DE1197178B - Method for producing a pn junction in a semiconductor body - Google Patents
Method for producing a pn junction in a semiconductor bodyInfo
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Description
BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES 4057¥W PATENTAMT Int. α.: FEDERAL REPUBLIC OF GERMANY GERMAN 4057 ¥ W PATENTAMT Int. α .:
HOIlHOIl
AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL
Deutsche Kl.: 21g-11/02 German class: 21g -11/02
Nummer: 1197178Number: 1197178
Aktenzeichen: S 60606 VIII c/21 gFile number: S 60606 VIII c / 21 g
Anmeldetag: 14. November 1958Filing date: November 14, 1958
Auslegetag: 22. Juli 1965Opening day: July 22, 1965
Bei den bekannten Verfahren zum Einlegieren eines Metalls in einen Halbleiter werden beide Stoffe im Schutzgas bei so hohen Temperaturen zusammengebracht, daß sie eine Schmelze bilden, aus der dann beim Abkühlen die richtig dotierte Rekristallisationszone entsteht. Der Beginn des Legierungsvorgangs wird oft durch Verunreinigungen oder Oxydschichten auf der Oberfläche des Halbleiters und/oder des Legierungsmetalls gestört. Besonders schwierig ist das Einlegieren, wenn, wie z. B. beim Einlegieren von to Aluminium in Silizium, die auf beiden Stoffen vorhandenen Oxyde bei der Legierungstemperatur von Wasserstoff, der als Schutzgas verwendet wird, nicht reduziert werden.In the known method for alloying a metal in a semiconductor, both substances are brought together in the protective gas at such high temperatures that they form a melt from which then the properly doped recrystallization zone is created on cooling. The beginning of the alloying process is often caused by impurities or oxide layers on the surface of the semiconductor and / or the Alloy metal disturbed. Alloying is particularly difficult if, for example, B. when alloying to Aluminum in silicon, the oxides present on both substances at the alloy temperature of Hydrogen, which is used as a protective gas, cannot be reduced.
Es wurde bereits ein Verfahren zum Herstellen eines pn-Übergangs in einem Halbleiterkörper durch Einlegieren einer Pille eines Dotierungsmetalls, z. B. Antimon oder Indium, in diesen Körper angegeben, bei dem der Legierungsprozeß in einem Flüssigkeitsbad durchgeführt wird, dessen Temperatur so groß ist, daß eine Legierungsbildung zwischen dem Halbleiterkörper und der Metallpille eintritt, und bei dem zwischen den Halbleiterkörper und der Badflüssigkeit eine elektrische Spannung gelegt wird.A method for producing a pn junction in a semiconductor body has already been carried out Alloying a pill of a doping metal, e.g. B. Antimony or Indium, stated in this body, in which the alloying process is carried out in a liquid bath whose temperature is so high is that alloy formation occurs between the semiconductor body and the metal pill, and in which an electrical voltage is applied between the semiconductor body and the bath liquid.
Die Erfindung besteht in einer weiteren Ausgestaltung dieses Verfahrens in der Weise, daß eine das Dotierungsmetall oder eine Verbindung dieses Metalls enthaltenden Schmelze als Badflüssigkeit verwendet und diese nur auf den Teilen der Oberfläche des Halbleiterkörpers aufgebracht wird, in die das Dotierungsmetall einlegiert werden soll, und daß das Dotierungsmetall elektrolytisch auf der mit der Badflüssigkeit in Berührung stehenden Oberfläche des Halbleiterkörpers abgeschieden wird.The invention consists in a further embodiment of this method in such a way that a the doping metal or a compound of this metal-containing melt is used as the bath liquid and this is applied only to those parts of the surface of the semiconductor body in which the Doping metal is to be alloyed in, and that the doping metal is electrolytically applied to the bath liquid in contacting surface of the semiconductor body is deposited.
Es ist bereits ein Verfahren bekannt, bei dem nach einer rein chemischen Abätzung des Halbleiterkörpers
durch eine wasserfreie Schmelze die Halbleiteroberfläche elektrolytisch metallisiert wird.
