DE1229193B - Verfahren zur Herstellung von legierten Halbleiteranordnungen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

HOIl

Deutsche Kl.: 21g-11/02

Nummer: 1229193

Aktenzeichen: T19613 VIII c/21 g

Anmeldetag: 2. Februar 1961

Auslegetag: 24. November 1966

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von legierten Halbleiteranordnungen unter Verwendung einer Legierungsform, bei dem das Legierungsmaterial vor dem Legieren getrennt vom Halbleitermaterial erhitzt und unter Druck in den Halbleiterkörper einlegiert wird.

Die Erfindung besteht bei einem solchen Verfahren darin, daß das Legierungsmaterial in Kugelform und in der für die Legierung vorgesehenen Menge beim Ausheizen getrennt vom Halbleiterkörper in geringem Abstand von der Halbleiteroberfläche gehalten und nach dem Ausheizen derjenige Teil der Oberfläche des Legierungsmaterials mit der Oberfläche des Halbleiterkörpers in Berührung gebracht wird, der beim Ausheizen der Halbleiteroberfläche zugewandt ist. :

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens macht sich vor allem dann bemerkbar, wenn großflächige Legierungselektroden hergestellt werden sollen oder wenn das Legierungsmaterial mit Oxydhäuten oder sonstigen Oberflächenverunreinigungen behaftet ist.

Es ist bereits ein Verfahren zur Herstellung von Legierungsbauelementen bekannt, bei dem das Legierungsmaterial in flüssiger Form in eine Kapillarröhre eingebracht wird, die über der Halbleiteroberfläche angeordnet ist. Aus der am unteren Ende spitz zulaufenden Kapillarröhre wird ein Indiumtropfen herausgepreßt, der dann zur Durchführung des Legierungsprozesses mit der Kristalloberfläche durch Absenken des Kapillarrohres in Berührung gebracht wird. Bei einem anderen bekannten Verfahren wird das Legierungsmaterial in eine gesondert aufheizbare Röhre eingebracht und soll aus dieser, bei entsprechender Erhitzung der Röhre, schlagartig auf die Oberfläche des Halbleiterkörpers fließen. Dieses Verfahren dient besonders zur Reinigung des Legierungsmaterials, und es wird hier, wie auch bei dem erstgenannten Verfahren, während des Legierungsprozesses kein Druck auf das Legierungsmaterial ausgeübt. Beide bekannte Verfahren eignen sich in der Praxis nicht für die serienmäßige Herstellung von Legierungshalbleiterbauelementen, und ihre Bedeutung ist daher sehr gering.

Demgegenüber liegt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren das Legierungsmaterial bereits vor dem Ausheiz- und dem Legierungsprozeß in Kugelform und in einer für die Legierung erforderlichen Menge vor. Da solche Legierungskugeln nach dem bekannten Shot-Tower-Verfahren in größeren Stückzahlen und auf einfache Weise hergestellt werden können, eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren beson-Verf ahren zur Herstellung von legierten
Halbleiteranordnungen

Anmelder:
Telefunken

Patentverwertungsgesellschaft m. b. H.,
Ulm/Donau, Elisabethenstr. 3

ao , Als Erfinder benannt:
: Günther Heise,

Dietmar Wesser, Heilbronn

ders für die Serienproduktion von Legierungshalbleiterbauelementen.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß beim Ausheizen die auf der Oberfläche der flüssigen Legierungskugel frei beweglichen Schmutz- und Oxydsubstanzen zu derjenigen Oberflächenseite der Legierungskugel wandern, die der Oberfläche des Halbleiterkörpers abgewandt ist, da diese Substanzen spezifisch leichter als das Legierungsmaterial sind. Wird nun gemäß der Erfindung die Legierungskugel nach dem Ausheizen nicht mehr gedreht, sondern mit derjenigen Oberflächenseite mit dem Halbleiterkörper in Berührung gebracht, die beim Ausheizen dem Halbleiterkörper zugewandt ist, so ist die Gewähr dafür gegeben, daß das beim Legieren mit der Halbleiteroberfläche in Berührung gebrachte Material frei von unerwünschten Verunreinigungen ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich aber auch in besonderer Weise zur Herstellung von pn-Ubergängen mit Legierungssubstanzen aus mehreren Komponenten, z.B. Indium-Aluminium-Legierungen, deren Komponenten hinsichtlich des spezifischen Gewichts sich voneinander unterscheiden und deren

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leichtere Komponente nicht unmittelbar mit der Halbleiteroberfläche in Berührung kommen soll. Dies ist beispielsweise bei einer Indium-Aluminium-Legierung der Fall, da Aluminium bekanntlich die Benetzung erschwert und somit nach Möglichkeit bei der ersten Benetzung von der Halbleiteroberfläche ferngehalten werden soll. Die Trennung von Indium und Aluminium wird durch den vor der Legierung stattfindenden Ausheizprozeß bei dem Verfahren gemäß der Erfindung erreicht. Gleichzeitig verschwinden aber auch beim Ausheizen Halogenidhäute oder andere Verunreinigungen, besonders auf aluminiumhaltigen Legierungssubstanzen und auf dem Kristall, die normalerweise auch nicht im reinen Wasserstoffstrom bei den üblichen Legierungstemperaturen reduziert werden können.

Das erfindungsgemäße Verfahren soll an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Zunächst soll jedoch auf die in der Figur dargestellte Vorrichtung näher eingegangen werden, welche in Ansicht und Draufsicht dargestellt ist. Mit Hilfe des Transportbandes 1 werden der Kristallträger 2 und die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erforderliche Teile durch den in der Figur nicht dargestellten Legierungsofen befördert. Der Pfeil gibt die Richtung an, in der die Vorrichtung mit dem Legierungsgut durch den Legierungsofen hindurchbewegt wird.

Wie der Figur weiterhin zu entnehmen ist, befindet sich der Halbleiterkörper 3 in einer Vertiefung des Kristallträgers 2. Auf den Halbleiterkörper 3 ist eine Legierungsform 4 aufgesetzt. In der Figur ist der Ausheizprozeß dargestellt, bei dem die Legierungskugel 5 von der Halbleiteroberfläche noch getrennt ist. Für die Trennung von Legierungs- und Halbleitermaterial sorgen die Halterungen 6, die gemeinsam die Legierungskugel 5 im Ausheizzustand tragen. Die Halterungen 6 stützen gleichzeitig das Belastungsgewicht 7 ab. Um zu erreichen, daß die Berührung von Legierungskugel 5 und Halbleiteroberfläche nicht zu schnell erfolgt, sind die Halterungen 6 an der Innenkante angephast. Die Anphasung sorgt gleichzeitig auch dafür, daß das Belastungsgewicht 7 beim Absetzen relativ langsam nach unten gleitet.

Die Berührung zwischen Legierungs- und Halbleitermaterial kann dann erfolgen, wenn die Legierungstemperatur erreicht ist und die Halterungen 6 durch eine geeignete Vorrichtung nach außen gezogen werden. Die Schrauben 8 dienen zur Führung und als Anschlag für die Halterungen 6. Mit 9 ist weiterhin eine Führungsplatte bezeichnet, welche fest im Legierungsofen verankert und nach außen flanschartig erweitert ist.

Die Ansicht läßt von der Führungsplatte 9 lediglieh die flanschartige Erweiterung 10 erkennen. Diese ist derart ausgebildet, daß beidseitig eine Schräge 11 entsteht, die für das Auseinanderziehen der Halterungen 6 sorgt. Das Auseinanderziehen geschieht dadurch, daß die Auswerfer 12 beim Durchfahren des Legierungsofens entlang der Schrägeil wandern und dadurch die Halterungen 6 nach außen ziehen. Die Draufsicht zeigt des weiteren noch den Führungsklotz 14, das Gewicht 7 und die Legierungsform 4. Mit Hufe der Schrauben 13 ist der Führungs- klotz auf die Legierungsform aufgeschraubt. Die beiden Stifte 15 dienen zur Justierung von Legierungsform und Kristallträger.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in den Kristallträger 2 ein HaIbleiterplättchen aus Germanium eingebracht und von oben mit einer Legierungsform 4 abgedeckt, die eine Öffnung aufweist, deren Durchmesser der vorgegebenen Legierungsfläche entspricht. Die Halterungen 6 müssen derart angebracht sein, daß die Entfernung zwischen Legierungskugel und Halbleiteroberfläche möglichst gering ist. Die Temperatur beim Ausheizen beträgt ungefähr 470° C, wenn eine Legierungskugel aus Indium verwendet wird. Das Ausheizen erfolgt bereits im Legierungsofen, so daß beim Ausheizen des Legierungsmaterials gleichzeitig auch das HaIbleiterplättchen ausgeheizt wird.

Nach Beendigung des Ausheizprozesses wird der eigentliche Legierungsprozeß eingeleitet, wenn beim Durchfahren des Legierungsofens die Halterungen nach außen gezogen werden und dadurch die Legierungskugel freigeben. Das Legierungsmaterial kommt dabei erstmalig mit der Halbleiteroberfläche in Berührung.

Wie aus der in der Figur dargestellten Legierungsvorrichtung hervorgeht, ist mit einer Abwärtsbewegung der Legierungskugel gleichzeitig auch eine Abwärtsbewegung des Gewichtes verbunden. Ausheizen und Legieren erfolgen in der beschriebenen Reihenfolge während des Durchlaufens durch den Legierungsofen.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von legierten Halbleiteranordnungen unter Verwendung einer Legierungsform, bei dem das Legierungsmaterial vor dem Legieren getrennt vom Halbleiterkörper erhitzt und unter Druck in den Halbleiterkörper einlegiert wird, dadurchgekennzeichnet, daß das Legierungsmaterial in Kugelform und in der für die Legierung vorgesehenen Menge beim Ausheizen getrennt vom Halbleiterkörper in geringem Abstand von der Halbleiteroberfläche gehalten und nach dem Ausheizen derjenige Teil der Oberfläche des Legierungsmaterials mit der Oberfläche des Halbleiterkörpers in Berührung gebracht wird, der beim Ausheizen der Halbleiteroberfläche zugewandt ist.

2. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 beim Einlegieren von Legierungssubstanzen mit mehreren Komponenten unterschiedlichen spezifischen Gewichts, deren leichtere Komponente mit der Halbleiteroberfläche nicht unmittelbar in Berührung kommen soll.

3. Vorrichtung zur Durchführung des.Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Halterung des Legierungsmaterials zwei gegeneinander verschiebbare Halterungsteile vorgesehen sind, deren aufeinander zu gerichtete Flächen so angephast sind, daß sich beim Zusammenfügen der Halterungsteile ein sich nach unten verengender, zur Aufnahme der Legierungskugel während des Ausheizprozesses dienender Hohlraum bildet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beschwerung des Legierungsmaterials ein über den Halterungsteilen angeordneter Stempel vorgesehen ist, der im Ausheizzustand von den Halterungsteilen abgestützt wird und beim Auseinanderziehen der Halte-

rungsteile entlang deren angephasten Flächen nach unten gleitet und auf dem Legierungsmaterial zu liegen kommt.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 054 583;

deutsche Auslegeschrift T 8810 VIIIc/21g, (bekanntgemacht am 15.11.1956);

französische Patentschriften Nr. 1 215 500, 224 318;

USA.-Patentschrift Nr. 2 629 672;

»Proc. of the IRE«, 1953, S. 1728 bis 1731.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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