DE1160192B - Verfahren zur Erzeugung von Schwefel enthaltendem Gold - Google Patents

Description

Halbleiteranordnungen, wie Gleichrichter, Fotodioden, Transistoren, Vierschichtanordnungen u. dgl., bestehen meistens aus einem Halbleiterkörper aus im wesentlichen einkristallinem Halbleitermaterial wie Silicium, Germanium oder intermetallischen Verbindungen der III. und V. Gruppe des Periodischen Systems, der verschiedene Dotierungsbereiche mit unterschiedlichem Leitfähigkeitstyp besitzt und mit Kontaktelektroden versehen ist.

Es sind bereits verschiedene Verfahren zur Herstellung derartiger Halbleiteranordnungen bekanntgeworden. So ist es bereits bekannt, auf Halbleiterkörper von Kreisscheiben- oder Quaderform Folien aus Gold aufzulegen und durch einen Erwärmungsvorgang in die Oberfläche des Halbleiterkörpers einzulegieren. Die Goldfolien enthalten meistens dotierungsbestimmende Zusätze, z. B. die Akzeptoren und Donatoren der III. bzw. V. Gruppe des Periodischen Systems.

Man geht beispielsweise bei Silicium und Germanium so vor, daß der Halbleiterkörper mit der aufgelegten Goldfolie auf eine Temperatur oberhalb der eutektischen Temperatur des Goldes mit dem Halbleitermaterial erwärmt und anschließend verhältnismäßig langsam abgekühlt wird. Hierbei wird eine größere Menge des Halbleitermaterials, als sie der eutektischen Zusammensetzung entspricht, aufgeschmolzen. Beim anschließenden Abkühlen rekristallisiert zunächst ein Teil des aufgeschmolzenen Halbleitermaterials, bis zum Schluß die verbleibende Restsohmelze eutektisch erstarrt. Die so entstandene Rekristallisationszone enthält einen Teil der Legierungszusätze des Goldes und weist demzufolge gegenüber dem unveränderten Grundmaterial des Halbleiterkörpers eine in der Höhe oder im Leitfähigkeitstyp abweichende Dotierung auf. Das auf der Rekristallisationszone aufliegende Gold-Halbleitereutektikum kann als Kontaktelektrode für die umdotierte Zone dienen.

Bei Auflegieren des Goldes treten meistens Benetzungsschwierigkeiten auf, die durch bestimmte dotierende oder nichtdotierende Zusätze vermindert oder beseitigt werden können. So ist es bereits bekanntgeworden (s. USA.-Patentschrift 2 937113), ein Gold, das einen Gehalt von 0,2 bis 5 % Antimon hat, mit einem Spurengehalt von Schwefel zu versehen. Hierdurch können die Legierungseigenschaften des Goldes erheblich verbessert werden.

Es zeigt sich, daß ein gewisser Zusammenhang zwischen der Menge des zugesetzten Schwefels und der Verbesserung der Legierungseigenschaften ■ besteht. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Er-

Verfahren zur Erzeugung von Schwefel
enthaltendem Gold

Anmelder:
Siemens-Schuckertwerke Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,
Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Hans Nagorsen, Streitberg (Kr. Ebermannstadt),

und Dr. phil. nat. Norbert Schink, Erlangen,

sind als Erfinder genannt worden

zeugung von Schwefel enthaltendem Gold, das zur Herstellung von mit auflegierten Kontaktelektroden versehenen Halbleiteranordnungen mit einem im wesentlichen einkristallinen Halbleiterkörper dient, und das gegebenenfalls weitere Legierungszusätze, insbesondere Dotierungsstoffe enthält, durch Zusammenschmelzen von Gold und Schwefel oder einem Sulfid. Es ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß das Gold verflüssigt, dem flüssigen Gold elementarer Schwefel oder ein Sulfid zugegeben und das so behandelte Gold unmittelbar darauf mit einem Abkühlungsgradienten von mehr als 50° C/Sekunde auf eine Temperatur unter 200° C gebracht wird. Es zeigte sich, daß auf diese Weise der größtmögliche Spurengehalt an Schwefel in dem Gold zu erzielen ist. Zweckmäßigerweise werden alle weiteren Legierungszusätze dem Gold vor der Zugabe des Schwefels beigefügt. Vorteilhaft wird das Gold nach dem Schwefelzusatz nicht nur auf eine Temperatur unterhalb seiner Schmelztemperatur, sondern auf Raumtemperatur gebracht.

An Hand von Ausführungsbeispielen soll das Verfahren näher erläutert werden. In den

Fig. 1 und 2 sind zwei Vorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.

