DE1237694B - Process for alloying electrical semiconductor components - Google Patents
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Description
Verfahren zum Legieren von elektrischen Halbleiterbauelementen Die Erfindun- bezieht sich auf ein Verfahren zum Legieren von elektrischen Halbleiterbauelementen, um eine oder mehrere dotierte Zonen bestimmten elektrischen Leitungstyps am Halbleiterkörper durch das Einlegieren von auf die Oberfläche des Halbleiterkörpers als zunächst feste Körper aufgebrachten Elektrodenmaterialien aus oder mit Zusätzen aus Dotierungsmaterial bei einer entsprechenden Temperaturbehandlung zu erreichen. Die einlegierten Zonen können ohmsche oder pn-übergänge mit dem übrigen Halbleiterkörper bilden. Das Verfahren nach der Erfindung hat zum Ziel, eine möglichst einwandfreie gegenseitige Benetzung zwischen dem Elektrodenmaterialkörper und der Oberfläche des Halbleiterkörpers bei der Einleitung des Legierungsprozesses zu erreichen.Method for alloying electrical semiconductor components The invention relates to a method for alloying electrical semiconductor components, around one or more doped zones of a certain electrical conductivity type on the semiconductor body by alloying onto the surface of the semiconductor body as initially Solid body applied electrode materials made of or with additions of doping material to achieve with an appropriate temperature treatment. The inlaid zones can form ohmic or pn junctions with the rest of the semiconductor body. The procedure According to the invention, the aim is as perfect mutual wetting as possible between the electrode material body and the surface of the semiconductor body the initiation of the alloying process.
Bei der Herstellung von solchen legierten Halbleiteranordnungen spielt für ein gleichmäßiges Fortschreiten des Legierungsvorganges im Halbleiterkörper eine wesentliche Rolle, daß beim Schmelzen des einzulegierenden Materials zwischen diesem und dem eigentlichen Halbleiterkörper eine gute Benetzung stattfindet. Ist eine solche erreichbar, so gelingt es auch, ein solches Fortschreiten des Legierungsvorganges in den Halbleiterkörper zu erreichen, daß dabei eine ebene Legierungsfront, mindestens aber eine Legierungsfront entsteht, die eine einheitliche, vorbestimmte durchgehende Fläche einfacher geometrischer Grundgestalt bildet und keine Unregelmäßigkeiten in Form von Warzen od. dgl. aufweist.It plays a role in the manufacture of such alloyed semiconductor devices for a uniform progression of the alloying process in the semiconductor body an essential role that when melting the material to be alloyed between this and the actual semiconductor body good wetting takes place. is Such a progression of the alloying process is also achievable to achieve in the semiconductor body that a flat alloy front, at least but an alloy front arises which has a uniform, predetermined continuous Forms surface of simple geometric basic shape and no irregularities in the form of warts or the like.
Der Erfindung liegt nun die Erkenntnis zugrunde, daß sich die hiermit vorgezeichnete Aufgabe der Schaffung einer verbesserten Benetzung zwischen dem für die Dotierung des Halbleiterkörpers benutzten Elektrodenmaterial und der Oberfläche des Halbleiterkörpers bei der Einleitung des Legierungsprozesses lösen läßt, indem erfindungsgemäß zunächst auf diejenigen Oberflächenteile des Halbleiterkörpers, von denen ans einlegiert werden soll, eine Schicht des verwendeten Legierungsmaterials oder mindestens des für diese Legierung benutzten Grundwerkstoffes aufgedampft wird, dann der eigentliche einzulegierende Elektrodenmaterial-Körper an dieser Schicht zur Anlage gebracht oder angepreßt und anschließend der Halbleiterkörper zusammen mit dem Elektrodenmaterialkörper zum Legieren erhitzt wird.The invention is based on the knowledge that the hereby mapped task of creating improved wetting between the for the doping of the semiconductor body used electrode material and the surface of the semiconductor body when initiating the alloying process can be solved by according to the invention initially on those surface parts of the semiconductor body, of which ans is to be alloyed, a layer of the alloy material used or at least the base material used for this alloy is vapor-deposited, then the actual electrode material body to be alloyed on this layer brought to the plant or pressed and then the semiconductor body together is heated with the electrode material body for alloying.
