DE1178519B - Verfahren zur Herstellung von Halbleiter-bauelementen durch das Aufschmelzen einer kleinen Menge Elektrodenmaterials auf einen halbleitenden Koerper - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Halbleiter-bauelementen durch das Aufschmelzen einer kleinen Menge Elektrodenmaterials auf einen halbleitenden Koerper

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DE1178519B DEN9989A DEN0009989A DE1178519B DE 1178519 B DE1178519 B DE 1178519B DE N9989 A DEN9989 A DE N9989A DE N0009989 A DEN0009989 A DE N0009989A DE 1178519 B DE1178519 B DE 1178519B
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Jacobus Asuerus Ploos Johannes
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Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Internat. Kl.: HOIl
Deutsche KU 21g-11/02
Nummer: 1178 519
Aktenzeichen: N 9989 VIII c / 21 g
Anmeldetag: 29. Dezember 1954
Auslegetag: 24. September 1964
Die Erfindung betrifft ein Legierungsverfahren zum Herstellen von Halbleiterbauelementen, bei dem eine kleine Menge Elektrodenmaterial auf einen halbleitenden Körper aufgebracht und die Anordnung auf eine Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur des Halbleitermaterials bis zum völligen Schmelzen des Elektradenmaterials erhitzt wird und bei dem ein den Halbleiterkörper nicht unmittelbar berührender Anschlußdraht in der entstandenen Legierungselektrode befestigt wird. Es ist bekannt, solche Halbleitersysteme mit den zugehörigen Elektroden dadurch herzustellen, daß auf den halbleitenden Körper, z.B. ein Germaniumblöckchen, eine abgepaßte Menge eines anderen Materials, nämlich ein Donator oder ein Akzeptor oder eine einen Donator oder einen Akzeptor enthaltende Legierung gelegt wird und das Ganze darauf erhitzt wird, so daß eine sogenannte Legierungselektrode entsteht. Da die elektrischen Eigenschaften des Halbleitersystems von der Oberfläche dieser Elektrode abhängig sind, muß die erwähnte Materialmenge genau abgepaßt werden. Es ist üblich, dieses Material in Form von abgewogenen Körpern zu verarbeiten.
Nach dem Legieren wird an der Elektrode ein Anschlußdraht festgelötet.
Infolge der besonders kleinen Abmessungen solcher Elektroden sind die einzelnen Bearbeitungen umständlich und zeitraubend.
Die Erfindung zielt darauf ab, diese Nachteile zu umgehen und ein Legierungsverfahren anzugeben, mit dem es möglich ist, auf einer kleinen Legierungsfläche des halbleitenden Körpers eine genau abgepaßte Menge an Elektrodenmaterial aufzubringen.
Gemäß der Erfindung wird dazu ein Ende des Anschlußdrahtes mit einer abgepaßten Menge Elektrodenmaterial bedeckt und dieses Ende darauf auf den halbleitenden Körper aufgesetzt und dann die Gesamtanordnung derart erhitzt, daß die geschmolzene Elektrodenmaterialmenge nahezu völlig vom Anschlußdraht auf den halbleitenden Körper abfließt und mit dem Material des Körpers unter dem Anschlußdraht eine zusammenhängende Schicht einer geschmolzenen Legierung des Elektrodenmaterials mit dem halbleitenden Körper bildet.
