DE1112585B - Verfahren zum Herstellen von Halbleiteranordnungen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

N16104Vmc/21g

ANMELDETAG: 10. J A N U A R 1959

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABEDER AUSLEGESCHRIFT: 10. AUGUST 1961

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Halbleiteranordnungen, beispielsweise Transistoren oder Kristalldioden, bei dem auf einen Halbleiterkörper mindestens zwei Elektroden aufgeschmolzen werden, von denen mindestens eine einen dotierenden Stoff wie Akzeptoren und Donatoren enthält.

Normalerweise besitzen diese Anordnungen Elektroden mit ungleichen elektrischen Eigenschaften. Die Zusammensetzung des Elektrodenmaterials wird entsprechend gewählt, und je zwei oder mehr Körper unterschiedlicher Zusammensetzung werden an dem Halbleiterkörper angebracht und aufgeschmolzen.

Wenn die Elektroden sehr nahe beieinander auf einer Seite des Halbleiterkörpers angebracht werden, besteht die Gefahr, insbesondere wenn eine dieser Elektroden einen Aktivator enthält, der schnell diffundiert oder sich leicht über die Oberfläche des Körpers verbreitet, daß diese Elektrode mindestens eine andere verschmutzt.

Eine weitere Schwierigkeit ist die, daß diese Körper, die häufig in Form von Kügelchen mit einem Durchmesser von weniger als 1 mm gestaltet sind, leicht miteinander vertauscht werden können. Dies gilt vor allem dann, wenn die Elektrodenkörper in einer Lehre aufgeschmolzen werden, in der nebeneinanderliegende Füllöffnungen für die aufzuschmelzenden Elektrodenkörper vorgesehen sind.

Bei dem Verfahren nach der Erfindung braucht ein Aktivator, der die Neigung hat, andere Elektroden zu verschmutzen, nunmehr nicht alle mit der Herstellung verbundenen Wärmebehandlungen zu durchlaufen.

Gemäß der Erfindung werden auf einen Halbleiterkörper zunächst mindestens zwei untereinander gleiche Elektroden aufgeschmolzen, und dann wird mindestens einer, jedoch nicht jeder, dieser Elektroden ein Dotierungsmaterial zugesetzt, und anschließend werden die Elektroden in einer weiteren Wärmebehandlung einlegiert.

Die untereinander gleichen Elektroden können bei verhältnismäßig niedriger Temperatur aufgeschmolzen werden, während die Wärmebehandlung nach dem Zusatz eines Dotierungsmaterials bei höherer Temperatur erfolgt.

Man kann jedoch auch umgekehrt verfahren und die untereinander gleichen Elektroden durch Aufschmelzen bei einer Temperatur herstellen, die höher als diejenige ist, bei der die Wärmebehandlung nach dem Zusatz des Dotierungsmaterials durchgeführt wird.

Dieses letztere Verfahren ist insbesondere dann, vorzuziehen, wenn das zuzusetzende Dotierungs-Verfahren zum Herstellen
von Halbleiteranordnungen

Anmelder:

N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken,
Eindhoven (Niederlande)

Vertreter: Dr. rer. nat. P. Roßbach, Patentanwalt,
Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Beanspruchte Priorität:
Niederlande vom 14. Januar 1958

Pieter Johannes Wilhelmus Jochems,

Eindhoven (Niederlande),
ist als Erfinder genannt worden

material die Neigung hat, sich bis außerhalb der Elektrode auszubreiten. Dies ist z. B. der Fall bei Dotierungsmaterialien, die einen hohen Dampfdruck besitzen, wie Arsen und Antimon, oder bei Dotierungsmaterialen, die sich leicht über eine Halbleiteroberfläche verbreiten, wie Gallium. Selbstverständlich hängt die Gefahr gegenseitiger Verschmutzung auch vom Abstand der Elektroden voneinander ab.

Weitere Einzelheiten des Verfahrens nach der Erfindung werden bei der Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele mit Hufe einer Zeichnung erläutert.

Fig. 1, 2 und 3 zeigen schematisch die beiden wichtigsten Teile einer Lehre und vier Halbleiterkörper in der Perspektive;

Fig. 4 stellt die zusammengesetzte Lehre dar;

Fig. 5 zeigt die Anbringung eines Dotierungsmaterials;

Fig. 6 bis 9 zeigen gleichfalls schematisch Schnitte durch eine Halbleiteranordnung in den verschiedenen Stufen der Herstellung;

Fig. 10 ist ein Schnitt durch einen nach dem Verfahren nach der Erfindung hergestellten Transistor.

Die Elektrodenkörper können mit HiKe einer Lehre, deren zwei wichtigste Teile in den Fig. 1 und 3 dargestellt sind, aufgeschmolzen werden. Diese Lehre enthält eine Abdeckplatte 1 mit einer Dicke, die etwa gleich dem Durchmesser der aufzuschmelzenden Elektrodenkörper ist. Diese Deckplatte kann aus Glimmer mit einer Dicke von 100 Mikron bestehen. In die Deckplatte sind acht Öffnungen 2 gebohrt, die

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in vier Paaren im Abstand von etwa 100 Mikron voneinander angeordnet sind. Die Lehre enthält weiter einen Stützblock 3 (Fig. 3), der aus Graphit hergestellt sein kann und in dem vier Nuten 4 für ebenso viele Halbleiterkörper 5 (Fig. 2) ausgeschliffen sind.

Die gleiche Lehre ist in Fig. 4 in geschlossenem Zustand dargestellt. Die Abdeckplatte 1 und der Stützblock 3 werden dabei durch einige nicht dargestellte Klemmen aufeinandergedrückt.

Auf die Deckplatte werden jetzt eine Anzahl Elektrodenkörper 6 gestreut, die vorzugsweise in Form von Kügelchen gestaltet und so bemessen sind, daß jede Öffnung 2 von einem Kügelchen 6 ausgefüllt wird. Nachdem der etwaige Überschuß an Kügelchen entfernt worden ist, wird das Ganze bei einer Temperatur getempert, die genügt, um die Elektrodenkörper an die Halbleiterkörper 5 anzuschmelzen, so daß Elektroden? entstehen.

Die Deckplatte 1 kann jetzt entfernt werden, wie Fig. 5 zeigt. Dann wird eine Elektrode 7 jedes Paares ao mit einem Aktivator versehen, der beispielsweise als feines Pulver in einem Bindemittel dispergiert mittels eines Pinsels 8 auf diese Körper aufgebracht wird. Dann wird der Stützblock 5 mit seinem Inhalt erneut in einen Ofen gebracht, wodurch der Aktivator völlig von den mit ihm überzogenen Elektroden aufgenommen wird. Wenn die Temperatur, bei der diese zweite Wärmebehandlung durchgeführt wird, höher als die Temperatur ist, bei der die erste Wärmebehandlung stattfand, wird nunmehr das Elektrodenmaterial bis zu einer größeren Tiefe in die Halbleiterkörper einlegiert. Wie erwähnt, ist es jedoch möglich, die zweite Behandlung auch bei einer niedrigeren Temperatur durchzuführen.

Die unterschiedlichen Stufen, die die Halbleiter-Ordnung bei diesem Herstellungsverfahren durchläuft, sind in den Fig. 6 bis 9 in vergrößertem Maßstab dargestellt. Zunächst befinden sich die Elektrodenkörper 6 frei auf dem Halbleiterkörper 5 (Fig. 6); nach der ersten Erhitzung sind sie oberflächlich festgeschmolzen und bilden die Elektroden 7 (Fig. 7), dann ist eine der beiden Elektroden mit einem Aktivator 9 versehen (Fig. 8), und schließlich, nach der zweiten Erhitzung, sind die beiden Elektroden weiter in den Halbleiterkörper 5 eingedrungen, während der Aktivator 9 mit dem Elektrodenmaterial verschmolzen ist und die Elektrode 10 gebildet hat, deren Eigenschaften sich von denjenigen der Elektrode 7 unterscheiden (Fig. 9).

