DE1132252B - Verfahren zum Herstellen einer Vielzahl von gleichartigen Halbleiterbauelementen aufstreifenfoermigen Halbleiterkristallen - Google Patents

Verfahren zum Herstellen einer Vielzahl von gleichartigen Halbleiterbauelementen aufstreifenfoermigen Halbleiterkristallen

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DE1132252B
DE1132252B DEW27642A DEW0027642A DE1132252B DE 1132252 B DE1132252 B DE 1132252B DE W27642 A DEW27642 A DE W27642A DE W0027642 A DEW0027642 A DE W0027642A DE 1132252 B DE1132252 B DE 1132252B
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strip
crystal
shaped semiconductor
pills
doping
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DEW27642A
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Harold J John
Allan I Bennett Jun
Richard L Longini
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CBS Corp
Original Assignee
Westinghouse Electric Corp
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Description

DEUTSCHES
PATENTAMT
W27642Vmc/21g
ANMELDETAG: 12. A P R I L 1960
BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 28. JUNI 1962
Es ist bekannt, für die Herstellung von Halbleiterbauelementen, ζ. B. Selengleichrichtern, zur Massenherstellung ein laufendes Band zum Auftragen der Selenschicht vorzusehen. Hierbei kann das Band absatzweise weiterrücken, und während die auf ein Stück des Bandes aufgetragene Selenschicht unter der Presse erkaltet, wird das nächste Stück des Bandes mit der Selenschicht versehen. Die Gleichrichterscheiben werden anschließend aus diesem fortlaufenden Band ausgestanzt oder von ihm abgeschnitten.
In einem anderen bekannten Verfahren zum Herstellen von Trockengleichrichtern wird die Aufgabe gelöst, die Fertigung von kleinen Gleichrichtern, welche zunächst mit ihrem vollständigen Schichtensystem an einer gemeinsamen Trägerplatte aufgebaut und dann durch Zerschneiden dieser Platte selbständig werden, zu vereinfachen. Hierbei werden zunächst die Trockengleichrichter mit gemeinsamer Trägerplatte aufgebaut und durch deren Zerschneiden selbständig gemacht und dann die durch den Schneidvorgang abgetrennten Trockengleichrichter selbsttätig einer sie ordnenden Auffangvorrichtung zugeführt und in dieser zum Zwecke der Weiterbehandlung gehalten oder durch die Auffangvorrichtung an eine besondere Vorrichtung zur Weiterbehandlung weitergeführt.
Ein weiteres bekanntes Verfahren zum Herstellen von Halbleiterbauelementen beruht darauf, daß eine fertig beschichtete Gleichrichterplatte vor dem Zertrennen in kleinflächige Gleichrichterbauelemente elektrisch vorformiert und daß jedes einzelne Gleichrichterbauelement mit seiner Abtrennung von der großen Platte selbsttätig einer Einrichtung zur elektrischen Nachformierung zugeführt wird.
Weiterhin sind Verfahren zum Herstellen von Halbleiterbauelementen bekannt, deren Halbleiterkörper so hergestellt wird, daß ein vorher hergestellter Kristallkeim in eine Schmelze fester Stoffe, z. B. Silizium, Germanium, AmBv- oder A«BVI-Verbindungen, eingetauscht und anschließe'nd langsam aus dieser Schmelze herausgezogen wird. Bei diesen Verfahren wird die Schmelze während des Kristallwachsens auf einer Temperatur wenig oberhalb des Schmelzpunktes des festen Stoffes gehalten.
Die Beschaffenheit und der Aufbau der nach diesen Verfahren gezogenen Kristalle sind nur in verhältnismäßig groben Breiten regelbar. In vielen Fällen entstehen äußere bzw. innere Störungen, z. B. Verlagerungen und andere Strukturfehler in den gezogenen Kristallen. Um solche Kristalle in Halbleiterbauelementen verwenden zu können, ist es notwendig, sie z. B. mit Hilfe einer Diamantsäge in Scheiben zu Verfahren zum Herstellen einer Vielzahl
von gleichartigen Halbleiterbauelementen
auf streifenförmigen Halbleiterkristallen
Anmelder:
Westinghouse Electric Corporation,
East Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)
Vertreter: Dr.-Ing. P. Ohrt, Patentanwalt,
Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 20. April 1959 (Nr. 807 570)
Richard L. Longini, Allan 1. Bennett jun.
und Harold J. John, Pittsburgh, Pa. (V. St. Α.),
sind als Erfinder genannt worden
sägen. Anschließend werden Plättchen von gewünschter Größe aus den Scheiben geschnitten. Die gesägten Oberflächen der Plättchen müssen fein geschliffen oder auf andere Weise mechanisch poliert werden, um Störungen oder auf andere Weise unbefriedigende Schichten an der Oberfläche zu beseitigen.