In Fig. 1 ist ein zylindrisches Gefäß 2 aus Quarz oder Glas dargestellt, welches mit einem Anschlußstutzen 3 für die Schutzgaszufuhr und mehreren Durchbrechungen zum Manipulieren der innerhalb des Gefäßes befindlichen Geräte versehen ist. In dem

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Gefäß 2 befindet sich ein Tiegel 4, der z. B. aus Quarz oder Graphit bestehen kann und der teilweise mit flüssigem Gold 5 gefüllt ist. Der Tiegel 4 kann beispielsweise durch Strahlung, Induktionserwärmung oder auch Widerstandsbeheizung erwärmt werden. In Fig. 1 ist eine Widerstandsheizung 6 dargestellt, die z. B. aus einer den Tiegel umfassenden Graphitschleife bestehen kann. Durch eine Öffnung 7 in dem Gefäß 2 sind die Stromzuführungen 8 zu der Widerstandsheizung 6 nach außen geführt. Der Tiegel 4 mit der Widerstandsheizung 6 ist gleichzeitig in der Öffnung? mechanisch drehbar gehaltert. Oberhalb des Tiegels 4 befindet sich ein löffelförmiger Manipulator 9, der ebenfalls durch eine Öffnung 10 von außen bedienbar ist und eine Pille 11 enthält. Die Pille 11 kann z. B. aus einem Preßkörper aus Gold und Schwefel bestehen oder aus z. B. Antimon-, Bleioder Thalliumsulfid. Unterhalb des Tiegels 4 ist ein dickwandiges Gefäß 12 aufgestellt, das zur Aufnahme des flüssigen Goldes dient und das durch einen Kühlblock 13, der z. B. an eine Flüssigkeitskühlung 14 angeschlossen sein kann, zusätzlich gekühlt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit der beschriebenen Vorrichtung in folgender Weise durchgeführt werden: Durch Beheizung des Tiegels 4 wird das darin befindliche Gold verflüssigt. Anschließend wird mit Hilfe des Manipulators 9 die Pille 11 in den Tiegel geworfen. Unmittelbar darauf wird der Tiegel 4 in seiner Halterung gedreht, so daß das flüssige Gold 5 in das darunter aufgestellte Gefäß 12 fließt, worin es praktisch sofort erstarrt. Durch eine zusätzliche Kühlung mit Hilfe des KiMblockes 13 können Abkühlungsgradienten größer als 50° C je Sekunde bis zu einer Temperatur unter 200° C erreicht werden.

Mit Hilfe des Anschlußstutzens 3 ist das Gefäß 2 ständig an einen Behälter angeschlossen, der als Schutzgas z. B. Argon, Helium oder Kohlenmonoxyd enthält. Wenn das Schutzgas unter einem gewissen Überdruck steht, spielen Undichtheiten an den Öffnungen des Gefäßes 2 bzw. an den Aufsetzflächen keine Rolle, da nur Schutzgas aus-, aber keine Luft zuströmen kann.

Zweckmäßigerweise werden weitere Legierungszusätze zu dem Gold, wie Bor, Antimon, Arsen oder Wismut vor dem Schwefelzusatz dem Gold beigegeben. Dies kann in einer Vorlegierung vor dem Einbringen in das Gefäß 2 geschehen. Es können aber auch weitere Vorrichtungen in der Art des Manipulators 9 vorgesehen werden, mit deren Hilfe zunächst die anderen Legierungzusätze und zum Schluß der Schwefel zugesetzt wird.

Fig. 2 zeigt eine ähnliche Vorrichtung. Gleiche Teile wurden mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Der Unterschied besteht darin, daß im oberen Teil des Gefäßes 2 eine weitere Öffnung 20 vorgesehen ist, aus der ständig das Schutzgas ins Freie entweicht. Mit dieser Vorrichtung muß also ständig unter Überdruck des Schutzgases gearbeitet werden. Der Vorteil liegt darin, daß Vorrichtungen in der Art des Manipulators 9 entfallen können, weil man die Legierungszusätze zu dem Gold direkt von außen in den Tiegel 4 einwerfen kann.

Zweckmäßigerweise besitzt die Pille 11 eine Umhüllung aus Gold. Der Schwefel bzw. das Sulfid kann z. B. in eine Goldfolie eingewickelt werden. Dies hat den Vorteil, daß die Pille einschließlich Umhüllung schwer wird und deshalb beim Einwerfen in das flüssige Gold untertaucht. Bei der geringen Menge der verwendeten Materialien hat dies den weiteren Vorteil, daß die Pille leichter zu handhaben ist.

Als Beispiel seien genannt: 20 g flüssiges Gold, 25 mg Bleisulfid eingewickelt in eine Goldfolie von etwa 1 g Gewicht. Vorteilhaft wird das aus Goldfolie und Bleisulfid bestehende Paket vorher zusammengepreßt. Die Temperatur des flüssigen Goldes wird so niedrig wie möglich bemessen, d. h., eben gerade so hoch, daß die Pille 11 einschließlich Umhüllung aufgeschmolzen wird. Eine Temperatur von 1150° C hat sich hierbei als zweckmäßig erwiesen.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zur Erzeugung von Schwefel enthaltendem Gold, das zur Herstellung von mit auflegierten Kontaktelektroden versehenen Halbleiteranordnungen mit einem im wesentlichen einkristallinen Halbleiterkörper dient und das gegegebenenfalls weitere Legierungssätze, insbesondere Dotierungsstoffe enthält, durch Zusammenschmelzen von Gold und Schwefel oder einem Sulfid, dadurch gekennzeichnet, daß das Gold verflüssigt, dem flüssigen Gold elementarer Schwefel oder ein Sulfid zugegeben und das so behandelte Gold unmittelbar darauf mit einem Abkühlungsgradienten von mehr als 50° C je Sekunde auf eine Temperatur unter 200° C gebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle weiteren Legierungszusätze dem Gold vor der Zugabe des Schwefels zugesetzt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Schutzgas Argon verwendet wird, das unter Überdruck gehalten wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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