Die Elektrodenkörper und Halbleiterkörper können auch eine andere Form haben, und ebenso können auch eine andere Anzahl von Elektrodenkörpern aufgeschmolzen oder andere Lehren verwendet werden.

Es läßt sich beispielsweise ein Transistor dadurch herstellen, daß auf eine Seite eines dünnen Halbleiterkörpers 15 (Fig. 10) zwei Elektroden in der vorstehend erwähnten Weise aufgeschmolzen werden. Eine dieser Elektroden ist gleichrichtend. Auf der anderen Seite des Körpers 15 ist gleichfalls eine gleichrichtende Elektrode 16 angebracht.

Nachstehend werden zwei weitere Beispiele gegeben.

I. Auf einen Germaniumkörper werden Elektrodenkörper aus Wismuth aufgebracht und bei 600° C in Wasserstoff aufgeschmolzen. Auf einer dieser Elektroden wird eine Dispersion von 40 g Aluminiumpulver in einer Lösung von 20 g Metacrylat in g Xylol angebracht. Die Aluminiummenge ist nicht kritisch. Es wird so wenig von der Dispersion aufgebracht, daß sie nicht außerhalb der Elektrode, auf die sie aufgebracht wurde, ausfließt. Eine zweite Erhitzung wird jetzt bei 750° C gleichfalls in Wasserstoff durchgeführt, wobei das Dispersionsmittel verschwindet und das Aluminium mit der Elektrode verschmilzt, die infolgedessen dotierend wird. Diese letzteren Elektroden sind somit gleichrichtend auf η-Germanium ohmsch p-Germanium. Bevor das Aluminium zugesetzt wurde, bildeten die aus Wismuth bestehenden Elektroden ohmsche Kontakte auf η-Germanium und schwach gleichrichtende auf p-Germanium.

II. Die Verhältnisse liegen umgekehrt, wenn auf Germaniumkörper eine Anzahl Elektrodenkörper aufgeschmolzen werden, die aus Indium bestehen. Das Erhitzen erfolgt wiederum in Wasserstoff bei 500° C. Mindestens einer der Elektroden wird eine Dispersion von Antimonpulver im gleichen Bindemittel zugesetzt, wonach ein zweites Erhitzen, gleichfalls in Wasserstoff, bei 450° C erfolgt. Die Gefahr einer unerwünschten Verschmutzung der Elektrode, die kein Antimon enthalten darf, ist somit stark verringert.

Claims (4)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zum Herstellen von Halbleiteranordnungen, bei dem auf einen Halbleiterkörper mindestens zwei Elektroden aufgeschmolzen werden, von denen mindestens eine dotierendes Material enthält, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst mindestens zwei untereinander gleiche Elektroden auf den Halbleiterkörper aufgeschmolzen werden und dann mindestens einer, jedoch nicht jeder, dieser Elektroden ein Dotierungsmaterial zugesetzt wird und anschließend die Elektroden in einer weiteren Wärmebehandlung einlegiert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Aufschmelzen der Elektroden bei einer Temperatur erfolgt, die niedriger ist als die Temperatur, bei der die Wärmebehandlung nach dem Zusatz eines Dotierungsmaterials durchgeführt wird.

3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Dotierungsmaterial in Form einer Dispersion in einem Bindemittel zugesetzt wird.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Halbleiterkörper in eine Lehre gebracht wird, die nebeneinanderhegende Füllöffnungen besitzt, welche mit untereinander gleichen Elektrodenkörpern gefüllt werden, und daß nach dem Aufschmelzen dieser Elektrodenkörper mindestens einer der gebildeten Elektroden ein Dotierungsmaterial zugesetzt und dann die zweite Wärmebehandlung durchgeführt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 743 093, 961 913;
französische Patentschrift Nr. 1 088 286;
schweizerische Patentschrift Nr. 319 753;
»I.R.E.-Transactions on Electron Devices«, 1958, S. 2.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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