DE1153119B - Method for manufacturing a semiconductor device - Google Patents
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Description
DEUTSCHESGERMAN
PATENTAMTPATENT OFFICE
S 45065 Vfflc/21gS 45065 Vfflc / 21g
BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABE DER AUSLEGESCHRIFT: 22. AUGUST 1963NOTICE THE REGISTRATION AND ISSUE OF EDITORIAL: AUGUST 22, 1963
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung, wie z. B. eines Flächengleichrichters oder -transistors, also einer nichtsteuerbaren oder steuerbaren Halbleiteranordnung durch Einlegieren von frei auf den Halbleiterkörper aufgebrachtem Halbleitermaterial. Durch diesen Einlegierungsprozeß werden im Halbleiterkörper Bereiche geschaffen, die mit einem benachbarten Bereich des Halbleiterkörpers einen Übergang ohmschen Charakters bei verschiedenem Dotierungsgrad der aneinandergrenzenden Bereiche oder bei entgegengesetztem elektrischem Leitungstyp einen pn-übergang bilden.The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, such as B. a surface rectifier or transistor, so a non-controllable or controllable semiconductor device by alloying in semiconductor material freely applied to the semiconductor body. This alloying process creates areas in the semiconductor body which are connected to an adjacent Area of the semiconductor body has a transition of an ohmic character with different degrees of doping the adjacent areas or in the case of opposite electrical conduction types one form pn junction.
Wenn das Elektrodenmaterial für die Erzeugung des Elektrodenkörpers vor dem Legieren der Halbleiteranordnung mit dem Elektrodenmaterial auf den Halbleiterkörper frei aufgelegt wird, können sich Schwierigkeiten ergeben. Beim Schmelzen des Elektrodenmaterials wird dieses durch die Oberflächenspannung bei einer größeren Flächenausdehnung der Elektrode mehr oder weniger zur Form eines Tropfens zusammengezogen. Für das Herstellen großer Elektrodenformen ist daher das Einlegieren mit frei aufgelegtem Elektrodenmaterial nicht geeignet. Andererseits sind jedoch vielfach große Elektroden an Halbleiterkörpern erwünscht, weil sich auf diese Weise größere Leistungen beherrschen lassen. In einem solchen Falle wäre es aber erwünscht, ebenfalls eine Freilegierung durchführen zu können, weil auf diese Weise gewisse Nachteile fortfallen, die sonst an dem legierten Halbleiterkörper in Erscheinung treten können in Form von Gitterbaufehlstellen, die in unerwünschter Weise eine Rekombination der Ladungsträger verschiedener Polarität begünstigen können.When the electrode material for the production of the electrode body before alloying the semiconductor device is freely placed with the electrode material on the semiconductor body, can Difficulties arise. When the electrode material melts, the surface tension causes it with a larger area of the electrode more or less to the shape of a drop drawn together. Alloying is therefore also free for the production of large electrode shapes applied electrode material is not suitable. On the other hand, however, large electrodes are often attached Semiconductor bodies are desirable because greater powers can be mastered in this way. In in such a case, however, it would be desirable to be able to carry out an exposure because of in this way certain disadvantages which otherwise occur in the alloyed semiconductor body are eliminated can in the form of lattice structural defects, which undesirably cause recombination of the charge carriers different polarity can favor.
