DE1103468B - Verfahren zur Herstellung von Halbleiteranordnungen mit aluminiumhaltigen Elektroden - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Halbleiteranordnungen mit aluminiumhaltigen Elektroden

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DE1103468B DEN17029A DEN0017029A DE1103468B DE 1103468 B DE1103468 B DE 1103468B DE N17029 A DEN17029 A DE N17029A DE N0017029 A DEN0017029 A DE N0017029A DE 1103468 B DE1103468 B DE 1103468B
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Description

DEUTSCHES
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Halbleiteranordnungen, wie Kristalldioden und Transistoren, die einen aus Germanium bestehenden Halbleiterkörper mit wenigstens einer aluminiumhaltigen Elektrode enthalten und bei dem zunächst aluminiumfreies Metall aufgeschoben und diesem Metall darauf Aluminium zugesetzt wird. Unter dem Begriff »Metall« soll auch eine Legierung verstanden werden.
In der französischen Patentschrift 1 128 423 wurde bereits beschrieben, daß durch den Zusatz von Elementen, wie Gallium und Aluminium, zu den üblichen Elektrodenmetallen, wie z. B. Indium, die elektrischen Eigenschaften der Halbleiteranordnungen beträchtlich verbessert werden können. Dies gilt insbesondere für Transistoren, wenn dem Emittermateriäl Aluminium zugesetzt wird.
Es ist auch bekannt, daß der Zusatz von Aluminium Schwierigkeiten bereitet, da Aluminium und aluminiumhaltige Legierungen, selbst wenn der Aluminiumgehalt der letzteren sehr niedrig ist, sich spontan an Luft mit einer Oxydhaut bedecken, die das Verschmelzen mit einem anderen Element oder einer anderen Legierung verhindert.
Es wurden bereits verschiedene Verfahren, zur Beseitigung dieser Schwierigkeiten versucht (siehe z. B. den Aufsatz von Armstrong, CarlsO'H und Bentivegna in R. CA. Review, 17 [1956], Nr. 1, insbesondere S. 39). So wird zunächst auf das Germanium eine Elektrode aufgeschmolzen, die aus einem mit Germanium leicht verschmelzenden Metall wie Indium oder einen solchen Legierung besteht. Darauf wird eine kleine Menge einer Indium-Aluminium-Legierung auf die Elektrode gelegt, worauf beide zusammengeschmolzen werden. Zwei weitere dort angegebene Möglichkeiten sind hier bedeutungslos.
Es hat sich ergeben, daß das oben beschriebene Verfahren nicht immer befriedigende Ergebnisse liefert, da Indium und Aluminium sich bei der üblichen Aufschmelztemperatur von etwa 500° C nicht mischen.
Ziel des Verfahrens nach der Erfindung ist die Herstellung aluminiumhaltiger Elektroden mit gleichmäßigen Eigenschaften.
Gemäß der Erfindung wird in das aufgeschmolzene aluminiumfreie Metall, während es sich im geschmolzenen Zustand befindet, ein aus Aluminium bestehender oder Aluminium enthaltender Teil eingetaucht und die Anordnung einer so langen Wärmebehandlung unterworfen, daß das Aluminium wenigstens teilweise in Lösung geht.
Ein solcher aus Aluminium bestehender Teil ist nach dem Eintauchen bei weiterer Erhitzung gegen weitere Oxydierung geschützt. Außerdem stellt die natürliche, bei Zimmertemperatur spontan auf dem Verfahren zur Herstellung
von Halbleiteranordnungen
mit aluminiumhaltigen Elektroden
Anmelder:
N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken,
Eindhoven (Niederlande)
Vertreter: Dr. rer. nat. P. Roßbach, Patentanwalt,
Hamburg 1, Mönckebergstr. 7
Beanspruchte Priorität:
Niederlande vom !.August 1958
Nico Bram Speyer, Nijmegen (Niederlande),
ist als Erfinder genannt worden
Aluminium gebildete Oxydhaut im allgemeinen für das Lösen des Aluminiums im aufgeschmolzenen Metall kein Hindernis dar, wenn beide während hinreichend langer Zeit aufeinander einwirken können.
