DE1106877B - Verfahren zur Herstellung eines hochdotierten Bereiches in Halbleiterkoerpern durch Auflegieren von Folien aus einer Goldlegierung - Google Patents

Description

Halbleiteranordnungen, wie Gleichrichter, Transistoren, Fotodioden u. dgl., bestehen meistens aus einem im wesentlichen einkristallinen Grundkörper aus Germanium, Silizium oder einer intermetallischen Verbindung von Elementen der III. und V. Gruppe des Periodischen Systems, auf dem Elektroden aufgebracht sind.

Das Aufbringen der Elektroden kann auf verschiedene Art erfolgen, beispielsweise durch Diffusion oder Legierung. Bei dem Legierungsverfahren wird gewöhnlich eine Folie aus dem Dotierungsstoff bzw. eine Folie aus einem den Dotierungsstoff enthaltenden Material auf eine Halbleiterscheibe aufgelegt und durch eine Wärmebehandlung auflegiert. Hierbei bildet sich eine flüssige Legierung, aus der beim nachfolgenden Erstarren in dem zuerst rekristallisierenden Halbleiterstoff ein kleiner Teil des Dotierungsmaterials verbleibt, während die Restschmelze als Eutektikum erstarrt. Es entsteht in dem Halbleiterkörper eine hochdotierte Rekristallisationszone mit einer auflegierten Schicht aus dem Legierungsmaterial, die etwas Halbleitermaterial gelöst enthält.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines hochdotierten Bereiches in einkristallinen Halbleiterkörpern, insbesondere aus Silizium, durch Auflegieren von Folien aus einer Goldlegierung, die das Dotierungsmaterial enthält. Es ist dadurch gekennzeichnet, daß der Goldlegierung außer dem Dotierungsmaterial zur Verbesserung der Benetzungsfähigkeit 0,01 bis 1 Vo Wismut zugesetzt wird, vorzugsweise 0,3 bis 0,4 Vo. Zwecks Herstellung eines η-leitenden Bereiches kann auf den Halbleiterkörper z. B. eine Folie aus einer Gold-Antimon-Wismut-Legierung auflegiert werden, zwecks Herstellung eines p-leitenden. Bereiches z. B. eine Folie aus einer Gold-Bor-Wismut-Legierung.

Es sind bereits Verfahren zum Auflegieren von Metallegierungen auf Halbleiterkörper bekanntgeworden, bei denen die Metallegierung Wismut enthält. Das Wismut dient hierbei im wesentlichen als Legierungsmetall. Zur Förderung der Benetzung wurden bei einem dieser bekannten Verfahren Alkalimetalle zugesetzt. Goldlegierungen mit einem Dotierungsmaterial wurde dagegen zusätzliches Wismut bisher nicht beigegeben.

Weiter ist es auch bereits bekannt, Goldfolien in Halbleiterkörper einzulegieren.

Durch die Zugabe von Wismut wird die Benetzungsfähigkeit von Gold auf den in Frage kommenden Halbleiterstoffen (Silizium, Germanium) erheblich verbessert, wobei der Wismutanteil keine nennenswerte Dotierung des Halbleitermaterials verursacht. Die Verwendung von Gold mit einem Zusatz von Antimon als η-dotierende Substanz ist bereits für die Herstellung von hochdotierten Bereichen bekannt. Der Anti-

Verfahren zur Herstellung

eines hochdotierten Bereiches

in Halbleiterkörpern durch Auflegieren

von Folien aus einer Goldlegierung

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke

Aktienges ellschaft,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dipl.-Phys. Hubert Patalong,

Pretzfeld (Kr. Ebermannstadt),

Dr. phil. nat. Norbert Schink, Erlangen,

und Friedrich Hoffenreich,

Pretzfeld (Kr. Ebermannstadt),

sind als Erfinder genannt worden

monzusatz hat nicht nur die stark η-dotierende Eigenschaft, sondern er ermöglicht erst bei einem Gehalt von etwa 0,5 Vo die Bildung einer gleichmäßigen Legierungsfront in dem Halbleitermaterial. Dieser für die Benetzung notwendige hohe Antimongehalt macht aber eine Gegendotierung durch andere Zusätze praktisch unmöglich. Das Wismut gehört zwar auch zur V. Gruppe des Periodischen Systems der Elemente und hat demzufolge η-dotierende Eigenschaft, aber es ruft wegen seines niedrigen Verteilungskoeffizienten im Silizium nur eine sehr schwache Dotierung hervor, so daß der Goldlegierung beispielsweise durch einen Zusatz von Bor leicht eine p-dotierende Eigenschaft gegeben werden kann.

