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Verfahren zum Gettern oder/und Fernhalten von unerwünschten Fremdstoffen
aus bzw. von Halbleiterkörpern beim Einlegieren von dotierenden Elektroden in einen
Halbleiterkörper Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Gettern oderkund
Fernhalten von unerwünschten Fremdstoffen aus bzw. von Halbleiterkörpern beim Einlegieren
von dotierenden Elektroden in einen Halbleiterkörper.
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Bei der Herstellung von Halbleiteranordnungen wird vielfach die Erzeugung
der in dem Halbleiterkörper erwünschten dotierten Bereiche durch einen Legierungsprozeß
vorgenommen. Dieser wird in den meisten Fällen in einer als Vorrichtung dienenden
aus einem oder mehreren Körpern bestehenden Hilfsform durchgeführt, die z. B. aus
Graphit oder aus einem anderen, z. B. keramischen oder metallischen Werkstoff bestehen
kann, der mindestens an seiner bzw. ihrer Oberfläche mit Graphit versehen ist, damit
deren Wände aus einem Werkstoff bestehen, welcher gegenüber den Aufbauteilen der
Halbleiteranordnung chemisch inerten Charakter hat.
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Es ist bereits bei der Herstellung von Halbleiteranordnungen mit einem
Halbleiterkörper aus Silizium bekanntgeworden, die Erhitzung des Siliziums in Gegenwart
eines der Metalle Nickel, Kupfer oder Kobalt vorzunehmen, wobei diese Metalle in
Form eines überzuges, in Form eines Dampfes in der die Halbleiteranordnung umgebenden
Atmosphäre oder in einem Träger der Halbleiteranordnung vorhanden sein können. Ziel
ist dabei, das Eintreten solcher Verunreinigungen in ,den Halbleiterkörper auszuschließen,
die beim betriebsmäßigen Einsatz der Halbleiteranordnungen als Rekombinationszentren
wirken können, ferner eine Herabsetzung der Lebensdauer der Minoritätsladungsträger
in dem Halbleiterkörper zu vermeiden, wenn dieser bei höheren Temperaturen behandelt
wird, und schließlich ist dabei ein weiteres Ziel, eine Herabsetzung der Lebensdauer
wieder zu kompensieren, wenn eine solche zufolge einer Behandlung der Halbleiterkörper
bei hohen Temperaturen eingetreten war.
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Für Legierungsbegrenzungsformen zur Herstellung von Legierungskontakten
auf Halbleiter-Flächenbauelementen mit p-n-übergängen, bestehend aus Ober-und Unterteil
mit durch beide Teile gehenden Durchbohrungen oder im Unterteil endenden Sacklöchern
ist es zur Schaffung einer mechanisch beständigen Legierungsform, frei der aber
gleichzeitig die Schwierigkeit eines Anklebens bzw. Anlegierens der Legierungspillen
vermieden ist, bekanntgeworden, die Durchbohrungen und die Sacklöcher beider Teile
mit Einsätzen aus eloxiertem Metall zu versehen und hierfür Einsätze aus eloxiertem
Tantal, eloxierten Tantallegierungen oder aus eloxiertem Magnesium, Aluminium, Eisen,
Vanadium, Nickel, Silber oder aus eloxiertenLegierungen dieser Metalle zu benutzen.
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Für ein Verfahren zur Verringerung des SperrwIderstapdes einer Legierungselektrode
von Halbleiteranordnungen im Sinn der Erzeugung kleiner differentieller Widerstände
zum Erreichen von Kennlinien, die von der Spannung mehr oder weniger abhängig sind,
ist es ,bekanntgeworden,eine Legierungselektrode an Halbleiterkörpern aus Halbleiterwerkstoffen,
wie Germanium, Silizium o-d. dgl., unter Bildung eines p-n-überganges aus einem
mit dem Halbleiterkörper legierenden Grundmaterial, wie Indium, Blei, Aluminium
od. dgl., herzustellen und ihr in der Schmelze des Grundmaterials ein eine erhöhte
Rekombinationsrate bewirkendes Element, wie z. B. Nickel, Kupfer, Eisen od. dgl.,
in einer solchen Dosierung zuzusetzen, daß die erwünschte Sperrwiderstandserniedrigung
erreicht wird.
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Erfindungsgemäß werden bei der Durchführung eines Verfahrens der eingangs
angeführten Art die Hilfsformen an ihren dem Legierungsraum zugewandten maßhaltigen
Flächen mit einer von den zu getternden Stoffen freien Nickeloxydschicht oder einer
solches Nickeloxyd enthaltenden zusätzlichen und wieder entfernbaren sowie regenerierbaren
Schicht versehen.
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Die Hilfsform kann dabei entweder eine Dauerform sein, die also bereits
vor dem Einbringen der Halbleiteranordnungen aus einem oder mehreren formfesten
Körpern besteht, oder sie kann auch als Ganzes oder in Teilen erst aus einem pulverförmigen
Grundwerkstoff oder auch aus zu einem Hilfskörper vorgepreßten Pulver um die zu
legierende Halbleiteranordnung
herum erzeugt werden, wie es ähnlich
z. B. in den deutschen Patentschriften-1015152 und 1046198 beschrieben worden ist.
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Im ersteren Fall, der Benutzung einer Legierungsdauerform aus festen
Teilen als Vorrichtung, kann das Nickeloxyd z. B. in Form einer Aufsahwenimung auf
die Oberfläche des Halbleiterkörpers aufgestrichen, aufgerieben oder aufgesprüht
werden oder auch in Pulverform auf die Oberfläche aufgetragen bzw. aufgestäubt werden.
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Im Falleiner um den Halbleiterkörper herum zu erzeugenden Hilfsform
aus pulverförmigem aus zu einem Zwischenhilfskörper vorgeformten pulverförmigem
Material kann das Nickeloxyd dem Ausgangsmaterial für die Pulverform unmittelbar,
vorzugsweise homogen verteilt beigemischt werden. Hierbei ist es nicht erforderlich,
- daß das gesamte Volumen dieser gepreßten Hülfsform mit dem Nickeloxyd in homogener
Verteilung durchsetzt ist. Es kann vielmehr ausreichend sein, zunächst auf,die zu
legierende Halbleiteranordnung das Nickeloxyd in Form einer dünnen Schicht oder
einer Mischung des Formwerkstoffies mit Nickeloxyd aufzustäuben und dann um diese
Schicht herum nicht mit Nickeloxyd durchsetztes Pulverpreßmaterial zur Erzeugung
der Preßform zu benützen. . -Nachdem eine Hilfsform für die Durchführung eines Legierungsvorganges
oder mehrerer aufeinanderfol'gender Legierungsvorgänge benutzt worden war, kann,
wenn es die Versuchsergebnisse als notwendig erscheinen lassen, die bereits benutzte
Nickeloxydschicht gereinigt bzw. regeneriert oder wieder von der Oberfläche der
Dauerform durch einen; -geeigneten Prozeß entfernt werden. Das Entfernen der Nickeloxyd'schncht
kann durch eine Behandlung mittels einer Säure; wie z. B. Salzsäure, Schwefelsäure
oder Salpetersäure, und ein anschließendes Aushetzen der Form, z. B. bei Graphit
im Vakuum von z. B. 10-4-Torr oder weniger, vorzugsweise 10-s Torr bei etwa 1000°
C, erfolgen. Für das Reinigen der NickeI-oxydschicht von gegetterten Verunreinigungen
kann diese bzw. die Form entsprechend aasgeheizt werden, z. B. im Vakuum bei etwa
10-s Torr und etwa 1000° C. Entsprechend kann auch das mit Nickel-
oxyd- angereicherte
Pulver einer benutzten Form wieder für eine erneute Benutzung gereinigt werden.
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Zur :näheren-Erläuterung der Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispieles
-wird nunmehr auf die Figur der Zeichnung Bezug genommen.
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In der F i g.1 bezeichnet 1 in teilweiser Darstellung einen Hilfsformenkörper,
der z. B. aus Graphit bestehen kann. Dieser Hilfsformenkörper hat eine becherförmige
Aussparung 2 und an der Bodenfläche dieser -Becherform eine Aussparung
3. Dieser Hilfsformenkörper 1 ist an denjenigen- Oberflächenteilen, an welchen
die Teile der zu legierenden Halbleiteranordnung-zur Anlage kommen, mindestens aber
an denjenigen Oberflächenteilen, wo- der Halbleiterkörper mit dem Hilfsformenkörper
zur Anlage kommen kann oder diesem dann dicht benachbart liegt, zunächst mit einem
Überzug 4 aus einer Nickeloxydschicht versehen worden. Nunmehr wird in die
Aussparung 3' für die Herstellung .des Halblesferelementes durch einen Legierungsprozeß
zunächst ein Körper 5 aus Gold-Antimon -eingelegt als der eine in den Halbleiterkörper
einzulegierende Elektrodenmaterialkörper. Auf eine 'Siliziumplatte 6 ist eine Aluminiumfolie
7 aufgelegt. Auf dieser liegt eine Hilfsträgerplatte 8, z. B. aus Wolfram. Auf dieser
wiederum liegt eine Scheibe 9 aus einem Lot, welches insbesondere z. B. Nickel und
Kupfer enthält. Auf der bisher geschilderten Anordnung ist ein pilzförmiger Körper
10, z. B. aus Eisen, angeordnet, der an der fertiggestellten Halbleiteranordnung
gleichzeitig die Hilfsträgerplatte für das elektrische Halbleitersystem bildet.
Diese Platte 10 kann dabei so ausgebildet sein, daß sie gleichzeitig als Grundplatte
für ein Gehäuse für den Einschluß der Halbleiteranordnung benutzt werden kann, indem
sie z. B. mit einem weiteren glockenförmigen Gehäuse verschweißt oder verlötet wird.
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Sind die Teile in der bereits geschilderten Weise zusammengeschichtet
worden, so wird nunmehr die Anordnung in einem entsprechenden Ofenerhitzt, so d'aß
das Legieren bzw. Verlöten zwischen den verschiedenen. Teilen vor sich geht, was
z. B. bei einer Temperatur. von 800° C im Vakuum erfolgen kann,. wonach dan die
Anordnung in einem Zeitraum von etwa 2 Stunden auf Zimmertemperatur abgekühlt wird.
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Zufolge dieser Temperaturbehandlung wird aber nicht nur ein Legierungsprozeß
zwischen den genannten Teilen stattfinden, sondern es wird außerdem durch die vorhandene
Nickeloxydschicht einerseits ein Getterungsprozeß auf in dem Halbleiterkörper 8
vorhandene Verunreinigungen, welche unerwünschte: Störstellen bzw. inselartige Ausscheidungen
bilden, ausgeübt werden, so daß also diese Verunreinigungen an die Oberfläche des
Halbleiterkörpers geführt werden. Außerdem wird durch das Nickeloxyd verhindert,
daß in die frei liegende Oberfläche des Halbleiterkörpers -hinein solche Verunreinigungen
diffundieren können, die dann in nachteiliger Weise bei dem betriebsmäßigen Einsatz
des Halbleitergleichrichterelementes als Rekombinationszentren unter Herabsetzung
der Lebensdauer der Ladungsträger im Halbleiterkörper wirksam werden bzw. den Steilanstieg
der Sperrspannung nach niedrigeren Spannungswerten zu verlagern.
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Nach dem Legierungsprozeß kann noch zusätzlich eine Temperungsbehandlung
der legiertem Anordnung bei einer niedrigeren Temperatur als der Legierungstemperatur
in der Hilfsform durchgeführt werden, die dann lediglich den Zweck hat, den genannten
Getterungsprozeß über einen gewissen Zeitraum hinaus auszudehnen.
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Diese Temperungsbehan.dlung kann auch unmittelbar in dien Abkühlungsprozeß
der legierten Halbleiteranordnung eingeschaltet werden, indem in diesen Abkühlungsvorgang
ein Zeitraum konstanten Temperaiarhaltepunktes vorgesehen wird. Nachdem die abgekühlte
HalbIeiteranordnung aus der Hilfsform entnommen worden ist, wird sie in üblicher
Weise weiterbehandelt.
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Wahrend in der F i,g.1 die Anordnung beschrieben -ist unter Benutzung
einer Dauerform, veranschaulicht die F i g. 2 die Anwendung der Erfindung unter
Anwendung .einer Hilfsform, die aus pulverförmigem: oder, zu einem Hilfskörper vorgeformten
pulverfÖrmigen Material durch einen Preßvorgang um die Halbleiteranordnung herum
erzeugt wird.
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In dieser Fi,g.2 bezeichnet 11 eine Graphitscheite, auf welcher
nacheinander die gleichartigen Teile 8, 7, 6, 5 des Halbleitersystems aufgeschichtet
worden -sind, wie sie bereits in F i g. 1 benutzt wurden. Um diese Halbleiteranordnung
.herum :ist ein Hilfsformenkörper 11 aus Graphitpulver, welches mit
Nickelzusatz
in möglichst homogener Verteilung angereichert worden isst, durch einen Preßvorgang
erzeugt worden. Die in dieser Weise vorbereitete Anordnung wird nunmehr zum Legieren
in einen Ofen gebracht. Während dieser Temperaturbehandlung der Anordnung wird sich
wieder durch das indem Graphitpulver 11 vorhandene Nickeloxyd für die in dem Halbleiterkörper
enthaltenen Verunreinigungen ein: Getterungsprozeß ergeben. Außerdem sorgt der Nickesoxydzusatz
dafür, daß in der bereits angegebenen Weise während der Durchführung des Legierens
keime Fremdstoffe von außen zu der Halbleiteranordnung gelangen oder auch bereits
aus dem Graphithilfsformenkörper in die Halbleiteranordnung einwandern und dann
beim betriebsmäßigen Einsatz der Anordnung in nachteiliger Weise als Störstellern,
im Halbleiteraufbau wirksam werden, die zu einer Herabsetzung der Lebensdauer der
Ladungsträger im Halbleiterkörper führen.