DE1218066B - Herstellung von Zonen unterschiedlichen Leitungstypus in Halbleiterkoerpern unter Anwendung des Legierungsverfahrens - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

HOIl

Deutsche Kl.: 21g-11/02

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

S 50499 VIII c/21 g
25. September 1956
2. Juni 1966

Es ist ein Verfahren zur Herstellung von Übergängen zwischen Zonen unterschiedlicher Dotierung, insbesondere unterschiedlichen Leitungstypus, in Halbleiterkörpern unter Anwendung des Legierungsverfahrens bekannt, bei welchem das Erwärmen durch direkten Stromdurchgang erfolgt und der Legierungsprozeß in Abhängigkeit vom Übergangswiderstand zwischen der Legierungspille und dem Halbleiterkristall so gesteuert wird, daß der Stromdurchgang und damit der das Legieren bewirkende Erhitzungsvorgang in dem Augenblick unterbrochen wird, in welchem sich die Oberfläche der Legierungspille bzw. die Spitze des einzulegierenden Drahtstükkes verflüssigt, wobei der ohmsche Kontaktwiderstand zwischen der Oberfläche des einzulegierenden Materials und dem Halbleiterkristall verschwindet.

Durch die vorliegende Erfindung wird ein Weg gewiesen, wie die Bedingungen zur Durchführung des Verfahrens genauer eingehalten und gegebenenfalls variiert werden können.

Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß außer dem Erwärmen durch direkten Stromdurchgang — welcher ein Gleichstrom oder Wechselstrom sein kann — noch mindestens eine zweite Art des Erwärmens angewendet wird, welche vom ohmschen Kontaktwiderstand zwischen dem einzulegierenden Material und dem Halbleiterkristall unabhängig ist. Diese Erhitzung, welche vor und/oder bei Durchführung des Legierungsprozesses vorgenommen werden kann, ist eine Art Vorheizung, durch welche die Ausgangstemperatur für den Legierungsvorgang bereits auf einen zweckmäßigen Wert festgelegt ist. Es ist insbesondere vorgesehen, daß die Ausgangstemperatur dicht unter der Einlegierungstemperatur liegt. Hierdurch wird der Vorteil erreicht, daß erstens nur ein verhältnismäßig kleiner direkter Strom angewandt zu werden braucht, welcher durch die Grenzfläche zwischen der einzulegierenden Substanz und dem Halbleiterkristall fließt, und daß zweitens die Ausgangstemperatur nach Abschalten des direkten Stromes in beliebiger Weise mehr oder minder schnell verändert bzw. gesenkt werden kann, wodurch eine anschließende Temperung noch während des Verflüssigungszustandes und/oder nach der Erstarrung durchgeführt werden kann. Hierdurch wird die Eindringtiefe der Legierungsfront in den Halbleiterkristall und die Eindiffusion von Fremdatomen aus der Legierungszone in das Kristallinnere beeinflußt, wodurch die Lage, die Sckärfe und die geometrische Form des p-n-Überganges bzw. sonstiger Übergänge zwischen Zonen unterschiedlicher Dotierung beein-

Herstellung von Zonen unterschiedlichen
Leitungstypus in Halbleiterkörpern unter
Anwendung des Legierungsverfahrens

Anmelder:

Siemens & Halske Aktiengesellschaft,

Berlin und München,

München 2, Witteisbacherplatz 2

Als Erfinder benannt:

Dr. Walter Heywang,

Dr. Günter Winstel, München

flußt werden können, welche den jeweiligen Anwendungszwecken anzupassen sind.
Das zusätzliche Erwärmen der Anordnung kann beispielsweise durch direkten Stromdurchgang durch den Träger des Halbleiterkristalls vorgenommen werden, so daß dieser durch Wärmeleitung erhitzt wird. Der Träger, der Halbleiterkristall und/oder der einzulegierende Draht können jedoch auch auf andere Art, beispielsweise durch Strahlung und/oder mittels Wirbelstrom, erhitzt werden.

Die Steuerung des Legierungsprozesses kann in Abhängigkeit vom Übergangswiderstand dadurch automatisch durchgeführt werden, daß der direkte Strom unmittelbar auf eine Stromunterbrechungsvorrichtung wirkt; beispielsweise wird dies durch Serienschaltung mit einer Relaisspule erreicht. Noch einfacher läßt sich dies dadurch erzielen, daß ein * Vorwiderstand im Direktstromkreis derart bemessen ist, daß nach dem Zusammenbruch des Kontaktwiderstandes beim Einlegieren die Stromstärke derart begrenzt ist, daß an der Übergangsstelle keine nennenswerte oder nur eine für die Temperung erwünschte Joulsche Wärme entsteht.

Auch kann die Oberfläche des Halbleiterkristalls und/oder des einzulegierenden Körpers einer Vorbehandlung unterzogen werden, durch die ein bestimmter Übergangswiderstand zwischen beiden Flächen erzielt wird. Dies geschieht beispielsweise durch chemische Verstärkung oder Verringerung von den Übergangswiderstand bestimmenden Fremdschichten, insbesondere Oxydschichten und/oder durch Herstellen einer bestimmten Rauhigkeit bzw. Glätte der Oberfläche. Durch weitere vorbereitende Maßnahmen lassen sich ferner die Eindringtiefe und der Auflagedruck beeinflussen, beispielsweise durch Anwendung von Gewichten und Unterlegscheiben zur

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Halterung des einzulegierenden Körpers, insbesondere Drahtes. Ferner läßt sich durch eine geeignete Bemessung des elektrischen Kreises, insbesondere durch einen gegebenenfalls veränderbaren Vorwiderstand, eine gewünschte Aufheizgeschwindigkeit mittels des direkten Stromes durch die Kontaktstelle erreichen.

