DE1081572B

DE1081572B - Verfahren zur Herstellung von Legierungsuebergaengen in einem Silizium-Halbleiterkoerper

Info

Publication number: DE1081572B
Application number: DEG21143A
Authority: DE
Inventors: Denis John Brand; John Ewels
Original assignee: General Electric Co PLC
Current assignee: General Electric Co PLC
Priority date: 1955-12-19
Filing date: 1956-12-18
Publication date: 1960-05-12
Also published as: FR1162834A; US2881103A; GB797304A

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Legierungsübergängen, z. B. pn-Übergängen, in einem Silizium-Halbleiterkörper mit Aluminium als Akzeptormaterial und Zinn als neutralem Legierungsmaterial.

Bei einem solchen bekannten Verfahren wird Aluminium in Kontakt mit Silizium geschmolzen, worauf die Anordnung mit geschmolzenem Zinn übergössen wird. Bei diesem Verfahren ist es schwierig, ein ausreichendes Anlösen des Siliziums durch das Zinn zu erreichen. Zur Erzielung eines einwandfreien Legierungsüberganges wird bei dem Verfahren nach der Erfindung zwecks besserer Benetzung beim Legieren zunächst festes Zinn in Kontakt mit dem Silizium-Halbleiterkörper gebracht und sodann geschmolzen, wobei sich eine geringe Menge des in Form von Aluminium oder einer Legierung von Aluminium mit Silizium und/oder Zinn zugesetzten Akzeptormaterials auflöst.

In der Zeichnug ist eine Spannvorrichtung im Schnitt dargestellt, mit der das Verfahren nach der Erfindung, z. B. zur Herstellung eines Siliziumgleichrichters, vorzugsweise durchgeführt werden kann.

Die Spannvorrichtung besteht aus zwei kreisrunden zylindrischen Teilen 1 und 2 aus Steatit, von denen jeder einen Durchmesser von 5 mm hat. Der Teil 1 ist etwa 4 mm lang und an einem Ende mit einem zentrisch vortretenden, runden Auge 3 mit einem Durchmesser von gerade unter 3 mm und einer Länge von 0,5 mm versehen. Der zweite Teil ist 2 mm lang und hat an einem Ende eine zentrisch angeordnete kreisrunde Aussparung 4, deren Abmessungen im wesentlichen die gleichen sind wie die des Auges 3. Der Teil 1 ist mit einer verjüngten Aussparung 5 mit kreisrundem Querschnitt versehen, die sich nach innen von der Stirnfläche des Auges 3 erstreckt, wobei die Aussparung 5 an der Eintrittsöffnung einen Durchmesser von 1 mm und eine Tiefe von 1 mm hat und der Teil 2 mit einem axialen Loch mit dem Durchmesser von 1 mm versehen ist.

Bei der Herstellung eines Gleichrichters wird der Teil 1 mit dem Auge 3 nach oben angeordnet, und eine Pille 7, die aus etwa 60 Mikrogramm der eutektischen Aluminium-Silizium-Legierung besteht, ist in der Aussparung 5 angeordnet. Eine Pille 8 aus spektroskopisch reinem Zinn wird dann in die Aussparung 5 gepreßt, wobei ein Zinnüberschuß in einer Ebene mit der oberen Fläche des Auges 3 mittels einer scharfen Klinge weggeschnitten wird. Die dann in der Aussparung 5 enthaltene Zinnmasse wiegt angenähert 2,5 mg. Eine Platte oder Waffel 9 aus n-Silizium mit einem spezifischen Widerstand von etwa 2 Ohrti-cm wird dann auf der oberen Fläche des Auges 3 angeordnet, wobei sich eine Hauptfläche in Verfahren zur Herstellung

von Legierungsübergängen

in einem Silizium-Halbleiterkörper

Anmelder:

