DE1132340B

DE1132340B - Verfahren zur Herstellung von Elektroden-material fuer halbleitende Vorrichtungen

Info

Publication number: DE1132340B
Application number: DEN17439A
Authority: DE
Inventors: Jan Goorissen; Jan Adrianus Manintveld
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1958-10-31
Filing date: 1959-10-27
Publication date: 1962-06-28
Also published as: US3062691A; NL113385C; NL232826A; GB872141A; FR1239648A; CH410193A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Elektrodenmaterial für halbleitende Vorrichtungen, z. B. Transistoren oder Dioden, das ein Grundmaterial und Bor enthält. Unter der Bezeichnung »Grundmaterial« ist im vorliegenden Fall 5 ein Werkstoff zu verstehen, insbesondere ein Metall oder eine Legierung, das beim Aufschmelzen auf einen Körper aus halbleitendem Material, z. B. aus Germanium und/oder Silicium, bei einer geeigneten Temperatur nur einen beschränkten Teil des halbleitenden Materials auflöst und während der anschließenden Abkühlung eine seggregierte Schicht dieses halbleitenden Materials auf dem ursprünglichen Kristallgitter des Körpers gebildet wird. Diese seggregierte Schicht kann inzwischen aktive Verunreinigungen, die ihre Leitfähigkeit und/oder ihren Leitfähigkeitstyp bestimmen, aus dem Grundmaterial aufgenommen haben. Bekannte Grundmaterialien sind z. B. Indium, Blei, Zinn und Wismut, zum Aufschmelzen auf Germanium, und Aluminium oder Gold, zum Aufschmelzen auf Silicium, sowie Legierungen dieser Elemente.

Im vorliegenden Fall hat die seggregierte Schicht dabei eine sehr hohe Konzentration am Akzeptor Bor, so daß sie p-Leitfähigkeit mit einem sehr geringen spezifischen Widerstand hat.

Die Erfindung zielt unter anderem darauf ab, ein solches Elektrodenmaterial auf einfache und zweckmäßige Weise herzustellen.

Nach der Erfindung wird zu diesem Zweck einer Schmelze des Grundmaterials Bor in Form von mindestens einem Borid zugegeben und das Borid in der Schmelze bei Temperaturen von z, B. 1300 bis 1400° C gelöst. Das Borid braucht nicht ausschließlich ein Borid eines einzigen Elementes zu sein, sondern kann auch ein Borid von mehr als einem Element oder einen Mischkristall von zwei oder mehr als zwei Boriden darstellen. Es hat sich dabei gezeigt, daß Boride im allgemeinen leicht mit dem geschmolzenen Grundmaterial legieren.

Unter »Legieren« ist im vorliegenden Fall nicht nur das Bilden einer aus einer einzigen Phase bestehenden Legierung, sondern auch die Bildung einer aus zwei oder mehr als zwei Phasen bestehenden Legierung zu verstehen. Es ist nämlich nicht ausgeschlossen und sogar bei hohen Borkonzentrationen wahrscheinlich, daß ein Teil des hinzugefügten Bors beim Erstarren in einer gesonderten Phase aufgenommen wird.

Es wird noch bemerkt, daß es an sich bekannt ist, daß Aluminiumborid und Titanborid in Aluminiumschmelzen als Kristallisationskeime wirksam sind und Verfahren zur Herstellung von Elektrodenmaterial für halbleitende Vorrichtungen

Anmelder:

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

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

Beanspruchte Priorität: Niederlande vom 31. Oktober 1958 (Nr. 232 826)

Jan Goorissen, Eindhoven, und Jan Adrianus Manintveld, Nimwegen

(Niederlande), sind als Erfinder genannt worden

zu einer Kornfeinung des Aluminiums führen. Abgesehen davon, daß dabei die Herstellung von Elektrodenmaterial für halbleitende Vorrichtungen nicht beabsichtigt wurde, waren die angewendeten Temperaturen der Schmelze zwischen 700 und 800° C, also viel niedriger als z. B. 1300 bis 1400° C. Eine Lösung des Borids wurde dabei nicht beabsichtigt, weil gerade die Boridkörner als Kristallisationskeime benutzt wurden und also in fester Form vorhanden sein sollten. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Elektrodenmaterial für halbleitende Vorrichtungen werden zum Zweck eines besseren Lösungsvorganges von Bor in einer Schmelze eines Grundmaterials Boride bei Temperaturen von z. B. 1300 bis 1400° C in der Schmelze gelöst.

