DE1167452B - Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Anschlusses an einer Halbleiterscheibe - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Anschlusses an einer Halbleiterscheibe

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DE1167452B DER33739A DER0033739A DE1167452B DE 1167452 B DE1167452 B DE 1167452B DE R33739 A DER33739 A DE R33739A DE R0033739 A DER0033739 A DE R0033739A DE 1167452 B DE1167452 B DE 1167452B
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Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Internat. Kl.: HOIl
Deutsche KL: 21g-11/02
Nummer: 1 167 452
Aktenzeichen: R 33739 VIII c / 21 j
Anmeldetag: 23. Oktober 1962
Auslegetag: 9. April 1964
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Anschlusses an einer kristallinen Halbleiterscheibe durch Herstellen von Ausnehmungen in der Halbleiterscheibe mit HiKe eines Elektronenstrahls.
Bei der Herstellung von Halbleiteranordnungen müssen häufig kleine elektrische Anschlüsse oder Kontakte an kristallischen Halbleiterscheiben angebracht werden. Die bekannten Kontaktierungsverfahren sind jedoch ziemlich umständlich, zeitraubend und teuer und liefern einen hohen Prozentsatz Ausschuß.
Durch die Erfindung soll daher ein Kontaktierungsverfahren angegeben werden, das diese Nachteile vermeidet und ein schnelles und einfaches Herstellen von Halbleiteranordnungen ermöglicht.
Bei dem Verfahren nach der Erfindung zur Herstellung eines elektrischen Anschlusses oder Kontaktes an einer Halbleiterscheibe werden die folgenden Verfahrensschritte durchgeführt: die Scheibe wird auf eine Metallplatte gelegt, anschließend wird mittels eines Elektronenstrahles eine Bohrung hergestellt, die durch die Scheibe und ein Stück in die Platte reicht. Dabei wird ein Teil der Platte unmittelbar unterhalb des Elektronenstrahls geschmolzen, und das geschmolzene Material steigt in der Bohrung auf. Die Schmelze wird dann innerhalb der Bohrung der Scheibe abgekühlt und zum Erstarren gebracht. Der Durchmesser der Bohrung soll vorzugsweise 76 μπι nicht übersteigen und auch nicht kleiner sein als etwa 12,6 μηι. Der erstarrte metallische Werkstoff innerhalb der Bohrung bildet einen Pfropfen oder Kern, der als mechanischer oder elektrischer Anschluß für die Scheibe dient. Die Verbindung mit der Scheibe kann entweder ohmsch oder gleichrichtend sein. Um den erstarrten Teil mit der Scheibe zu legieren, kann die aus der Halbleiterscheibe und der Metallplatte bestehende Anordnung mit dem erstarrten Material in der Bohrung wieder auf eine Temperatur erhitzt werden, die unterhalb der Schmelzpunkte der Scheibe und der Platte liegt, jedoch ausreicht, um den im Bohrloch erstarrten Werkstoff mit der Scheibe zu legieren.
In der Praxis wird die Halbleiterscheibe und die sie tragende Metallplatte zuerst in eine Kammer gebracht, die dann so weit evakuiert wird, daß ein Elektronenstrahl erzeugt werden kann. Der Elektronenstrahl kann aus Impulsen bestehen, um den Herstellungsprozeß besser steuern zu können. Wenn der Teil der Metallplatte, der von dem Elektronenstrahl getroffen wird, geschmolzen ist, wird der Elektronenstrahl abgestellt, und der geschmolzene Werkstoff Verfahren zur Herstellung eines elektrischen
Anschlusses an einer Halbleiterscheibe
Anmelder:
Radio Corporation of America, New York, N. Y.
(V. St. A.)
Vertreter:
Dr.-Ing. E. Sommerfeld und Dr. D. v. Bezold,
Patentanwälte, München 23, Dunantstr. 6
Als Erfinder benannt:
Richard Edward Quinn, Hamilton Square, N.J., Joseph Henry McCusker, Princeton, N. J.
(V. St. A.)
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 24. Oktober 1961
(147 238)
steigt in dem gebohrten Loch empor und kühlt sich dann rasch auf Zimmertemperatur ab, wobei er als Pfropfen oder Kern erstarrt.
Die Erfindung soll nun an Hand von einigen Ausführungsbeispielen, die auch im vorgenannten Sinne abgewandelt werden können, in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert werden, dabei bedeuten
F i g. 1 a bis Ie Quersohnittsansichten einer Halbleiteranordnung während der verschiedenen Stufen des Herstellungsverfahrens gemäß der Erfindung,
F i g. 2 a bis 2 e Querschnittsansichten einer Halbleiteranordnung während der verschiedenen Stufen eines anderen Beispiels des Herstellungsverfahrens gemäß der Erfindung,
F i g. 3 a bis 3 h Querschnittsansichten zur Erläuterung der verschiedenen Verfahrensschritte bei der Herstellung einer Reihe von sperrfreien Kontakten und einer Reihe von gleichrichtenden Kontakten an derselben Halbleiterscheibe,
F i g. 4 a bis 4 e Quersohnittsansiohten eines elektrischen Schaltungselementes während der verschiedenen Stufen eines weiteren Ausführungsbeispieles zum Herstellungsverfahren gemäß der Erfindung,
F i g. 5 a eine schematische Ansicht einer integrierten elektronischen Festkörperanordnung und Fig. 5b ein der in F i g. 5 a dargestellten Anordnung äquivalentes Schaltbild.