Es ist bereits bekanntgeworden, für die Legierung eines Halbleiterkörpers durch ein Elektrodenmaterial vorher auf die Fläche, an welcher legiert werden soll, durch Plattierung zunächst eine Metallschicht aus einem Werkstoff aufzubringen, welcher die nachträglich gebildete Sperrschicht nicht beeinflussen kann. Auf diese Metallschicht wird dann der Elektrodenmaterialkörper aufgebracht, so daß er beim Schmelzen frei auseinanderfließen kann, jedoch zufolge der Benetzung mit der aufgebrachten Metallschicht nur über die Fläche, die durch die Form dieser Metallschicht bestimmt ist. Bei einem weiteren Erhitzungsprozeß soll dann eine Diffusion dieses Elektrodenmaterials durch die Metallzwischenschicht in den Halbleiterkörper hinein erfolgen. Hierdurch läßt sich aber offenbar nicht eine so wirksame Einlegierung erreichen, wie es der Fall ist, wenn der Elektrodenmaterialkörper unmittelbar auf die Halbleiterober-Verfahren zur Herstellung einer HalbleiteranordnungIt has already become known for the alloying of a semiconductor body by an electrode material beforehand on the surface to be alloyed, first of all by plating a metal layer to apply a material that cannot influence the subsequently formed barrier layer. The electrode material body is then applied to this metal layer so that it melts can flow apart freely, but only due to the wetting with the applied metal layer over the area that is determined by the shape of this metal layer. In another heating process should then diffusion of this electrode material through the metal intermediate layer into the Semiconductor body made into it. However, this obviously does not allow such an effective alloy achieve, as is the case when the electrode material body directly to the semiconductor top process for the production of a semiconductor device
Anmelder: Siemens-Schuckertwerke Aktiengesellschaft,Applicant: Siemens-Schuckertwerke Aktiengesellschaft,
Berlin und Erlangen, Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50Berlin and Erlangen, Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50
Dipl.-Ph.ys. Dr. rer. nat. Horst Irrnler, Nürnberg, ist als Erfinder genannt wordenDipl.-Ph.ys. Dr. rer. nat. Horst Irrnler, Nuremberg, has been named as the inventor
fläche aufgelegt und für den Legierungsprozeß geschmolzen wird. Außerdem läßt sich durch dieses bekannte Verfahren nur die Form des Elektrodenkörpers an der Berührungsfläche mit der aufplattierten Schicht beherrschen, während es in vielen Fällen von Wichtigkeit sein kann, auch die übrige Form desElektrodenmaterialkörpers aufrechtzuerhalten.surface is placed and melted for the alloying process. In addition, through this well-known Process only the shape of the electrode body at the contact surface with the plated-on one Layer, while in many cases it may be important, dominate the remainder of the shape of the electrode material body maintain.
Es ist ferner vorgeschlagen worden, bei einem Verfahren zur Herstellung eines Flächengleichrichters' oder Flächentransistors, bei dem der Halbleiterkörper mit einem aus einem Dotierungsmetall bestehenden Aktivatorkörper verschmolzen wird, den von dem geschmolzenen Dotierungsmaterial eingenommenen Raum während des Verschmelzens an der von der Oberfläche des Halbleiterkörpers abgewandten Seite durch einen Begrenzungskörper zu begrenzen, der aus einem Material höheren Schmelzpunktes als das Dotierungsmaterial besteht, und durch dessen Formgebung der Verlauf der gleichrichtenden Schicht im Halbleiterkörper bestimmt wird, so daß die entstehende Inversionsschicht etwa das Spiegelbild der auf den Aktivatorkörper wirkenden Fläche des Begrenzungskörpers ist.It has also been proposed that in a method for producing a surface rectifier ' or a planar transistor in which the semiconductor body is coated with a doping metal Activator body is fused, the occupied by the molten doping material Space during the fusing on the side facing away from the surface of the semiconductor body to be limited by a delimitation body made of a material with a higher melting point than the doping material exists, and by its shape the course of the rectifying layer in Semiconductor body is determined, so that the resulting inversion layer is approximately the mirror image of the the activator body acting surface of the delimitation body.
Bei einer solchen Anordnung muß der Begrenzungskörper im Sinne seiner Funktion also ortsfest gehalten sein oder im Verlauf des Prozesses mit Erreichen einer bestimmten Lage an einer Abstützung bzw. an Abstandshaltern gegenüber der Oberfläche des Halbleiterkörpers zur Anlage kommen, so daß er dann von dieser bzw. diesen in seiner ortsfesten Lage eindeutig bestimmt getragen ist.With such an arrangement, the delimitation body must therefore be stationary in terms of its function be held or in the course of the process with reaching a certain position on a support or on spacers against the surface of the semiconductor body come to rest, so that he is then carried by this or these clearly determined in its stationary position.