Es ist zur Herstellung von Trockengleichrichtern und Fotozellen, bei denen die aktiven Schichten auf eine Grund- oder Trägerelektrode aufgebracht werden, z. B. mit Selen als Halbleiterinaterial, zur Beherrschung der verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten von Halbleitermaterial und Grundplattenmaterial und zur Vermeidung einer Bildung von Rissen, in die das nachträglich etwa durch Aufspritzen aufgebrachte Elektrodenmaterial eindringen könnte, bekannt, das die Halbleiterschicht bildende Material durch Aufdampfen oder Kathodenzerstäubung etwa als Ionen-, Atom- oder Molekülstrahl auf eine kalte, gegebenenfalls auf tiefe Temperatur ge-kühlte Grundplatte nacheinander oder gleichzeitig aufzubringen. Hierbei kann zunächst eine Halbleiterschicht von sehr ae , ringer Dicke aufgebracht werden, da diese Schicht etwaigen Temperaturbewegungen der Grundplatte ohne weiteres folgt und auch bei einer Wärinebehandlung sich keine definierten Risse bilden.It is used to manufacture dry rectifiers and photocells in which the active layers are applied to a base or carrier electrode, e.g. B. with selenium as the semiconductor material, to control the different expansion coefficients of semiconductor material and base plate material and to avoid the formation of cracks, into which the subsequently applied electrode material could penetrate, for example, known that the semiconductor layer forming material by vapor deposition or sputtering as ions -, atomic or molecular beam on a cold, possibly cooled to low temperature base plate successively or simultaneously. Here, a semiconductor layer of very ae, Ringer thickness can be applied at first, since this layer follows any movements of the base plate temperature readily and do not form cracks even at a defined Wärinebehandlung.
Ein Legierungsprozeß an einem Halbleiterkörper steht bei diesem Verfahren nicht zur Erörterung.This method involves an alloying process on a semiconductor body not for discussion.
Es ist weiterhin ein Verfahren zum Herstellen von Kristalloden, z. B. von Kristallgleichrichtern und Kristallverstärkern, bekanntgeworden, nach welchem ein einkristallines Plättehen eines Halbleiters bestimmten elektrischen Leitungstyps auf mindestens einer Seite mit einer oder mehreren Vertiefungen von möglichst zylindrischer Form versehen wird, dann an den Oberflächen durch eine gesteuerte Eindiffussion von Störstoffen eine parallele Schichtenfolge hergestellt wird und schließlich zum Anbringen von Elektrodenanschlüssen an vorbestimmten Stellen der einzelnen Schichten Teile der Halbleiteroberfläche entfernt werden. Bei diesem Verfahren werden frei liegende Oberflächenteile des Halbleiterkörpers zur Erleichterung der Anbringung der Elektroden verkupfert. Eine Kugel aus niedrigschmelzendem Lot, wie einem Zinn-Blei-Lot, die mit einer dünnen Schicht eines Flußmittels überzogen ist, wird in die Vertiefung gebracht. Beim Schmelzen des Lotes wird ein verzinnter Kupferdraht in die geschmolzene Lotkuppe eingetaucht, und anschließend wird die Scheibe zur Verfestigung des Lotes abgeschreckt. In der zweiten Vertiefung mit dem eindiffundierten anderen Akzeptor ist als Lot für den Anschlußdraht reines Indium benutzt worden, da sein Schmelzpunkt ungefähr 30' C niedriger als derjenige des erstgenannten Zinn-Blei-Lotes mit Anteilen von 60 ü/o Zinn und 40 19/o Blei liegt. Bei diesem Verfahren dient das Indium nur als mechanisch bindendes Lot zwischen der Kupferschicht und dem Anschlußdraht, denn der dotierte Bereich im Halbleiterkörper ist bereits durch die Eindiffussion des aufgedampften Aluminiums geschaffen worden.It is also a method of making crystallodes, e.g. B. of crystal rectifiers and crystal amplifiers, has become known, according to which a single-crystal plate of a semiconductor of a certain electrical conduction type is provided on at least one side with one or more depressions of as cylindrical a shape as possible, then a parallel layer sequence is produced on the surfaces by a controlled diffusion of impurities and finally, parts of the semiconductor surface are removed in order to attach electrode connections at predetermined locations of the individual layers. In this process, exposed surface parts of the semiconductor body are copper-plated to make it easier to attach the electrodes. A ball of low melting point solder, such as tin-lead solder, coated with a thin layer of flux is placed in the recess. When the solder is melted, a tinned copper wire is dipped into the molten solder tip and then the disk is quenched to solidify the solder. In the second recess with the other acceptor that has diffused in, pure indium has been used as solder for the connecting wire, since its melting point is about 30 ° C. lower than that of the first-mentioned tin-lead solder with proportions of 60 % tin and 40% tin Lead lies. In this process, the indium only serves as a mechanically binding solder between the copper layer and the connecting wire, because the doped area in the semiconductor body has already been created by the diffusion of the vapor-deposited aluminum.