Diese Verfahrensweise erfordert eine kostspielige Nachbehandlung. Ein Verlust von etwa 90% des ursprünglich gezogenen Kristalls kann entstehen, bis Plättchen- in der gewünschten Form fertiggestellt und zu Halbleiterbauelementen verarbeitet werden können.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer Vielzahl von gleichartigen Halbleiterbauelementen auf streifenförmigen Halbleiterkristallen. Die Erfindung besteht darin, daß ein dentritisch gewachsener, streifenförmiger Halbleiterkristall mit einer Breite und einer Dicke, die den Abmessungen der Halbleiterkörper der Halbleiterbauelemente entspricht, fortlaufend dotiert sowie fortlaufend mit den Kontaktelektroden und Zuleitungen mehrerer Halbleiterbauelemente versehen wird und daß dann
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die Halbleiterbauelemente von dem streifenförmigen HalbJeiterkristall fortlaufend abgetrennt werden.
Zum besseren Verständnis des Wesens der Erfindung wird auf die ins einzelne gehende Beschreibung und auf die Beispiele in den Zeichnungen verwiesen. In diesen Zeichnungen bedeutet
Fig. 1 einen Aufriß, teilweise im Schnitt eines Gerätes zum Kristallziehen;
Fig 2 bis 4 einschließlich sind Seitenansichten im Schnitt von Halbleiterkristallteilen in verschiedenen Stadien des Verfahrens nach der Erfindung;
Fig. 5 bis 7 einschließlich sind Seitenansichten im Schnitt von Halbleiterbauelementen in verschiedenen Stadien des Verfahrens nach der Erfindung;
Fig. 8 ist ein schematisches Bild in Blockform, das ein besonders brauchbares Verfahren zum Herstellen von Halbleiterbauelementen gemäß der Erfindung erläutert;
Fig. 9 bis 11 einschließlich sind Seitenansichten von Halbleiterkristallteilen im Querschnitt in verschiedenen Stadien des Verfahrens nach der Erfindung;
Fig. 12 ist eine Seitenansicht im Schnitt eines Halbleiterbauelementes, das in Übereinstimmung mit dem Verfahren nach der Erfindung hergestellt ist;
Fig. 13 ist eine Seitenansicht im Querschnitt eines Halbleiterkristallteiles, das in Übereinstimmung mit der Erfindung hergestellt ist, und
Fig. 14 ist eine Seitenansicht im Querschnitt eines Halbleiterbauelementes, das in Übereinstimmung mit der Erfindung hergestellt worden ist.
In Übereinstimmung mit der Erfindung und im Zusammenhang mit den vorbeschriebenen Gegenständen wird ein Verfahren zum kontinuierlichen Herstellen von Halbleiteranordnungen angegeben, das umfaßt: Dotierung der Oberfläche eines langgestreckten Streifens aus dendritischem Halbleitermaterial mit einem Dotierungszusatz, der einen bestimmten Leitfähigkeitstyp gibt, Anbringen von ohmschen Kontakten auf der dotierten Oberfläche in vorher bestimmten Zwischenräumen längs des Streifens, Anbringen ohmscher Kontakte auf der entgegengesetzten Fläche des Streifens und Abtrennen des Streifens an den obengenannten vorbestimmten Stellen, um eine Vielzahl von Halbleiterbauelementen zu erhalten.
Der langgestreckte Streifen eines dendritischen halbleitenden Ausgangsmaterials kann in irgendeiner üblichen Weise hergestellt werden. Eine bevorzugte Methode ist von dem Erfinder bereits vorgeschlagen worden und soll kurz an dem in Fig. 1 der Zeichnungen dargestellten Gerät 10 beschrieben werden, das auch bei der Erfindung gebraucht werden kann.