409 558/309
In den Zeichnungen sind entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
B eispiel I
zugsweise weniger als 75 um. Der minimale Strahldurchmesser wird durch das Auflösungsvermögen der verwendeten Apparatur bestimmt und beträgt bei den derzeit erhältlichen Elektronenstrahl-Bohrmaschinen 5 etwa 12,5 μΐη. Die mittlere Energie der Strahlelektronen beträgt vorzugsweise mindestens 105 eV. Der Spitzenstrom des Strahles wird auf den Minimalwert eingestellt, der zum Verdampfen des Scheibenwerkstoffes erforderlich ist. Die obere Grenze der Elek-
Eine Scheibe 11 aus einem kristallinen Halbleitermaterial wird so auf ein Metallplättchen 10 gelegt,
daß sich zwei Hauptflächen berühren und parallel zueinander verlaufen, wie Fig. la zeigt. Vorzugsweise
sind sowohl die Platte 10 als auch die Scheibe 11 mit io tronenenergie wird durch die Leistung der verwendeparallelen, ebenen Hauptflächen versehen, die einan- ten Bohrmaschine bestimmt und durch die Tatsache, der gegenüberliegen. Die Scheibe kann entweder daß der Wirkungsgrad der Maschine beim Bohren monokristallin oder polykristallin sein, sie besitzt abzunehmen beginnt, wenn die mittlere Energie der eine für die Herstellung von Halbleiteranordnungen Strahlelektronen 2 · 10s eV. übersteigt. Bei diesem geeignete Dicke, beispielsweise zwischen etwa 75 und 15 Beispiel hatte der aus Impulsen bestehende Elektro-500 iim. Die genaue Dicke der Scheibe 11 ist nicht nenstrahl 12 einen Durchmesser von ungefähr 25 μπι kritisch. Die Scheibe 11 kann in üblicher Weise do- und eine mittlere Elektronenenergie von etwa 105 eV. tiert und η-leitend oder p-leitend sein, sie kann je- Die Länge der Strahlimpulse kann zweckmäßigerdoch auch so schwach dotiert sein, daß sie praktisch weise zwischen etwa 5 und 50 μ$ betragen. Gute Ereigenleitend ist oder so stark dotiert sein, daß eine 20 gebnisse wurden erhalten, wenn die Impulspausen Entartung eintritt. Als Halbleiterwerkstoff können mehr als 50 ms betrugen. Bei diesem Beispiel betru-Elemente verwendet werden, z. B. Germanium und gen die Intervalle zwischen den Strahlimpulsen etwa Silicium, oder Legierungen dieser Elemente u. dgl. 100 ms, und die Impulsdauer betrug etwa 5 ^s. oder Halbleiterverbindungen, wie die Phosphide, Ar- Bei den speziellen Werkstoffen und Abmessungen
senide und Antimonide des Aluminiums, Galliums 25 und den Impulslängen und der Strahlenergie dieses und Indiums oder die Sulfide, Selenide und Telluride Beispieles reichten etwa 5 Impulse aus, ein Loch zu von Zink und Cadmium. Bei diesem Beispiel soll die bohren, das vollständig durch die Halbleiterscheibe Scheibe 11 aus monokristallinem η-leitendem Ger- 11 und ein Stück in die Metallplatte 10 reicht. Wie manium bestehen und etwa 125 μπι dick sein. Die Fig. Ib zeigt, sind die Seitenwände der Bohrung 14 Metallplatte 10 kann aus einem reinen Metall oder 30 verhältnismäßig gerade, so daß die Bohrung 14 einen aus einer Legierung bestehen und kann eine Substanz ziemlich gleichförmigen Durchmesser hat, die Miinenthalten oder aus einer Substanz bestehen, die den dung 17 der Bohrung 14 ist jedoch im allgemeinen Leitfähigkeitstyp der Halbleiterscheibe 11 zu beein- etwas weiter als die Bohrung selbst. Für andere flüssen vermag. Wenn ein ohmscher oder sperrfreier Werkstoffe, Dickenabmessungen, Impulslängen und Kontakt mit einer Scheibe 11 eines bestimmten Leit- 35 Strahlenergien kann eine andere Anzahl von Impulfähigkeitstyps hergestellt werden soll, wird der Werk- sen erforderlich sein, die am besten empirisch ermitstoff der Metallplatte 10 so gewählt, daß er der Halb- telt wird. Die erforderliche Impulszahl kann durch leiterscheibe den entsprechenden Leitfähigkeitstyp zu Erhöhung der Dauer der einzelnen Impulse, der mittgeben vermag. Wenn ein gleichrichtender Kontakt leren Energie der Elektronen des Strahles oder der mit einer Scheibe eines bestimmten Leitfähigkeits- 40 Strahldichte verringert werden. Die Energie des Elektyps hergestellt werden soll, wird für die Metallplatte tronenstrahls 12 reicht aus. um den Teil der Scheibe ein Werkstoff gewählt, der mindestens zum Teil aus 11 vollständig zu verdampfen, der direkt vom Elekeiner Substanz besteht, die der Scheibe den umge- tronenstrahl 12 getroffen wird. Der Durchmesser der kehrten Leitfähigkeitstyp gibt. Die Platte 10 kann Bohrung 14 beträgt bei diesem Beispiel etwa 25,4 μπι. eine Dicke zwischen etwa 0,75 bis 2,25 mm besitzen. 45 Die Strahlenergie reicht außerdem aus, einen Teil 16 Die genaue Dicke der Metallplatte 10 ist für die der Metallplatte unmittelbar unter dem Strahl zu Durchführung der Erfindung nicht kritisch. Bei die- schmelzen.
sem Beispiel ist die Platte 10 etwa 0,75 mm dick und Daß der Werkstoff der Metallplatte durch den
besteht aus einem Blei-Zinn-Lot, das etwa 1 Ge- Strahl zwar geschmolzen, jedoch nicht verdampft wichtsprozent eines Donators für Germanium enthält, 50 wjrci und daher noch vorhanden ist, während der z. B. Antimon. Werkstoff der Halbleiterscheibe vollständig ver-
Die Platte 10 und die Scheibe 11 werden in den dampft und entfernt wird, kann durch die Wärmenicht dargestellten Rezipienten einer Elektronen- bilanz beim Elektronenstrahlbohren erklärt werden. strahl-Bohrmaschine gebracht, und der Rezipient Die Strahlenergie muß für die Lieferung der folgenwird dann auf einen für die Erzeugung eines Elek- 55 den Wärmemengen ausreichen: die für die Temperatronenstrahles ausreichend niedrigen Druck evakuiert. turerhöhung des gebohrten Körpers erforderliche Drücke von ungefähr 10~3 Torr haben sich als geeig- Wärmemenge; Schmelzwärme für den geschmolzenen net erwiesen. Nun wird ein Elektronenstrahl 12 auf Teil des Körpers; Verdampfungswärme für den verden gewünschten Bereich der Halbleiterscheibe 11 dampften Teil des Körpers; Verlustwärme, die vom gerichtet, wie in Fig. Ib dargestellt ist. Um ein 60 Ort des Strahles abgeleitet wird, und Verlustwärme, schnelles Bohren und reproduzierbare Ergebnisse zu die vom Körper abgestrahlt wird. Eine ins einzelne gewährleisten, wird der Elektronenstrahl 12 vorzugsweise wenigstens annähernd senkrecht auf die Hauptflächen der Scheibe 11 und der Platte 10 gerichtet.
Um den Prozeß besser steuern zu können, wird der 65 the Third Symposium on Electron Beam Techno-Elektronenstrahl zweckmäßig mit Impulsen modu- * * logy«, Alloyd Electronis Corporation, Cambridge 42, liert. Der maximale Strahldurchmesser beträgt beim Massachusetts, 1961. Im vorliegenden Falle kann der Auftreffen auf die Scheibe 11 und die Platte 10 vor- Unterschied zwischen der Wärmeleitfähigkeit der
gehende Diskussion dieser Effekte und der damit zusammenhängenden Probleme erübrigt sich, da sie
weitgehend erforscht sind, siehe z. B. »Proceedings of
Metallplatte und der der Halbleiterscheibe die Ursache sein, daß das vom Strahl 12 getroffene Material der Platte schmilzt, während das vom Strahl getroffene Halbleitermaterial verdampft. Selbstverständlich würde das Loch 14 bei fortdauernder Einwirkung des Elektronenstrahls vollständig durch die Metallplatte 10 gebohrt werden, da das unterschiedliche Verhalten der Halbleiterscheibe und der Metallplatte im wesentlichen nur auf der Geschwindigkeit beruht, mit der diese Körper vom Elektronenstrahl angegriffen werden.
Wenn der Elektronenstrahl 12 wie oben beschrieben nach fünf Impulsen abgestellt wird, steigt der geschmolzene Werkstoff 16 in der Bohrung 14 hoch und kühlt sich rasch auf Zimmertemperatur ab, so daß er als Kern oder Pfropfen 18 in der Bohrung 14 erstarrt, wie F i g. 1 c zeigt. Der Kern oder Pfropfen 18 stellt einen guten mechanischen und elektrischen Anschluß an die Scheibe 11 dar. Da die Halbleiterscheibe bei diesem Beispiel η-leitend ist und die Metallplatte einen Donator enthält, ist der Kontakt zwischen dem Pfropfen und der Scheibe ohmisch, also sperrfrei.
Wenn der geschmolzene metallische Werkstoff die Halbleiterscheibe benetzt, kann das Ansteigen des geschmolzenen Werkstoffes 16 in der Bohrung 14 zum Teil auf Kapillarkräften beruhen. Die Energiedichte des Strahles, die etwa 108W/cm2 beträgt, reicht außerdem aus, den geschmolzenen Werkstoff 16 in heftige Bewegung zu versetzen, wie wenn er kocht, so daß der geschmolzene Werkstoff 16 in der Bohrung 14 auch hierdurch hochsteigt. Höchstwahrscheinlich sind derartige Effekte beteiligt, da beobachtet wurde, daß manchmal eine Spitze des Kernes 18 aus der Bohrung 14 heraussteht, was nicht auf einer Kapillarwirkung beruhen kann. Da die Gesamtmenge des vorhandenen metallischen Werkstoffes nicht vergrößert wird, muß die Volumenvergrößerung der Platte in Form des Pfropfens 18, der sich innerhalb der Scheibe 11 befindet, entweder durch eine Blase oder ein Loch innerhalb der Platte 10 kompensiert werden oder dadurch, daß der ganze Pfropfen 18 aus einem poröseren und weniger dichten Werkstoff besteht, als die Metallplatte 10. Es gibt verschiedene Gründe, die dafür sprechen, daß der Pfropfen 18 porös ist und eine kleinere Dichte als die Platte 10 hat. Ätzversuche haben beispielsweise gezeigt, daß der Pfropfen 18 rascher vom Ätzmittel angegriffen wird, als die Platte 10.
Der Pfropfen 18 macht offensichtlich deshalb einen sehr guten elektrischen Kontakt mit der Scheibe 11, weil letztere im Vakuum gebohrt wird, so daß eine frische, saubere, von störenden Stoffen freie Oberfläche innerhalb der Bohrung 14 der Scheibe 11 entsteht. Wenn der Elektronenstrahl 12 abgestellt wird, steigt das geschmolzene Material 16 der Platte sehr rasch hoch und benetzt die frische, saubere Innenfläche der Bohrung 14 der Scheibe 11 gleichförmig, so daß ein guter Kontakt gewährleistet ist. Eine andere gute Eigenschaft des so gebildeten Kontaktes besteht darin, daß der Kontakt auf einer Zylinderfläche erfolgt und nicht nur längs eines Kreises, wie bei anderen Kontakten, die an einer Oberfläche einer Halbleiterscheibe angebracht werden. Da sich der Kontakt also über einen größeren Bereich erstreckt, ist der Kontaktwiderstand klein.
Gewünschtenfalls kann die Scheibe 11 nun von der Platte 10 mittels einer Rasierklinge entfernt werden.
Wenn jedoch viele solcher Kontakte zwischen der Scheibe und der Platte vorhanden sind, wird es schwierig, die beiden Teile auf diese Weise zu trennen, und man bedient sich dann vorzugsweise einer weiter unten beschriebenen Technik.
Für manche Zwecke kann es wünschenswert sein, die Güte der Verbindung zwischen dem Pfropfen 18 und der Scheibe 11 noch zu verbessern. Wenn die Werkstoffe der Platte und der Scheibe ein Eutektium bilden, dessen Schmelzpunkt niedriger liegt, .als die Schmelzpunkte der beiden ursprünglichen Werkstoffe, kann dies dadurch erreicht werden, daß die aus der Scheibe 11 der Platte 10 bestehende Anordnung auf einer Temperatur erhitzt wird, die unterhalb der Schmelzpunkte der Scheibe 11 und der Platte 10 liegt, jedoch ausreicht, ein Legieren zwischen dem Pfropfen und der Scheibe einzuleiten. Es bildet sich eine Legierungsfront 19, wie F i g. 1 d zeigt. Man beachte, daß die Dicke des Stöpsels 18 in der Bohrung 14 durch diesen Erhitzungsvorgang abnimmt. Dies kann durch ein Zusammensintern des porösen Materials durch das Erhitzen erklärt werden und stellt ein anderes Indiz dafür dar, daß der Pfropfen 18 porös ist und eine geringere Dichte besitzt als die Platte 10. Man kann die Scheibe 11 auch von der Platte 10 entfernen, bevor man erstere zum Erzeugen der Legierungsfront zwischen dem Pfropfen oder Kern 18 und der Scheibe 11 erhitzt, wie Fig. Ie zeigt. Das Abtrennen ist dann zweckmäßig, wenn ein Verschmelzen des Pfropfens mit der Scheibe erwünscht ist und diese hierfür auf eine Temperatur erhitzt werden müssen, die zwar unterhalb des Schmelzpunktes der Scheibe, jedoch oberhalb des Schmelzpunktes der Platte liegt.
Beispiel II
Bei diesem Beispiel besteht die Scheibe 11 aus einem η-leitenden Siliciumkristall und ist etwa 0,125 mm dick, während die Platte 10 etwa 1 mm dick ist und aus einer Legierung aus 99 Gewichtsprozent Zinn und einem Gewichtsprozent Arsen besteht. Da Silicium hitzebeständiger als Germanium ist, wird die Dauer der einzelnen Strahlimpulse auf etwa 20 μβ erhöht. Der Impulsabstand beträgt 100 ms wie bei dem vorangegangenen Beispiel. Es hat sich ergeben, daß unter diesen Bedingungen etwa neun Impulse nötig sind, um ein Loch 14 durch die SiIiciumscheibe zu bohren und einen Teil der darunter liegenden Zinnplatte zu schmelzen. Wenn der Elektronenstrahl abgestellt wird, bildet sich in der Bohrung 14 ein poröser Pfropfen oder Kern aus einer Zinn-Arsen-Legierung. Der Zinn-Arsen-Pfropfen 18 stellt einen ausgezeichneten mechanischen und sperrfreien elektrischen Anschluß an die η-leitende SiIiciumscheibe 11 dar. Wie oben erwähnt wurde, kann die Güte des Kontaktes zwischen dem Pfropfen 18 und der Halbleiterscheibe 11 dadurch noch erhöht werden, daß man die Platte von der Scheibe trennt und die Scheibe allem auf eine Temperatur erhitzt, die noch unterhalb des Schmelzpunktes der Halbleiterscheibe 11 liegt. Bei diesem Beispiel reicht es aus, die Siliciumscheibe für 2 Minuten auf etwa 500° C zu erhitzen, um ein Legieren zwischen dem Pfropfen und der Scheibe herbeizuführen.
Beispiel III
Bei diesem Beispiel bestehen die Halbleiterscheibe 11 aus p-leitendem Silicium und die Platte 10 aus
Aluminium. Wie beim Beispiel II genügt zum Durchbohren einer etwa 0,125 mm dicken Siliciumscheibe und eines Teiles der Aluminiumträgerplatte eine Gruppe von etwa neun Impulsen, wenn die mittlere Energie der Strahlelektronen etwa 105 eV und die Dauer der einzelnen Strahlimpulse etwa 20 μ5 betragen. Der in der Bohrung 14 gebildete Aluminiumpfropfen 18 macht mit der p-leitenden Siliciumscheibe 11 einen sperrfreien Kontakt. Da Silicium
wird wie bei dem Beispiel I durchgeführt. Anschließend wird die Halbleiterscheibe von der Platte getrennt. Der poröse Pfropfen 18 aus Blei-Antimon-Legierung in der Bohrung stellt einen gleichrichten-5 den Anschluß an die Scheibe dar. Die Scheibe wird anschließend etwa 5 Minuten auf etwa 500° C erhitzt, um ein Legieren des Pfropfens mit der Scheibe zu bewirken. Da unmittelbar vor der Legierungsfront 19 ein pn-übergang gebildet wird, enthält man auf
und Aluminium ein Eutektikum bilden, dessen io diese Weise einen guten gleichrichtenden Kontakt
zwischen der
Pfropfen.
Scheibe und dem Blei-Antimon-
Beispiel VI
Bei diesem Beispiel besteht die Scheibe 11 aus p-leitendem Galliumarsenid, und die Platte 10 besteht aus einer Legierung oder festen Lösung aus Zinn oder Tellur, die etwa 40 Gewichtsprozent Tellur enthält. Die Galliumarsenidscheibe und ein Teil der
den Beispielen beschrieben wird. Bei der Herstellung gleichrichtender Kontakte wird die Halbleiterscheibe anschließend von der Metallplatte getrennt, um einen Kurzschluß der Sperrschicht zu verhindern.
Beispiel IV
Bei diesem Beispiel besteht die Halbleiterscheibe 11 aus η-leitendem Germanium wie beim Beispiel I,
Schmelzpunkt bei 577° C liegt, während das Aluminium selbst bei 6600C schmilzt, können die
Scheibe und die Platte bei diesem Beispiel 10 Minuten auf 6000C erhitzt werden, um den Aluminiumpfropfen mit der Siliciumscheibe 11 zu legieren. Die 15
Halbleiterscheibe kann aber auch von der Aluminiumplatte getrennt werden, bevor sie erhitzt wird.
An Stelle der oben beschriebenen sperrfreien Kontakte kann das Verfahren gemäß der Erfindung auch
zur Herstellung gleichrichtender Anschlüsse an Halb- 20 Zinn-Tellur-Platte werden in der beschriebenen leiterscheiben verwendet werden, wie in den folgen- Weise mit einem impulsmodulierten Elektronenstrahl
durchbohrt, der auch einen Teil der Platte schmilzt. Das Optimum der Impulszahl, der Dauer und des Tastverhältnisses für die speziellen Werkstoffe und 25 Abmessungen lassen sich leicht empirisch ermitteln. Die Scheibe 11 mit dem in ihrer Bohrung 14 gebildeten porösen Pfropfen 18 aus einer Zinn-Tellur-Legierung wird von der Platte 10 entfernt und etwa 10 Minuten lang auf etwa 800° C erhitzt, um den Pfropfen die Metallplatte 10 besteht jedoch aus einer Indium 30 mit der Scheibe zu legieren. Da Tellur in Galliummit 0,5 Gewichtsprozent Gallium enthaltenden Le- arsenid als Donator wirkt, entsteht zwischen dem gierung. Die Verfahrensschritte die Scheibe 11 auf
die Platte 10 zu legen und die Scheibe und einen
Teil der Platte so mittels eines Elektronenstrahles zu
durchbohren, daß ein Teil der Platte schmilzt, ent- 35
sprechen denen des Beispiels I und Fig. Ib. Die Anzahl der Impulse und die Impulsdauer können in Abhängigkeit von der Dicke der Teile und der verwendeten Werkstoffe variiert werden. Die Impulspausen
sind vorzugsweise länger als 50 ms. Impulspausen 40 eines impulsmodulierten Elektronenstrahls ein porövon etwa 100 ms haben sich als geeignet erwiesen. ser Zinkpfropfen 16 in einer Bohrung 14 der Indium-Wenn der Elektronenstrahl abgestellt wird, füllt sich phosphidscheibe hergestellt. Die Scheibe wird dann die Bohrung 14 in der Scheibe 11 mit dem geschmol- von der Platte abgenommen und zum Verschmelzen zenen Werkstoff der Platte, der rasch abkühlt und zu des Pfropfens mit der Scheibe erhitzt. Da Zink in Ineinem Pfropfen 18 aus dem Werkstoff der Platte er- 45 diumphosphit als Akzeptor wirkt, stellt der auf diese starrt, wie Fig. Ic zeigt. Da der Pfropfen 18 hier aus Weise hergestellte Pfropfen einen gleichrichtenden Indium und Gallium besteht, die in Germanium als Anschluß an der η-leitenden Indiumphosphidscheibe Akzeptoren wirken, wird mit der η-leitenden Ger- dar.
maniumscheibe 11 ein gleichgerichteter Kontakt ge- Die Halbleiterscheibe und die Metallplatte können
bildet. Die Scheibe 11 wird nun von der Platte 10 50 leicht mittels einer Rasierklinge voneinander getrennt entfernt. Der gleichrichtende Kontakt kann durch Er- werden, wenn nur ein einzelner Kontakt zwischen hitzen der Scheibe auf eine unterhalb des Schmelz- diesen beiden Teilen vorhanden ist, eine Trennung Punktes des Germaniums liegende Temperatur ver- der Scheibe und der Platte wird jedoch schwierig, bessert werden. Bei diesem Beispiel reicht eine Er- wenn die Scheibe mit mehreren Anschlüssen versehen hitzung auf 525° C für 3 Minuten aus, um eine Le- 55 ist. Das Trennen der Scheibe und der Platte wird gierung des Pfropfens 18 mit der Scheibe 11 einzu- umso schwieriger, je mehr Kontakte vorhanden sind, leiten. Die so gebildete Legierungsfront 19 umgibt da die Kontakte ja auch eine gute mechanische Verden Umfang des Pfropfens 18, wie F i g. 1 e zeigt. An bindung zwischen der Scheibe und der Platte darder Grenzfläche zwischen der Legierungsfront 19 und stellen. Die beschriebenen Verfahren können daher, der Halbleiterscheibe 11 entsteht ein gleichrichtender 60 wie im folgenden Beispiel angegeben wird, abgewan-Übergang oder eine Sperrschicht. delt werden, um die Trennung der Halbleiterscheibe
von der Metallplatte zu erleichtern. Beispiel V
Bei diesem Beispiel besteht die Halbleiterscheibe Beispiel VIII
11 aus p-leitendem Germanium, die Platte 10 besteht 65 Wie F i g. 2 a zeigt, wird auf die Oberfläche der
aus einer Legierung, die Blei und etwa 1 Gewichts- Metallplatte 20 ein dünnes Isolierblättchen 23 auf-
prozent Antimon enthält. Das Durchbohren der gelegt. Das Blättchen 23 kann beispielsweise aus
Platte und Anschmelzen eines Teiles der Scheibe Glimmer, Keramik od. dgl. bestehen oder aus einem
Zinn-Tellur-Pfropfen und der p-leitenden Galliumarsenidscheibe ein gleichrichtender Kontakt.