Zum flächenausdehnungsmäßig eindeutigen Dotieren eines Halbleiterkörpers mittels Indium ist es bekanntgeworden, auf demjenigen Oberflächenteil des Halbleiterkörpers, von welchem aus die Dotierung des Haibleiterkörpers vorgenommen werden soll, durch Plattieren zunächst eine dünne, umfangsmäßig begrenzte Schicht aus einem Metall vorzusehen, welches leicht mit dem Indium legiert und welches nachträglich den pn-übergang nicht beeinflußt. Das Lee crierungsmaterial, also das Indium, wird dann auf die plattierte Oberfläche des Halbleiterkörpers gebracht und das Ganze für das Schmelzen des Indiums erhitzt, so daß dieses über die plattierte Schicht, und nur über diese, frei fließt, wonach bei einer Erhitzung dann eine Diffusion durch die Metallzwischenschicht hindurch in den Halbleiterkörper aus Germanium hinein stattfinden soll. Als für die Benetzung durch Indium P Cr -nete Metalle sind dabei Silber, Gold, Kupfer und eig Nickel angegeben worden. Hierbei wird eine besondere Legierung aus der vorher aufgedampften Schicht und dem aufgebrachten Elektrodenmaterial gebildet, wobei aber offenbar die aufplattierte Schicht als solche bestehenbleiben soll, denn sonst würde sie nicht als Teil des Diffussionskanals für das auf sie aufgebrachte Elektrodenmaterial, nämlich für das Indium dienen.For area-specific doping of a semiconductor body by means of indium it has become known, on that surface part of the semiconductor body, from which the doping of the semiconductor body is to be made by First plating a thin, circumferentially limited layer of a metal to be provided, which will be easily alloyed with the indium and which will subsequently be the pn junction unaffected. The refining material, i.e. the indium, is then applied to the Plated surface of the semiconductor body brought and the whole for melting of the indium heated so that this over the clad layer, and only over this, flows freely, after which, when heated, diffusion through the metal intermediate layer should take place through into the semiconductor body made of germanium. As for the wetting by indium P Cr -nete metals are silver, gold, copper and own nickel has been specified. Here a special alloy is made from the previously vapor-deposited layer and the applied electrode material formed, but apparently the plated-on layer should remain as such, otherwise it would they are not part of the diffusion channel for the electrode material applied to them, namely serve for the indium.
Bekannt ist ein Germaniumtransistor mit einer durch Eindiffussion erzeugten Basiszone. Bei deren Herstellung sind in einen Ausgangs-Germaniumkörper vom p-Leitungstyp zunächst ein Dampf einer geeigneten n-Störzellensubstanz zur Bildung einer n-leitenden Mantelzone eindiffundiert, dann an der einen Oberfläche der Halbleiterplatte zur Bildung des Emitters ein Film aus Aluminium zunächst aufgedampft und anschließend in die n-leitende Zone zur Bildung eines pn-überganges einlegiert. Dann wird an der gleichen Oberflächenseite des Halbleiterkörpers ein Gold-Antimon-Film aufgedampft und die Halbleiterplatte bis auf die eutektische Temperatur von Gold-Antimon erhitzt, bei der ein ohmscher Kontakt zu der n-leitenden Oberflächenschicht geschaffen wird. Schließlich wird an der entgegengesetzten Oberflächenseite des Halbleiterkörpers mit Hilfe von Indium ein Platinstreifen mit dem p-leitenden Kollektorbereich als Kontaktkörper verlötet.A germanium transistor with a diffusion is known generated base zone. In their production are in a starting germanium body of the p-conductivity type initially a vapor of a suitable n-type disturbance cell substance for formation diffused into an n-conductive cladding zone, then on one surface of the semiconductor plate To form the emitter, a film made of aluminum is first vapor-deposited and then subsequently Alloyed into the n-conductive zone to form a pn junction. Then will on a gold-antimony film is vapor-deposited on the same surface side of the semiconductor body and the semiconductor plate is heated up to the eutectic temperature of gold-antimony, in which an ohmic contact to the n-conductive surface layer is created. Finally, on the opposite surface side of the semiconductor body with the help of indium a platinum strip with the p-conducting collector area as Contact body soldered.
Diese Schriftstelle offenbart jeweils nur das Aufbringen des Elektrodenmaterials durch Aufdampfen auf den entsprechenden Oberflächenanteil des Halbleiterkörpers, von welchem aus dieses zum Einlegieren gebracht werden soll, ohne daß die aufgedampfte Schicht eine Benetzungshilfe für den zunächst als festen Körper auf den Halbleiterkörper aufzulegenden Elektrodenmaterialkörper bildet. Die aufgedampfte Menge soll vielmehr unmittelbar dem Volumen des Elektrodenmaterialkörpers entsprechen.This reference only discloses the application of the electrode material by vapor deposition on the corresponding surface portion of the semiconductor body, from which this is to be brought to alloying without the vaporized Layer a wetting aid for the first as a solid body on the semiconductor body forms to be applied electrode material body. Rather, the amount evaporated should directly correspond to the volume of the electrode material body.
Es wird daher bei dem Verfahren nach der Erfindung derart vorgegangen, daß der bereits an seiner entsprechenden Oberfläche mit aufgedampften Elektrodenmaterial versehene Halbleitermaterialkörper mit einem noch festen Elektrodenmaterialkörper, z. B. einer entsprechenden Folie oder schmelzflüssigem Elektrodenmaterial, in Berührung gebracht und dann für das Einlegieren eine entsprechende Temperaturbehandlung dieser Anordnung nach einem geeigneten Temperatur-Zeit-Programm stattfindet. Bei dieser Temperaturbehandlung kann gegebenenfalls der Elektrodenmaterialkörper unmittelbar mit einer oder mehreren weiteren Hilfsträgerplatten verbunden werden, wobei die dem Halbleiterkörper benachbart liegende, aus einem Werkstoff geeigneter Stärke besteht, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient demjenigen des Halbleiterkörpers möglichst benachbart liegt, um auf diese Weise das Entstehen unerwünschter mechanischer thennischer Spannungen weitgehend auszuschließen.It is therefore proceeded in the method according to the invention in such a way that that the electrode material already deposited on its corresponding surface with vapor-deposited semiconductor material body provided with a still solid electrode material body, z. B. a corresponding film or molten electrode material in contact brought and then a corresponding temperature treatment of this for the alloying Arrangement takes place according to a suitable temperature-time program. At this The electrode material body can optionally be subjected to direct temperature treatment are connected to one or more additional auxiliary carrier plates, the adjacent to the semiconductor body, made of a material of suitable thickness exists whose coefficient of thermal expansion is that of the semiconductor body is as close as possible, in order to prevent undesirable mechanical effects thermal tensions can be largely excluded.
Es ist jedoch nicht erforderlich, daß einerseits das Aufdampfen der Schicht auf den Halbleiterkörper und andererseits das Zusammenbringen dieses vorbereiteten Halbleiterkörpers mit dem zur Zonenbildung einzulegierenden Elektrodenmaterial in getrennten Arbeitsvorgängen und Vorrichtungen stattfindet. So kann vielmehr auch derart vorgegangen werden, daß in einer Hilfsforin oder -vorrichtung der Elektrodenmaterialkörper sowie gegebenenfalls die Hilfsträgerplatte und eine eventuell erforderliche Lotzwischenschicht zwischen beiden zusammen mit dem Halbleiterkörper derart übereinandergeschichtet werden, daß sich bei der Vorbehandlung des Halbleiterkörpers Abdampfprodukte des einzulegierenden Elektrodenmaterialkörpers unmittelbar auf den vorbestimmten Flächen des Halbleiterkörpers niederschlagen. Beim Schmelzen des Elektrodenmaterials wird sich bereits vor oder/und mit dem Schmelzflüssigwerden des Elektrodenmaterialkörpers eine entsprechende Dampfwolke aus diesem Elektrodenniaterial bilden, welches auf diese Weise auf die Oberfläche des Halbleiterkörpers gelangt. Nachdem die Anordnung eine Zeitlang auf derjenigen Temperatur gehalten worden ist, daß von dem Elektrodenmaterial eine durch vorherige Versuche ermittelte Aufdampfung auf die Halbleiterkörperoberfläche stattgefunden hat, wird dann die in dieser Weise vorbehandelte Halbleiterkörperoberfläche mit dem festen bzw. flüssigen Elektrodenmaterial unmittelbar zusammen- geführt. Dann wird das Legieren, gegebenenfalls unter Anwendung eines bestimmten Druckes zwischen Halbleiterkörper und Elektrodenmaterial, über einen vorbestimmten Zeitraum nach vorbestimmten Temperaturprogrammen hinsichtlich zeitabhängiger Aufheiz- und Abkühlungsgeschwindigkeit durchgeführt.However, it is not necessary that on the one hand the vapor deposition of the layer on the semiconductor body and on the other hand the bringing together of this prepared semiconductor body with the electrode material to be alloyed for zone formation take place in separate operations and devices. Rather, it is also possible to proceed in such a way that in an auxiliary form or device the electrode material body and possibly the auxiliary carrier plate and a possibly required intermediate soldering layer between the two are layered together with the semiconductor body in such a way that, during the pretreatment of the semiconductor body, evaporation products of the electrode material body to be inserted are directly on the Precipitate predetermined surfaces of the semiconductor body. When the electrode material melts, a corresponding vapor cloud will form from this electrode material before and / or when the electrode material body becomes molten, and in this way reaches the surface of the semiconductor body. After the arrangement has been kept for a while at the temperature that the electrode material has been vaporized onto the semiconductor body surface as determined by previous experiments, the semiconductor body surface pretreated in this way is then brought together directly with the solid or liquid electrode material. The alloying is then carried out, if necessary using a specific pressure between the semiconductor body and the electrode material, over a predetermined period of time according to predetermined temperature programs with regard to the time-dependent heating and cooling rate.
Was soeben für das Einlegieren an einer Zone des Halbleiterkörpers beschrieben worden ist, kann auch gleichzeitig an mehreren Zonen an dem Halbleiterkörper durch Anwendung einer entsprechenden Hilfseinrichtung durchgeführt werden.What just now for alloying in a zone of the semiconductor body has been described can also be applied to several zones on the semiconductor body at the same time be carried out by using an appropriate auxiliary device.
In der F i g. 1 bezeichnet 1 die Grundplatte eines Gestells, auf welcher sich Stangen, wie z. B. 2 und 3, nach oben erstrecken, die an ihrem oberen Ende eine Deckplatte 4 tragen. Diese obere Deckplatte dient gleichzeitig als Träger eines Antriebes, der aus dem Motor 5, der Welle 6, dem Zahnrad 7, dem Zahnrad 8, der Welle 9, den beiden Zahnrädern 10, 11 und den beiden Zahnrädern 12, 13 besteht, die am oberen Ende der Wellen 14 bzw. 15 angeordnet sind, die andererseits in entsprechenden Lagern 16 bzw. 17 in der Grundplatte 1 drehbar abgestützt sind. Auf dieser Grundplatte 1 sind ferner weitere Stangen, wie z. B. 18, vorgesehen. Diese bilden das Gestell, in welches Legierungshilfsformen eingeschichtet werden sollen.In FIG. 1 denotes 1 the base plate of a frame on which rods such. B. 2 and 3, extend upwards, which carry a cover plate 4 at their upper end. This upper cover plate also serves as a carrier of a drive, which consists of the motor 5, the shaft 6, the gear 7, the gear 8, the shaft 9, the two gears 10, 11 and the two gears 12, 13 , which at the top Arranged at the end of the shafts 14 and 15 , which on the other hand are rotatably supported in corresponding bearings 16 and 17 in the base plate 1, respectively. On this base plate 1 are further rods such. B. 18, provided. These form the frame in which alloy auxiliary forms are to be layered.
Eine solche Hilfsform besteht z. B. nach der F i g. 1 aus einem Behälter 19, der z. B. aus Graphit oder Eisen hergestellt ist und im letzteren Fall an seiner Mantelfläche mit einem besonderen Überzug aus einem gegenüber den Aufbauteilen eines Halbleiterelementes inerten Werkstoff, wie z. B. Graphit, versehen sein kann.- In dem bereits genannten untersten dieser Behälter 19 ist eine Hilfsträgerplatte 20 für ein Halbleiterelement eingesetzt, die in bekannter Weise z. B. aus Molybdän, Wolfram oder Tantal bestehen kann. Auf diese Hilfsträgerplatte ist ein Elektrodenmaterialkörper 21 aufgelegt, der z. B. aus Aluminium bestehen kann. Nun ist jeder dieser Hilfslegierungsforrnenbehälter, wie z. B. 19, in seiner Mantelfläche mit Aussparungen 22 versehen, so daß in diese der untere Arm 23 eines doppelarmigen Winkelhebels 24 eingeschwenkt werden kann. Dieser doppelarmige Winkelhebel 24, dessen zweiter Arm mit 25 bezeichnet ist, ist in einem Lager 26 schwenkbar, das an der äußeren Mantelfläche des Behälters 19 vorgesehen ist. Der obere Arm 25 des Winkelhebels 24 ist bestimmt für das Zusammenwirken mit einem Winkelhebel 27, der drehfest auf der Welle 15 angeordnet ist. Durch eine Betätigung der Wellen, wie z. B. der Welle 15, kann also der jeweilige Winkelhebel 24 in seinem Lager derart gedreht werden, daß der Arm 23 aus der Aussparung bzw. dem Hohlraum des Behälters 19 herausgeschwenkt wird. In der Zeichnung sind nun an dem unteren Gefäß 19 zwei solche nach innen in den Hohlraum mit ihren Armen 23 eingeschwenkte Winkelhebel 24 gezeigt. Sie dienen als Träger einer Halbleiterplatte 28, die z. B. aus schwach p-leitendem Silizium bestehen kann. Auf der oberen Fläche dieser Siliziumplatte 28 sind bereits zwei Elektrodenmaterialkörper, und zwar ein Ring 29 und innerhalb desselben ein kreisflächenförmiger Elektrodenkörper 30 mit gegenseitigem Abstand aufgelegt, welche von dieser Fläche aus in den Halbleiterkörper einlegiert werden sollen.Such an auxiliary form is z. B. according to FIG. 1 from a container 19 which, for. B. is made of graphite or iron and in the latter case on its outer surface with a special coating of a material inert to the structural parts of a semiconductor element, such as. B. graphite, can be provided.- In the already mentioned lowermost of these containers 19 , an auxiliary carrier plate 20 is used for a semiconductor element, which in a known manner, for. B. may consist of molybdenum, tungsten or tantalum. On this auxiliary carrier plate, an electrode material body 21 is placed, the z. B. can be made of aluminum. Now, each of these auxiliary alloy mold containers, such as. B. 19, provided in its outer surface with recesses 22 so that the lower arm 23 of a double-armed angle lever 24 can be pivoted into this. This double-armed angle lever 24, the second arm of which is denoted by 25 , can be pivoted in a bearing 26 which is provided on the outer surface of the container 19 . The upper arm 25 of the angle lever 24 is intended to interact with an angle lever 27 which is arranged on the shaft 15 in a rotationally fixed manner. By actuating the waves, such. B. the shaft 15, so the respective angle lever 24 can be rotated in its bearing such that the arm 23 is pivoted out of the recess or the cavity of the container 19 . In the drawing, two such angle levers 24 pivoted inwardly into the cavity with their arms 23 are shown on the lower vessel 19. They serve as a carrier of a semiconductor plate 28 which, for. B. may consist of weak p-conductive silicon. Two electrode material bodies are already placed on the upper surface of this silicon plate 28 , namely a ring 29 and within the same a circular electrode body 30 with a mutual spacing, which are to be alloyed into the semiconductor body from this surface.