Der nach diesem Verfahren hergestellte Kontakt ist ein Halbleiter-Metall-Kontakt, dessen Sperrwirkung
durch Vorgänge in der Grenzschicht Metall und Halbleiter hervorgerufen wird. Demgegenüber dient
das Verfahren gemäß der Erfindung zum Herstellen einer Halbleiteranordnung mit pn-übergang. Für
derartige Anordnungen ist die Erzielung eines ebenen pn-Übergangs, also einer ebenen Legierungsfront von größter Bedeutung. Durch das Abscheiden
des Dotierungsmetalls aus der Salzschmelze und das gleichzeitige Einlegieren wird das Herstellungsverfahren
sehr vereinfacht und damit für eine Automatisierung geeignet. Weiter ermöglicht es dieses
Verfahren, eine genau definierte Eindringtiefe der Verfahren zum Herstellen eines pn-Übergangs
in einem HalbleiterkörperA method is already known in which, after a purely chemical etching of the semiconductor body by means of an anhydrous melt, the semiconductor surface is electrolytically metallized. The contact produced by this process is a semiconductor-metal contact, the blocking effect of which is caused by processes in the metal-semiconductor interface. In contrast, the method according to the invention is used to produce a semiconductor arrangement with a pn junction. Achieving a flat pn junction, that is to say a flat alloy front, is of the greatest importance for such arrangements. By depositing the doping metal from the molten salt and alloying it in at the same time, the manufacturing process is greatly simplified and therefore suitable for automation. This method also makes it possible to achieve a precisely defined penetration depth of the method for producing a pn junction
in a semiconductor body
Anmelder:Applicant:
Siemens & Halske Aktiengesellschaft,
Berlin und München,
München 2, Wittelsbacherplatz 2Siemens & Halske Aktiengesellschaft,
Berlin and Munich,
Munich 2, Wittelsbacherplatz 2
Als Erfinder benannt:Named as inventor:
Dr. Heinz Henker, MünchenDr. Heinz Henker, Munich
Legierungsfront zu erzielen, da aus dem Legierungsdiagramm die bei der Temperatur der Schmelze zum Erzielen der gewünschten Eindringtiefe notwendige Menge des Dotierungsmetalls entnommen und dann die Stromstärke und die Zeit des Stromdurchgangs so eingestellt werden können, daß entsprechend dem Faradayschen Gesetz gerade diese Menge des Dotierungsmetalls auf dem Halbleiterkörper abgeschieden wird.Alloy front to achieve, because from the alloy diagram the at the temperature of the melt to Achieve the desired depth of penetration and then remove the necessary amount of doping metal the amperage and the time of current passage can be adjusted so that according to the Faraday's law precisely this amount of doping metal is deposited on the semiconductor body will.
Weiter ist auch ein Verfahren zum Herstellen von Berylliumüberzügen auf Metallen durch Schmelzflußelektrolyse bekannt, bei dem die Elektrolyse bei einer Temperatur durchgeführt wird, die nahe unterhalb des Schmelzpunktes des zu überziehenden Metallkörpers liegt, derart, daß das abgeschiedene Beryllium in den zu überziehenden Körper hineindiffundiert und ein dichter Überzug aus einer Legierung von hoher Härte entsteht. Bei diesem Verfahren zum Herstellen von galvanischen Überzügen treten die in der Legierungstechnik für Halbleiterbauelemente auftretende Probleme, wie z.B. die Herstellung einer ebenen Legierungsfront und die Erzielung einer gewünschten Eindringtiefe dieser Legierungsfront, nicht auf.There is also a method for producing beryllium coatings on metals by fused-salt electrolysis known in which the electrolysis is carried out at a temperature close to below the melting point of the metal body to be coated is such that the deposited beryllium diffused into the body to be coated and a dense coating made of an alloy of high hardness arises. In this process for the production of galvanic coatings occur the problems encountered in alloy technology for semiconductor components, such as production a flat alloy front and the achievement of a desired penetration depth of this alloy front, not on.
Bei dem gemäß der Erfindung vorgeschlagenen Verfahren wird also der Halbleiterkörper mit einer das einzulegierende Metall oder eine Verbindung desselben enthaltenden Schmelze in die eine mit dem positiven Pol einer Spannungsquelle verbundene Metallelektrode eingetaucht, in Berührung gebracht und mit dem negativen Pol der Spannungsquelle verbunden, so daß auf den mit der Schmelze in Berührung stehenden Oberflächenteilen des Halbleiterkörpers das Metall abgeschieden wird. Da die Temperatur der Schmelze gleich oder größer als dieIn the method proposed according to the invention, the semiconductor body with a the metal to be alloyed or a compound thereof containing melt in one with the positive pole of a voltage source connected metal electrode immersed, brought into contact and connected to the negative pole of the voltage source, so that on the with the melt in Contact standing surface parts of the semiconductor body the metal is deposited. Since the Melt temperature equal to or greater than that
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zum Legieren des Metalls mit dem Halbleiter notwendige Temperatur ist, erfolgt sofort eine Benetzung, und das abgeschiedene Metall wird sofort mit dem Halbleiter legiert. Das Legieren erfolgt, wie bereits ausgeführt, entsprechend dem Legierungsdiagramm, der Temperatur der Schmelze und der Menge des abgeschiedenen Legierungsmetalls. Die abgeschiedene Menge ist nach dem Faradayschen Gesetz genau einstellbar, und ebenso kann die Temperatur in gewünschter Weise leicht eingestellt werden. Damit ist es mit dem durch die Erfindung vorgeschlagenen Verfahren möglich, auf den mit der Schmelze in Berührung stehenden Oberflächenteilen eine bestimmte Legierungstiefe mit einer ebenen Legierungsfront zu erzielen. Es entsteht eine Rekristallisationszone, die entgegengesetzt wie der ursprüngliche Halbleiterkörper dotiert ist.is the temperature required for alloying the metal with the semiconductor, wetting takes place immediately, and the deposited metal is instantly alloyed with the semiconductor. Alloying is done as already carried out, according to the alloy diagram, the temperature of the melt and the Amount of alloy metal deposited. The amount deposited is according to Faraday's Law can be precisely adjusted, and the temperature can also be easily adjusted in the desired manner. It is thus possible with the method proposed by the invention, on the with the Melt contacting surface parts a certain alloy depth with a flat To achieve alloy front. A recrystallization zone is created, which is opposite to the original one Semiconductor body is doped.
In den Fig. 1 und 2 sind zwei besonders günstige Ausführungsbeispiele für ein Verfahren gemäß der Erfindung dargestellt.In Figs. 1 and 2, two are particularly favorable Exemplary embodiments of a method according to the invention are shown.
In der F i g. 1 befindet sich in einem Behälter 4 eine das Legierungsmetall oder eine Verbindung desselben enthaltende Schmelze 3. Der Halbleiterkörper 1 wird ganz in die Schmelze eingetaucht und ist bis auf die Oberflächenteile 6 und 7, auf denen das Niederschlagen des Metalls erfolgen soll, durch eine Schutzschicht, insbesondere durch eine Maske 2, abgedeckt. Der Halbleiterkörper ist mit dem negativen Pol einer SpannungsqueÜe verbunden, während die Elektrode 5 mit dem positiven Pol verbunden ist. Beim Stromdurchgang wandern die positiven Metallionen zur negativen Elektrode (Halbleiterkörper), wo sie auf den Oberflächen 6 und 7 einen Metallüberzug bilden. Da die Schmelze eine Temperatur hat, die gleich oder größer als die zum Einlegieren des Metalls in den Halbleiter notwendige Temperatur ist, setzt sofort die Legierungsbildung ein.In FIG. 1 is in a container 4 an alloy metal or a compound the same containing melt 3. The semiconductor body 1 is completely immersed in the melt and is through except for the surface parts 6 and 7 on which the metal is to be deposited a protective layer, in particular covered by a mask 2. The semiconductor body is with the negative Pole of a voltage source connected, while the electrode 5 is connected to the positive pole is. When the current passes through, the positive metal ions migrate to the negative electrode (semiconductor body), where they form a metal coating on surfaces 6 and 7. Because the melt has a temperature which is equal to or greater than that necessary for alloying the metal into the semiconductor Temperature, alloy formation starts immediately.
Es ist besonders günstig, die positive Elektrode 5 aus dem einzulegierenden Metall zu machen. Bei dem sekundären, chemischen Prozeß an der positiven Elektrode bildet sich dann wieder die Metallverbindung, und die Schmelze wird nicht verbraucht. Verwendet man z. B. einen Stift aus dem einzulegierenden Metall als positive Elektrode 5, kann, wie in der Fig.2 dargestellt ist, auch nur ein Tropfen der das Legierungsmetall bzw. eine Verbindung desselben enthaltenden Schmelze 3 auf den Halbleiterkörper 1 aufgebracht und durch diese dünne Flüssigkeitsschicht hindurch das Legierungsmetall auf den Halbleiterkörper aufelektrolysiert und einlegiert werden. Auf diese Weise kann auch ohne Maske, z. B. auf zwei einander gegenüberliegenden Seiten eines Halbleiterkörpers, nacheinander ein Metall einlegiert werden, das eine dem Halbleiterkörper 1 entgegengesetzt dotierte Rekristallisationszone erzeugt. Man erhält somit z. B. Emitter und Kollektor eines Transistors. Der Abstand der Legierungsfronten, der besonders für die Grenzfrequenz von Transistoren sehr wichtig ist, läßt sich durch eine Widerstandsmessung kontrollieren.It is particularly favorable to make the positive electrode 5 from the metal to be alloyed. at the secondary, chemical process on the positive electrode then forms the metal compound again, and the melt is not consumed. If you use z. B. a pen from the alloy to be inserted As shown in FIG. 2, metal as positive electrode 5 can also only be one Drops of the alloy metal or a compound thereof containing melt 3 on the Applied semiconductor body 1 and through this thin liquid layer through the alloy metal be electrolyzed and alloyed onto the semiconductor body. This way you can also without Mask, e.g. B. on two opposite sides of a semiconductor body, one after the other Metal are alloyed in, which generates a recrystallization zone doped in the opposite direction to the semiconductor body 1. One thus obtains z. B. Emitter and Collector of a transistor. The distance between the alloy fronts, especially for the cutoff frequency of transistors is very important, can be checked by measuring the resistance.
Eine Reinigung oder ein Abtragen der mit der Schmelze in Berührung stehenden Oberflächen des Halbleiterkörpers 1 kanu durch kurzzeitiges Umpolen der Spannung vor dem Niederschlag des Metalls erfolgen.Cleaning or removal of the surfaces of the in contact with the melt Semiconductor body 1 can be by briefly reversing the polarity of the voltage before the metal is deposited take place.
Einen großen Vorteil bringt das erfindungsgemäße Verfahren auch gegenüber einer Elektrolyse aus wäßriger Lösung, da man bei der Schmelzflußelektrolyse eine viel höhere Stromdichte anwenden kann. Hierdurch können die Legierungszeiten sehr kurz gehalten werden, was die Automatisierung dieses Vorgangs erleichtert. Mit diesem Verfahren kann die Legierung außerdem bei der tiefstmöglichen Temperatur durchgeführt werden. Dies ist notwendig, um eine möglichst hohe Trägerlebensdauer im Halbleiterkörper zu erhalten.The method according to the invention also has a great advantage over electrolysis from aqueous solution, since a much higher current density is used in fused flux electrolysis can. As a result, the alloying times can be kept very short, which makes automation of this Process is facilitated. With this process, the alloy can also be used at the lowest possible Temperature. This is necessary in order to achieve the longest possible carrier life in the To obtain semiconductor body.
ίο Wie bereits eingangs erwähnt, empfiehlt sich das durch die Erfindung vorgeschlagene Verfahren besonders für solche Stoffe wie Silizium und Aluminium, deren Oxydhaut bei der Legierungstemperatur von Wasserstoff nicht reduziert wird.ίο As already mentioned at the beginning, this is recommended Process proposed by the invention especially for such substances as silicon and aluminum, whose oxide skin is not reduced at the alloy temperature of hydrogen.
Im folgenden soll noch kurz auf das Einlegieren von Aluminium in Silizium nach dem erfindungsgemäßen Verfahren eingegangen werden.The following will briefly refer to the alloying of aluminum in silicon according to the invention Procedures are entered into.
