DE1176283B

DE1176283B - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von pn-UEbergaengen durch Legieren

Info

Publication number: DE1176283B
Application number: DEG14106A
Authority: DE
Inventors: Vernon Ozarow
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1953-04-03
Filing date: 1954-04-01
Publication date: 1964-08-20

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von pn-übergängen durch Legieren Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von pn-übergängen durch Legieren, bei dem Akzeptor-oder Donatormaterial ujiter Verwendung eines Begrenzungskörpers in einem Halbleiterkörper einlegiert wird.
Es wurde bereits vorgeschlagen, Halbleiteranordnungen derart herzustellen, daß eine Menge von Akzeptor- oder Donatormaterial in Kontakt mit einem Körper aus Halbleiterinaterial erhitzt wird. Es können beispielsweise ein Akzeptormaterial, wie Indium und ein Halbleitermaterial, wie n-leitendes Germanium, benutzt werden. Während dieses Prozesses breitet sich das Indium über einen Bereich des Germaniums aus und dringt in das Germanium ein. Die Eindringtiefe hängt von der Dauer und der Temperatur des Prozesses, der Menge des Indiums und der Größe der Legierungsfläche ab. Wenn sich das Indium über eine große Fläche des Germaniumkörpers verteilt, ist also die Eindringtiefe geringer, als wenn sich das Indium über eine kleinere Fläche verteilt. Aus Gründen, die allgemein bekannt sind, haben Faktoren, wie Ausdehnung, Form und Lage des mit dem Indium in Berührung stehenden Bereiches und die Eindringtiefe einen merklichen Einfluß auf die elektrischen Eigenschaften einer Halbleiteranordnung.
Zur Beeinflussung dieser Faktoren ist bereits die Verwendun- eines Begrenzungskörpers beim Le-e erieren vorgeschlagen worden. Der ältere Vorschlag besteht darin, daß der von dem geschmolzenen Material eingenommene Raum während des Verschmelzens an der auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers abgewandten Seite durch einen Begrenzungskörper begrenzt wird, der aus einem Material höheren Schmelzpunktes als das Dotierungsmaterial besteht und durch dessen Formgebung der Verlauf des pn-übergangs im Halbleiterkörper bestimmt wird.
Das Wesen des älteren Verfahrens besteht somit darin, den von dem geschmolzenen Dotierungsmaterial eingenommenen Raum während des Verschmelzens ander von der Oberfläche des Halbleiterkörpers abgewandten Seite zu begrenzen. Zu diesem Zweck wird ein Begrenzungskörper verwendet, der auf der Oberfläche des Legierungsmaterials aufliegt und auf der von der Oberfläche des Halbleiterkörpers abgewandten Seite keine öffnung besitzt. Solche Begrenzungskörper haben den Nachteil, daß sie beim Legieren von Legierungspillen mit sehr kleinen Ab- messungen unbrauchbar sind, da es in der Praxis beim Einlegieren von kleinen Legierungspillen nicht möglich ist, zuerst die Legierungspille auf den Halbleiterkörper aufzulegen und erst danach den Begrenzungskörper so auf die Halbleiteroberfläche aufzubringen, daß die Legierungspille in die Ausnehmung des becherförmigen Begrenzungskörpers zu liegen kommt.
Zur Vermeidung dieser Nachteile wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß zur seitlichen Begrenzung und genauen Festlegung der Berührungsfläche zwischen dem Halbleiterkörper und dem Aktivatormaterial eine mit einer durchgehenden Bohrung zur Aufnahme des Aktivatormaterials versehener Begrenzungskörper verwendet und auf den Halbleiterkörper gelegt wird, und daß das Legieren durch Einlegen des Legierungsmaterials in die Bohrung und durch anschließendes Erhitzen erfolgt.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß es bei der Herstellung von pn-übergängen durch Legieren im wesentlichen nur auf die seitliche Begrenzung des Legierungsmaterials ankommt und daß der Begrenzungskörper vor dem Legieren auf die Oberfläche des Halbleiterkörpers aufzubringen ist. Aus diesem Grund ist es von wesentlicher Bedeutung, einen Begrenzungskörper zu verwenden, der mit einer durchgehenden Bohrung zur Aufnahme des Legierungsmaterials versehen ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren soll an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.
Ein Körper 2 aus f euerfestem oder anderem Material, das bei der Schmelztemperatur des Legierungsmaterials im, wesentlichen neutral bleibt, wird derart gegen einen Block 4 aus Halbleitermaterial gelegt, daß jedes beliebige in die Bohrung 6 innerhalb des Körpers 2 eingelegte Legierungsmaterial, wenn es schmilzt, nicht ausweichen kann, es sei denn durch Auflösen des Teiles des Blocks4 unterhalb der Bohrung. Liegt der Block 4 horizontal, so ist es nicht notwendig, den Oberteil der Bohrung zu bedeckenz andernfalls wird ein Kolben 8, ebenfalls aus feuerfestem Material, in die Bohrung 6 eingeführt. Der Kolben 8 kann so eingerichtet werden, daß er einen nahezu konstanten Druck auf das geschmolzene Material in der Bohrung ausübt, und zwar durch Einfügen einer Druckfeder 11, die zwischen das äußere Ende 10 des Kolbens 8 und die Innenseite einer Hülse 12 gelegt wird, die wiederum an dem Körper 2 aus feuerfestem Material befestigt ist. Es ist ersichtlich, daß die Lage des Bereiches A durch Verschieben des Körpers aus feuerfestem Material genau bestimmt werden kann.
Einige Materialien, wie beispielsweise Indium, neigen dazu, sich unter der Wirkung der Oberflächenspannung zu einer Kugel zusammenzuziehen und somit nicht die ganze FlächeA auf dem Grunde der Bohrung zu benetzen. Durch den Druck des Kolbens 8 auf das geschmolzene Indium wird jedoch die Oberflächenspannung überwunden. Daher benetzt das Indium von vornherein im wesentlichen die ganze Fläche A. Dies sichert ein gleichmäßigeres Eindringen an allen Punkten der Fläche. Es ist nicht notwendig, daß die Hülse den Kolben vollständig einschließt. Es sind zwei Vorrichtungen dargestellt, jedoch braucht z. B. zur Herstellung einer Diode nur eine benutzt zu werden.
Die Kontaktfläche A zwischen dem geschmolzenen Legierungsmaterial und dem Block 4 aus Halbleitermaterial wird durch den Ouerschnitt der Bohrung 6 bestimmt. Das geschmolzene Legierungsmaterial löst etwas Material des Halbleiterkörpers 4 und liegt dann innerhalb einer durch die Fläche 14 begrenzten Zone. Das Gesamtvolumen zwischen der Fläche 14 und der FlächeA hängt von der Temperatur der Schmelze, der Menge des geschmolzenen Materials innerhalb der Ausnehmung 6 und der Dauer des Heizprozesses ab.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zur Herstellung von pn-Über-Gängen durch Legieren. bei dem Akzeptor- oder Donatormaterial unter Verwendung eines Begrenzungskörpers in einen Halbleiterkörper einlegiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur seitlichen Begrenzung und genauen Festlegung der Berührungsfläche zwischen dem Halbleiterkörper und dem Aktivatormaterial ein mit einer durchgehenden Bohrung zur Aufnahme des Aktivatormaterials versehener Begrenzungskörper verwendet und auf den Halbleiterkörper gelegt wird und daß das Legieren durch Einlegen des Legierungsmaterials in die Bohrung und durch anschließendes Erhitzen erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Legieren ein Druck auf das Legierungsmaterial ausgeübt wird. 3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen feuerfesten Körper, dessen Material sich bei der Schmelztemperatur des Legierungsmaterials im wesentlichen neutral verhält, und der mit einer durchgehenden Bohrung zur Aufnahme des Legierungsmaterials versehen ist, die mit der Begrenzungsfläche ihrer öffnung auf dem Halbleiterkörper aufliegt. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in die Bohrung ein diese abschließender Kolben eingeführt ist. 5. Vorrichtung nach Anspruch4, dadurch gekennzeichnet. daß der Kolben mittels einer Druckfeder gegen eine Hülse gespannt ist, die an dem feuerfesten Körper befestigt ist. 6. Anwendung einer Vorrichtung nach Anspruch 3 oder einem der folgenden zur Herstellung von Kristallverstärkern, derart, daß zwei gleichartige Vorrichtungen auf entgegengesetzten Seiten des Halbleiterkörpers aufliegen. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentanmeldung 14677 VIII c / 21 g (bekanntgemacht am 29. 5. 1952); britische Patentschrift Nr. 596 910; schweizerische Patentschrift Nr. 243 490, österreichische Patentschrift Nr. 154 538. In Betracht gezogene ältere Patente: Deutsches Patent Nr. 975 179.