Hierdurch unterscheidet sich das vorliegende Verfahren von dem bekannten, bei der eine kleine Menge einer aluminiumhaltigen Legierung auf das bereits aufgeschmolzene Metall gebracht wird. Dort ist der Kontakt zwischen den beiden Metallmengen im allgemeinen so lose, daß sich während der Erhitzung ungestört eine starke Oxydhaut aufbauen kann, so daß in vielen Fällen kein Zusammenschmelzen folgt.
Günstig beim vorliegenden Verfahren ist die Gegenwart von Germanium im aufgeschmolzenen Metall, welches das Lösen des Aluminiums erleichtert. Dieses Germanium kann entweder vor dem Aufschmelzen dem Metall zugesetzt oder während des Aufschmelzens aus dem Germaniumkörper aufgenommen sein.
Die Dauer der Wärmebehandlung ist nicht kritisch und kann durch eine Probe bestimmt werden. Sie ist von der Art der natürlichen Oxydhaut und von der Temperatur abhängig. Da meistens eine größere Anzahl Halbleiteranordnungen gleichzeitig hergestellt wird, wird die Dauer der Erhitzung so lange gewählt, daß bei praktisch sämtlichen Exemplaren Aluminium in Losung gegangen ist. Hierfür sind 10 Minuten vielfach ausreichend. Der einzutauchende Teil kann aus dem Ende eines Aluminiumdrahtes oder einem wenigstens am Ende mit Aluminium bedeckten Draht bestehen.
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3 4
Im allgemeinen hat ein aus Aluminium bestehender, durch Eintauchen gegen die Einwirkung der Umge-
in geschmolzenes Metall eingetauchter Teil die Nei- bung geschützt wird.
gung, infolge der Wirkung der Oberflächenspannung Die Erfindung wird an Hand einiger durch eine
auf der Oberfläche des Metalls zu schwimmen, wel- Zeichnung verdeutlichter Ausführungsbeispiele näher
ches die natürliche Oxydhaut des Aluminiums nicht 5 erläutert.
benetzt. Der Draht wird daher mit einer solchen Länge Fig. 1 bis 3, 6, 8 und 9 zeigen schematisch im
gewählt, daß er schwer genug ist, um die Wirkung der Schnitt verschiedene Stadien des Verfahrens nach der
Oberflächenspannung zu beseitigen. Erfindung;
Zweckmäßig ist ein solcher Draht zwischen 200 Fig. 4, 5 und 7 sind Seitenansichten von Halbleiterund 300 Mikron dick. Wird der Draht zu dünn ge- ίο anordnungen;
wählt, löst sich das Aluminium zwar noch befriedi- Fig. 10 ist eine Seitenansicht eines bei einem sol-
gend, aber er ist schwer zu handhaben. Wird der chen Verfahren verwendbaren Drahtes.
Draht zu stark gewählt, so kann eine größere Menge „ . · ι τ
an Germanium in der zugesetzten Aluminiummenge in ei sp ι e
Lösung gehen, so daß die Geometrie der Halbleiter- 15 In einer Schablone (s. Fig. 1), die aus einem mit
anordnung gestört wird, insbesondere in der Nähe einer Bohrung 2 versehenen Graphitblöckchen 1 be-
des in das aufgeschmolzene Metall getauchten Endes steht, befindet sich ein η-leitender Germaniumkörper 3.
des Aluminiumdrahtes. Auf diesem Körper ruht ein Graphitpfropfen 4 mit
Unter einem Draht einer bestimmten Stärke wird einer Bohrung5, die einen Durchmesser von z.B.
nicht nur ein runder Draht mit diesem bestimmten 20 4 mm haben kann.