Beispiel VII
Bei diesem Beispiel besteht die Scheibe 11 aus η-leitendem Indiumphosphid, und die Metallplate 10 besteht aus Zink. Wie beim Beispiel VI wird mittels
isolierenden Kunststoff oder Harz; seine Dicke beträgt vorzugsweise höchstens etwa 76 μΐη. Bei diesem Beispiel besteht das Blättchen 23 aus Glimmer und ist 76 μΐη dick. Auf das Isolierblättchen 23 wird dann eine kristallische Halbleiterscheibe gelegt. Die einander gegenüberliegenden Flächen der Platte 20 und der Scheibe 21 sind vorzugsweise parallel und eben. Bei diesem Beispiel besteht die Scheibe aus p-leitendem, polykristallinem Germanium und die Platte 20 besteht aus Indium. Nun wird mittels eines impulsmodulierten Elektronenstrahls 22 an einem bestimmten Punkt eine die Scheibe 21 durchsetzende Bohrung hergestellt, die auch durch das Isolierblättchen 23 und einen Teil in die Platte 20 reicht, wie F i g. 2 b zeigt. Die Energie des Elektronenstrahls 22 soll ausreichen, den unmittelbar vom Strahl getroffenen Teil 26 der Indiumplatte zu schmelzen und zum Kochen zu bringen. Wenn der Elektronenstrahl 22 abgestellt wird, steigt das geschmolzene Indium 26 in der Bohrung 24 hoch, kühlt sich rasch ab und erstarrt als poröser Kern 28, wie Fig. 2c zeigt. Der Kern 28 bildet einen guten mechanischen und sperrfreien elektrischen Kontakt mit der Scheibe 21.
Der Elektronenstrahl wird nun auf eine andere Stelle gerichtet und in gleicher Weise ein Kontakt hergestellt. Hierzu kann auch, wie Fig. 2b zeigt, ein zweiter Elektronenstrahl 22' verwendet werden, so daß die beiden Löcher gleichzeitig gebohrt werden können. Selbstverständlich können so viele Anschlüsse hergestellt werden, wie nötig ist. Um die besten Ergebnisse zu erhalten, soll der Abstand zwischen den Kontakten jedoch mindestens 1,27 mm betragen, wenn viele Anschlüsse an derselben Scheibe hergestellt werden. Wenn nur zwei Kontakte gebildet werden oder Gruppen mit nur zwei Kontakten in einer Gruppe, kann der Abstand der einzelnen Kontakte in einer Gruppe bis auf etwa 0,127 mm verringert werden. Nach der Bildung der Kontakte läßt sich die Scheibe 21 mittels des Isolierblättchens 23 leicht von der Platte 20 trennen, da bequem eine Scher- oder Torsionskraft zwischen der Platte und der Scheibe einwirken kann, die Metallplatte kann auch leicht abgeätzt oder abgetragen werden, ohne die Halbleiterscheibe zu beschädigen. Die Kerne 28, 28' füllen die Bohrungen 24 bzw. 24' fast vollständig aus, wie Fig. 2d zeigt, und bilden sperrfreie Anschlüsse an die Scheibe. Gewünschtenfalls kann die Güte der Anschlüsse dadurch verbessert werden, daß die Scheibe zum Verschmelzen der Kerne mit der Scheibe anschließend noch erhitzt wird. Hierbei bilden sich um die Kerne 28, 28' Legierungsfronten 29, 29', wie Fig. 2e zeigt.
Ein Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, daß die Scheibe zum Verschmelzen mit den Kernen auf eine Temperatur erhitzt werden kann, die zwar noch unterhalb des Schmelzpunktes der Halbleiterscheibe liegt, jedoch über dem Schmelzpunkt der Platte, da die letztere ja vorher entfernt wurde. Da die Bohrungen einen geringen Durchmesser besitzen, der tatsächlich kleiner ist als 76μΐη, reichen die Kapillarkräfte aus, das Kernmaterial in den Bohrungen zu halten, auch wenn die Scheibe über den Schmelzpunkt der Kerne erhitzt wird.
einer isolierenden Folie, beispielsweise aus einer Folie auf Cellulosebasis, wie Zellglas oder Cellophan od. dgl. Die Folie 23 ist bei diesem Beispiel etwa 0,127 mm dick. In der Scheibe 21 werden mittels eines Elektronenstrahls wie beim Beispiel VIII eine Reihe von Bohrungen 24, 24' usw. (Fig. 2b) gebildet. In den Bohrungen 24, 24' bilden sich jeweils poröse Aluminiumkerne 28,28' (Fig. 2c). Anschließend kann die Scheibe 21 leicht von der Platte
ίο 20 getrennt werden. Die abgetrennte Scheibe 21 mit hier zwei elektrischen Anschlüssen ist in Fig. 2d dargestellt. Da Aluminium in Germanium als Akzeptor wirkt, sind die Kontakte 28, 28' gleichrichtend. Die Güte der Kontakte kann dadurch beträchtlich verbessert werden, daß die Scheibe 21 so weit erhitzt wird, daß ein Legieren zwischen den Kernen 28, 28' und der Scheibe eintritt. Wie F i g. 2 e zeigt, entstehen dabei um die Kerne 28, 28' Legierungsfronten 29, 29'. Unmittelbar bei oder in der Nähe der Legierungsfronten 29, 29' werden pn-Übergänge gebildet. Die Dicke der Kerne 28, 28' nimmt durch den Erhitzungsvorgang ab, wie Fig. 2e zeigt.
Gewünschtenfalls kann in der Scheibe 21 eine Anordnung von Gleichrichterdioden gebildet werden.
Man kann beispielsweise in die Scheibe 21 neben den Bohrungen 24, 24' Elektrodenpillen 15 bzw. 25 einlegieren, die ein Material enthalten, das den gleichen Leitfähigkeitstyp hervorruft, wie ihn die Scheibe besitzt. Bei diesem Beispiel bestehen die Elektrodenpillen 15,25 aus einer Zian-Arsen-Legierang. Da Arsen in Germanium als Donator wirkt, bilden die Pillen 15,25 sperrfreie Kontakte mit der n-leitenden Scheibe 21. Anschließend können nicht dargestellte Anschlußdrähte an der sperrfreien Elektrode 15 und dem Kern 28 angebracht werden, z. B. durch Löten, so daß zwischen den Elektroden 15 und 28 eine Gleichrichterstrecke vorhanden ist. In entsprechender Weise wird dann auch die Gleichrichterstrecke zwischen den Elektroden 25 und 28' benutzt. Auf einer oder beiden Hauptflächen der Scheibe 21 können unter Zwischenlage einer Isolierschicht elektrisch leitende Verbindungen hergestellt werden, um die Diodenanordnung zu einer Matrix zusammenzuschalten. Hierfür kann beispielsweise ein leitender Werkstoff, wie Silber od. dgl., auf bestimmten Bereichen der Isolierschicht auf der Scheibe 21 niedergeschlagen werden.
Das oben beschriebene Verfahren kann dadurch abgewandelt werden, daß man an einer Halbleiter-
so scheibe eines bestimmten Leitfähigkeitstyps zuerst einen oder mehrere Anschlüsse mittels einer ersten Metallplatte herstellt, die Aktivatoren des einen Leitfähigkeitstyps enthält, daß dann die Scheibe von der ersten Platte abgenommen und auf eine zweite Metallplatte gelegt wird, die Aktivatoren des anderen Leitfähigkeitstyps enthält, und daß man dann unter Verwendung der zweiten Platte wieder einen oder mehrere Kontakte bildet. Es ist leicht einzusehen, daß man auf diese Weise an derselben Halbleiterscheibe zwei Gruppen von Kontakten anbringen kann, die teils sperrfrei und teils gleichrichtend sind, wie in dem folgenden Beispiel noch näher ausgeführt werden soll.