Das Wismut verleiht in Konzentration von 0,01 bis 1 Vo, vorzugsweise 0,3 bis 0,4 %, dem Gold eine zu-

4-5 mindest gleich gute Benetzungsfähigkeit wie das Antimon, ist aber wegen seiner geringen Dotierungsfähigkeit besser geeignet, da hierdurch die Möglichkeit besteht, sowohl für die Herstellung von n-leitenden als auch von p-leitenden Bereichen Goldfolien zu verwenden. Bei sehr geringen Beimengungen von Wismut wird die Benetzungsfähigkeit zu gering, während Wismutkonzentrationen von mehr als 1 Vo zu einer derart harten Gold-Wismut-Legierung führen, daß diese nicht mehr zu Folien auswalzbar ist.

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Ein wichtiger Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich daraus, daß bei Halbleiteranordnungen mit mehreren hochdotierten Bereichen unterschiedlichen Leitfähigkeitstyps diese allesamt mit einem einzigen Erwärmungsvorgang hergestellt werden können, da die Goldlegierungen mit dem Halbleitermaterial alle bei der gleichen relativ niedrigen Temperatur legieren. Hierdurch wird die Lebensdauer der Minoritätsträger wesentlich geringer als bei der Dotierung in der bisher üblichen Weise herabgesetzt. Außerdem entfällt die unterschiedliche Behandlung der Dotierungsbereiche verschiedenen Leitfähigkeitstyps. So können beispielsweise die Stromanschlüsse auf die n- und p-seitigen Elektroden auf die gleiche Weise aufgebracht werden, wobei die leichte Kontaktierbarkeit der Goldlegierungen noch besonders vorteilhaft in Erscheinung tritt. Auch bei den im Laufe der Herstellung von Halbleiteranordnungen notwendigen Ätzvorgängen sind die auflegierten Goldlegierungen wesentlich besser brauchbar als beispielsweise Aluminiumfolien.

Als Beispiel für die Herstellung eines hochdotierten p-leitenden Bereiches sei folgendes Verfahren genannt:

Ein aus Goldpulver und Borpulver nach einem an anderer Stelle vorgeschlagenen Verfahren erzeugter Preßling wird zusammen mit Wismut zwischen zwei Goldfolien gelegt und mit diesen im Vakuum oder unter Schutzgas zusammengeschmolzen. Danach wird die Goldlegierung ausgewalzt und in entsprechend geformten Stücken auf den Halbleiterkörper auf legiert.

Zur Herstellung η-leitender Bereiche werden Gold, Wismut, Antimon und/oder Arsen in der gewünschten Konzentration gemischt und unter Schutzgas oder im Vakuum zusammengeschmolzen, wobei sich jede gewünschte Dotierungskonzentration erreichen läßt. Danach wird diese Legierung ausgewalzt, und daraus hergestellte Scheiben werden auf die Siliziumscheiben auflegiert.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann zweckmäßig im Zusammenhang mit den in den deutschen Patenten 1015152 und 1046198 geschützten Verfahren sowie im Zusammenhang mit dem in der deutschen Auslegeschrift 1 089 074 beschriebenen Verfahren angewendet werden.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines hochdotierten Bereiches in einkristallinen Halbleiterkörpern, insbesondere aus Silizium, durch Auflegieren von Folien aus einer Goldlegierung, die das Dotierungsmaterial enthält, dadurdi gekennzeichnet, daß der Goldlegierung außer dem Dotierungsmaterial zur Verbesserung der Benetzungsfähigkeit 0,01 bis 1 Vo Wismut zugesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Goldlegierung 0,3 bis 0,4 Vo Wismut zugesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 zur Herstellung eines η-leitenden Bereiches, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Halbleiterkörper eine Folie aus einer Gold-Antimon-Wismut-Legierung auflegiert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 zur Herstellung eines p-leitenden Bereiches, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Halbleiterkörper eine Folie aus einer Gold-Bor-Wismut-Legierung auflegiert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Gold-Bor-Wismut-Folie, die in der Weise hergestellt wird, daß ein aus Goldpulver und Borpulver erzeugter Preßling zusammen mit Wismut zwischen zwei Goldfolien gelegt, mit diesen zusammengeschmolzen und anschließend ausgewalzt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 968125;
österreichische Patentschrift Nr. 177 475;
USA.-Patentschrift Nr. 2 817 609;
»Transistors I« RCA Laboratories, 1956, S. 175.

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