Durchmesser, sondern auch ein bandförmiger Draht In diese Bohrung wird ein aus einer Legierung von
verstanden, dessen Breite größer als die Dicke ist. Indium mit 0,5 % Gallium bestehendes Kügelchen 6
Wenn das Aluminium in Form eines homogenen eingeführt. Die Zusammensetzung dieses Kügelchens
Drahtes zugesetzt wird, so ragt nach der Wärmebe- ist an sich nicht kritisch; das Kügelchen muß, und
handlung ein Stück dieses Drahtes aus der Elektrode 25 dies gilt für sämtliche Elektrodenmaterialien, beim
heraus. Da die Legierung, welche das Aluminium mit Schmelzen gut am Germanium haften. Andere brauch-
dem im aufgeschmolzenen Metall gelösten Germanium bare Materialien sind Blei, Zinn und Wismut. Diese
bildet, sehr spröde ist, kann dieses Drahtende leicht Materialien können, wie bereits bemerkt wurde, mit
entfernt werden. Germanium legiert sein. Es ist bekannt, eine solche
Daher läßt sich leicht prüfen, ob das Aluminium 30 Legierung zu benutzen, wenn ein tiefes Eindringen
tatsächlich in die Elektrode aufgenommen ist, denn der Elektrode in den Germaniumkörper verhütet wer-
sonst behält der Draht seine Festigkeit und kann nicht den soll,
abgebrochen werden. Die Schablone wird dann in einen (nicht darge-
Wird das Aluminium in der an sich bekannten Form stellten) Ofen gesetzt und in einer Wasserstoffatmo-
eines mit einem Dotierungsmaterial überzogenen 35 Sphäre lOMinuten lang auf 500° C erhitzt. Dem Was-
Drahtes zugesetzt, der aus einem Kern eines anderen serstoff kann etwas Chlorwasserstoff als Flußmittel
Metalles mit einem Aluminiummantel besteht, so wird zugesetzt werden. Das Kügelchen erhält dabei die
der Kern zweckmäßig derart gewählt, daß er nach der Form der in Fig. 2 dargestellten Elektrode 7.
Wärmebehandlung seine Festigkeit behält und vom Die Schablone wird dann aus dem Ofen herausge-
aufgeschmolzenen Metall benetzt wird, so daß er nicht 40 nommen und ein Stückchen Aluminiumdraht 8 mit
nur zum Eintauchen des Aluminiums, sondern gleich- einer Stärke von 0,2 mm und einer Länge von 1 cm
zeitig als Stromzuleitungsdraht dient. Der Kern kann wird in die noch geschmolzene Elektrode 7 einge-
z. B. aus Nickel bestehen. Auch Molybdän und Wolf- taucht (s. Fig. 3). Darauf wird die Schablone in den
ram sind brauchbar. Ofen zurückgesetzt.
Gegebenenfalls können zwei oder mehr Drähte, 45 Die Wärmekapazität der meistens benutzten Mehrvorzugsweise ein homogener Aluminiumdraht und ein , fachschablonen ist groß genug, um die Elektroden 7 Stromzuführungsdraht gemeinsam in das aufge- nach dem Herausnehmen der Schablonen aus dem schmolzene Metall eingeführt werden. Ofen so lange flüssig zu halten, daß sämtliche Drähte
Es ist bereits bekannt, Aluminium enthaltende eingetaucht werden können. Sollten die Schablonen zu
Elektroden dadurch herzustellen, daß zunächst Alu- 5° schnell abkühlen, so' kann man sie auf eine erhitzte
minium auf einen Halbleiterkörper aufgeschmolzen Unterlage setzen.
und diese Anordnung danach mit einem anderen Me- Nachdem die Schablonen aufs neue etwa 10 Minutall, z. B. Indium, welches mit flüssigem Aluminium ten lang auf 500° C erhitzt worden sind, werden sie nur schwer mischbar ist, Übergossen wurde, wobei das aus dem Ofen herausgenommen, und nach Abkühlung Aluminium teilweise durch das andere Metall ver- 55 werden die Germaniumköorper aus den Schablonen drängt wird. Bei diesem bekannten Verfahren werden entfernt. Der aus der Elektrode 7 emporragende Teil jedoch die Schwierigkeiten, welche durch die Oxyd- des Drahtes 8 läßt sich dann besonders leicht entferschicht auf dem Aluminium in fester Form entstehen, nen (Fig. 4). Zur Herstellung eines Transistors wird nicht berücksichtigt. ein z.B. aus Nickel bestehendes Bändchen9 auf der
Ein wesentlicher Unterschied gegenüber einem wei- 60 als Emitter dienenden Elektrode 7 festgeschmolzen, teren Vorschlag zur Herstellung eines einseitig hoch- Der Germaniumkörper 3 wird mit Hilfe einer dünnen dotierten pn-Überganges für Emitterzonen durch Ein- Indiumschicht 10, welche die Kollektorelektrode billegieren von Aluminium in einen Germaniumein- der, auf einem vergoldeten, aus Molybdän bestehenden kristall besteht darin, daß beim Verfahren nach der Träger 11 festgelötet, und ein Basisanschluß 12 wird vorliegenden Erfindung das Aluminium in das aufge- 65 mit Hilfe von Zinn am Körper befestigt,
schmolzene flüssige aluminiumfreie Metall eingetaucht . .