Das Gerät 10 besteht aus einer Grundplatte 12, mit einem Ständer 14 für einen Tiegel 16 aus einem üblichen hochschmelzenden Werkstoff wie Graphit. Er nimmt eine Schmelze des Materials auf, aus dem flache dendritische Kristalle gezogen werden sollen. Das geschmolzene Material 18, beispielsweise dotiertes Germanium, wird im Tiegel 16 durch übliche Heizvorrichtungen in geschmolzenem Zustand gehalten, beispielsweise durch eine am Tiegel angebrachte Induktionsheizspule 20. Nicht gezeigte Steuerungen oder Regelungen wirken auf die Versorgung der Induktionsspule 20 mit Wechselstrom, um in der Schmelze 18 eine in engen Grenzen geregelte Temperatur aufrechtzuerhalten. Die Temperatur soll leicht einstellbar sein, um in der Schmelze eine Temperatur aufrechtzuerhalten, die nur einige Grad über dem Schmelzpunkt liegt, und um auch die Energiezufuhr so drosseln zu können, daß die Temperatur in einigen Sekunden, beispielsweise in 5 bis 15 Sekünden, auf einen Betrag von nur I0C über dem Schmelzpunkt abfällt, und besonders, um die Schmelze um 5 bis 15° C oder mehr unterkühlen zu können. Ein gut aufsitzender Deckel 22 auf dem Tiegel 16 kann vorgesehen sein, um einen niedrigen Temperaturgradienten über der Oberfläche der Schmelze aufrechterhalten zu können. Durch eine Öffnung 24 im Deckel 22 kann ein Kristallkeim 26 eingeführt werden, der bevorzugt eine einzelne Zwillingsebene enthält und kristallographisch orientiert ist. Der Kristall 26 wird an einer Zahnstange 28 durch eine Schraube 30 oder in ähnlicher Weise befestigt. Die Zugstange 28 wird durch einen geeigneten Mechanismus betätigt, der deren Aufwärtsbewegung regelt, im allgemeinen mit einem gewünschten gleichmäßigen Betrag von mehr als 2,5 cm je Minute. Ein Zylinder 32 aus Glas oder anderem brauchbarem Material kann um den Tiegel herum vorgesehen sein mit einem Abschluß 34, der den Zylinder oben abdeckt bis auf eine Öffnung 36, durch die die Zugstange 28 hindurchgeht.
Im Inneren des Zylinders 32 befindet sich ein Schutzgas, das durch ein Rohr 40 eintritt. Falls notwendig, kann ein Rohr 42 vorgesehen sein, um einen Strom von diesem Schutzgas zirkulieren zu lassen.
Je nach dem Kristallmaterial, das in dem Gerät hergestellt werden soll, kann das Schutzgas aus einem Edelgas wie Helium oder Argon, oder aus einem reduzierenden Gas wie Wasserstoff oder aus Mischungen von Wasserstoff und Stickstoff, oder aus Stickstoff oder ähnlichem oder aus Mischungen von zwei oder mehr Gasen bestehen. In einigen Fällen kann der Raum um den Tiegel hoch evakuiert werden, um Kristalle aus Stoffen herzustellen, die frei von irgendwelchen Gasen sind.
Falls das Verfahren auf Halbleiterverbindungen angewendet wird, die eine Komponente mit einem hohen Dampfdruck am Schmelzpunkt haben, kann innerhalb des Zylinders 32 ein gesondert beheiztes Gefäß vorgesehen sein, das diese Komponente enthält. Im Zylinder wird dadurch ein Partialdampfdruck dieser Komponente aufrechterhalten, der verhindert, daß die Schmelze oder der gewachsene Kristall hinsichtlich dieser Komponente verarmt. So kann eine Atmosphäre von Arsen vorgesehen werden, wenn Kristalle aus Galliumarsenid gezogen werden. Der Zylinder 32 kann passend geheizt werden, beispielsweise durch einen elektrisch beheizten darübergestülpten Ofen, um seine Wandungen auf einer Temperatur über der Temperatur des gesondert beheizten Gefäßes mit Arsen zu halten, wodurch Kondensation des Arsens an den Zylinderwänden verhindert wird.
Der dendritische Kristall 26 kann von einer beliebigen Länge sein, abhängig von der Zugstange 28.
So konnten dendritische Kristalle in Längen von 10 bis 75 cm leicht aus der Schmelze gezogen werden. Wie später gezeigt wird, können fortlaufende Längen erzeugt werden. Diese langgestreckten dendritischen Kristalle sind keine Einkristalle. Sie haben ebene Oberflächen mit einer (111)-Orientierung, und diese Oberflächen sind meistens vollkommen eben. Die Dicke kann eingestellt werden von 0,075 bis 0,5 mm. Jedoch können auch Dicken größer oder kleiner als
diese Werte erzeugt werden. Die Breite kann variieren zwischen 0,5 und 5 mm und mehr.
Die dendritischen Kristalle können eigenleitend sein, wenn sie aus einer Schmelze von reinem Halbleitermaterial gezogen werden, oder die Schmelze 18 kann mit p- oder n-Dotierungszusätzen versehen werden. Dann wird ein dotierter Dendrit erhalten.
Die dendritischen Kristalle können zum Herstellen von Halbleiterbauelementen ohne irgendwelches Sägen an Oberflächen, Ätzen, Läppen oder andere Oberflächenbehandlungen gebraucht werden, da die ebenen Oberflächen mit (lll)-Orientierung nahezu vollendet sind. Die Dicke der dendritischen Kristalle kann unbedeutend in flachen Stufen in der Größenordnung von 50 Ängström variieren, wenn die Betriebsbedingungen beim Ziehen sich ändern. Jedoch zeigt der dendritische Kristall Abweichungen von weniger als 0,0025 mm bei einer Länge von 75 cm, wenn gut geregelt wird.
Die Kanten der dendritischen Kristalle haben eine sägezahnarüge Form, doch hat sich ergeben, daß das für Halbleiterbauelemente, die daraus hergestellt wurden, unwichtig ist.
