DE1178520B

DE1178520B - Legierungsverfahren zur Herstellung von Halbleiteranordnungen

Info

Publication number: DE1178520B
Application number: DEP27761A
Authority: DE
Inventors: Gerd Gerdes
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1961-08-24
Filing date: 1961-08-24
Publication date: 1964-09-24
Also published as: GB993176A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. KL: HOIl

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

Deutsche Kl.: 21g-11/02

P 27761 VIII c/21g
24. August 1961
24. September 1964

Die Erfindung betrifft ein Legierungsverfahren zur Herstellung von Halbleiteranordnungen, bei dem zur Herstellung eines sperrenden oder nicht sperrenden Kontaktes ein Kügelchen eines Legierungsmaterials auf einen Halbleiterkörper gelegt und durch gemeinsame Erwärmung beider Teile auflegiert wird.

Bekanntlich können sperrende und/oder ohmsche Übergänge bei Halbleiteranordnungen dadurch hergestellt werden, daß auf einen Halbleitergrundkörper, beispielsweise aus Germanium oder Silizium, Kugel- ίο chen aus Legierungsmaterial aufgelegt werden, wobei eine Form dafür sorgt, daß die Kügelchen an ihrem Ort gehalten werden. Der Halbleitergrundkörper mit aufgelegten Legierungskügelchen wird nun in einer Schutzgas-Atmosphäre oder im Vakuum erwärmt, wobei das Kügelchen schmilzt und mit dem Material des Halbleitergrundkörpers legiert. Beim Abkühlen rekristallisiert der geschmolzene Teil des Materials des Halbleitergrundkörpers. Gleichzeitig wird etwas Legierungsmaterial eingebaut, wodurch der gewünschte Übergang erzeugt wird.

Hierbei tritt die Schwierigkeit auf, daß die verwendeten Legierungsmaterialien, z. B. Gallium- und Indiumlegierungen, beim Schmelzen den Halbleitergrundkörper nur schlecht benetzen. Das Einlegieren des Legierungsmaterials beginnt in schlecht kontrollierbarer Weise am Berührungspunkt von Kügelchen und Grundkörper; daher breitet die Legierungsfront sich ungleichmäßig in das Innere des Halbleiterkörpers aus.

Es sind verschiedene Verfahren bekannt, diese Nachteile zu beseitigen. So wurde vorgeschlagen, ein Flußmittel zu verwenden, um eine gleichmäßige Benetzung der Oberfläche des Halbleitergrundkörpers durch das flüssige Legierungsmaterial zu erreichen. Der Nachteil dieses Verfahrens liegt darin, daß durch das Flußmittel die elektrischen Eigenschaften des fertigen Überganges beeinflußt werden können. Ferner wurde vorgeschlagen, die Legierungskügelchen getrennt vom Halbieitergrundkörper zu erwärmen und dann in flüssigem Zustand auf den gleichfalls erwärmten, aber noch festen Halbieitergrundkörper fallen zu lassen.

Auch ist es bekannt, die auf den Halbieitergrundkörper gelegten Kügelchen durch ein Gewicht zu beschweren, so daß das geschmolzene Legierungsmaterial durch ein Gewicht auf den Halbieitergrundkörper gedrückt wird. Der Nachteil dieser beiden letztgenannten Verfahren besteht darin, daß relativ komplizierte Formen, die bewegliche Teile enthalten, verwendet werden müssen.

Die genannte Schwierigkeit, nämlich das ungleich-Legierungsverfahren zur Herstellung von
Halbleiteranordnungen

Anmelder:

Philips Patentverwaltung G. m. b. H.,

Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Als Erfinder benannt:
Gerd Gerdes, Hamburg

mäßige Einlegieren von Legierungsmaterial, das in Form von Kügelchen auf einen Halbleitergrundköiper gelegt und durch gemeinsame Erwärmung von Halbleitergrundkörper und Kügelchen auflegiert wird, wird gemäß der Erfindung dadurch umgangen, daß das Legierungsmaterialkügelchen vor dem Auflegen auf den Halbleiterkörper mit einer so starken künstlichen Schicht versehen wird, daß diese beim Erwärmen das geschmolzene Legierungsmaterial bis zu einer Temperatur, bei der eine sofortigeBenetzung des Halbleiterkörpers möglich ist und die höchstens gleich der höchsten Temperatur des Legierungsvorganges ist, als Kügelchen zusammenhält und am Benetzen des Halbleiterkörpers hindert und dann infolge Verdampfung und/oder Reduktion schlagartig aufreißt und das Legierungsmaterial auseinanderfließen läßt.

Als solche die Benetzung hindernde Schichten haben sich als besonders geeignet die Oxyde der Legierungsmaterialien gezeigt. Diese Oxydschichten verhindern die Benetzung des Halbleitergrundkörpers durch das geschmolzene Legierungsmaterial praktisch vollständig. Wird die Temperatur des Halbleitergrundkörpers mit aufgelegten Legierungsmaterialkügelchen erhöht, so verdampft beim Erreichen einer Temperatur, bei der das Legierungsmaterial schon geschmolzen ist, bei der eine sofortige Benetzung des Halbleiterkörpers möglich ist und die höchstens gleich der höchsten Temperatur des Legierungsvorganges ist, die Oxydschicht rasch, worauf das Legierungsmaterialkügelchen auf der Oberfläche des Halbleitergrundkörpers auseinanderfließt. Über der Fläche des herzustellenden Überganges wird so praktisch gleichzeitig die Oberfläche des Halbleitergrundkörpers vom Legierungsmaterial benetzt. Unter Legierungstemperatur soll im weiteren diejenige Temperatur verstanden werden, bei der der Legierungsprozeß stattfindet. Ist die Verdampfungs-

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Claims

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geschwindigkeit des Oxydes bei Temperaturen, die Kügelchen wieder unter einer Infrarotlampe getrock-

niedriger oder gleich der Legierungstemperatur sind, net wird. Danach wird das bromierte Kügelchen lang-

zu gering, so kann die Erhitzung von Halbleiter- sam unter Atmosphäreneinwirkung oxydiert, und

grundkörper und Legierungsmaterial in einer redu- schließlich wird dieses so präparierte Kügelchen 6 zierenden Atmosphäre vorgenommen werden. Beim 5 mit der Oxydschicht 7 (vgl. Fig. 5) ähnlich wie beim

Erreichen einer Temperatur, bei der das Legierungs- bekannten Verfahren in einer (nicht gezeichneten)

material schon geschmolzen ist und die niedriger Form auf einen Halbleitergrundkörper 1 gelegt,

oder gleich der Legierungstemperatur ist, wird die Die Form mit dem Halbleitergrundkörper 1

Oxydschicht so rasch reduziert, daß das flüssige (F i g. 5) und dem präparierten Kügelchen 6 wird in Legierungsmaterial des Kügelchens ebenfalls, wie io einer Wasserstoffatmosphäre erwärmt. Dabei verhin-

vorstehend beschrieben, plötzlich unter Benetzung dert bis zu einer Temperatur von etwa 540° C die

der Oberfläche des Halbleitergrundkörpers aus- auf der Oberfläche des Kügelchens 6 vorhandene

einanderfließt. Oxydschicht, in der gegebenenfalls Bromide und Hy-

AIs besonders vorteilhaft hat sich eine Aus- droxyde enthalten sind, die Benetzung des Halbleiterführungsform des Verfahrens nach der Erfindung 15 grundkörpers 1 durch das flüssige Legierungsmaterial gezeigt, bei der Legierungsmaterialkügelchen aus und somit das Legieren des Materials des Kügelchens Indium und/oder Gallium der Einwirkung von Brom- mit dem Material des Halbleitergrundkörpers. Die wasserstoffsäure ausgesetzt wurden und danach die Oxydschicht muß so dick sein, daß sie das flüssige Benetzung hindernde Schicht durch Oxydation her- Legierungsmaterial zusammenhält. Bei etwa 540° C gestellt wurde. Eine solche Schicht enthält außer 20 platzt das Kügelchen 6 auseinander und benetzt sehr Indium und/oder Galliumoxyd Hydroxyde und schnell die gewünschte volle Fläche (Fig. 6), was Bromide von Indium und/oder Gallium. ein gleichmäßiges Eindringen der Legierungsfront 4

Das Verfahren nach der Erfindung wird an einem zur Folge hat.

Beispiel an Hand der Zeichnung erläutert. Dieser Vorgang kann durch die folgenden Re-

F i g. 1 bis 4 zeigen die einzelnen Schritte des Ein- 25 aktionen erklärt werden: Das nach dem Ätzprozeß

legierens mit zunehmender Temperatur bei einem an der Oberfläche des Kügelchens vorhandene

bekannten Verfahren; Indium bzw. gegebenenfalls vorhandene Indiumoxyd

F i g. 5 und 6 zeigen das Einlegieren bei dem Ver- wird durch die Bromwasserstoffsäure, da die Refahren nach der Erfindung. aktion in wässeriger Lösung stattfindet, in wasser-

Auf einen Halbleitergrundkörper 1 (Fig. 1) aus 30 haltiges Indiumbromid [In(H₂O)₆]Br₃ übergeführt,

Germanium wird ein Kügelchen 2 einer Indium- wobei das Indium nach der Formel

Gallium-Legierung gelegt, das durch eine nicht ge- 2 In + 6 HBr-^ 2 InBr + 3 H.,

zeichnete Form an ihrem Ort auf den Halbleiter- ^{3 2}

grundkörper festgehalten wird. Die Form mitsamt und das eventuell vorhandene Indiumoxyd nach der

dem Halbleitergnmdkörper und dem Kügelchen wird ₃₅ Formel

dann erwärmt. Solange die Temperatur unter 156° C Tn r» _u ή HRr ι Tntir _u

bleibt (F i g. 1), bleibt das Kügefehen 2 lose auf dem ^³ ^{+ 6} ^HÖX^¹ ¹^^{3 +}

Halbleitergrundkörper liegen. Bei etwa 156° C be- reagiert.

ginnt das Kügelchen 2 in den Halbleitergrundkörper Durch die Hitze beim Trocknen der Kugeln und

einzulegieren. Die F i g. 2 bis 4 zeigen diesen Vor- 40 durch Atmosphäreneinwirkung erfolgt eine Hydrolyse

gang des Emlegierens.. T>ie zu den in den Figuren [I_n(H₂O)₆Br₃] ^: [In(H₀O)₃ . (OH)₃] + 3 HBr
gezeigten Zuständen gehörenden Temperaturen sind ^ ^{6 3 L 2 3 3J}
jeweils unter der Figur angegeben. Bei etwa 300° C wobei Indiumhydroxyd bzw. Indiumoxyd in gleich-(Fig. 2) hat sich unter dem Berührungspunkt des mäßiger Verteilung auf der Oberfläche des Kügel-Kügelchens 2 mit dem Halbleitergrundkörper 1 eine 45 chens entsteht. Das Kügelchen ist also von einer Legierungsschicht 3 gebildet, die sich bei weiterer Schicht, die aus einer Mischung von Bromid und Hy-Temperaturerhöhung (vgl. Fig. 3 und 4) zur Seite droxyd besteht, umgeben. Das eventuell innerhalb hin ausdehnt. Dabei tritt der nachteilige Effekt auf, dieser Schicht noch auf der Kugeloberfläche vorhandaß, da das Material des Kügelchens 2 zunächst nur dene Indiumtribromid InBr₃ bildet wegen der reicham Berührungspunkt mit dem Material des Halb- 50 liehen Anwesenheit von Indium Indiummonobromid, leitergrundkörpers legiert (Fig. 2), die Legierungs- das als nicht störendes Flußmittel wirkt. Diese front 4 nach beendetem Legierungsprozeß nicht Schicht verhindert die Benetzung des Halbleitereben ist, sondern (vgl. besonders die F i g. 3 und 4) grundkörpers durch das Material des Kügelchens. Bei einen Buckel 5 aufweist. einer Temperatur von etwa 540° C wird die

Bei der Durchführung des Verfahrens nach der 55 Schicht durch die Wasserstoffatmosphäre reduziert, Erfindung wird das aus einer Indium-GaUium-Le- so daß die Kugeln platzen und der bei dieser Tempegierung bestehende Kügelchen, bevor es auf den ratur flüssige Inhalt plötzlich den Halbleitergrund-Halbleitergrundkörper gebracht wird, auf die fol- körper benetzt,
gende Weise präpariert: Der Vorteil des Verfahrens nach der Erfindung be-

Das Kügelchen wird durch Ätzen gereinigt. Die 60 steht darin, daß durch eine einfache Präparierung der

Ätzflüssigkeit besteht dabei aus 6 Teilen 48%iger Legierungsmaterialkügelchen sehr gut ebene Legie-

Flußsäure, 3 Teilen 56%iger Salpetersäure und rungsfronten erzeugt werden.
1 Teil destilliertem Wasser. Nach dieser Ätzung

wird das Kügelchen mit destilliertem Wasser gespült Patentansprüche:

und unter einer Infrarotlampe getrocknet. Danach 65 1. Legierungsverfahren zur Herstellung von

wird das Kügelchen mit Bromwasserstoffsäure Halbleiteranordnungen, bei dem zur Herstellung

(HBr) bromiert. Die überschüssige Säuie wird mit eines sperrenden oder nicht sperrenden Kon-

einem Äther, wie Dioxan, abgespült, worauf das taktes ein Kügelchen eines Legierungsmaterials

auf einen Halbleiterkörper gelegt und durch gemeinsame Erwärmung beider Teile auflegiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Kügelchen vor dem Auflegen auf den Halbleiterkörper mit einer so starken künstlichen Schicht versehen wird, daß diese beim Erwärmen das geschmolzene Legierungsmaterial bis zu einer Temperatur, bei der eine sofortige Benetzung des Halbleiterkörpers möglich ist und die höchstens gleich der höchsten Temperatur des Legierungs-Vorganges ist, als Kügelchen zusammenhalt und am Benetzen des Halbleiterkörpers hindert und dann infolge Verdampfung und/oder Reduktion schlagartig aufreißt und das Legierungsmaterial auseinanderfließen läßt.

2. Legierungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die künstliche Schicht ein Oxyd des Legierungsmaterials enthält.

3. Legierungsverfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Reduktionsprodukt der künstlichen Schicht zugleich als Flußmittel beim Legieren dient.

4. Legierungsverfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung in einer reduzierenden Atmosphäre vorgenommen wird.

5. Legierungsverfahren naoh Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Legierungsmaterial Indium, Gallium oder eine Indium-Gallium-Legierung verwendet wird.

6. Legierungsverfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die künstliche Schicht aus einer Mischung aus wenigstens einem Oxyd und wenigstens einem Halogenid des Indiums, des Galliums oder einer Indium-Gallium-Legierung besteht.

7. Legierungsverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die künstliche Schicht auf den aus Indium, Gallium oder einer Indium-GalHum-Legierung bestehenden Kügelchen durch Einwirkung von Bromwasserstoffsäure und darauffolgende Oxydation erzeugt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1036 392,

385;
deutsche Auslegeschrift T8810VIIIc/21g

(bekanntgemacht am 15.11.1956).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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