Der Vollständigkeit halber wird bemerkt, daß man bereits Punktkontaktelektroden und auch Flächenelektroden hergestellt hat, indem ein Draht unter Druck auf einen Halbleiterkörper aufgesetzt und mit ihm durch Stromdurchgang verschmolzen wurde. Der Draht kann dabei mit einer kleinen Menge eines Dotierungsmaterials, z. B. durch Eintauchen, bedeckt sein. Durch die örtliche Erwärmung beim Strom-
Verfahren zur Herstellung von Halbleiterbauelementen durch das Aufschmelzen einer
kleinen Menge Elektrodenmaterials auf einen
halbleitenden Körper
Anmelder:
N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken, Eindhoven
(Niederlande)
Vertreter:
Dr. rer. nat. P. Roßbach, Patentanwalt,
Hamburg 1, Mönckebergstr. 7
Als Erfinder benannt:
Pieter Willem Haayman,
Johannes Jacobus Asuerus Ploos van Amstel,
Eindhoven (Niederlande)
Beanspruchte Priorität:
Niederlande vom 31. Dezember 1953 (184 057)
durchgang legiert der Draht, der z.B. aus Gold besteht, mit dem Halbleiterkörper, ohne daß die gesamte Anordnung erwärmt wird. Mit diesem Verfahren wird jedoch nicht das Problem gelöst, eine genau abgepaßte Menge an Elektrodenmaterial aufzubringen, die dafür bestimmend ist, ein wie großer Teil der Oberfläche des halbleitenden Körpers von dem Elektrodenmaterial benetzt wird. Auch läßt sich im Gegensatz zum Verfahren nach der Erfindung nicht die Eindringtiefe der Legierungsfront und damit die Dicke der in ihrem Leitungstyp geänderten Zone und ihr spezifischer Widerstand im voraus bestimmen. Bei der örtlichen Erwärmung ist die Temperatur vom Widerstand der Kontaktstelle zwischen Draht und Halbleiterkörper abhängig, der sich außerdem sehr stark während des Stromdurchganges bei der Bildung der Schmelze ändert. Infolgedessen läßt sich die Tiefe der geschmolzenen Zone nicht steuern.
Die Erfindung wird an Hand eines durch die Zeichnung verdeutlichten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
409 688/252
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum galvanischen Bedecken von Drahtenden mit Elektrodenmaterial;
F i g. 2 und 5 sind stark vergrößerte Schnitte von Elektrodensystemen vor dem Aufschmelzen, und
F i g. 3 und 6 zeigen diese Systeme nach dem Aufschmelzen;
Fig. 4 ist eine schematische Darstellung eines Elektrodensystems wäjirend des Aufschmelzen.
Das Aufbringen des Elektrodenmaterials, das z.B. aus Indium bestehen kann, kann auf galvanischem Wege in einem Behälter 1 erfolgen, der mit einem Bad, z.B. folgender Zusammensetzung, gefüllt sein kann:
Indium 20 g
KCN 150 g
KOH 35 g
Dextrose 25 g
Wasser 1000 ecm
In diesem Behälter befindet eich eine Anode 2. Die Zuleitung zu dieser Anode ist mit einer Isolierung 3 versehen. Mehrere Anschlußdrähte 4 sind in einer Klemme 5 befestigt und als Kathode geschaltet. Die jeweils durchgeflossene Elektriztätsmenge, die gemessen werden kann, ist ein Maß für die niedergeschlagene Indiummenge.
Nachdem die Anschlußdrähte 4 mit einer gewissen Indiummenge 6 (F i g. 2) versehen sind, werden sie auf einen Germaniumkörper 7 aufgesetzt, worauf das Ganze erhitzt wird, so daß das Indium schmilzt und < eine sogenannte Legierungselektrode 8 bildet. Das Indium fließt größtenteils vom Draht 4 ab (F i g. 3).
Wenn das Elektrodenmaterial aus einer Legierung besteht, so kann das galvanische Niederschlagen zu Schwierigkeiten führen. In diesem Falle kann man die Komponenten der Legiesang. getrennt niederschlagen. So -kann man z.B. zur Herstellung einer Legierung aus Blei—Antimon die beiden Komponenten nacheinander auf das Ende eines Nickeldrähtchens niederschlagen. Durch Erhitzen kann darauf die Legierung gebildet werden, gegebenenfalls kann diese gleichzeitig auf den halbleitenden Körper aufgeschmolzen werden.
Das Elektrodenmaterial kann auch auf andere Weise auf die Anschlußdrähte aufgebracht werden, z.B. durch Aufdampfen, Aufstäuben oder durch Kataphorese.
Das Aufschmelzen der Elektroden kann dadurch erfolgen, daß die Drähte 4 und der halbleitende Körper in eine Schablone eingesetzt werden und das Ganze dann erhitzt wird. Einfacher ist es, eine Federklemme mit zwei Schenkeln herzustellen, von denen wenigstens ein Schenkel von einem Anschlußdraht gebildet wird, und den halbleitenden Körper zwischen diese Klemme einzusetzen und das Ganze zu erhitzen.
Bei dem in F i g. 4 dargestellten Beispiel besteht die Klemme aus zwei Anschlußdrähten 4 und 4', die an ihren bei 9 liegenden Enden miteinander verbunden sind und deren freie Enden mit Elektrodenmaterial 6 und 6' versehen sind. Der Körper 7 mit den aufgeklemmten Drähten wird in einem Ofen eingebracht; nach der Temperaturbehandlung werden die Anschlußdrähte 4 und 4' getrennt. Trotz des Federdruckes der Drähte auf den Körper ergibt sich, daß die entstandene Legierung eine zusammenhängende Schicht unter diesen Drähten bildet. Als günstige Faktoren wirken hier die Oberflächenspannung der geschmolzenen Legierung und die Abschwächung der Federkraft bei höherer Temperatur.
Es ist einleuchtend, daß die Drähte 4 und 4' nicht gleich zu sein brauchen; sie können beide getrennt den an die Elektroden zu stellenden Anforderungen angepaßt werden.
Beim Aufschmelzen der Elektroden kann es vorkommen, wenn das Material des Anschlußdrahtes durch das Elektrodenmaterial gut benetzt wird, daß letzteres zu stark am Draht anhängen bleibt und sogar am Draht heraufkriecht.
Um diesen Nachteil zu beseitigen, kann ein Anschlußdraht aus einem Metall benutzt werden, das vom Elektrodenmaterial schlecht benetzt wird, wie z.B. Wolfram. Dessen Ende kann unit einer Zwischenschicht bedeckt werden, z. B. aus Kupfer oder Gold, die vom Elektrodenmaterial gut benetzt wird. Das Elektrodenmaterial kriecht dann nur so weit am Draht herauf, wie die erwähnte Zwischenschicht reicht.
In den F i g. 5 und 6 ist ein solcher Anschlußdraht mit 10 bezeichnet; dieser Draht kann z. B. aus Wolfram bestehen. Die Spitze des Drahtes ist über eine kurze Länge mit einer dünnen Goldschicht 11 und über eine größere Länge mit Indium 12 bedeckt. Nachdem das Indium auf einen halbleitenden Körper 13 aufgeschmolzen wurde, so daß sich eine Legierungselektrode 14 gebildet hat, hat es sich vom Wolfram zurückgezogen und bleibt ausschließlich an der dünnen Goldschicht 11 anhängen.

Claims (3)

Patentansprüche:
1. Legierungsverfahren zum Herstellen von Halbleiterbauelementen, bei dem eine kleine Menge Elektrodenmaterials auf einen halbleitenden Körper aufgebracht und die Anordnung auf eine Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur des Halbleitermaterials bis zum völligen Schmelzen des Elektrodenmaterials erhitzt wird und bei dem ein den Halbleiterkörper nicht unmittelbar berührender Anschlußdraht in der entstandenen Legierungselektrode befestigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende des Anschlußdrahtes mit einer abgepaßten Menge Elektrodenmaterial bedeckt und dieses Ende darauf auf den halbleitenden Körper aufgesetzt und dann die Gesamtanordnung derart erhitzt wird, daß die geschmolzene Elektrodenmaterialmenge nahezu völlig vom Anschlußdraht auf den hatbleitenden Körper abfließt und mit dem Material des Körpers unter dem Anschlußdraht eine zusammenhängende Schicht einer geschmolzenen Legierung des Elektrodenmaterials mit dem halbleitenden Körper bildet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die abgepaßte Menge auf galvanischem Wege auf das Ende des Anschlußdrahtes aufgebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines An-
schlußdrahtes, dessen Material durch das Elektrodenmaterial schlecht benetzt wird, ein kurzes Stück des Drahtes an dem auf dem halbleitenden Körper zu befestigenden Ende zunächst mit einem zu benetzenden Material bedeckt und dann erst die Elektrodenmaterialmenge aufgebracht wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentanmeldung T 4658 VIIIc/21g
(bekanntgemacht am 6.11.1952); französische Patentschrift Nr. 1038 658; »Proc. IRE«, Bd. 40, November 1952, S. 1341 und
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
409 688/262 9.64 @ Bundesdruckerei Berlin
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