Die dendritischen Kristalle sind biegsam und elastisch, und ein Kristall von 0,18 mm Dicke kann leicht mit einem Radius von 2,5 bis 7,5 cm gebogen werden.
Die dendritischen Kristalle können zum Abtrennen mit einem Diamanten geritzt werden, um brauchbare Längen oder Teile zum Herstellen von Halbleiterbauelementen zu erhalten.
In Fig. 2 ist ein Schnitt eines Teiles des dendritischen Kristalls 26 von Fig. 1 gezeigt. Zur Erläuterung sei angenommen, daß der Dendrit aus Germanum besteht und einen p-Leitfähigkeitstyp hat. Eine Vielzahl von Pillen 44 zur η-Dotierung aus beispielsweise Phosphor, Arsen, Antimon und deren Mischungen und Legierungen werden auf die Oberfläche 46 des Teiles des langgestreckten Kristalls 26 aufgebracht. Die Entfernung zwischen den Pillen 44 hängt primär von der endgültigen Anwendung der Halbleiterbauelemente ab, die hergestellt werden sollen. Wenn der Kristall später in eine Vielzahl von Halbleiterbauelementen geteilt wird, sollten die Pillen 44 zur Erleichterung des Teilens etwa 0,5 mm voneinander entfernt sein. Wenn jedoch gefordert wird, eine Anordnung herzustellen, die aus einer Serie von Halbleiterbauelementen besteht, wie es allgemein in Rechenwerken üblich ist, können die Pillen auf etwa 0,25 mm oder weniger zusammenrücken.
Die Gruppe kommt dann in einen Ofen, die Legierungspillen schmelzen auf dem langgestreckten Kristall, und ein p-n-Übergang bildet sich dabei. Fig. 3 zeigt die Gruppe in diesem Stadium der Herstellung. Sie besteht aus einem Stück des Kristalls 26 mit P-Leitfähigkeit mit dotierenden Pillen 44 mit n-Leittahigkeit, die damit verschmolzen sind, aus Bereichen 43 von rekristallisiertem Germanium und Dotierungsmaterial und einer Reihe von p-n-Übergängen 48 mit dem Kristall 26.
Das Auflegieren der Pillen 44 auf den Kristall 26 wird im Vakuum ausgeführt, beispielsweise in einem Vakuum von angenähert 10 ~2 Torr oder noch besser in einer Schutzgasatmosphäre, beispielsweise in Wasserstoff oder Helium. Die Temperatur, bei der die Aufschmelzung bzw. Auflegierung durchgeführt wird, hängt von den verwendeten Stoffen ab. Wenn der Kristall aus Germanium besteht, so reicht eine Aufschmelztemperatur, wie festgestellt wurde, von 200 bis 600° C aus. Wenn die Kristalle aus Silizium bestehen, so reicht eine Temperatur von 400 bis 1000° C aus, wie nachgewiesen wurde. Wenn der Kristall aus einer A10BV- ocjer A"BVI-Verbindung besteht, reicht eine Temperatur im Bereich 200 bis 1000° C aus. Die Gruppe soll auf beispielsweise 200° C abgekühlt werden, bevor sie aus dem Vakuum oder dem Schutzgas kommt.
ίο Aus Fig. 4 ersieht man, daß Zuleitungskontakte 50, die aus irgendeinem brauchbaren Metall, einer Legierung oder Mischung, beispielsweise Kupfer, Nickel, Aluminium, zinnüberzogenem Stahl, goldbedecktem Nickel u. ä. bestehen, an den Pillen 44 befestigt sind. Die Kontakte 50 können an den Pillen 44 im Aufschmelzofen angebracht werden, wenn die Pillen erweicht sind, oder die Kontakte können auf die Pillen 44 aufgelötet werden, wenn die Gruppe aus dem Ofen genommen ist.
Die Anordnung wird längs Linien 52 durch irgendwelche Mittel geritzt, beispielsweise durch einen Diamanten 53, und in eine Mehrzahl von Halbleiterbauelementen 100 geteilt, wie es in Fig. 5 dargestellt ist.
Das Halbleiterbauelement 100 besteht aus einem Plättchen 126 aus halbleitendem Material, einer Dotierungspille 144, aufgeschmolzen auf die Oberfläche 146 des Plättchens 126, und einem p-n-Übergangl48 zwischen Plättchen 126 und Pille 144. Mit 150 ist der Zuleitungskontakt und mit 154 die zur Oberfläche 146 gegenüberliegende Fläche bezeichnet.
Gemäß Fig. 6 entsteht aus dem Halbleiterbauelement 100 von Fig. 5 eine Halbleiterdiode 101 durch Anbringen eines ohmschen Kontaktes 156 an der Fläche 154 des Plättchens 126. Der ohmsche Kontakt, der aus irgendeinem geeigneten p-Leitung erzeugenden oder sich indifferent verhaltenden Metall oder einer Legierung daraus, beispielsweise Indium, Aluminium oder einer Legierung von 99,9% Gold und 0,10Zo Bor, bestehen kann, kann mit dem Plättchen 126 durch Aufschmelzen oder Löten verbunden sein. Metallische Zuleitungselektroden können auf den ohmschen Kontakt entweder während der eigentlichen Aufschmelzstufe oder in einer folgenden gesonderten Stufe angebracht werden.
Die Diode 101 in Fig. 6 besteht aus einem Plättchen von p-leitendem Germanium 126, einer n-leitenden Dotierungspille 144, die auf die Oberfläche 146 des Plättchens 126 aufgeschmolzen oder auflegiert ist, einem p-n-Übergang 148, einem Zuleitungskontakt 150 und einem p-leitenden oder neutralen ohmschen Kontakt 156. Mit 158 ist die Oberfläche des. ohmschen Kontaktes 156 bezeichnet.
In Fig. 7 ist eine Elektrode 160, die aus Wolfram, Molybdän, Tantal und Legierungen und Kombinationen davon mit anderen passenden Materialien, z. B. nickelüberzogenem Molybdän, besteht, mit der Oberfläche 158 des ohmschen Kontaktes 156 verbunden. Die Verbindung kann dadurch erfolgen, daß der ohmsche Kontakt 156 selbst als Lot benutzt wird. Auch ein anderes, gesondertes Lot kann benutzt werden. Die Elektrode 160 erleichtert das Anbringen von Zuleitungskontakten an der Diode. Die Anordnung 102, wie in Fig. 7 dargestellt, ist nun als halbleitende Diode brauchbar.
Wenn die Anordnung 102 in elektrischen Geräten gebraucht werden soll, in denen große Stabilität und Lebensdauer erforderlich sind, beispielsweise in
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Rechengeräten, so können noch einige zusätzliche In einer anderen Weiterbildung der Erfindung kön-Fertigungsstufen erforderlich sein. Beispielsweise nen Halbleiterbauelemente dadurch hergestellt werkann es nach der Bildung des p-n-Überganges 148 den, daß ein p-n-Übergang innerhalb eines dotierten durch Aufschmelzen der Dotierungspille 144 auf das Kristalls, der aus dem Gerät nach Fig. 1 gezogen Plättchen 126 wünschenswert sein, die Oberfläche 5 wurde, durch Eindiffusion eines zweiten Dotierungs- 146 des Plättchens 126 zu ätzen, um irgendwelche mittels erzeugt wird. Zur weiteren Klarstellung soll Reste von Dotierungsmaterial davon zu entfernen. das Verfahren beschrieben werden für die Herstellung Der Ätzvorgang, der sich anschließt, ist nicht kritisch, einer Germaniumdiode. Ein p-leitender Germanium- und es kann als Ätzbad ein chemisches Bad, beispiels- Kristall oder ein Teil davon, der mit dem Gerät nach weise eine Ätzflüssigkeit aus Flußsäure und Salpeter- io Fig. 1 gezogen wurde, durchläuft zunächst einen säure, denen Essigsäure zugesetzt ist, gebraucht wer- Diffusionsofen. Die Temperatur des Ofens liegt im den. Außerdem kann das Ätzen auch durch elektro- Bereich von 400 bis 900° C. Er enthält eine Atmolytisches Ätzen erzielt werden, beispielsweise mit Sphäre aus einem üblichen Dotierungsmaterial, beieiner Ätzflüssigkeit, die aus flüssigem Natriumhydro- spielsweise eine Arsen-, Antimon- oder Phosphorxyd oder Kaliumhydroxyd oder Flußsäure in absolu- 15 atmosphäre. Der η-leitende Zusatz diffundiert in den tem Äthylalkohol besteht. Der angewandte Ätzstrom p-leitenden Kristall und erzeugt darin einen p-n-Überkann von 10 mA bis ungefähr 5 A geändert werden. gang. Da der η-leitende Zusatz durch alle Seiten des Es dürfte einleuchtend sein, daß Vorsorge getroffen Kristalls eindringen kann, ergeben sich zwei Möglichwerden muß, nicht eine Ätzflüssigkeit anzuwenden, keiten. Der η-leitende Zusatz kann entweder durch die den Kontakt 150 angreift, wenn das Ätzen erst 20 alle vier Seiten in den Kristall eindringen, oder drei nach dem Anbringen dieses Kontaktes erfolgt. Seiten des Kristalls werden abgedeckt, so daß das In Ergänzung zur Ätzung kann die Charakteristik Dotierungsmittel nur durch eine Seite des Kristalls der Anordnung 102 durch Abdeckung der Oberfläche eindringen kann. Praktische Versuche haben gezeigt, am p-n-Übergang verbessert werden. So werden daß bei einem Kristall aus Germanium die besten Er-Leckströme verhindert oder wenigstens wesentlich 25 gebnisse erzielt werden, wenn das Dotierungsmittel verringert. Eine bevorzugte bereits vorgeschlagene durch alle vier Seiten des Kristalls eindringen kann. Abdeckmasse besteht aus Bleioxyd (Pb3O4) oder Der Kristall wird dann geätzt, beispielsweise mit Quecksilberoxyd (HgO) und einem üblichen Harz, einer Mischung von Salpetersäure und Flußsäure, um beispielsweise einem Silikonharz. Der Deckmasse die nicht erwünschten η-leitenden Bereiche zu entaus Pb3O4 oder HgO und Silikonharz können ge- 30 fernen. Wenn der Kristall aus Silizium besteht, wurwisse glasartige Abdeckungen, wie eutektische Mi- den gute Ergebnisse erzielt, wenn drei Seiten des schungen von Arsensulfid und Thalliumsulfid, beige- Kristalls vor dem Eindiffundieren abgedeckt werden, fügt werden, die sich als brauchbar erwiesen haben. Die Abdeckung kann durch Erhitzen in einer den Eine an Luft oxydierende Deckmasse kann ebenfalls Kristall umgebenden Luftatmosphäre bei Temperaangewandt werden. 35 türen zwischen 800° C und 1000° C erreicht werden, Verschiedene Weiterbildungen des Verfahrens ge- so daß an der Oberfläche des Kristalls ein Siliziummäß der Erfindung können durch Abwandlungen bei oxydüberzug entsteht, der für Dotierungsmittel undem oben beschriebenen Verfahren erreicht werden. durchlässig ist. Das Oxyd kann von der Oberfläche Bei einer Abwandlung werden die Dotierungspillen an den Stellen durch Ätzen entfernt werden, beispiels- und der ohmsche Kontakt auf den Kristall aus halb- 40 weise mit Flußsäure, oder durch Abschabung, beileitendem Material in einem einzigen Arbeitsgang spielsweise mit Siliziumoxyd, an denen das Dotieaufgeschmolzen. Der Kristall kann dann in eine Viel- rungsmaterial in den Kristall eindringen soll, zahl von Halbleiterbauelementen zerlegt werden. In Fig. 9 ist ein Teil 300 eines p-leitenden Germa-Es besteht weiterhin die Möglichkeit, gewisse Ab- niumkristalls dargestellt, das auf einer Oberfläche Wandlungen und Abänderungen bei dem Verfahren 45 mit einer η-leitenden Dotierung versehen wurde. Das nach der Erfindung durch den Gebrauch von Auf- Stück 300 besteht aus einem p-leitenden Bereich 302 nahmevorrichtungen zu erreichen. und einem η-leitenden Bereich 304 mit einem
Während bisher das Verfahren beschrieben wurde p-n-Übergang 306.
mit Teilen eines Kristalls, der in dem Gerät nach Ein ohmscher Kontakt 308 aus einem p-leitend Fig. 1 hergestellt wurde, kann bei einer Abwandlung 50 dotierenden oder sich indifferent verhaltenden Metall ein fortlaufender Kristall gezogen werden und die wird dann an dem p-leitenden Bereich 302 durch verschiedenen, bereits beschriebenen Fertigungs- Löten oder Anlegieren angebracht. Ein n-leitender stufen durchlaufen. Beispielsweise kann gemäß der ohmscher Kontakt 310 wird ebenfalls am Bereich 304 Fig. 8 ein fortlaufender Kristall 226 aus einer entweder durch Löten oder Anlegieren angebracht. Schmelze 218 gezogen werden, die sich in einem 55 Das resultierende Teil 301 zeigt Fig. 10. Tiegel 216 in einer Kristallziehapparatur 210 befin- Der η-leitende ohmsche Kontakt 310 und der det. Das Gerät 210 ähnelt der in Fig. 1 gezeigten η-leitende Bereich 304 werden dann geätzt, beispiels-Apparatur 10. Der geeignet dotierte Kristall 226 weise mit einem Bad aus Flußsäure und Salpeterläuft zwischen angetriebenen Zugrollen 220 und 221 säure, und dadurch das Teil 301 in eine Vielzahl von hindurch in einen Ofen 222, in welchem in gewissen 60 Halbleiterbauelementen aufgeteilt. Das daraus her-Abständen Pillen mit dotierenden Legierungen auf ge- vorgehende Teil 303 zeigt Fig. 11. Das Teil 303 wird schmolzen werden. Der legierte Kristall kommt in dann längs der Linien 312 beispielsweise mit einer einen zweiten Ofen 224, in dem ohmsche Kontakt- Diamantsäge oder einem Ritzer geritzt und in eine elektroden und Zuleitungselektroden darauf ange- Vielzahl von Halbleiterbauelementen zerlegt, bracht werden. Die Anordnung kommt dann zu einer 65 In Fig. 12 wird eine Elektrode 312, beispielsweise Reihe von Diamantritzern oder Sägen 228, welche aus Wolfram, Molybdän, Tantal, Nickel und Legieden Kristall in eine Reihe von einzelnen Halbleiter- rungen davon, mit dem ohmschen Kontakt 308 veranordnungen 230 zerlegen. bunden, wie es hier schon beschrieben wurde. Eine
Zuleitung 314 wird an dem ohmschen Kontakt 310 angebracht. Das hiermit entstehende Teil 305 ist eine Halbleiterdiode.
Die Anordnung 305 kann geätzt oder abgedeckt werden, beispielsweise mit einer Mischung von Pb3 O4 und Silikonharz, um ihre elektrischen Eigenschaften zu verbessern.
Die hier beschriebenen Verfahren zur Herstellung einer Diode sind auch zur Herstellung eines Transistors anwendbar. Als Beispiel wird unter Hinweis auf Fig. 13 ein p-leitender Germaniumkristall 402 in dem Gerät nach Fig. 1 hergestellt. N-leitende Emitter-Dotierungspillen 404 und p-leitende oder neutrale ohmsche Kontaktringe 406 werden auf einer Seite des Kristalls 402 angebracht. N-leitende Kollektoren 408 werden an der unteren Fläche angebracht. Das Teil 400 wird durch einen Legierungsofen geschoben und zu einer Einheit verschmolzen. Zuführungen werden entweder im Aufschmelzofen oder nach dem Aufschmelzen angebracht. Der Kristall wird dann angeritzt und in eine Vielzahl von Transistoren aufgeteilt, wie sie in Fig. 14 gezeigt sind. Die Anordnung kann geätzt werden, oder seine Oberflächen können abgedeckt werden, um ihre elektrischen Charakteristiken zu verbessern, so wie es oben beschrieben wurde.
Die folgenden Beispiele erläutern die Lehren dieser Erfindung.
Beispiel I
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In einer Apparatur, ähnlich Fig. 1, wird ein Graphittiegel, der eine gewisse Menge Germanium und 1,5 ■ 10~3 % seines Gewichtes Arsen enthält, durch eine Induktionsspule auf einige Grade über den Schmelzpunkt des Germaniums, z. B. auf eine Temperatur von etwa 9380C, erhitzt, bis die ganze Menge völlig zusammengeschmolzen ist. Ein dendritischer Kristallkeim, der eine einzelne innere Zwillingsebene enthält und der senkrecht in einem Halter festgemacht ist, wird abgesenkt, bis sein unteres Ende die Oberfläche des geschmolzenen Germaniums berührt. Die Berührung mit dem geschmolzenen Germanium wird aufrechterhalten, bis ein kleiner Teil des dendritischen Kristallkeims geschmolzen ist. Danach wird die Temperatur der Schmelze in 5 Sekünden durch Verkleinerung des Stromes in der Spule 20 schnell auf eine Temperatur von 80C unterhalb des Schmelzpunktes des Germaniums, d. h. 928° C, erniedrigt, so daß die Schmelze unterkühlt ist. Nach einer Wartezeit von etwa 10 Sekunden bei dieser Temperatur wird der Germaniumkristallkeim mit einem Betrage von etwa 17,5 cm je Minute aufwärts gezogen.
Zwei dendritische Kristalle befanden sich an dem Keim, und jeder hatte eine Dicke von etwa 0,18 mm und war etwa 2 mm breit. Die gewaschenen dendritischen Kristalle hatten im wesentlichen ebene und von Anfang bis zum Ende weitgehend parallele Oberflächen mit (lll)-Orientierung. Die so gewachsenen dendritischen Germaniumkristalle hatten keine Oberflächenstörungen außer einer Zahl kleiner Stufen mit Höhenunterschieden von etwa 50 Ängström. Sie waren brauchbar für Halbleiterbauelemente und hatten einen spezifischen Widerstand von 2 Ohm · cm.
Beispiel II 6s
Eine Reihe von Indiumpillen wurden mit etwa 1 mm Abstand auf die Oberfläche eines etwa 15 cm langen Streifens des η-leitenden Germaniumkristalls von Beispiel I angebracht. Auf den gegenüberliegenden Flächen wurden Zinnpillen angeordnet, um für jeden p-n-Übergang eine ohmsche Kontaktelektrode zu schaffen.
Das Teil wurde in einen Aufschmelzofen gebracht. Der Ofen wurde auf angenähert 10~3 Torr evakuiert und auf eine Temperatur von angenähert 500° C erhitzt, so daß das Indium schmolz und etwas Germanium löste. Die Anordnung ließ man dann abkühlen, bis das Germanium mit etwas darin gelöstem Indium wieder fest wurde und so einen p-n-Übergang mit dem Germaniumkristall bildete. Gleichzeitig legierte sich das Zinnmetall an der gegenüberliegenden Fläche an und bildete so eine ohmsche Kontaktelektrode. Zuleitungsdrähte aus goldüberzogenem Nickel wurden als zweiter Fertigungsschritt am Indium und am Zinn angebracht und bei 250° C erhitzt. Anschließend an das Anbringen der Zuleitungsdrähte am Indium und Zinn wurde der ganze Streifen für 10 Sekunden in ein chemisches Nachätzbad gebracht, das aus drei Teilen 48 %iger Flußsäure, 1 Teil konzentrierter Salpetersäure und 1 Teil Eisessig bestand. Nach der chemischen Ätzung wurde der Streifen, der eine Vielzahl von Dioden mit Zuleitungsdrähten enthält, in reinem Wasser gut abgespült und in trockener Luft bei 120° C 1 Stunde lang getrocknet.
Nach dem Trocknungsvorgang wurde die Germaniumoberfläche mitten zwischen den Indium-Legierungspillen mit einer Diamantspitze angeritzt. Die Halbleiterdioden wurden dann vom Ende des Streifens her nacheinander abgebrochen. Die Kontaktdrähte der einzelnen Dioden wurden darauf mit den Durchführungsstiften eines handelsüblichen Sockels durch Punktschweißen verbunden, sodann wurde eine Kappe luftdicht über der ganzen Diode angebracht.
Die Erfindung wurde bisher in erster Linie mit dem Stoff Germanium beschrieben. Es ist jedoch einleuchtend, daß ihre Lehren in gleicherweise anwendbar sind auf Silizium und AmBv- und AHß^-Verbindungen.
Weiterhin ist es einleuchtend, daß — wenn auch die Lehren der Erfindung bei der Herstellung von p-n- und p-n-p-Anordnungen beschrieben wurden — die Erfindung auch auf die Herstellung von p-i-n-, p-n-i-p- und n-p-i-n-Anordnungen angewandt werden kann.

Claims (12)

PATENTANSPRÜCHE:
1. Verfahren zum Herstellen einer Vielzahl von gleichartigen Halbleiterbauelementen auf streifenförmigen Halbleiterkristallen, dadurch gekennzeichnet, daß ein dendritisch gewachsener, streifenförmiger Halbleiterkristall mit einer Breite und einer Dicke, die den Abmessungen der Halbleiterkörper der Halbleiterbauelemente entspricht, fortlaufend dotiert sowie fortlaufend mit den Kontaktelektroden und Zuleitungen mehrerer Halbleiterbauelemente versehen wird, und daß dann die Halbleiterbauelemente von dem streifenförmigen Halbleiterkristall fortlaufend abgetrennt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dendritische streifenförmige Halbleiterkristall vor der kontinuierlichen Dotierung aus der Schmelze gezogen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Dotierung der streifen-
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förmige Halbleiterkristall im Ofen an mehreren Stellen mit Fremdstoffpillen versehen wird und dadurch eine dünne Oberflächenschicht des umgekehrten Leitfähigkeitstyps erhalten wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an den Fremdstoffpillen ohmsche Kontaktelektroden angebracht werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf der der dotierten Oberfläche entgegengesetzten Oberfläche des streifenförmigen Halbleiterkristalls Kontaktelektroden aus einem p-Leitung erzeugenden oder sich indifferent verhaltenden Metall oder aus solchen Legierungen angebracht werden.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktelektroden gleichzeitig mit Zuleitungen versehen werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitungen an die Kontaktelektroden in einem besonderen Arbeitsgang angelötet werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fremdstoffpillen auf den gezogenen streifenförmigen Halbleiterkristall aufgeschmolzen oder auflegiert werden und daß, gegebenenfalls gleichzeitig, ohmsche Kontaktelektroden oder diese und Zu-
leitungen durch die gleiche Wärmebehandlung angelötet werden.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche oder Teile der Oberfläche der gezogenen streifenförmigen Halbleiterkristalle vor oder nach dem Aufbringen der Fremdstoffpillen geätzt werden.
10. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dotierung durch Dampfdiffusion vorgenommen wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Dotierung an vorbestimmten Stellen die Diffusionsschicht wieder entfernt wird,
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der von dem streifenförmigen Halbleiterkristall abgetrennten Halbleiterbauelemente mit einer Masse abgedeckt wird, die aus Pb3O4 und/oder HgO mit Silikonharz hergestellt ist.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 1035 783, 1 036 391, 1041598;
schweizerische Patentschrift Nr. 209 915;
USA.-Patentschrift Nr. 2748041;
Phys. Rev., Bd. 116, 1959, Nr. 1, S. 53 bis 61,
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
© 209 617/321 6.62
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