Das Volumen dieser Elektrodenkörper wird zweckmäßig derart bemessen, daß die Legierungsfront nur bis zu einer vorbestimmten Tiefe in den Halbleiterkörper hinein fortschreiten kann. Diese Elektrodenmaterialkörper sind gegen die Oberfläche dieser Halbleiterplatte 28 dadurch festgespannt, daß sie nach einem bekannten Verfahren mittels einer Pulverpreßmasse 31 allseitig von dieser umschlossen bzw. umpreßt und dadurch gleichzeitig gegen die Oberfläche der Halbleiterplatte 28 gepreßt werden. Auf der oberen Fläche dieses Pulvermassepreßkörpers 31 ruht eine Graphitscheibe 32. Auf diese Graphitscheibe ist nun ein zweiter Legierungsbehälter bzw. eine Hilfsform 33 aufgesetzt, der bzw. die eine zweite Folge von Elementen enthält, wie sie als Einsatz des Behälters 19 bereits erläutert worden sind. Um diese Einzelteile im Behälter 33 von denjenigen im Behälter 19 zu unterscheiden, sind zwar für die entsprechenden Teile die gleichen Bezugszeichen beibehalten worden, jedoch sind die Elemente im Behälter 33 von denjenigen im Behälter 19 durch einen zusätzlichen Strich C) unterschieden. Auf die obere Graphitplatte 32' der in den Behälter 33 eingeschichteten Teile ist noch ein Gewicht 34 aufgelegt.The volume of these electrode bodies is expediently dimensioned in such a way that the alloy front can only advance into the semiconductor body to a predetermined depth. These electrode material bodies are clamped against the surface of this semiconductor plate 28 in that they are enclosed or pressed around on all sides by means of a powder molding compound 31 according to a known method and thereby simultaneously pressed against the surface of the semiconductor plate 28. A graphite disk 32 rests on the upper surface of this powder mass compact 31. A second alloy container or an auxiliary mold 33 is now placed on this graphite disk and contains a second sequence of elements, as they have already been explained as the insert of container 19. In order to distinguish these individual parts in the container 33 from those in the container 19 , the same reference numerals have been retained for the corresponding parts, but the elements in the container 33 are distinguished from those in the container 19 by an additional prime C) . A weight 34 is also placed on the upper graphite plate 32 'of the parts stacked in the container 33.
In der gezeigten Stellung der Teile besteht also je- weils im Behälter 19 zwischen dem Elektrodenmaterialkörper 21 und der Halbleiterplatte 28 bzw. im Behälter 33 zwischen dem Elektrodenmaterialkörper 21' und dem Halbleiterkörper 28' ein gewisser Ab- stand. Das ganze bisher beschriebene System ist in einem Behälter 35 angeordnet und von einem diesen oben abschließenden Deckel 36 über Stützen 37 getragen. Diesem Behälter 35 sind in der Höhe der Legierungsformen außen entsprechende Strahlungsheizer zugeordnet, die mit 37 bis 40 bezeichnet sind. Die Strahlungsheizer liegen jeweils innerhalb entsprechender Reflektionskörper bzw. Schirme 41 bis 44, durch welche die von den Strahlungsheizem entwickelte Wärme in wirksamer Weise auf die zu beheizenden Legierungsformen im Behälter 35 gerichtet wird.In the shown position of the parts so there is in each case in the container 19 between the electrode material body 21 and the semiconductor wafer 28 or in the reservoir 33 between the electrode material body 21 'and the semiconductor body 28', a certain waste stand. The entire system described so far is arranged in a container 35 and is supported by a cover 36 closing this at the top via supports 37 . Corresponding radiant heaters, denoted by 37 to 40, are assigned to the outside of this container 35 at the level of the alloy molds. The radiant heaters are each located within corresponding reflection bodies or screens 41 to 44, through which the heat developed by the radiant heaters is effectively directed onto the alloy molds in the container 35 to be heated.