wird. Nach dem vorerwähnten Vorschlag wird dage- Beispiel II
gen das Aluminium auf das Metall in Form eines Bei dem im nachfolgenden beschriebenen Verfahren Plättchens aufgelegt. Für das Verfahren nach der Er- wird gleichzeitig mit dem Eintauchen des Aluminiumfindung ist es aber wesentlich, daß das Aluminium 70 drahtesS ein Nickeldraht 15 in das aufgeschmolzene
Metall 7 getaucht (s. Fig. 6). Nachdem das Aluminium zum Lösen gebracht ist, bleibt nur der Draht 15 in der Elektrode zurück (Fig. 7). Um eine symmetrische Anordnung des Drahtes zu erleichtern, kann man in der Bohrung 5 des Pfropfens 4 einen Führungspfropfen 16 anbringen, der gleichfalls aus Graphit bestehen kann (s. Fig. 8).
Beispiel III
Auf ähnliche Weise, wie im Beispiel I beschrieben, kann in das aufgeschmolzene Elektrodenmaterial 7 ein Draht 18 eingetaucht werden, der aus einem Kern 19 aus Nickel mit einem Mantel 20 aus Aluminium besteht. Nachdem das Aluminium, so weit es untergetaucht wurde, gelöst ist, kann der aus der Elektrode emporragende Drahtteil für die Stromzuführung benutzt werden, was in Fig. 9 in vergrößertem Maßstab dargestellt ist. Außerdem kann auch ein Nickeldraht 22, der am unteren Ende mit einem Stückchen Aluminiumdraht23 umwickelt ist (s. Fig. 10), in das aufgeschmolzene Elektrodenmaterial getaucht werden.

Claims (6)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung von Halbleiteranordnungen mit einem aus Germanium bestehenden Halbleiterkörper und wenigstens einer aluminiumhaltigen Elektrode, bei dem zunächst aluminiumfreies Metall auf den Halbleiterkörper aufgeschmolzen und diesem Metall darauf Aluminium zugesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in das aufgeschmolzene aluminiumfreie Metall, während es sich im geschmolzenen Zustand befindet, ein aus Aluminium bestehender oder ein Aluminium enthaltender Teil eingetaucht und die Anordnung einer so langen Wärmebehandlung unterworfen wird, daß das Aluminium wenigstens teilweise in Lösung geht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende eines aus Aluminium bestehenden oder Aluminium enthaltenden Drahtes in das geschmolzene Metall eingeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der Draht aus Aluminium besteht, dadurch gekennzeichnet, daß nach Ablauf der Wärmebehandlung der aus der Elektrode hervorragende Teil des Drahtes entfernt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Draht mit einem aus Aluminium bestehenden Mantel und einem Kern verwendet wird, der aus einem Metall besteht, welches während der Wärmebehandlung seine Festigkeit behält.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern aus Nickel besteht.
6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß neben einem aus Aluminium bestehenden Draht noch ein Draht aus einem Metall, das während der Wärmebehandlung seine Festigkeit behält, in das aufgeschmolzene Metall eingeführt wird.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 005 646;
österreichische Patentschrift Nr. 181 629.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
© 109 538/450 3.61
DEN17029A 1958-08-01 1959-07-28 Verfahren zur Herstellung von Halbleiteranordnungen mit aluminiumhaltigen Elektroden Pending DE1103468B (de)

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