Das Bor wird zweckmäßig in Form von mindestens einem Borid der Elemente von der Atomzahl 23 bis 28 der dritten Reihe des Periodischen Systems, nämlich der Elemente Vanadium, Chrom, Mangan, Eisen, Kobalt oder Nickel zugesetzt. Diese Boride sind leicht löslich in den üblichen Grundmaterialien, insbesondere in Aluminium. Eisenborid (FeB) und Chromborid (CrB₂) haben sich als sehr geeignet erwiesen. Das Bor kann in Form von mindestens einem Borid eines bereits im Grundmaterial vorhandenen Elementes zugegeben werden. Dies hat den Vorteil, daß

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auf diese Weise ausschließlich Bor als neues Element dem Grundmaterial hinzugefügt und kein Element eingeführt wird, das später, bei der Herstellung einer Elektrode, die elektrischen Eigenschaften dieser Elektrode gegebenenfalls beeinträchtigen könnte.

Es hat sich gezeigt, daß die dem Grundmaterial als Borid zugesetzte Menge Bor nicht kritisch ist. Sie kann innerhalb weiter Grenzen gewählt werden. Eine 0,02 Atomprozent an Bor entsprechende Menge in bezug auf die Menge Grundmaterial, was je nach dem gewählten Grundmaterial etwa zwischen 0,001 und 0,01 Gewichtsprozent entsprechen kann, genügt bereits, um die elektrischen Eigenschaften der aus dem Elektrodenmaterial hergestellten Elektroden zu verbessern. In der Praxis wird man aber zweckmäßig eine größere Menge Borid wählen, z. B. 0,1 bis 2,5 Atomprozent oder etwa 0,01 bis 1 Gewichtsprozent an Bor entsprechend in bezug auf die Menge Grundmaterial. Dies schließt nicht aus, daß auch höhere Prozentsätze gut anwendbar sein können, z. B. bis zu 2 Gewichtsprozent an Bor.

Die Erfindung wird an Hand einiger Beispiele näher erläutert.

Beispiel 1

180/0 Bor enthaltendes, im wesentlichen aus FeB bestehendes pulverförmiges Eisenborid in einer Menge von 110 mg wurde in ein einseitig geschlossenes Rohr aus reinem Aluminium mit einem Gewicht von 2 g eingeführt. Das Rohr wurde anschließend an seinem offenen Ende um das Ende eines Wolframstabes herumgeklemmt.

In einen aus Aluminiumoxyd bestehenden Tiegel wurden 48 g reines Aluminium eingeführt, und es wurde in einem aus 70 Volumprozent Stickstoff und 30 Volumprozent Wasserstoff bestehenden Mischgas bis zu einer Temperatur von 1300° C erhitzt.

Anschließend wurde das Rohr am Wolframstab in die Schmelze eingetaucht. Das Aluminiumrohr schmolz, und das Borid legierte mit dem Aluminium.

Der Wolframstab wurde anschließend aus der Schmelze entfernt, und letztere erstarrte bei Abkühlung.

In bezug auf die Gesamtmenge Aluminium betrug die Menge beigegebenes Eisen 0,18 Gewichtsprozent und die Menge beigegebenes Bor 0,04 Gewichtsprozent, was etwa 0,1 Atomprozent Bor entspricht.

Das erhaltene Elektrodenmaterial kann auf übliche Weise in Form einer dünnen Platte ausgewalzt werden, und aus dieser Platte lassen sich Scheiben stanzen zur Herstellung von Elektroden auf Siliciumkörpern durch Auflegieren.

Auf entsprechende Weise wurde ein Elektrodenmaterial dadurch hergestellt, daß 280 mg des Eisenborids bei einer Temperatur von 1400° C einer Schmelze von insgesamt 50 g aus reinem Aluminium zugesetzt wurden, wobei dem Aluminium also etwa 0,1 Gewichtsprozent oder etwa 0,25 Atomprozent Bor zugegeben war.

Beispiel 2

Auf ähnliche Weise wie im Beispiel 1 wurden 170 mg Chromboridpulver mit einem Borgehalt von 29 Gewichtsprozent, welches Pulver im wesentlichen aus CrB₂ bestand, mit 50 g reinem Aluminium bei 1400° C legiert. Der Prozentsatz des dem Aluminium zugegebenen Bors betrug dabei etwa 0,1 Gewichtsprozent oder 0,25 Atomprozent. Das erhaltene Elektrodenmaterial eignet sich zur Herstellung von Elektroden auf Siliciumkörpern durch Auflegieren.

Beispiel 3

Auf ähnliche Weise wie in den vorangehenden Beispielen wurden 120 mg Aluminiumboridpulver von der Formel AlB₁₂ mit 50 g reinem Aluminium bei 1400° C legiert. Der Prozentsatz des dem Aluminium beigegebenen Bors betrug dabei etwa 0,1 Gewichtsprozent oder etwa 0,25 Atomprozent der Gesamtmenge Aluminium. Das erhaltene Elektrodenmaterial enthielt ausschließlich die Elemente Aluminium und Bor und eignet sich zur Herstellung von Elektroden auf Sihciumkörpern durch Auflegieren.

An Stelle der in den Beispielen erwähnten Boride sind dem Aluminium auch andere Boride, z. B. BaB₆, Mg₃B₂, LaB₆, VB₂ und NiB, zugegeben worden.

Obgleich die Beispiele insbesondere das Aluminium als Grundmaterial erwähnen, ist die Erfindung nicht auf dieses Grundmaterial oder auf eines der anderen in der Beschreibung genannten Grundmaterials beschränkt. Weiter braucht das Grundmaterial nicht aus einem einzigen Element zu bestehen, sondern kann auch eine Legierung von mehreren Elementen sein.

Im Rahmen der Erfindung können noch Stoffe, z. B. andere kennzeichnende Verunreinigungen, während oder nach der Beigabe des Bors in das Grundmaterial eingeführt sein.

Ferner können der Schmelze statt eines einzigen Borids auch mehrere Boride beigegeben werden, entweder vom gleichen Element oder von mehr als einem Element. Auch sind gegebenenfalls Mischkristalle von Boriden von zwei oder mehr als zwei Elementen verwendbar.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zur Herstellung von Elektrodenmaterial für halbleitende Vorrichtungen, z. B. Transistoren oder Dioden, das ein Grundmaterial und Bor enthält, dadurch gekennzeichnet, daß einer Schmelze des Grundmaterials Bor in Form von mindestens einem Borid zugegeben und das Borid in der Schmelze bei Temperaturen von z. B. 1300 bis 1400° C gelöst wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bor in Form von mindestens einem der Boride der Elemente von der Atomzahl 23 bis 28 der dritten Reihe des Periodischen Systems, nämlich der Elemente Vanadium, Chrom, Mangan, Eisen, Kobalt oder Nickel, oder in Form von mindestens einem Mischkristall dieser Boride zugegeben wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bor in Form von Eisenborid (FeB) zugegeben wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bor in Form von Chromborid (CrB₂) zugegeben wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bor in Form von mindestens einem Borid eines bereits im Grundmaterial vorhandenen Elementes zugegeben wird.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Grundmaterial mindestens im wesentlichen Aluminium verwendet wird.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich-

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net, daß die Menge Bor, die in Form von Borid körper aus Germanium und/oder Silicium, ge-

der Schmelze des Grundmaterials zugegeben wird, kennzeichnet durch Auflegieren des erhaltenen

höchstens 2 Gewichtsprozent des Grundmaterials Elektrodenmaterials auf diesen Körper.

beträgt.

8. Anwendung des Verfahrens nach einem oder 5 In Betracht gezogene Druckschriften:

mehreren der vorangehenden Ansprüche zur Her- »Zeitschrift für Metallkunde«, 46 (1955), S. 488

stellung einer Elektrode auf einem Halbleiter- bis 490.

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