In Abweichung hiervon betrifft demgegenüber das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung eine Verbesserung eines Legierungsverfahrens von Halbleiter-In contrast to this, the method according to the present invention relates to an improvement an alloying process of semiconductor
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anordnungen unter Benutzung eines auf die Oberfläche des Halbleiterkörpers frei aufgelegten Elektrodenmaterialkörpers mit der Zielsetzung, Elektroden und durch diese bestimmte Übergänge im Halbleiterkörper von großer Flächenausdehnung und eindeutig vorbestimmter Form schaffen zu können.arrangements using an electrode material body freely laid on the surface of the semiconductor body with the aim of creating electrodes and transitions in the semiconductor body that are determined by them to be able to create a large area and a clearly predetermined shape.
Zur Erreichung dieses Zieles wird ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung durch Einlegieren von frei auf den Halbleiterkörper aufgelegtem Elektrodenmaterial durchgeführt, indem erfindungsgemäß für das Aufbringen einer großflächigen Elektrode auf den Halbleiterkörper ein Elektrodenmaterialkörper bestimmter geometrischer Form und ein Hilfskörper in der Randzone dieses Elektrodenmaterialkörpers auf den Halbleiterkörper aufgelegt werden und hierfür der Hilfskörper so ausgewählt wird, daß im geschmolzenen Zustand des Elektrodenmaterials eine so große Adhäsionskraft zwischen diesem Körper und dem geschmolzenen Elektrodenmaterial vorhanden ist, daß die Oberflächenspannung der Schmelze kompensiert und dadurch die geometrische Form des Elektrodenmaterialkörpers aufrechterhalten wird.To achieve this goal, a method for producing a semiconductor device by alloying is disclosed carried out by electrode material freely placed on the semiconductor body by, according to the invention an electrode material body for applying a large-area electrode to the semiconductor body certain geometric shape and an auxiliary body in the edge zone of this electrode material body are placed on the semiconductor body and for this purpose the auxiliary body is selected becomes that in the molten state of the electrode material there is such a large adhesive force therebetween Body and the molten electrode material is present that the surface tension compensated for the melt and thereby maintain the geometric shape of the electrode material body will.
Die Erfindung ist sowohl anwendbar für Elektrodenformen, die nur einen in sich geschlossenen Umfang haben, als auch für solche, bei denen mehrere Ränder vorhanden sind, wie z. B. bei einer Kreisringform. Je nach der in dem einzelnen Fall vorliegenden Flächenausdehnung der Elektrode kann in dem letzteren Falle entweder ebenfalls nur ein Hilfskörper an einem der Ränder benutzt werden, oder es können auch mehrere Hilfskörper angewendet werden, wobei der eine in einer äußeren Randzone des Elektrodenmaterialkörpers aufgelegt wird und der andere dann in einer inneren Randzone. Bei Benutzung mehrerer solcher Hilfskörper ist dann jeweils je eine besondere Anordnung des einzelnen Hilfskörpers nötig. Dieser Vorgang läßt sich vereinfachen, indem mehrere Hilfskörper unmittelbar zu einem mechanischen Ganzen vereinigt werden. Es können z. B. ein äußerer und ein innerer Hilfskörper durch einige Stege zwischen ihnen unmittelbar zu einem einheitlichen Ganzen vereinigt werden, so daß die räumliche Einrichtung dieser Hilfskörper auf den Elektrodenmaterialkörper sehr einfach ist.The invention is applicable both to electrode shapes that have only one self-contained Scope, as well as for those where several There are margins, such as B. with a circular ring shape. Depending on the situation in the individual case In the latter case, the surface area of the electrode can either likewise only be an auxiliary body can be used on one of the edges, or several auxiliary bodies can be used, wherein the one is placed in an outer edge zone of the electrode material body and the others then in an inner peripheral zone. When using several such auxiliary bodies is then each a special arrangement of the individual auxiliary body is necessary. This process can be simplified by several auxiliary bodies are directly combined into a mechanical whole. It can e.g. B. an outer and an inner auxiliary body through some webs between them directly into a unified one Whole are united, so that the spatial arrangement of these auxiliary bodies on the electrode material body is very simple.
Der Elektrodenmaterialkörper mit dem in seiner Randzone bzw. seinen Randzonen aufgelegten Hilfskörper kann zunächst als ein getrennter selbständiger Körper in Form eines mechanischen Ganzen hergestellt und dann auf die Halbleiteroberfläche an der Legierungsstelle aufgelegt werden, bevor die thermische Behandlung der Anordnung für die Legierungsbildung mit dem Halbleitermaterial erfolgt. Es kann auch ein vorbereiteter Elektrodenmaterialkörper in seine ordnungsgemäße Lage auf den Halbleiterkörper gebracht und dann erst der Hilfskörper aufgelegt werden. Bei dem Schmelzen des Elektrodenmaterialkörpers wird dann ebenfalls die Adhäsion zwischen dem flüssig gewordenen Elektrodenmaterialkörper und dem festbleibenden Hilfskörper bzw. Hilfskörpern wirksam, so daß die Form des flüssig gewordenen Elektrodenmaterialkörpers erhalten bleibt.The electrode material body with the auxiliary body placed in its edge zone or its edge zones can initially be produced as a separate independent body in the form of a mechanical whole and then placed on the semiconductor surface at the alloy site before the thermal Treatment of the arrangement for alloy formation with the semiconductor material takes place. It can also a prepared electrode material body in its correct position on the semiconductor body brought and only then the auxiliary body are placed. When the electrode material body melts, the adhesion between the liquid electrode material body and the remaining fixed auxiliary body or auxiliary bodies effective, so that the shape of the liquid electrode material body is maintained.
Handelt es sich um die Erzeugung von Elektroden sehr großer Flächenausdehnung, so kann es zweckmäßig sein, mehrere einander umschließende Körper oder zwischen je zwei Hilfskörpern an der inneren oder äußeren Randzone noch weitere Zwischenkörper als Hilfskörper zu benutzen.If it is a question of generating electrodes with a very large surface area, it can be expedient be several enclosing bodies or between two auxiliary bodies on the inner one or outer edge zone to use further intermediate bodies as auxiliary bodies.
Es kann ferner auch zweckmäßig sein, einen äußeren oder einen inneren Ring in der Randzone des Elektrodenmaterialkörpers zu benutzen und von diesem z. B. radial nach innen oder nach außen sich erstreckende Stege vorzusehen.It can also be useful to have an outer or an inner ring in the edge zone of the To use electrode material body and from this z. B. extending radially inward or outward To provide webs.
Wird der Hilfskörper lose auf den Elektrodenmaterialkörper aufgelegt, so kann es sich für dessen schnelles und einfaches Einrichten gegenüber dem Elektrodenmaterialkörper als zweckmäßig erweisen, beideIf the auxiliary body is placed loosely on the electrode material body, this can be done quickly and easy alignment with respect to the electrode material body prove convenient, both of which
ίο einander in ihren Formen derart anzupassen, daß sie beim Zusammenbringen einen gegenseitigen Formschluß bzw. einen gegenseitigen Eingriff eingehen. So können z. B. für diese Zwecke an dem einen der Körper entsprechende Vorsprünge und an dem anderen entsprechenden Kerben vorgesehen werden.ίο to adapt one another in their forms in such a way that they enter into a mutual form fit or a mutual engagement when bringing them together. So can e.g. B. for these purposes on one of the body corresponding projections and on the other appropriate notches are provided.
Als geeigneter Werkstoff für den Hilfskörper können z. B. Molybdän, Tantal, Wolfram oder Eisen benutzt werden.As a suitable material for the auxiliary body z. B. molybdenum, tantalum, tungsten or iron to be used.
Außerdem ist es bei einem solchen losen Auflegen des Hilfskörpers auf den Eletrodenmaterialkörper zweckmäßig, den Hilfskörper an der Berührungsfläche mit dem Elektrodenmaterialkörper mit einem besonderen Überzug aus einem solchen Werkstoff zu versehen, welcher bei der thermischen Behandlung der Halbleiteranordnung bereits vor dem eigentlichen Elektrodenmaterialkörper schmilzt. Auf diese Weise erfolgt bereits eine sichere gegenseitige Benetzung zwischen dem aufgelegten Hilfskörper und dem eigentlichen Elektrodenmaterialkörper, bevor der letztere schmilzt, so daß der Elektrodenmaterialkörper beim Schmelzen seinerseits nicht unter dem Hilfskörper wegfließen kann.In addition, it is with such a loose placement of the auxiliary body on the electrode material body expediently, the auxiliary body on the contact surface with the electrode material body with a to provide a special coating made of such a material, which in the thermal treatment the semiconductor arrangement already melts before the actual electrode material body. In this way there is already reliable mutual wetting between the auxiliary body placed on it and the actual one Electrode material body before the latter melts, so that the electrode material body at Melting in turn cannot flow away from under the auxiliary body.
Als Material für einen solchen Überzug eignet sich z. B. Zinn. Dieser Überzug kann auch aus mehreren
Schichten hergestellt werden, wenn ein Uberzugwerkstoff zwar einen der beiden Werkstoffe des Elektrodenmaterials
und des Hilfskörpers gut benetzt, jedoch nicht gleichzeitig beide. Es ist z. B. zweckmäßig, wenn
als Werkstoff für den oder die Hilfskörper Molybdän benutzt wird und als Elektrodenmaterial Indium, eine
Schichtenfolge aus Gold, Zinn und einer Zinn-Indium-Legierung als Schichtensystem an dem Hilfskörper
vorzusehen.
Das Verfahren nach der Erfindung ist sowohl anwendbar bei einer Kreisringform der Elektrode als
auch ebensogut bei anderen Flächenumfangsformen für den Elektrodenkörper, wie z. B. einer viereckigen
oder einer elliptischen. Es besteht jeweils nur die Bedingung, daß an den Randzonen des Elektrodenkörpers
ein Körper aufgelegt ist, der durch seine Adhäsion gegenüber dem Elektrodenmaterial für die Erhaltung
der Flächenform desselben im schmelzflüssigen Zustand sorgt und dabei einen von ihm nicht
bedeckten, frei liegenden Flächenteil des Elektrodenmaterialkörpers einschließt. Dabei kann das Schmelzen
des Elektrodenmaterials gut überwacht werden. Auch wird der eigentliche Elektrodenmaterialkörper
durch den Hilfskörper nur ganz gering belastet.
Einige beispielsweise Ausführungen für die Anwendung der Erfindung veranschaulichen die Figuren
der Zeichnung.A suitable material for such a coating is, for. B. Tin. This coating can also be produced from several layers if a coating material wets one of the two materials of the electrode material and the auxiliary body well, but not both at the same time. It is Z. B. expedient if molybdenum is used as the material for the auxiliary body or bodies and indium as the electrode material, a layer sequence of gold, tin and a tin-indium alloy to be provided as a layer system on the auxiliary body.
The method according to the invention is applicable both to a circular ring shape of the electrode and just as well to other surface circumferential shapes for the electrode body, such as, for. B. a square or an elliptical. In each case there is only one condition that a body is placed on the edge zones of the electrode body which, through its adhesion to the electrode material, maintains its surface shape in the molten state and includes an exposed area of the electrode material body that is not covered by it. The melting of the electrode material can be monitored well. The actual electrode material body is also only very slightly stressed by the auxiliary body.
Some exemplary embodiments for the application of the invention illustrate the figures of the drawing.
In den beiden einander entsprechenden Rissen nach den Fig. 1 und 2 der Zeichnung bezeichnen 1 den Halbleiterkörper, 2 den Elektrodenmaterialkörper und 3 den auf diesen aufgelegten Hilfskörper. Wie bereits ausgeführt, kann dieser Hilfskörper entweder bereits vor dem Auflegen des Elektrodenmaterialkörpers 2 auf den Halbleiterkörper mit jenem zuIn the two corresponding cracks according to FIGS. 1 and 2 of the drawing, 1 denotes the Semiconductor body, 2 the electrode material body and 3 the auxiliary body placed thereon. As already executed, this auxiliary body can either already before the application of the electrode material body 2 towards the semiconductor body with that one
einem einheitlichen Ganzen vereinigt worden sein, oder erst auf den lose auf den Halbleiterkörper aufgelegten Elektrodenmaterialkörper ebenfalls lose aufgelegt werden, wobei er für einen gegenseitigen Formschluß mit Vorsprüngen 5 versehen sein kann, mit denen er in entsprechende Vertiefungen an dem Elektrodenmaterialkörper eingesetzt wird. Bei der thermischen Behandlung der Anordnung verhindert der Hilfskörper 3 durch seine Adhäsion mit dem Elektrodenmaterialkörper, daß dessen schmelzendes Material sich merklich durch die Oberflächenspannung nach innen zusammenziehen kann, so daß also praktisch die Berührungsfläche zwischen dem Elektrodenmaterialkörper und dem Halbleiterkörper in der vorbestimmten Form erhalten bleibt.have been combined into a uniform whole, or only loosely placed on the semiconductor body Electrode material body are also placed loosely, where he for a mutual form fit can be provided with projections 5, with which it can be in corresponding recesses on the electrode material body is used. During the thermal treatment of the arrangement, the auxiliary body 3 prevents, through its adhesion to the electrode material body, that its melting material can noticeably contract inwardly due to the surface tension, so that is practical the contact area between the electrode material body and the semiconductor body in the predetermined Shape is retained.
In dem weiteren Ausführungsbeispiel nach den einander entsprechenden Rissen der Fig. 3 und 4 bezeichnet wieder 1 den Halbleiterkörper. Auf diesen ist in diesem Falle ein Elektrodenmaterialkörper 2 von Kreisringform aufgelegt bzw. aufgebracht. Als Hilfskörper sind in diesem Falle zwei Ringe 3 α und 3 b benutzt, von denen der eine an dem inneren Rand und der andere an dem äußeren Rand der Kreisringform des Elektrodenmaterialkörpers angeordnet ist. Beim Schmelzen des Elektrodenmaterialkörpers 2 sorgen also beide Ringe 3 α und 3 b für die Erhaltung der Elektrodenform in der bereits erläuterten Weise. In dem Grundriß nach Fig. 4 sind gleichzeitig noch mit gestrichelten Linien Stege 4 eingetragen, die gegebenenfalls zwischen den beiden Ringen 3 α und 3 b benutzt werden können, damit, wie bereits ausgeführt, die Ringe 3 α und 3 b über die Stege zu einem mechanischen Ganzen vereinigt als solches auf den Elektrodenmaterialkörper aufgelegt bzw. mit diesem vereinigt werden können.In the further exemplary embodiment after the mutually corresponding cracks in FIGS. 3 and 4, 1 again denotes the semiconductor body. In this case, an electrode material body 2 of circular ring shape is placed or applied to this. In this case, two rings 3 α and 3 b are used as auxiliary bodies, one of which is arranged on the inner edge and the other on the outer edge of the circular ring shape of the electrode material body. When the electrode material body 2 melts, both rings 3 α and 3 b ensure that the electrode shape is maintained in the manner already explained. In the plan according to Fig. 4 webs 4 are also entered with dashed lines, which can optionally be used between the two rings 3 α and 3 b so that, as already stated, the rings 3 α and 3 b over the webs to one mechanical whole united as such can be placed on the electrode material body or can be combined with it.
Claims (8)
Schweizerische Patentschrift Nr. 247 861;
»Proc. I.R.E.«, Bd. 40, 1952, S. 1341, 1342.Considered publications:
Swiss Patent No. 247 861;
“Proc. IRE ", Vol. 40, 1952, pp. 1341, 1342.
Deutsches Patent Nr. 975 179.Legacy Patents Considered:
German Patent No. 975 179.
Priority Applications (5)
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