The General Electric Company Limited,
London

Vertreter: Dr.-Ing. H. Ruschke, Berlin-Friedenau,

und Dipl.-Ing. K. Grentzenberg,
München 27, Pienzenauer Str. 2, Patentanwälte

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 19. Dezember 1955

Denis John Brand und John Ewels,

Wembley, Middlesex (Großbritannien),

sind als Erfinder genannt worden

Kontakt mit der oberen Fläche des Auges 3 befindet. Die Platte 9 hat Hauptflächen, die 2 mm² messen und eine Stärke von 0,4 mm haben und vorher durch chemisches Ätzen gereinigt wurden. Der Teil 2 der Spannvorrichtung wird dann über den oberen Teil des Teiles 1 gepaßt, wobei die Siliziumplatte 9 an ihrem Platz dadurch gehalten wird, daß sie in der Aussparung 4 untergebracht ist. Eine Pille 10 von etwa 3 mg handelsüblich reinem Zinn, das etwa 0,01 %r Antimon als zufällige Verunreinigung enthält, wird dann in dem Loch 6 angeordnet, so daß sie mit der oberen Hauptfläche der Siliziumplatte 9 in Kontakt ist.

Etwa zwanzig beschickte Spannvorrichtungen sind, wie oben beschrieben, in einem schwerschmelzenden Boot oder Aufnahmebehälter angeordnet, das bzw. der dann durch einen Ofen mit einer Atmosphäre trockenen Wasserstoffs gezogen wird. Die Temperatur in der Ofenmitte beträgt etwa 1100° C, und das Boot wird so bewegt, daß 10 Minuten benötigt werden, um die mittlere heiße Zone zu erreichen, 3 Minuten, um durch die heiße Zone hindurchzulaufen und 10 Minuten, um den Ausgang des Ofens zu erreichen. Das Boot und die Spannvorrichtungen benötigen dann weitere 10 Minuten, um sich auf Raumtemperatur abzukühlen.

OOT 509/3JO

Während des Erwärmungsvorganges schmilzt das Zinn 8 in der Aussparung5 in jeder Spannvorrichtung und löst die Aluminium-Silizium-Legierung 7 auf. Das schmelzflüssige Zinn löst auch einen Teil der Siliziumplatte 9 auf, um eine flache Vertiefung zu bilden, die sich in die Platte 9 von ihrer unteren Hauptfläche aus erstreckt. Während der Abkühlung erstarrt das schmelzflüssige Material in der Aussparung 5 in jeder Spannvorrichtung erneut, wobei die anfängliche Erstarrung derart ist, daß eine dünne Schicht Silizium, das Aluminium enthält und deshalb p-Leitfähigkeit hat, in der Vertiefung in der Siliziumplatte 9 wieder auskristallisiert. Dabei erstarrt der restliche Teil des schmelzflüssigen Materials in Form einer Perle, die hauptsächlich aus Zinn besteht und deshalb verwendet werden kann, um eine ohmische Verbindung zu der Schicht aus p-Silizium zu schaffen. Während des Ofenarbeitsganges wird auch die Zinnpille 10 in jeder Spannvorrichtung zu der oberen Hauptfläche der Siliziumplatte 9 geschmolzen und bildet eine zweite Perle, die in gutem ohmschen Kontakt mit dem η-Silizium ist.

Jede Siliziumplatte mit den angebrachten Perlen wird aus ihrer Spannvorrichtung entfernt, und die Herstellung des Gleichrichters, bei der die Platte verwendet wird, wird in üblicher Weise zu Ende geführt.

Obgleich das Aluminium bei dem Verfahren nach der Erfindung zweckmäßig in Form einer Aluminium-Silizium-Legierung eingeführt wird, ist es möglich, die Aluminium-Silizium-Legierung durch Aluminium selbst oder durch eine Aluminium-Zinn- oder eine Aluminium-Silizium-Zinn-Legierung zu ersetzen.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Legierungsübergängen, z. B. pn-Übergängen, in einem Silizium-Halbleiterkörper mit Aluminium als Akzeptormaterial und Zinn als neutralem Legierungsmaterial, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks besserer Benetzung beim Legieren zunächst festes Zinn in Kontakt mit dem Silizium-Halbleiterkörper gebracht und sodann geschmolzen wird, wobei sich dann eine geringe Menge des in Form von Aluminium oder einer Legierung von Aluminium mit Silizium und/oder Zinn außer dem zugesetzten Akzeptormaterials auflöst.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung einer eutektischen Aluminium-Silizium-Legierung als Akzeptormaterial.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschrift Nr. 961 913;

deutsche Patentanmeldung I 4677 VIIIc/21g (bekanntgemacht am 29. 5. 1952);

französische Patentschriften Nr. 1 086 596,
107 536.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen