DE1154576B

DE1154576B - Verfahren zum Herstellen von Legierungskontakten auf Halbleiterkoerpern

Info

Publication number: DE1154576B
Application number: DEN21137A
Authority: DE
Inventors: Else Kooi; Albert Schmitz
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1961-02-03
Filing date: 1962-01-30
Publication date: 1963-09-19
Also published as: NL260812A; GB984141A; US3230609A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Legierungskontaktes auf einem Halbleiterkörper, bei dem eine Menge eines Legierungsmaterials auf den Halbleiterkörper aufgebracht und unter Anwendung eines im gasförmigen Zustand einwirkenden und in eine Vertiefung der Legierungsform getrennt vom Legierungsmaterial eingebrachten Flußmittels aufgeschmolzen oder auflegiert wird. Solche Legierungskontakte auf Halbleiterkörpern finden unter anderem bei halbleitenden Elektrodensystemen, wie Transistoren und Dioden, Verwendung.

Bei bekannten Verfahren dieser Art wurden verhältnismäßig leicht verdampfbare Flußmittel, wie Ammoniumfluorid oder Zinkchlorid, an der Beruhrungsstelle von Legierungsmaterial und Halbleiterkörper angewendet. Das Flußmittel war z. B. auf einem Kügelchen des Legierungsmaterials oder auf dem Teil der Oberfläche des Halbleiterkörpers angebracht, an dem der Legierungskontakt angebracht werden sollte. Über 500° C verschwinden diese Flußmittel jedoch sehr schnell, entweder infolge des hohen Dampfdruckes eines solchen Mittels selber oder durch Bildung flüchtiger Zersetzungsprodukte, während manchmal eine verhältnismäßig große Menge an Rückstand zurückbleiben kann, die den Kontakt verunreinigt.

Auch wurde Salzsäure als Flußmittel verwendet, indem eine wäßrige Salzsäurelösung getrennt vom Legierungsmaterial angebracht und beim Legierverfahren miterhitzt wurde. Die Salzsäure verflüchtigt sich jedoch schnell, so daß sie bei einer Temperatur von 500° C völlig verschwunden ist und nicht länger als Flußmittel wirksam ist. Die Oberfläche des Halbleiterkörpers und das Legierungsmaterial können jedoch zuvor bereits stark durch Einwirkung des verflüchtigten Dampfes verunreinigt sein.

Das Verfahren nach der Erfindung vermeidet die vorstehend erwähnten Nachteile. Bei dem Verfahren nach der Erfindung enthält das Flußmittel bei einer Legierungstemperatur von mehr als 500° C mindestens ein Alkalihalogenid. Alkalihalogenide sind im allgemeinen bei Temperaturen unterhalb 500° C verhältnismäßig wenig flüchtig und können bei Temperaturen über 500° C allmählich verdampfen; hierbei wird der das Fließen des Legierungsmaterials und das Benetzen der Oberfläche des Halbleiterkörpers fördernde Dampf gleichmäßig mit nicht übermäßig hohem Druck zugeführt. Zweckmäßig enthält das · Flußmittel ein Alkalifluorid oder ein Natriumhalogenid. Für die Praxis sind insbesondere Gemische von Natriumfluorid und Natriumchlorid, ζ. Β. Ge-

von Legierungskontakten

auf Halbleiterkörpern

Anmelder:

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

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

Beanspruchte Priorität:
Niederlande vom 3. Februar 1961 (Nr. 260 812)

Else Kooi und Albert Schmitz, Eindhoven

(Niederlande),
sind als Erfinder genannt worden

mische von 10 bis 50 Gewichtsprozent NaF und im übrigen NaCl, sehr geeignet.

Das Verfahren eignet sich insbesondere zum Auflegieren oder Aufschmelzen von Aluminium oder aluminiumhaltigen Legierungsmaterialien. Bekanntlich wird das Haften dieser Materialien durch Aluminiumoxyd behindert. Bei Verwendung der vorstehend erwähnten bekannten halogenhaltigen Flußmittel kann durch deren starke Einwirkung ein erheblicher Teil des Aluminiums des Legierungsmaterials in flüchtige Halogenide umgewandelt und dadurch der Aluminiumgehalt des Legierungsmaterials nachteilig verringert werden. Beim Verfahren nach der Erfindung nimmt jedoch der Aluminiumgehalt des Legierungskontaktes durch Bildung von Aluminiumhalogeniden nicht störend ab.

Obgleich das Verfahren nach der Erfindung beim Auflegieren auf viele Halbleitermaterialien, ζ. Β. Germanium, Anwendung finden kann, ist es besonders geeignet zum Herstellen von Legierungskontakten auf Siliciumkörpern, insbesondere beim Aufschmelzen oder Auflegieren bei einer Temperatur von mindestens 900° C. Solche hohen Temperaturen finden z. B. beim Anlegieren von Materialien Verwendung, die überwiegend aus Zinn bestehen.

Das Verfahren wird nachstehend an Hand zweier Ausführungsbeispiele und der Zeichnung näher er-

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läutert, in der schematisch im Vertikalschnitt Stufen der Herstellung von Legierungskontakten auf Halbleiterkörpern dargestellt sind.

Fig. 1 zeigt eine Legierform mit einem Halbleiterkörper und einem auf diesem angeordneten Kugelchen eines aufzulegierenden Materials;

Fig. 2 zeigt die gleiche Legierform wie Fig. 1, nachdem sie einer Wärmebehandlung unterworfen wurde;

Fig. 3 zeigt eine andere Form mit einem Halbleiterkörper, auf dem ein ^:- Kügelchen eines Legierungsmaterials angeordnet ist;

Fig. 4 zeigt den gleichen Halbleiterkörper wie Fig. 3 mit einer durch eine Wärmebehandlung auflegierten Elektrode.

Beispiel I

In diesem Beispiel findet eine Legierform 1 Verwendung, die aus einem Graphitkörper 2 und einer Abdeckplatte 3 gleichfalls aus Graphit mit einer Öffnung 4 besteht (s. Fig. 1). Ein Halbleiterkörper 5 z° aus η-leitendem Silicium mit einem spezifischen Widerstand von 2 Ohm-cm wird in einer Aussparung des Graphitkörpers 2 angebracht. In einer napfförmigen Aussparung 6 des Körpers 2 wird eine Menge 7 von etwa 1 mg eines aus einem eutektischen Gemisch von 27,5 Gewichtsteilen Natriumfluorid und 72,5 Gewichtsteilen Natriumchlorid bestehenden Pulvers angebracht. Dann wird die Abdeckplatte 3 auf dem Körper 2 angeordnet, wonach in der Öffnung 4 ein Aluminiumkügelchen 8 auf den Siliciumkörper 5 gelegt wird.

Die so gefüllte Form wird jetzt in ein Quarzglasrohr 9 eingeschoben. Durch dieses Rohr wird ein Wasserstoffstrom hindurchgeführt und das Rohr in einem nicht dargestellten Ofen, z. B. einem Rohrofen, angeordnet. Die Legierform 1 wird dabei auf etwa 750° C erhitzt, wobei das Kügelchen 8 schmilzt. Das Gemisch 7 schmilzt gleichfalls und verdampft langsam. Der erhaltene Dampf wirkt dabei auf das geschmolzene Aluminium und die Oberfläche des Siliciumkörpers 5 ein, wodurch sich eine gute Benetzung der Oberfläche des Suiciumkörpers durch das geschmolzene Aluminium ergibt und das Aluminium in den Siliciumkörper einlegiert. Dabei dringt die geschmolzene Legierung mit einer nahezu ebenen Front ein.

Nach Abkühlung ist ein Legierungskontakt 10 mit einem wenigstens nahezu ebenen p-n-Ubergang 11 erzielt (s. Fig. 2).

Beispiel II

In einer Form 20 aus Graphit wird ein Halbleiterkörper 21 aus η-leitendem Silicium mit einem spezifischen Widerstand von 1 Ohm-cm in einer Aussparung angeordnet (Fig. 3). Auf den Siliciumkörper wird ein Kügelchen 22 aufgeklebt, das aus einer Zinnlegierung mit 0,5 Gewichtsprozent Aluminium besteht.

In einer napfförmigen Aussparung 23 wird eine kleine Menge pulverförmigen Natriumfluorids 24 angebracht. Die so gefüllte Form wird in ein Quarzglasrohr 25 eingeschoben und durch das Rohr ein Strom reinen Wasserstoffs hindurchgeführt. Die Form 20 wird dann mittels eines nicht dargestellten Ofens während 3 Minuten auf 1150° C erhitzt. Dabei schmilzt das Kügelchen, und das Klebemittel, mit dem es auf das Silicium aufgeklebt war, verschwindet. Das Natriumfluorid in der Aussparung 23 verdampft allmählich, und der Dampf wirkt auf die Oberfläche des Siliciumkörpers 21 und auf die geschmolzene Zinn-Aluminium-Legierung des Kügelchens 22 ein, wobei etwaige störende Oxydschichten beseitigt werden und das geschmolzene Material die Oberfläche des Siliciumkörpers gut benetzt. Die Front zwischen der Schmelze und dem festen Material des Halbleiterkörpers dringt allmählich in den Halbleiterkörper ein, wobei sich etwas Silicium in der Schmelze löst. Von der Front her diffundiert Aluminium in das feste Material des Körpers unter Bildung eines flachen p-n-Überganges ein.

Nach dem Abkühlen ist auf dem η-leitenden Siliciumkörper 21 ein gleichrichtender Legierungs-Diffusions-Kontakt 26 gebildet (Fig. 4).

Die gemäß dem Verfahren der vorstehenden Beispiele erhaltenen Legierungskontakte auf Halbleiterkörpern finden bei Halbleiteranordnungen Verwendung. Es kann z. B. auf der Seite des Halbleiterkörpers 5, 21, die derjenigen mit dem gleichrichtenden Legierungskontakt 10 bzw. 26 gegenüberliegt, mittels einer Gold-Antimon- oder einer Gold-Zinn-Antimon-Legierung ein ohmscher Kontakt auf dem n-leitenden Silicium des Körpers angebracht werden, so daß sich eine Diode ergibt.

Ebenso können mit dem Verfahren nach der Erfindung auf einem Halbleiterkörper mehrere Legierungskontakte angebracht werden, und zwar sowohl gleichrichtende Kontakte als auch nicht gleichrichtende Legierungskontakte auf Halbleiterkörpern.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zum Herstellen eines Legierungskontaktes auf einem Halbleiterkörper, bei dem eine Menge eines Legierungsmaterials auf einen Halbleiterkörper aufgebracht und unter Anwendung eines im gasförmigen Zustand einwirkenden und in eine Vertiefung der Legierungsform getrennt vom Legierungsmaterial eingebrachten Flußmittels aufgeschmolzen oder auflegiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Legierungstemperatur von mehr als 500° C das Flußmittel mindestens ein Alkalihalogenid enthält.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Flußmittel ein Alkalifluorid enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Flußmittel ein Natriumhalogenid enthält.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Flußmittel aus Natriumfluorid und Natriumchlorid besteht.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Flußmittel beim Aufschmelzen oder Auflegieren einer Menge eines aluminiumhaltigen Legierungsmaterials Verwendung findet.

6. Verfahren nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Flußmittel beim Aufschmelzen oder Auflegieren eines Legierungsmaterials auf einen Halbleiterkörper aus Silicium Verwendung findet.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Flußmittel beim Aufschmelzen oder Auflegieren bei einer Temperatur von mindestens 900° C Verwendung findet.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Flußmittel beim Aufschmelzen oder Auflegieren einer Menge eines Legierungsmaterials Verwendung findet, das überwiegend aus Zinn besteht.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 1 033 334, 1 041164, 077 942;

Gmelins Handbuch, »Germanium« — Ergänzungsband 1958, 8. Auflage, S. 370, System Nr. 45.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen