DE1189657B

DE1189657B - Process for the production of semiconductor devices with alloyed electrodes

Info

Publication number: DE1189657B
Application number: DET22478A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Friedrich Wilhe Dehmelt
Original assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Current assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Priority date: 1962-07-17
Filing date: 1962-07-17
Publication date: 1965-03-25

Description

Verfahren zur Herstellung von Halbleiteranordnungen mit legierten Elektroden Bei den bisher bekannten Herstellungsverfahren von Legierungselektroden auf Halbleiterkörper werden Pillen aus einem Legierungsmaterial auf den Halbleitergrundkörper aufgeschmolzen und einlegiert. Bei diesem Legierungsprozeß hat man mit der Schwierigkeit zu kämpfen, daß diese Legierungspillen, die beispielsweise bei Germaniumtransistoren aus Indium bestehen, auf dem Halbleiterkörper auslaufen und somit die zu begrenzende Fläche der Elektrode unerwünscht vergrößern. Damit ist beispielsweise eine unerwünschte Vergrößerung der Kapazität und anderer elektrischer Daten verbunden, die das Halbleiterbauelement dann für den gedachten Zweck unbrauchbar macht. Besonders störend wirkt sich der Auslaufeffekt auch bei dem sogenannten Legierungs-Diffusions-Verfahren aus, das bei den Transistoren mit diffundierter Basis Verwendung findet. Da ein solcher Diffusionsprozeß aus der Legierungsschmelze heraus natürlich nur bei höheren Temperaturen vor sich gehen kann, ist das Auslaufen der störstellenspendenden Pille besonders groß.Process for the production of semiconductor devices with alloyed Electrodes In the previously known manufacturing processes for alloy electrodes On semiconductor bodies, pills made of an alloy material are placed on the semiconductor base body melted and alloyed. This alloying process has been faced with difficulty to fight that these alloy pills, for example in germanium transistors consist of indium, run out on the semiconductor body and thus the limit to be limited Unwanted increase in the area of the electrode. This is an undesirable one, for example Increase in capacitance and other electrical data connected to the semiconductor device then makes it unusable for the intended purpose. The is particularly annoying The leakage effect is also evident in the so-called alloy diffusion process, the is used in transistors with a diffused base. Because such a diffusion process out of the alloy melt, of course, only at higher temperatures can go, the leakage of the disorder-causing pill is particularly large.

Um diese Nachteile zu vermeiden, bedient man sich daher zum Aufbringen von sperrenden oder nicht sperrenden Legierungskontakten verschiedener bekannter Methoden, bei denen eine Kohleform oder eine Steinform zur Begrenzung des Legierungsmaterials verwendet wird. Auch kann die Legierungspille zur Verhinderung des Auslaufens beispielsweise mit einer Magnesiumpaste überstrichen werden.In order to avoid these disadvantages, use is therefore made for application of blocking or non-blocking alloy contacts of various well-known Methods where a charcoal shape or a stone shape is used to limit the alloy material is used. The alloy pill can also be used to prevent leakage, for example be painted over with a magnesium paste.

Diese bekannten Verfahren führen aber nur unvollständig zum gewünschten Ziel, die Fläche der Elektroden auf den Halbleiterkörpern zu begrenzen. Sie zeigen auch noch weitere durch die Verfahren bedingte Nachteile: So wird beispielsweise durch die hohe Oberflächenrauhigkeit, die durch die Magnesiumpaste erzeugt wird, das Rauschen des Halbleiterelementes stark erhöht.However, these known processes only partially lead to the desired result The aim is to limit the area of the electrodes on the semiconductor bodies. they show also other disadvantages caused by the process: For example, due to the high surface roughness produced by the magnesium paste, the noise of the semiconductor element is greatly increased.

In neuerer Zeit ist das sogenannte Planarverfahren bekanntgeworden, bei welchem in oxydgeschützten Siliziumgrundkörpern Basis- und Emitterelektroden dadurch eindiffundiert werden, daß an den entsprechend vorgesehenen Stellen das Siliziumdioxyd entfernt wird und ein entsprechendes Störstellenmaterial eindiffundiert wird. Dieses an sich zur Begrenzung der Elektrodenfiäche sehr wirksame Verfahren hat aber den Nachteil, daß es sich nur zur Herstellung von Siliziumtransistoren eignet.In recent times the so-called planar method has become known, in which base and emitter electrodes in oxide-protected silicon bodies are diffused in that the Silicon dioxide is removed and a corresponding impurity material diffuses in will. This method is very effective in itself for limiting the electrode area but has the disadvantage that it is only suitable for the production of silicon transistors suitable.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Legierungs und/oder Diffusionsverfahren anzugeben, das gleichzeitig universal anwendbar ist und es ermöglicht, unabhängig vom Auslaufeffekt sperrende und nicht sperrende Halbleiterelektroden reproduzierbar herzustellen. Gleichzeitig sollten diese Elektroden einen möglichst niederohmigen Anschluß gewährleisten.The invention is therefore based on the object of an alloy and / or Specify diffusion method that is universally applicable at the same time and enables Blocking and non-blocking semiconductor electrodes regardless of the leakage effect reproducible. At the same time, these electrodes should be as good as possible Ensure a low-resistance connection.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Herstellung von Halbleiteranordnungen mit legierten Elektroden, bei dem das Legierungsmaterial vor dem Legieren auf ein Trägerplättchen aus Halbleitermaterial aufgebracht und mit der mit Trägerplättchen abgewandten Oberfläche in den Halbleiterkörper einlegiert wird, erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß ein Trägerplättchen verwendet wird, welches mit Aktivatoren des gleichen im Legierungsmaterial enthaltenden Typs hochdotiert ist, und daß das Legierungsmaterial vor dem Legieren derart auf das Trägerplättchen aufgebracht wird, daß das in die Oberfläche des Halbleiterkörpers einzulegierende Legierungsmaterial kein Halbleitermaterial enthält.To solve the problem posed, a method for production of semiconductor devices with alloyed electrodes, in which the alloy material applied to a carrier plate made of semiconductor material prior to alloying and alloyed with the surface facing away from the carrier plate in the semiconductor body is proposed according to the invention that a carrier plate is used which highly doped with activators of the same type contained in the alloy material is, and that the alloy material before alloying in such a way on the carrier plate is applied that the to be alloyed into the surface of the semiconductor body Alloy material does not contain any semiconductor material.

Es ist bereits ein ähnliches Verfahren zur Herstellung von Halbleiteranordnungen mit einlegierten Elektroden unter Verwendung eines mit Halbleitermaterial gesättigten Legierungsmaterials bekanntgeworden, das dadurch gekennzeichnet ist, daß zunächst das Legierungsmaterial auf ein Trägerplättchen aus dem Halbleitermaterial des Halbleiterbasiskörpers aufgeschmolzen und auf eine erhöhte Temperatur, bei der später noch keine Benutzung des Halbleiterbasiskörpers erfolgen soll, gebracht und gehalten wird, bis es bei dieser Temperatur mit dem Halbleitermaterial gesättigt ist. Das Legierungsmaterial auf dem Trägerplättchen wird dann bei diesem bekannten Verfahren möglichst schnell, mindestens innerhalb einer Minute, abgekühlt und vollständig zum Erstarren gebracht. Das schließlich erstarrte Legierungsmaterial wird dann auf den Halbleiterbasiskörper aufgelegt und auf die Legierungstemperatur erhitzt.It is already a similar process for manufacturing semiconductor devices with inlaid electrodes using one saturated with semiconductor material Alloy material has become known, which is characterized in that initially the alloy material on a carrier plate made of the semiconductor material of the semiconductor base body melted and to an elevated temperature at which the semiconductor base body will not be used later is to take place, brought and held until it is at this temperature with the Semiconductor material is saturated. The alloy material on the carrier plate is then as quickly as possible with this known method, at least within one minute, cooled and completely solidified. That finally Solidified alloy material is then placed on the semiconductor base body and heated to the alloy temperature.

Mit diesem bekannten Verfahren kann aber das Auslaufen der Legierungspille nicht vermieden werden; dabei wird auch kein hochdotiertes Halbleiterträgerplättchen für die Legierungspille verwendet, und es entsteht daher auch keine niederohmige Elektrodenzuleitung. Das Ziel dieses bekannten Verfahrens war es vielmehr, die Eindringtiefe der Legierungsfront aus der Legierungspille in den Halbleitergrundkörper zu vermindern.With this known method, however, the alloy pill can leak not to be avoided; there is also no highly doped semiconductor carrier plate used for the alloy pill, and therefore there is no low-resistance Electrode lead. Rather, the goal of this known method was to increase the depth of penetration to reduce the alloy front from the alloy pill into the semiconductor base body.

Vorteilhaft ist es, das Halbleiterträgerplättchen bis in die Entartung zu dotieren, da dann metallische Leitfähigkeit erreicht wird und der unerwünschte Zuleitungswiderstand also auf ein Minimum gedrückt werden kann.It is advantageous to keep the semiconductor carrier plate degenerated to dop, since then metallic conductivity is achieved and the undesirable Lead resistance can therefore be kept to a minimum.

Zweckmäßig werden dem Halbleiterträgerplättchen vor oder nach dem Aufbringen des Legierungsmaterials die Abmessungen des später gewünschten Legierungs- oder Diffusionskontaktes gegeben. Wird nun auf einer Seite dieses Trägerplättchens das Legierungsmaterial mit einer Dicke von nur 1 bis 2 w aufgetragen, so kann entsprechend dieser dünnen Schicht das Legierungsmaterial beim Legierungs-bzw. Diffusionsprozeß nicht auslaufen; die sich bildende Elektrode wird also nur die Fläche überdecken, die durch die Formgebung des Halbleiterträgerplättchens vorgegeben wurde.Appropriately, the semiconductor carrier plate before or after Application of the alloy material the dimensions of the later desired alloy or diffusion contact given. Is now on one side of this carrier plate the alloy material is applied with a thickness of only 1 to 2 w, so can accordingly this thin layer the alloy material in the alloy or. Diffusion process do not leak; the forming electrode will only cover the area which was specified by the shape of the semiconductor carrier plate.

Im folgenden soll nun mit Hilfe eines Ausführungsbeispielen an Hand der Figur die Erfindung näher erläutert werden.In the following, with the help of an exemplary embodiment, will now be on hand the figure, the invention will be explained in more detail.

Auf einem n-leitenden Halbleitergrundkörper soll ein sperrender p-Kontakt auflegiert werden, dem ein bestimmter Durchmesser vorgegeben ist. Man nimmt nun gemäß dem Verfahren nach der Erfindung einen beispielsweise bis in die Entartung p-leitenden, beispielsweise mit Gallium dotierten Germaniumkristall und schneidet aus ihm eine Trägerplatte heraus, deren Fläche der Größe des zu legierenden Kontaktes entspricht. Auf eine ebene Fläche, die diese Trägerplatte mindestens aufweisen soll, wird dann eine dünne Indiumschicht von etwa 1 bis 2 g Dicke aufgetragen. Dieses so vorbereitete Trägerplättchen wird nun mit der Indiumschichtseite auf den n-leitenden Halbleitergrundkörper, der beispielsweise zur Herstellung einer Tunneldiode auch bis in die Entartung dotiert sein kann, gesetzt und erhitzt. Bei einer Temperatur zwischen 200 und 600° C beginnt das geschmolzene Indium einen kleinen Teil des n-leitenden Halbleitergrundkörpers und des Halbleiterträgerplättchens zu lösen und in der flüssigen Phase metallisch miteinander zu verbinden. Das Anlösen des Halbleitergrundkörpers ist entsprechend der nur 1 oder 2 w dicken Indiumschicht sehr gering, wodurch sich eine sehr geringe Eindringtiefe und ein äußerst geringes Auslaufen des Legierungsmaterials ergibt. Wird jetzt langsam abgekühlt, so bildet sich eine Rekristallisationszone, die durch den starken Gehalt an Gallium des bis in die Entartung dotierten Halbleiterträgerplättchens stark p-leitend wird. Dadurch läßt sich der hohe Zuleitungswiderstand des Halbleiterkontaktes vermeiden. Durch Thermokompression kann dann beispielsweise auf diesem Kontakt ein Zuleitungsdraht befestigt werden.A blocking p-contact with a predetermined diameter is to be alloyed on an n-conducting semiconductor base body. According to the method according to the invention, a germanium crystal, for example p-conducting to degeneracy, for example doped with gallium, is then taken and a carrier plate is cut out of it, the area of which corresponds to the size of the contact to be alloyed. A thin indium layer approximately 1 to 2 g thick is then applied to a flat surface, which this carrier plate should have at least. This so prepared carrier plate is now placed with the indium layer side on the n-conducting semiconductor base body, which, for example, can also be doped to degenerate to produce a tunnel diode, and heated. At a temperature between 200 and 600 ° C, the molten indium begins to loosen a small part of the n-conducting semiconductor base body and the semiconductor carrier plate and to join them together in the liquid phase. The dissolving of the basic semiconductor body is very small, corresponding to the indium layer, which is only 1 or 2 w thick, which results in a very low penetration depth and extremely low leakage of the alloy material. If it is now slowly cooled, a recrystallization zone is formed, which becomes highly p-conductive due to the high gallium content of the semiconductor carrier plate doped to the point of degeneracy. This avoids the high lead resistance of the semiconductor contact. A lead wire can then be attached to this contact, for example, by thermocompression.

In der Figur ist eine Halbleiteranordnung vor dem eigentlichen Legierungsprozeß dargestellt, die aus einem Grundkörper 1, einem Halbleiterträgerplättchen 2 und der dazwischenliegenden Legierungsschicht 3 aus Indium besteht.In the figure, a semiconductor arrangement is shown before the actual alloying process, which consists of a base body 1, a semiconductor carrier plate 2 and the intermediate alloy layer 3 made of indium.

Soll nun gemäß dem Verfahren nach der Erfindung auf einem Halbleitergrundkörper ein Legierungs-Diffusions-Kontakt hergestellt werden, so verwendet man ein Halbleiterträgerplättchen, das neben seiner Dotierung, beispielsweise bis zur Entartung, mit einem Störstellenmaterial von einem ersten Leitfähigkeitstyp, eine weitere Dotierung mit einem Störstellenmaterial von einem zweiten Leitfähigkeitstyp enthält.Should now according to the method according to the invention on a semiconductor base body an alloy diffusion contact is made, a semiconductor carrier plate is used, this in addition to its doping, for example to the point of degeneration, with an impurity material of a first conductivity type, a further doping with an impurity material of a second conductivity type.

Selbstverständlich kann das Halbleiterträgerplättchen auch zur Bildung der Kollektorzone verwendet werden. Der Grundkörper bildet dann die Emitterzone, in welche eine Basiszwischenzone eindiffundiert wird.Of course, the semiconductor carrier plate can also be used for formation the collector zone. The main body then forms the emitter zone, into which a base intermediate zone is diffused.

Claims

Claims: 1. A method for producing semiconductor devices with alloyed electrodes, in which the alloy material is placed on a prior to alloying Carrier plate made of semiconductor material and applied to the carrier plate facing away surface is alloyed into the semiconductor body, characterized in that that a carrier plate is used, which with activators of the same im Alloy material-containing type is highly doped, and that the alloy material is applied to the carrier plate before alloying in such a way that the into the Alloy material to be alloyed on the surface of the semiconductor body, not a semiconductor material contains.

2. The method according to claim 1, characterized in that a semiconductor carrier plate is used, which is highly doped with impurities of a first conductivity type, that an alloy material is used which has impurities of the same conductivity type generated and that a semiconductor base body is used, the impurities of the same and / or opposite conduction type.

3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that a semiconductor carrier plate is used which is doped with impurity material until it degenerates.

4. The method according to claim 1 to 3, characterized in that a semiconductor carrier plate is used, whose dimensions correspond exactly to the area of the contact to be alloyed later.

5. The method according to claim 1 to 4, characterized in that on the semiconductor carrier plate an alloy layer 1 to 2 thick is applied.

6. The method according to claim 1 to 5, characterized in that a semiconductor carrier plate used that contains both acceptors and donors.

7. The method according to claim 1 to 6, characterized in that a semiconductor carrier plate is used, doped with impurity materials of both conductivity types up to degeneracy is. Documents considered: German Patent No. 961913; German Auslegeschriften Nos. 1062 823, 1107 343; "Das Elektron", 1951/52, p. 436; “Transistor I ", RCA-Lab., 1956, pp. 144 to 152.