Beispiel IX «
Bei diesem Beispiel bestehen die Scheibe 21 aus einem η-leitenden Germaniumeinkristall, die Platte 20 aus Aluminium und das Blättchen 23 besteht aus
Beispiel X
Bei diesem Beispiel werden auf eine Metallplatte 30 zuerst eine dünne Isolierfolie 33 und dann auf diese eine Halbleiterscheibe 31 aus einem Einkristall
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eines bestimmten Leitfähigkeitstyps gelegt, wie Bei diesem Beispiel wird eine isolierende Träger-Fig. 3a zeigt. Die Scheibe 31 und die Folie 33 sind platte 43 (Fig. 4a) auf eine ebene Metallplatte 40 bei diesem Beispiel jeweils 0,254 mm dick, während gelegt. Der Träger 43 kann beispielsweise aus einer die Metallplatte 30 eine Dicke von etwa 1,27 mm hat. ebenen Keramikscheibe bestehen, deren eine Haupt-Die einander gegenüberliegenden Hauptflächen aller 5 fläche metallisierte Bereiche 45 trägt. Die metallidieser Teile sind vorzugsweise eben und parallel zu- sierte Keramikscheibe kann von der Art sein, wie einander. Bei diesem Beispiel ist die Scheibe 31 sie für Schaltungselemente von Mikromodulen verp-leitend, und die Platte 30 besteht mindestens zum wendet wird. Mikromodule mit metallisierten Kera-Teil aus einem Material, das in dem für die Scheibe mikscheiben sind bekannt (s. beispielsweise eine 31 verwendeten Halbleiter als Akzeptor wirkt. Mittels io Arbeit von H. Kihn, »Some Recent Developments eines impulsmodulierten Elektronenstrahles 32 wird in Integrated Electronics«, erschienen in der Zeiteine erste Gruppe von Bohrungen hergestellt, die schrift Electrical Engineering, Juli 1961). Der isoliemindestens eine Bohrung 34 enthält, die die Scheibe rende Träger 43 kann andererseits auch aus einem 31 und die Folie 33 vollständig durchsetzt und ein isolierenden Kunststoff oder Harz bestehen und auf Stück in die Metallplatte 30 reicht, wie Fig. 3b 15 mindestens einer Fläche eine aus Kupfer bestehende, zeigt. Der Elektronenstrahl schmilzt einen Teil 36 der geäzte gedruckte Schaltung 45 tragen. Auf den Trä-Metallplatte. Hierdurch werden in allen Bohrungen ger 43 wird nun eine flache Halbleiterscheibe 41 eines der ersten Gruppe Kerne 38 aus dem Material der bestimmten Leitfähigkeitstyps gelegt, so daß die ersten Platte gebildet (Fig. 3c). Da bei diesem Bei- Halbleiterscheibe, der isolierende Träger und die spiel die Scheibe 31 p-leitend ist und die Kerne 38 20 Metallplatte sämtlich parallel zueinander verlaufen einen Akzeptor enthalten, bilden die Kerne 38 mit und der Träger 43 zwischen der Halbleiterscheibe 41 der Scheibe 31 ohmsche Anschlüsse. Die Scheibe 31 und der Metallplatte40 liegt, wie Fig. 4a zeigt. Die wird nun von der ersten Metallplatte 30 getrennt, was Halbleiterscheibe 41, der isolierende Träger 43 und durch die Isolierfolie 33 erleichtert wird, die ein sehr die Metallplatte 40 besitzen vorzugsweise alle ebene festes Haften der Platte an der Scheibe verhindert. 25 und parallele, einander gegenüberliegende Haupt-Nun wird auf eine zweite ebene Metallplatte 30' flächen. Die Halbleiterscheibe 41 und der isolierende eine zweite ebene Isolierfolie 30 gelegt, und die Halb- Träger 43 sind zweckmäßig verhältnismäßig dünn, leiterscheibe 31 wird auf die zweite Isolierfolie 33 ihre Dicke beträgt bei diesem Beispiel jeweils höchgelegt, wie F i g. 3 d zeigt. Die zweite Platte 30' be- stens 0,38 mm. Die Metallplatte 40 enthält einen steht bei diesem Beispiel mindestens zum Teil aus 30 Dotierungsstoff, also entweder einen Akzeptor oder einem Donator für den Halbleiterwerkstoff der einen Donator für die Halbleiterscheibe 41. Bei die-Scheibe. sem Beispiel besteht der Träger 43 aus einem Kunst-Mittels eines impulsmodulierten Elektronenstrahles stoff auf Phenolbasis und ist auf einer Seite mit einer 32' wird nun eine zweite Gruppe von Bohrungen aus Kupfer bestehenden gedruckten Schaltung 45 hergestellt, die mindestens eine Bohrung 34' enthält, 35 versehen.
welche durch die Scheibe 31 und die zweite Isolier- Nun wird mittels eines impulsmodulierten Elekfolie 33' und ein Stück in die zweite Metallplatte 30' tronenstrahles 42 mindestens eine Bohrung 44 durch reicht, wie Fig. 3e zeigt. In den Bohrungen 34' der die Halbleiterscheibe 41 und durch den isolierenden zweiten Gruppe bilden sich dadurch Kerne 38' aus Träger 43 sowie ein Stück in die Metallplatte 40 gedem Werkstoff der zweiten Platte (s. Fig. 3f). Da bei 40 bohrt (Fi g. 4b). Der Durchmesser der Bohrung 44 diesem Beispiel die Scheibe p-leitend ist und die beträgt vorzugsweise höchstens 75 μΐη. Ein Teil 46 Kerne der zweiten Gruppe einen Donator enthalten, der Metallplatte 40 unmittelbar unter dem Auftreffsind die Kontakte 38' der zweiten Gruppe gleich- bereich des Strahles wird geschmolzen. Die Anzahl richtend. Wie erwähnt, beträgt der Durchmesser und die Dauer der Strahlimpulse werden für die besämtlicher Bohrungen jeweils höchstens 76 μπι, und 45 stimmten Werkstoffe und Abmessungen empirisch der Abstand zwischen den Bohrungen beträgt minde- ermittelt.