Durch diese und die übrigen erwähnten Maßnahmen sind ein gleichzeitiges Einlegieren auch unterschiedlicher Elektroden an mehreren Stellen des Halbleiters, insbesondere auf beiden Seiten des Kristalls, unter optimalen Bedingungen ermöglicht. Unter Umständen können auch mehrere Legierungsprozesse an verschiedenen Halbleiterkörpern in Serienfabrikation gleichzeitig durchgeführt werden. Diese Maßnahmen sind besonders wichtig für die Herstellung von Transistoren und anderen Bauelementen mit mehreren p-n-Übergängen. Dabei können die einzelnen Legierungsprozesse auch so durchgeführt werden, daß sich unterschiedliche Steilheiten der Übergänge zwischen Zonen unterschiedlicher Dotierung, beispielsweise am Emitter und Kollektor, ergeben.

In der Zeichnung ist eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung beispielsweise dargestellt.

Auf eine Trägerplatte 1 aus Graphit ist eine Gold-Antimon-Folie 2 gelegt. Auf dieser befindet sich ein Halbleitereinkristall 3 aus Silizium, auf den ein AIuminiumdraht 5 aufgesetzt ist. Der Aluminiumdraht ist oben mit einem Anschluß 6 für eine Stromzuführung versehen, auf welcher noch eine Belastungsscheibe 7 angeordnet ist, die den Kontaktdruck festlegt. Der Draht 5 wird bei einer bestimmten Eindringtiefe durch den Träger 8 festgehalten, wenn seine Spitze verflüssigt ist.

Zur Erwärmung der Graphitplatte 1 ist diese mit zwei Anschlüssen 11 und 12 für eine Wechselstrombeheizung versehen. Durch diese Zusatzheizung wird die Graphitplatte auf eine Temperatur von etwa 700° C erhitzt, wodurch das Einlegieren der Gold-Antimon-Folie 2 in die untere Oberfläche des Siliziumkristalls 3 bewirkt wird. Sowie sich danach eine geeignete Grundtemperatur für das Einlegieren des Aluminiums zwischen 500 und 800° C, insbesondere von 570° C, eingestellt hat, wird zwischen den Teilen 6 und 1 eine Gleichspannung angelegt so daß ein Strom durch den Aluminiumdraht 5 und den Halbleiterkristall 3 fließt, welcher diesen von der " Kontaktstelle aus erwärmt und das Einlegieren bewirkt. Dieser Strom wird durch den Vorwiderstand 9 begrenzt, sobald der Übergangswiderstand zwischen dem Aluminium und dem Silizium zusammengebrochen ist.

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Zonen unterschiedlichen Leitungstypus in Halbleiterkörpern unter Anwendung des Legierungsverfahrens, bei

55 dem das Erwärmen durch direkten Stromdurchgang erfolgt und der Legierungsprozeß in Abhängigkeit vom Übergangswiderstand zwischen der einzulegierenden Substanz und dem Halbleiterkristall gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß außer dem Erwärmen durch direkten Stromdurchgang noch mindestens eine zweite Art des Erwärmens angewendet wird, welche vom ohmschen Kontaktwiderstand zwischen dem einzulegierenden Material und dem Halbeiterkristall unabhängig ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durch das zusätzliche Erwärmen bedingte Ausgangstemperatur dicht unter der Legierungstemperatur liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zusätzliche Erwärmen nach Beendigung des Legierungsvorganges zwecks anschließender Temperung nach einem bestimmten Programm verändert wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein gut leitender, zweckmäßig metallischer Träger des Halbleiterkristalls zwecks zusätzlicher Erwärmung von einem elektrischen Strom durchflossen wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zusätzliche Erwärmen des Halbleiterkristalls und/oder des einzulegierenden Stoffs durch Strahlung und/ oder Wirbelstrom erfolgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung des Legierungsprozesses in Abhängigkeit vom Übergangswiderstand dadurch automatisch durchgeführt wird, daß der durch die Legierungsstelle fließende Strom unmittelbar auf eine Stromunterbrechungsvorrichtung wirkt.

7. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Stromkreis des den einzulegierenden Stoff und den Halbleiterkristall durchfließenden Stromes ein ohmscher Begrenzungswiderstand angeordnet ist.

8. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beeinflussung der Eindringtiefe und/oder des Auflagedrucks auswechselbare Gewichte und/oder Unterlegscheiben zur Belastung bzw. Halterung des einzulegierenden Körpers, insbesondere Drahtes, vorgesehen sind.

9. Anwendung des Verfahrens bzw. der Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, zum gleichzeitigen Einlegieren auch unterschiedlicher Elektroden an mehreren Stellen des Halbleiterkristalls bzw. verschiedener Halbleiterkörper.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Österreichische Patentschriften Nr. 177 475,
181629.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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