Ein Siliziumkörper, in den Aluminium einlegiert werden soll, wird z. B. mit einer geeigneten MaskeA silicon body into which aluminum is to be alloyed is z. B. with a suitable mask
ao versehen und in eine Schmelze eingetaucht, die z. B. aus 80«/o AlCl3, 18,5% NaCl und 1,5 »/0 NaF besteht und deren Temperatur 500 bis 6000C beträgt (Eutektikum-SiUzium-Aluminium 577° C). Besonders wichtig ist es, daß die Schmelze ein Fluorid enthält. Durch den Stromdurchgang wird an den von der Maske nicht bedeckten Stellen des Siliziumkörpers metallisches Aluminium niedergeschlagen, das bei der Temperatur der Schmelze mit dem Silizium legiert, so daß beim Abkühlen eine p-leitende Rekristallisationszone gebildet wird. Der negativ geladene Cl3-ReSt wandert an die positive Elektrode. Dort bildet sich, falls diese Elektrode aus Aluminium besteht, wieder AlCl3, so daß die Schmelze nicht verbraucht wird. Man kann die p-leitende Rekristallisationszone aber auch nach einem in F i g. 2 dargestellten Verfahren herstellen. 1 ist dann ein Siliziumkörper, 3 die Schmelze aus 80*/» AlCl3, 18,5 Vo NaCl und l,5«/o NaF und 5 die als Aluminiumstift ausgebildete positive Elektrode.ao provided and immersed in a melt z. B. from 80 "/ o AlCl 3, 18.5% NaCl and 1.5" / 0 NaF, and whose temperature 500 to 600 0 C is (eutectic aluminum SiUzium 577 ° C). It is particularly important that the melt contains a fluoride. As a result of the passage of current, metallic aluminum is deposited on the areas of the silicon body not covered by the mask, which aluminum is alloyed with the silicon at the temperature of the melt, so that a p-conducting recrystallization zone is formed on cooling. The negatively charged Cl 3 remainder migrates to the positive electrode. If this electrode is made of aluminum, AlCl 3 is formed there again, so that the melt is not consumed. However, the p-conducting recrystallization zone can also be opened after a process shown in FIG. 2 produce the method shown. 1 is then a silicon body, 3 the melt of 80% AlCl 3 , 18.5% NaCl and 1.5% NaF and 5 the positive electrode designed as an aluminum pin.
Mit dem Verfahren kann an Halbleiterkristallen auch ein lötfähiger, sperrschichtfreier Kontakt, z. B. für den Basisanschluß eines Transistors, erzeugt werden. Man legiert dabei ein Metall, das den gleichen Leitungstyp hervorruft, wie ihn der Halbleiterkörper besitzt, in dessen Oberfläche ein, wobei die Störstellenkonzentration in der Rekristallisationszone wesentlich höher als im Halbleiterkörper selbst ist. Man kann also nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, z. B. p-leitendes Silizium mit Aluminium sperrfrei kontaktieren.With the method, a solderable, barrier-free contact, e.g. B. for the base connection of a transistor. You alloy a metal that is the same The type of conduction caused by the semiconductor body in its surface, with the Impurity concentration in the recrystallization zone is significantly higher than in the semiconductor body itself. So you can according to the method according to the invention, for. B. p-type silicon with aluminum Contact lock-free.
Claims (6)
Deutsche Patentschriften Nr. 485 103, 1 052 575; deutsche Auslegeschrift Nr. 1 006 689.Considered publications:
German Patent Nos. 485 103, 1,052,575; German interpretation document No. 1 006 689.
Deutsches Patent Nr. 1132 404.Legacy Patents Considered:
German Patent No. 1132 404.
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| DES60369A Pending DE1132404B (en) | 1958-10-24 | 1958-10-24 | Method for producing a pn junction in a body made of a semiconductor base material by alloying a pill of a doping metal |
Country Status (5)
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| DE (2) | DE1132404B (en) |
| FR (1) | FR1237641A (en) |
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Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE485103C (en) * | 1926-08-20 | 1931-06-12 | Siemens & Halske Akt Ges | Process for the production of beryllium coatings on metals or alloys |
| DE1006689B (en) * | 1955-01-11 | 1957-04-18 | United States Steel Corp | Electrolyte and process for the galvanic deposition of aluminum on iron |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB775616A (en) * | 1955-04-15 | 1957-05-29 | Sylvania Electric Prod | Processing of alloy junction devices |
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0
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1958
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- 1958-11-14 DE DES60606A patent/DE1197178B/en active Pending
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1959
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- 1959-10-16 CH CH7957959A patent/CH383719A/en unknown
- 1959-10-23 GB GB3596859A patent/GB916671A/en not_active Expired
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE485103C (en) * | 1926-08-20 | 1931-06-12 | Siemens & Halske Akt Ges | Process for the production of beryllium coatings on metals or alloys |
| DE1006689B (en) * | 1955-01-11 | 1957-04-18 | United States Steel Corp | Electrolyte and process for the galvanic deposition of aluminum on iron |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE1132404B (en) | 1962-06-28 |
| FR1237641A (en) | 1960-11-25 |
| CH383719A (en) | 1964-10-31 |
| NL244622A (en) | |
| GB916671A (en) | 1963-01-23 |
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