stens 0,127 mm. Die Scheibe 31 kann nun von der Nach dem Abstellen des Strahles 42 steigt der ge-
zweiten Platte 30' und der zweiten Isolierfolie 33' schmolzene Werkstoff 46 der Platte in der Bohrung
getrennt werden (Fig. 3g). Gewünschtenfalls kann 44 hoch, erkaltet rasch und erstarrt als poröser
die Scheibe nun erhitzt werden, um die Güte aller 50 Metallkern 48. Der Kern 48 füllt die Bohrung 44
Anschlüsse durch Verschmelzen und Legieren der praktisch völlig aus, wie Fig.4c zeigt, und bildet
Kerne mit der Scheibe zu verbessern. Beim Erhitzen einen elektrischen Anschluß mit der Scheibe 41. Bei
der Scheibe 31 auf eine Temperatur, die unter dem diesem Beispiel wird der Ort der Bohrung so gewählt,
Schmelzpunkt der Scheibe, jedoch über dem Schmelz- daß der Kern gleichzeitig eine elektrische Verbindung
punkt der Kerne liegt, bilden sich Legierungsfronten 55 mit einem bestimmten Teil der gedruckten Schaltung
39, 39' um die Kerne 38 bzw. 38' der ersten bzw. 45 herstellt. Gewünschtenfalls können mehrere sol-
zweiten Gruppe (Fig. 3h). Gewünschtenfalls kann eher Anschlüsse an die gedruckte Schaltung45 ge-
die Scheibe auch nur, nachdem die Kontakte der bildet werden. Bei diesem Beispiel wird mittels eines
ersten Gruppe hergestellt worden sind, erhitzt wer- impulsmodulierten Elektronenstrahles an einer ande-
den, so daß nur die Kontakte der ersten Gruppe mit 60 ren Stelle eine zweite Bohrung 44 hergestellt, die die
der Scheibe legiert werden. Halbleiterscheibe 41 und den isolierenden Träger 43
Ώ . vollständig durchsetzt und ein Stück in die Metall-
13 e 1 sρ 1 e 1 Xl platte 40 reicht (F j g. 4b). Die ^ite Bohrung 44'
Das Verfahren gemäß der Erfindung kann auch kann entweder gleichzeitig mit der ersten Bohrung
zur Herstellung von Kontakten zwischen einer Halb- 65 oder anschließend an diese hergestellt werden. Auf
leiterscheibe und einer gedruckten Schaltung auf diese Weise wird ein zweiter poröser Metallkern 48
einem isolierenden Träger dienen, wie in diesem Bei- gebildet, der einen Anschluß an einen anderen Teil
spiel beschrieben wird. der gedruckten Schaltung45 ergibt (Fig. 4c). Wenn
eine einzige Scheibe mit mehreren solcher Anschlüsse versehen wird, sollten letztere vorzugsweise mindestens 1,27 mm voneinander entfernt sein.
Die Metallplatte 40 wird nun von dem isolierenden Träger 43 getrennt, ohne daß die Halbleiterscheibe 41 dabei gestört wird. Man kann hierzu zwischen die " Platte 40 und den Träger 43 sorgfältig eine Rasierklinge einführen, die als Keil wirkt. Die Kerne brechen dabei ab und bleiben in den Bohrungen zurück. Die Schichtanordnung der Fig. 4a kann andererseits auch eine nicht dargestellte dünne Isolatorfolie aus Glimmer, einem Kunststoff auf Cellulosebasis od. dgl. zwischen dem Träger 43 und der Metallplatte 40 enthalten, um eine leichte Trennung der Platte vom Träger 43 zu ermöglichen, nachdem die Anschlüsse in der gewünschten Anzahl gebildet worden sind. Die nach der Entfernung der Metallplatte 40 verbleibende Anordnung aus der Halbleiterscheibe 41 und dem isolierenden Träger ist in Fig. 4d dargestellt. Die verschiedenen Metallkerne 48, 48' dienen gleichzeitig als mechansiche Verbindungen zwischen der Halbleiterscheibe 41 und dem isolierenden Träger 43. Bei diesem Beispiel enthält die Metallplatte 40 einen Stoff, der den Leitfähigkeitstyp der Halbleiterscheibe 41 umkehrt, so daß zwischen der Halbleiterscheibe und den Metallkernen 48, 48' gleichrichtende Kontakte gebildet werden.
Anschließend wird die aus der Scheibe 41 und dem isolierendem Träger 43 bestehende Anordnung erhitzt, um die metallischen Kerne 48, 48' mit der Halbleiterscheibe 41 zu legieren. Durch das Erhitzen ■werden die Legierungsfronten 49, 49' um die Kerne 48 bzw 48' gebildet (Fig. 4e). In der Scheibe 41 entstehen unmittelbar bei den Legierungsfronten 49, 49' pn-Übergänge. Wie bei dem vorangehenden Beispiel nimmt die Dicke der porösen Kerne 48, 48' durch das Erhitzen etwas ab. Während desselben Erhitzungsvorganges oder anschließend können auf der Scheibe 41 neben den Kernen 48, 48' Elektrodenpillen 15 bzw. 25 auflegiert werden. Die Elektrodenpillen 15,25 bestehen aus einem Werkstoff, der einen sperrfreien Anschluß an der Scheibe 41 ergibt. Anschließend können an den Elektroden 15, 25 und den Kernen 48, 48' Anschlußdrähte angebracht werden. Da die Verbindungen zwischen dem Körper 41 und dem Kern 48 sowie zwischen dem Körper 41 und dem Kern 48' gleichrichten, ergibt sich also eine Anordnung von Gleichrichterdioden, deren einzelne Dioden mit entsprechenden Teilen einer gedruckten Schaltung 45 verbunden sind.
Beispiel XII
Bei diesem Beispiel wird die Erfindung bei der Herstellung einer Festkörperschaltung angewandt. Es wird eine Anordnung hergestellt, bei der eine Reihe von Schaltungsfunktionen durch eine bestimmte Struktur innerhalb eines einzigen zusammenhängenden Körpers aus einem Halbleiterwerkstoff ermöglicht werden. Die bei diesem Beispiel dargestellte spezielle Anordnung stellt ein Oder-Gatter mit fünf Eingängen dar und kann als Baugruppe in einer Datenverarbeitungsanlage verwendet werden. Die in Fig. 5a dargestellte Anordnung 50 besteht aus einem einzigen Block 51 aus einem kristallinen Halbleiterwerkstoff eines bestimmten Leitungstyps. Der Block hat zwei gegenüberliegende Hauptflächen, deren eine mit einer Isolierschicht 52 versehen ist.
Bei diesem Beispiel besteht der Halbleiterkörper 51 aus einem η-leitenden Siliciumeinkristall. Die isolierende Schicht 52 auf der einen Hauptfiäche kann beispielsweise aus Siliciummonoxyd, Siliciumdioxyd, Magnesiumfluorid u. dgl. bestehen.
Auf der isolierenden Schicht 52 auf der einen Hauptfläche werden zwei getrennte Leiterwege 54, 56 gebildet. Die Leiter 54, 56 bestehen zweckmäßigerweise aus einem gut leitenden Metall wie Silber,
ίο Palladium od. dgl. Sie können durch Aufdampfen oder irgendein anderes bekanntes Verfahren gebildet werden. Zwischen den leitenden Bereichen 54,56 wird ein Bereich 55 aus einem Werkstoff mit einem nennenswerten elektrischen Widerstand niedergeschlagen, beispielsweise entflockter Graphit od. dgl. Im einen leitenden Bereich 54 wird nun eine Gruppe aus fünf sperrfreien Kontakten 58, 58', 58", 58'", 58"" gebildet. Hierfür wird die Siliciumscheibe 51 auf eine nicht dargestellte Metallplatte gelegt, die einen Donator enthält und beispielsweise aus 99 Gewichtsprozent Blei und 1 Gewichtsprozent eines Donators, wie Antimon, bestehen kann; anschließend wird mittels eines impulsmodulierten Elektronenstrahls eine Gruppe von fünf Bohrungen quer durch die Scheibe 51 und ein Stück in die erwähnte Metallplatte gebohrt, so daß in der Siliciumscheibe fünf Metallkerne gebildet werden. Dies kann gemäß Beispiel X erfolgen, das an Hand der Fig. 3a bis 3h erläutert ist. Da die Scheibe 51 bei diesem Beispiel η-leitend ist, bilden die fünf einen Donator enthaltenden Metallkerne sperrfreie Kontakte mit der Scheibe 51. Die sperrfreien Kontakte können auch dadurch hergestellt werden, daß man fünf einen Donator enthaltende Elektrodenpillen mit der der isolierenden Schicht 52 gegenüberliegenden Hauptfläche der Scheibe 51 verschmilzt. Ein anderes Verfahren zur Herstellung der sperrfreien Anschlüsse besteht darin, ein geeignetes Metall, wie Blei, auf bestimmten Bereichen der Siliciumscheibe 51 niederzuschlagen. Dies
kann durch Aufdampfen mittels einer Maske oder mittels Plattieren nach entsprechendem Abdecken geschehen.
Als nächstes wird eine Gruppe aus fünf gleichrichtenden Kontakten 68, 68', 68", 68'", 68"" an der Scheibe 51 angebracht. Die einzelnen gleichrichtenden Kontakte 68 bis 68"" werden mit getrennten leitenden Anschlußstreifen 78 bis 78"" versehen. Die Anschlußstreifen bestehen hier aus Silber, das auf entsprechende Bereiche der isolierenden Schicht 52 aufgedampft wurde.
Die fünf gleichrichtenden Kontakte werden bei diesem Beispiel mittels einer nicht dargestellten Aluminiumplatte hergestellt. Das Verfahren zuerst eine einen Donator und dann eine einen Akzeptor enthaltende Metallplatte zu verwenden, so daß eine Gruppe sperrfreier Kontakte und eine Gruppe gleichrichtender Kontakte gebildet werden, entspricht dem an Hand der Fig. 3a bis 3h erläuterten BeispielX. Die fünf gleichrichtende)! Kontakte werden in einem Bereich der Scheibe 51 gebildet, der neben dem leitenden Bereich 54 liegt, der die sperrfreien Kontakte enthält, und sich auf der Seite des Bereiches 54 befindet, der dem Widerstandsstreifen 55 gegenüberliegt. Der Abstand zwischen den sperrfreien Kontakten und den gleichrichtenden Kontakten wird in Abhängigkeit vom spezifischen Widerstand der Scheibe 51 so eingestellt, daß zwischen den Kontakten 58 und 68 ein bestimmter Widerstand R01
vorhanden ist, der von dem spezifischen Widerstand und der Dicke des Materials zwischen den beiden Kontakten abhängt. In entsprechender Weise werden die Widerstandswerte R02 bis R05 zwischen den anderen Kontaktpaaren bemessen.
Fig. 5 zeigt ein vereinfachtes Ersatzschaltbild der in F i g. 5 a dargestellten Einrichtung. Wenn einem oder mehreren der fünf Eingangsklemmen ex bis e5 ein Eingangsimpuls zugeführt wird, erscheint an einer Ausgangsklemme e0 ein Ausgangsimpuls. Bei der dargestellten Einrichtung müssen die Eingangsimpulse bezogen auf Masse positiv sein. Selbstverständlich können auch andere Baugruppen, wie Und-Gatter, unter Anwendung der Erfindung hergestellt werden.
So kann beispielsweise bei dem an Hand von Fig. 4 a bis 4 e dargestellten Ausführungsbeispiel eine Metallplatte 40 verwendet werden, deren Material der Halbleiterscheibe 41 denselben Leitfähigkeitstyp verleiht, wie ihn diese Scheibe schon besitzt, so daß die Metallkerne 48, 48' sperrfreie Kontakte mit der Scheibe 41 bilden, während die Elektrodenpillen 15, 25 einen Stoff enthalten können, der den Leitfähigkeitstyp der Scheibe 41 umkehrt, so daß die Elektroden 15, 25 sperrende Kontakte mit der Scheibe 41 bilden. Wie bereits erwähnt wurde, können die Halbleiterscheiben auch sehr schwach dotiert oder eigenleitend sein. Eine andere Abwandlung besteht darin, Halbleiterscheiben zu verwenden, die bis zur Entartung dotiert sind und beispielsweise etwa 1020 Ladungsträger pro Kubikzentimeter enthalten. Dann ergeben sich bei der Bildung von pn-Übergängen in der Scheibe Esakidioden und Rückwärtsdioden.

Claims (13)

Patentansprüche: 35
1. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Anschlusses an einer kristallinen Halbleiterscheibe durch Herstellen von Ausnehmungen in der Halbleiterscheibe mit Hilfe eines Elektronenstrahles, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterscheibe auf eine Metallplatte gelegt wird, daß mittels eines Elektronenstrahles ein Loch durch die Scheibe und ein Stück in die Platte gebohrt und ein Teil des vom Elektronenstrahl getroffenen Werkstoffes der Platte geschmolzen wird, wobei der geschmolzene Werkstoff in der die Scheibe durchsetzenden Bohrung hochsteigt und das dann zum Erstarren der Schmelze abgekühlt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß anschließend die aus der Halbleiterscheibe und der Metallplatte bestehende Anordnung auf eine Temperatur erhitzt wird, die unterhalb der Schmelztemperaturen der Werkstoffe der Scheibe und der Platte liegt, aber ausreicht, den im Bohrloch erstarrten Werkstoff mit der Scheibe zu legieren.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Bohren des Loches ein impulsmodulierter Elektronenstrahl verwendet wird, dessen Durchmesser nicht größer als etwa 76 μΐη ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß erne dotierte Halbleiterscheibe eines bestimmten Leitfähigkeitstyps verwendet wird, und daß eine Metallplatte verwendet wird, die einen Stoff enthält, der den Leitfähigkeitstyp der Halbleiterscheibe umzukehren vermag.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Energie der Elektronen der Strahlimpulse etwa 105 Elektronenvolt beträgt.
6. Verfahren nach Anspruch 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Reihe getrennter Elektronenstrahlimpulse erzeugt wird, deren Dauer jeweils zwischen 5 und 25 Mikrosekunden liegt und deren Abstand mindestens 50 Millisekunden beträgt.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterscheibe von der Platte getrennt wird, nachdem der geschmolzene Werkstoff erstarrt ist.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der Halbleiterscheibe weitere Kontakte mit Hilfe einer zweiten Platte angebracht werden, die einen Dotierungsstoff enthält, der den entgegengesetzten Leitungstyp erzeugt wie der Dotierungsstoff der zuerst verwendeten Platte.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Herstellen der Bohrungen zwischen die Halbleiterscheibe und die Metallplatte ein dünnes Blättchen aus einem isolierenden Werkstoff gelegt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Trennblättchen eine Isolierplatte mit gedruckter Schaltung verwendet wird, und daß die Halbleiterscheibe nach der Bildung der Bohrungen auf der Platte belassen wird.
11. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 auf die Herstellung von Festkörperschaltungen.
12. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 auf die Herstellung von Mikromodulelementen.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehreren Bohrungen der Durchmesser der Bohrungen nicht größer als 76 μΐη und der Abstand der Bohrungen mindestens 0,125 mm, vorzugsweise jedoch bei mehr als zwei Bohrungen größer als 1,25 mm ist.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 891113, 938 681.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
409 558/309 3.64 © Bundesdruckerei Berlin
DE1962R0033739 1961-10-24 1962-10-23 Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Anschlusses an einer Halbleiterscheibe Expired DE1167452C2 (de)

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