DE1110763B - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Halbleiteranordnungen mit legierten, flaechenhaften p-n-UEbergaengen - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Halbleiteranordnungen mit legierten, flächenhaften p-n-Übergängen Die Erflndung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Halbleiteranordnungen mit legierten, flächenhaften p-n-übergängen, also von Richtleitern, Photodioden, Transistoren, und insbesondere Leistungstransistoren mit großen Kontaktflächen.
• Die Herstellung von Emitter- und Kollektorzonen in einem Halbleitergrundkörper wird bei kleinen Halbleiteranordnungen im allgemeinen in der Weise durchgeführt, daß die pillenförmigen Legierungssubstanzen auf den Halbleiterkörper aufgelegt und diese auf eine geeignete Legierungstemperatur erhitzt werden. Beispielsweise kann als Halbleiterkörper Germanium und als Legierungsmaterial 1 ' ndium verwendet werden. Die Legierungstemperatur kann beispielsweise etwa 4001 C betragen. Bei der langsam fortschreitenden Benetzung derGerinaniumoberfläche durch die Indiumpille setzt die Legierungsbildung im Zentrum der Benetzungszone früher ein als an den weiter außen gelegenen Stellen, die erst nach einer gewissen Zeit benetzt werden. Deshalb dringt die Legierungsfront im Zentrum der Benetzungszone wesentlich weiter ein als in den Randgebieten. Es bildet sich also eine konkave Legierungsfront aus, die vor allem deshalb nachteilig ist, weil der Abstand zwischen Ernitter und Kollektor im allgemeinen vom Zentrum aus nach außen hin zunimmt und damit auch die Laufzeit der Ladungsträger vom Kollektor zum Emitter erhebliche Unterschiede aufweist. Bei Transistoren mit verhältnismäßig großen Kontaktflächen ist dies im allgemeinen unerwünscht. Andererseits sind für Leistungstransistoren aber große Kontaktflächen erforderlich.
• Zur Ausbildung einer großen und ebenen Legierungsfront ist schon vorgeschlagen worden, die Legierungspille als Scheibe zu gestalten, die dann bei der entsprechenden Temperatur in den Halbleitergrundkörper einlegiert wird. Aber auch dieses Verfahren weist Mängel auf, weil in der Benetzunas-Räche Verunreinigungen und Gaseinschlüsse zurückbleiben oder sich bilden und so die Kontaktfläche in ihrer Größe bedeutend herabsetzen oder ihre Wirkung ungünstig beeinflussen können. Die Gaseinschlüsse sind im allgemeinen darauf zurückzuführen, daß die Oxyde von Germanium und/oder Indium bei der hohen Legierungstemperatur ganz oder teilweise reduziert werden.
• Ein weiterer Nachteil der genannten Verfahren besteht darin, daß zur Herstellung von Transistoren mindestens zwei getrennte Arbeitsgänge, nämlich erst das Einlegieren einer Kontaktfläche, dann das Einlegieren der anderen Kontaktfläche, ausgeführt werden müssen. Ziel des Verfahrens nach der Erfindung ist die Herstellung von Transistoren, insbesondere Leistungstransistoren, bei denen die Emitter- und Kollektorzone eine gleichmäßige, möglichst parallel zur Oberfläche des Halbleitergrundkörpers verlaufende Schicht bilden. Außerdem soll bei der Vorrichtung nach der Erfindung der Legierungsprozeß in einem Arbeitsgang ausgeführt werden können.
• Ermöglicht wird dies durch 'die Verwendung an sich bekannter Legierungsfonnen, wobei der Halbleiterkörper in oder an einer festen Legierungsform angebracht wird, welche ein oder mehrere Kanäle, Rinnen oder sonstige Führungen zu den Legierungsoberflächenbereichen des Halbleiterkörpers besitzt, die nach Entfernung von Oberflächenverunreinigungen mit Legierungsmaterial, z. B. in Form von Pillen, beschickt werden.
• -Durch die besondere Formgebung der zwei- oder mehrteiligen Graphitform, in die der Halbleiterkörper eingelagert ist, die wenigstens zwei Kanäle aufweist, welche von der oberen Fläche der Graphittorm nach unten führen und in der Höhe-der Legierungsstellen zur Aufnahme des Legierungsi#aterials Mulden bzw. Vertiefungen besitzen, ist es möglich, das Verfahren zur Herstellung von Halbleiteranordnungen so durchzuführen, daß das Legierungsmaterial bei der Legierungstemperatur durch Kippen- der Legierungsforrn aus einer für dessen Aufnahme vorgesehenen Mulde mit dem -Halbleiterkörper in Berührung gebracht wird.
• Dieses Verfahren hat den großen Vorteil, daß durch das Kippen der Legierungsform das Legierungsmaterial plötzlich mit dem Halbleiter in Berührung gebracht wird, so daß die Legierungsbildung an den außen gelegenen Stellen ebenso früh einsetzt wie im Zentrum.
• Weitere Einzelheiten des Verfahrens und der Vorrichtung nach der Erfindung sind in folgenden Ausführungsbeispielen erläutert: In Fig. 1 ist eine Graphitform 1, die an der Oberseite beispielsweise mit einem Rand l' und l" versehen sein kann -, gezeigt. Der Halbleitergrundkörper3 ist zum Teil in eine Aussparung der Graphitform eingelassen. An den Stellen 3' und Y' sollen die Legierungsstoffe in Form von Pillen 4 und 5, welche in Vertiefungen 4' und 5' fixiert sind, einlegiert werden. Die Legierungspillen 4 und 5 können durch Kippen an die gewünschten Stellen gebracht werden. Eine Linksdrehung um etwa 909 bringt Pille 4 an den Oberflächenbereich 3". Eine rückläufige Drehung um etwa 180- bringt die Pille 5 und die Stelle 3'. Für die Pillen können beispielsweise Führungsrinnen 6 vorgesehen sein, welche in der Fig. 1 gestrichelt angedeutet sind.
• In der Fig. 2 ist eine Form dargestellt, die aus den beiden Teilstücken l' und Y' zusammengesetzt ist. Der Zusammenhalt der beiden Stücke l' und l" kann beispielsweise durch Verschrauben oder Verstiften erzielt werden. Für viele Halbleiter ist Graphit ein geeignetes Material für eine solche Form. In der Fig. 2 ist die Verschraubvorrichtung in der Weise gezeigt, daß eine durchgehende Schraubenspindel 9 an ihren Enden je eine Mutter 10 trägt, die die beiden Teilstücke der Form zusammenhalten. Innerhalb der Form ist die Schraubenspindel gestrichelt angedeutet. Der Teil l' der Graphitform besitzt einen Kanal 2, der senkrecht nach unten führt und auf der Höhe der mit dem Kontakt zu versehenden Stelle 3' des Halbleiterkörpers rechtwinklig abbiegt und dort mündet. In der Mulde 5' ist eine Pille gelagert. Ein ähnlicher Kanal 8 ist in dem Teil V' der Graphitform angebracht, der wiederum rechtwinklig abbiegt, und zwar in Richtung der Oberfläche Y' des Halbleiterkörpers 3. Auch hier ist wieder eine Mulde 4' angebracht, in der eine Pille 4, beispielsweise aus Indium, lagert.
• Das Legierungsverfahren zur Herstellung eines Transistors mit Kollektor, Emitter und Basis kann in der Form durchgeführt werden, daß nach Einlegen des Halbleiterkörpers 3, der Legierungspillen 4 und 5 die Graphitform auf bestimmte Temperatur gebracht wird und zur Reinigung der Oberfläche Wasserstoff in die Kanäle 2 und 8 eingeleitet wird. Für dieses Reinigungsverfahren von Germanium und Indium ist eine Temperatur von 600#-" C zweckmäßig. Nach dem Reduktionsprozeß wird dann die Form auf die Legierungstemperatur abgekühlt und die Emitterpille 5 durch Kippen der Form um 90' an die Stelle 3' gebracht. Ist der Legierungsprozeß beendet, so wird die Form um 180' gedreht und in gleicher Weise die Kollektorpille 4 mit der Stelle Y' in Berührung gebracht. Beispielsweise kann als Emitter- und als Kollektorpille Indium verwendet werden. Dann wird zweckmäßig beim ersten Kippen für das Legieren der Kollektorpille eine Temperatur von 500' C und beim zweiten Kippen eine Temperatur von etwa 4701 C angewandt.
• In der Fig. 3 ist in einem Diagramm der Verlauf der Temperatur als Funktion der Zeit dargestellt. Im Zeitpunkt 1 wird die Reduktion ausgeführt, im Punkt 2 wird die Kollektorpille auf dem Halbleitergrundkörper aufgekippt und im Punkt 3 die Emitterpille. Dieses Verfahren kann z. B. so abgewandelt werden, daß (vgl. Fig. 4) nach Ausführung der Reduktion bei 600' C die Temperatur vor dem Aufbringen der Kollektorpille auf 300'C abgesenkt wird. Daraufhin wird die Kollektorpille aufgekippt (t.,) und die Form auf etwa 500' C zur Durchführung des Legierungsprozesses erhitzt (tl"). Es folgt eine weitere Abkühlung auf 300' C. liei dieser Temperatur wird die Emitterpille mit dem vorgesehenen Oberflächenstück des Halbleitergrundkörpers in Berührung gebracht (t.) und dann bei etwa 470- C das Zusammenlegieren vorgenommen.
• Statt der angegebenen zwei Kanäle kann eine beliebige Anzahl von Kanälen je nach der Anzahl der Kontakte vorgesehen sein. An Stelle von Graphit kann auch jedes andere hitzebeständige Material verwendet werden, das die Halbleitereigenschaften nicht ungünstig durch Verunreinigungen beeinflußt. Ebenso können auch andere Halbleiter und Legierungsstoffe verwendet werden.
• Bei dem Verfahren nach der Erfindung entstehen auch bei großen Kontaktflächen ebene Legierungsfronten. Außerdem können sich in der Legierungszone keine Einschlüsse von Gas oder Oxyden festsetzen. Schließlich werden Basis, Kollektor und Emitter in einem Arbeitsgang zusammenlegiert.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Herstellung von Halbleiteranordnungen mit legierten, flächenhaften p-nübergängen, bei dem der Halbleiterkörper in oder an einer festen Legierungsform angebracht wird, welche ein oder mehrere Kanäle oder sonstige Führungen zu den Legierungsoberflächenbereichen des Halbleiterkörpers besitzt, die nach Entfernung von Oberflächenverunreinigungen mit Legierungsmaterial beschickt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Legierungsmaterial bei der Legierungstemperatur durch Kippen der Legierungsform aus einer für dessen Aufnahme vorgesehenen Mulde mit dem Halbleiterkörper in Berührung gebracht wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß oxydische Verunreinigungen durch Reduktion mit Wasserstoff bei etwa 600-- C entfernt werden und dann nach Abkühlung auf etwa 500'C die Kollektorpille und nach weiterer Abkühlung bei etwa 430' C die Emitterpille mit dem Halbleiterkörper in Berührung gebracht wird. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach einer Reduktion mit Wasserstoff bei etwa 6001 C Halbleiterkörper und Legierungsstoff auf etwa 3001 C abgekühlt werden, dann die Kollektorpille mit dem Halbleiterkörper in Berührung gebracht wird, die Form wieder auf 500' C zur Legierungsbildung erhitzt wird, darauffolgend wiederum auf 300' C abgekühlt und dann die Emitterpille aufgebracht und bei etwa 470' C mit dem Halbleiterkörper zusammenlegiert wird. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1. bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch Kippen einer Graphitform um etwa 90' die erste Legierungspille,. durch Rückdrehung um etwa 180' die zweite Legierungspille mit der Oberfläche des Halbleiterkörpers in Berührung und zur Einlegierung gebracht wird. 5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine zwei- oder mehrteilige Graphitform, in der der Halbleiterkörper eingelagert ist, welche mindestens zwei Kanäle aufweist, die von der oberen Fläche der Graphitform nach unten führen und in der Höhe der Legierungsstellen zur Aufnahme des Legierungsmaterials Mulden bzw. Vertiefungen besitzen. In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschriften Nr. 2 629 672, 2 756 483; französische Patentschriften Nr. 1088 286, 103565.