DE1237690B

DE1237690B - Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelementes

Info

Publication number: DE1237690B
Application number: DEG34269A
Authority: DE
Inventors: Hans Karl Becherer
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 1961-02-16
Filing date: 1962-02-15
Publication date: 1967-03-30
Also published as: NL274847A; GB933220A; US3240631A

Description

DEUTSCHES 'MTW? PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT Deutsche Kl.: 21g-11/02

Nummer: 1237 690

Aktenzeichen: G 34269 VIII c/21;

J 237 690 Anmeldetag: 15.Februar 1962

Auslegetag: 30. März 1967

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements mit einem Germanium-Halbleiterkörper mit Zonen verschiedenen Leitungstyps, bei dem an den Germaniumkörper eine Elektrode aus einer Indium-Aluminium-Legierung mit bis zu 5 Gewichtsprozent Aluminium anlegiert wird.

Es ist bekannt, Indium-Aluminium-Legierungen für Halbleiterbauelemente zu verwenden, wobei der Betrag an Aluminium bis zu 5 Gewichtsprozent beträgt.

Dieser sich auf die Strombelastbarkeit des Halbleiterbauelements vorteilhaft auswirkende Gehalt an Aluminium hat jedoch zur Folge, daß bei der Herstellung eines derartigen Halbleiterbauelementes eine zufriedenstellende Haftung der aufgeschmolzenen Legierung auf den Halbleiterkörper nicht mehr erreicht werden kann.

Es ist ferner bekannt, zur Verbesserung der Haftung zwischen einem Indiumkiigelchen und Germanium das Zusammenschmelzen dieser beiden Elemente in einer salzsäurehaltigen Wasserstoffatmosphäre bei 300° C vorzunehmen.

Dieses vorteilhafte Verfahren zur Erreichung einer guten Haftfähigkeit versagt jedoch, wenn bei einer Indium-Aluminium-Legierung der Anteil von Aluminium mehr als 2,5 bis 3 Gewichtsprozent beträgt.

Auf Grund der sich entgegenstehenden Forderungen nach möglichst hoher .Strombelastbarkeit und gleichzeitiger guter Haftung der Legierung an dem Halbleiterkörper liegt die Strombelastbarkeit der bekannten Halbleiterbauelemente der angeführten Gattung weit unter dem theoretisch erreichbaren Wert, da mit dem bekannten Verfahren lediglich bis zu einem Aluminiumanteil von maximal 3 Gewichtsprozent eine zufriedenstellende Haftung erreicht werden .konnte.

Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung eines Halbleiterbauelementes, das aus einem Germanium-Halbleiterkörper mit Zonen verschiedenen Leitungstyps besteht und dessen Emitterelektrode bei gleichzeitiger guter Haftung der geschmolzenen Legierung auf dem Halbleiterkörper eine Strombelastbarkeit aufweist, die erheblich über den bisher erreichten Werten liegt.

Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß bei Verwendung einer wenigstens 3 Gewichtsprozent Aluminium enthaltenden Legierung diese durch Aufheizen des Legierungsmaterials in einer salzsäurehaltigen Wasserstoffatmosphäre auf 750° C ^hergestellt und aus dieser Legierung eine als Elektrode dienende Scheibe geformt und an den Germaniumkörper angelegt wird und daß dann zum An-Verfahren zur Herstellung
eines Halbleiterbauelementes

Anmelder:

General Motors Corporation,
Detroit, Mich. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr. W. Müller-Bore und DipL-Ing. H. Gralfs₅
Patentanwälte, Braunschweig, Am Bürgerpark 8

Als Erfinder benannt:

Hans Karl Becherer, Kokomo, Ind. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 16. Februar 1961 (89 876)

legieren an den Germaniumkörper die Anordnung in der gleichen salzsäurehaltigen Wasserstoffatmosphäre auf 400° C erhitzt wird.

Diese ganz speziellen Veriahrensschritte haben zur Folge, daß eine Indium-Aluminium-Legierung mit zwischen 3 und 5 Gewichtsprozent Aluminium, welche normalerweise schlecht auf dem Halbleiterkörper haftet, in einen guten und festen Kontakt mit dem Halbleiterkörper gebracht wird, wodurch die aus dem angegebenen Aluminiumanteil resultierenden Vorteile bezüglich der Strombelastbarkeit voll ausgenutzt werden können.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden an Hand der Zeichnung im einzelnen beschrieben und dargestellt.

F i g. 1 ist ein vergrößerter senkrechter Schnitt durch einen Halbleitergleichrichter und zeigt die Form der gleichrichtenden Zone zwischen der n- und p-Zone;

F i g. 2 ist ein ähnlicher Schnitt durch einen Transistor, der nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellt ist und zwei gleichrichtende Zonen zeigt, die an der Emitter- und an der Kollektorelektrode ausgebildet sind;

F i g. 3 ist ein ähnlicher Schnitt durch einen Transistor, bei dem die Emitterelektrode ringförmig ist, und

709 547/303

Claims

F i g. 4 ist eine schematische Darstellung einer Einrichtung, die bei der Herstellung der Halbleitervorrichtungen nach der Erfindung verwendet wird.

In der F i g. 1 ist das Halbleiterbauelement ein einfacher Gleichrichter mit einem Grundkörper 2, der eine Platte aus η-leitendem Germanium ist. Diese Platte 2 ist auf einen Träger 4, der aus einem Material mit guter elektrischer und thermischer Leitfähigkeit besteht, aufgelötet. Auf der Oberseite des Germaniumkörpers 2 befindet sich eine Elektrode 6, z. B. aus Indium, die nach Anlegen an die Platte 2 beim Erhitzen in die obere Fläche der Platte 2 einlegiert und einen pn-übergang an der Rekristallisationszone 8 bildet, der als Emitterübergang angesehen werden kann. Um die Anzahl der positiven Löcher im Emitter und damit seine Strombelastbarkeit zu erhöhen, wird eine gewisse Menge eines Elementes der Gruppe III des Periodischen Systems, beispielsweise Aluminium, in die Elektrode 6 eingeführt. Dieses dringt in das Indium ein und bildet direkt über der Zone 8 eine Schicht 10 aus mit Aluminium—Indium gesättigtem p-leitendem Germanium. Außerdem entsteht eng angrenzend an diese Schicht eine weitere dünne Schicht 12 aus einem Germanium-Indium-Aluminium-Eutektikum. Eine Zuleitungselektrode 14 wird auf die Oberseite der Emitterelektrode 6 aufgelötet.

Um mit dem Material der Emitterelektrode eine ausreichende Menge von Aluminium zu legieren, wird zunächst eine Legierung hergestellt, die 97 % Indium von 99,99% Reinheit) und 3% Aluminium (von 99,99 °/o Reinheit) enthält. Diese Materialien werden in einer Wasserstoffatmosphäre zusammen mit einer gewissen Menge Salzsäure auf 750° C erhitzt, wobei man die richtige Menge Salzsäure erhält, indem man Wasserstoff durch eine Flasche mit hochkonzentrierter Salzsäure in einer Menge von ungefähr 30 Blasen pro Minute hindurchleitet. Eine für diesen Zweck geeignete Einrichtung ist in Fig. 4 dargestellt. Hier wird gezeigt, wie der Wasserstoff durch das linke Ende eines Rohres 16 eingeleitet wird. Von dort strömt er abwärts in die in einem Behälter 18 enthaltene Salzsäure und dann durch ein Rohr 20 in eine Kammer 22, in der sich die zu legierenden Materialien befinden. Diese werden durch eine elektrische Heizspirale 24 erhitzt. Die Menge des durch die Salzsäure gedrückten Wasserstoffes wird durch ein Ventil 26 gesteuert.

Nachdem sich die Legierung gebildet hat, wird sie in der gleichen Atmosphäre schnell auf Raumtemperatur abgekühlt und dann aus dem Behälter 22 herausgenommen.

Die so gebildete Legierung wird gewalzt und zu Scheibchen zum Legieren der Emitterelektrode eines Halbleitergleichrichters oder Transistors ausgestanzt. Vor dem Anlegieren der Stanzscheibchen an Germaniumplatten werden sie gereinigt durch Waschen in Aceton und anschließendes Trocknen. Die Stanzscheibchen sollten sofort nach der Herstellung verwendet und nicht längere Zeit aufbewahrt werden. Das Stanzscheibchen aus der Indium-Aluminium-Legierung wird dann auf einer Seite einer Germaniumplatte befestigt und anlegiert, indem man es in der gleichen salzsäurehaltigen Wasserstoffatmosphäre gegen die Germaniumplatte andrückt. In diesem Falle wird jedoch die Temperatur in dem Behälter 22 nur auf 400° C gebracht, und der Wasserstoff wird durch die konzentrierte Salzsäure in geringerer Menge,

beispielsweise mit ungefähr 15 Blasen pro Minute, hindurchgeleitet. Durch dieses Verfahren erzielt man eine Emitterelektrode mit erhöhter Strombelastbarkeit.

Ein in der bisher üblichen Weise hergestellter Transistor mit einer Indiumelektrode kann in seiner Wirkungsweise verbessert werden, indem man eine der obengenannten Indium-Aluminium-Stanzscheibchen auf die Indium-Emitterelektrode aufsetzt und die letztere zum zweiten Male in Gegenwart von salzsäurehaltigem Wasserstoff erhitzt. Durch diese Behandlung wird die Aluminiummenge in der Emitterelektrode und damit auch die Strombelastbarkeit des Transistors oder Gleichrichters erhöht.

Nachdem der Transistor oder Gleichrichter nach einem der beiden oben beschriebenen Verfahren hergestellt ist, wird er in einer Lösung, die 40 °/o Kaliumhydroxyd enthält, elektrisch geätzt, danach in warmes destilliertes Wasser, darauf in eine schwache, l%ige Salzsäurelösung, anschließend noch einmal in destilliertes Wasser und dann in ein Acetonbad getaucht Schließlich wird er 10 Minuten in Aceton mit Ultraschall gereinigt und dann getrocknet.

Die oben beschriebenen Verfahren ermöglichen, in das Indium größere Mengen von Aluminium zu injizieren, als es vorher möglich war, und ergeben dadurch eine erhöhte Strombelastbarkeit des Transistors oder Gleichrichters.

Die F i g. 2 zeigt einen Transistor, der nach der Erfindung hergestellt ist. Der Transistor hat eine Germaniumplatte 28, an deren Oberseite eine Emitterelektrode 30 befestigt ist, die aus einer Indium-Aluminium-Legierung besteht und in der Schichten ähnlich den in Verbindung mit F i g. 1 beschriebenen ausgebildet sind. So ist eine Emitterschicht 32 zwischen dem Emitter und der Basis 28 gebildet, der eine mit Aluminium—Indium gestättigtep-leitende Germaniumschicht 34 benachbart ist, während eine Schicht 36 eines Germanium-Indium-Aluminium-Eutektikums in gleicher Weise über der Schicht 34 liegt, wie dies für die Diode in F i g. 1 veranschaulicht ist. An der anderen Seite des Basiskörpers 28 befindet sich eine Kollektorelektrode 38, die, beispielsweise durch Löten, direkt auf einem Sockel 40 mit guter elektrischer und thermischer Leitfähigkeit, der den Kollektoranschluß bildet, befestigt ist.

Die Fig. 3 zeigt einen ähnlichen Transistor, bei dem jedoch die Emitterelektrode 42 mit der Emitterschicht 46, die aus einer in die obere Fläche der Germanium-Basiselektrode einlegierten Aluminium-Indium-Legierung gebildet wird, ringförmig ist.

Weiterhin sind ein äußerer ringförmiger Basisanschluß 48 und eine Kollektorelektrode 50, die auf einem Haltesockel 52 montiert ist, dargestellt.

Patentanspruch:

Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelementes mit einem Germanium-Halbleiterkörper mit Zonen verschiedenen Leitungstyps, bei dem an den Germaniumkörper eine Elektrode aus einer Indium-Aluminium-Legierung mit bis zu 5 Gewichtsprozent Aluminium anlegiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung einer wenigstens 3 Gewichtsprozent Aluminium enthaltenden Legierung diese durch Aufheizen des Legierangsmaterials in einer salzsäurehaltigen Wasserstoffatmosphäre auf 750° C hergestellt und aus dieser Legierung eine als