von Schichten 22 und 23 aus Gold—Antimon auf die 55 weil bei der Gleichheit der Stoffe keine Gefahr einer Flächen 17 und 20 des Plättchens 11 und der Stütz- Vergiftung des Ätzmittels besteht. Endlich haben das platte 15. Die Verwendung einer Gold-Antimon- Plättchen und der Stützkörper gleiche Wärme-Legierung oder auch einer Gold-Gallium-Legierung dehnung, so daß keine Gefahr der Rißbildung selbst empfiehlt sich für diesen Zweck, weil die zum Legie- bei den hohen Temperaturen besteht, denen Dioden ren mit dem Silizium nötige Temperatur die aus 60 und vor allem Transistoren im Betrieb ausgesetzt Aluminium-Silizium-Legierung bestehende Schicht 21 sind,
nicht zum Schmelzen bringt. Überdies hat Gold den
Vorteil, daß es sich leicht löten läßt. Patentansprüche:

Eine in der beschriebenen Weise hergestellte Diode

nach Fig. 6 hat wegen der geringen Dicke des Basis- 65 1. Verfahren zur Herstellung von Flächen-Halbbereichs 11 und wegen der durch die Stützplatte 15 leiterkristalloden mit mindestens zwei verschmolermöglichten leichten Handhabung alle elektrischen zenen Halbleiterteilen vom entgegengesetzten Leit- und mechanischen Vorteile einer nach dem Haupt- fähigkeitstyp, die durch eine p-n-Fläche vonpatent .hergestellten Kristallode bei einfacherer Ge- einander getrennt sind, bei denen der eine HaIbstalt und . demgemäß einfacherer Herstellung. Eine 70 leiterteil aus einem dünnen Plättchen hergestellt

wird, als Halbleiter Elemente des Periodischen Systems, wie Germanium oder Silizium, verwendet werden, auf der einen Seite des zunächst dicken, z. B. dicker als 0,4 mm, Halbleiterplättchens ein oder mehrere Halbleiterteile vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp aufgebracht werden, ein stützender dicker Halbleiterkörper aus gleichem Halbleitermaterial auf der gleichen Seite des Halbleiterplättchens angeschmolzen wird und das Halbleiterplättchen auf der anderen Seite durch Bearbeitung auf eine geringere Dicke, beispielsweise auf eine solche von 0,075 mm bis etwa 0,13 mm, vermindert wird, nach Patent 1 036 391,

dadurch gekennzeichnet, daß nur ein Halbleiterteil vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp auf der einen Seite des Halbleiterplättchens aufgebracht wird, daß der stützende Halbleiterkörper auf diesen Halbleiterteil aufgeschmolzen wird und daß der "stützende Halbleiterkörper aus Halbleitermaterial vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp als das des Halbleiterplättchens hergestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der entgegengesetzt zum stützenden Halbleiterkörper liegenden Seite des Halbleiterplättchens nach der Bearbeitung eine weitere p-n-Fläche ausgebildet wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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