Zwischen diesen Strahlungsheizern und der äußeren Mantelfläche des Behälters 35 können noch besondere verstellbare Blendenkörper, wie 45 und 46, vorgesehen werden, so daß also auf einfache Weise erreicht werden kann, daß auch nur verschiedene Höhenzonen der Behälter 19 bzw. 33 unabhängig voneinander beheizt werden. In der dargestellten Lage der Blendenkörper 45 und 46 würden also nur die Strahlungsheizer 38 und 40 die unteren Teile der Behälter 19 bzw. 33 beheizen, während, wenn die Blenden nach oben herausgefahren werden, die gesamten Behälter der Heizwirkung durch die Strahlungsheizer unterworfen sind.Between these radiant heaters and the outer surface of the container 35 , special adjustable diaphragm bodies, such as 45 and 46, can be provided, so that it can be achieved in a simple manner that only different height zones of the container 19 or 33 are heated independently of one another. In the position of the visor bodies 45 and 46 shown, only the radiant heaters 38 and 40 would heat the lower parts of the containers 19 and 33 , respectively, while, when the visors are moved upwards, the entire containers are subjected to the heating effect of the radiant heater.
Wie bereits in der allgemeinen Beschreibung geschildert, sollen zunächst Flächen des Halbleiterkörpers mit Elektrodenmaterial bedampft werden, bevor das ei-entliche Elektrodenmaterial, welches in den Halbleiterkörper einlegiert werden soll, mit dessen Oberfläche zusammengebracht wird. Sind zunächst nur die Strahlungsheizer 38, 40 in Betrieb, so werden zunächst nur die unteren Teile der Legierungsforrn 19 bzw. 33 beheizt, so daß nur der Elektrodenmaterialkörper 21 im Behälter 19 bzw. der Elektrodenmaterialkörper 21-' im Behälter 33 erhitzt werden. Auf diese Weise wird von der Oberfläche dieser Elek# trodenmaterialkörper Elektrodenmaterial abdampfen und sich auf den gegenüberliegenden unteren Flächen der Halbleiterkörper 28 bzw. 28" niederschlagen. Ist dieser Aufdampfprozeß über eine gewisse Zeitdauer, deren Wert durch entsprechende Versuche zu ermitteln ist und der sich auch nach dem Elektrodenmaterial und der benutzten Temperatur richtet, gelaufen, so daß eine erwünschte Schicht am Elektrodenmaterial auf dem Halbleiterkörper niedergeschlagen worden ist, so wird nunmehr das Antriebsgestänge mittels des Motors 5 betätigt, wodurch die Winkelhebel 24 aus den Behälterräumen von 19 bzw. 33 herausgeschwenkt und die bisher von diesen getragenen Halbleiterkörper 28 und 28' mit den darauf geschichteten Teilen auf den jeweiligen der Elektrodenmaterialkörper 21 bzw. 21! in den Behältern 19 bzw. 33 abgesenkt werden. Nunmehr kann der Heizvorgang weiterhin so gelenkt werden, daß das Einlegieren dieser Elektrodenmaterialkörper in die entsprechenden Halbleiterkörper 28 bzw. 28' zur Erzeugung der erwünschten dotierten Zonen bestimmten elektrischen Leitungstyps stattfindet. Die Speisung des Elektromotors 5 erfolgt von einer Einrichtung 47, die zeitabhängig und gegebenenfalls temperaturabhängig von einem im Behälter 35 vorgesehenen, nicht besonders dargestellten Temperaturfühler gesteuert sein kann.As already described in the general description, surfaces of the semiconductor body should first be vaporized with electrode material before the egg-entlichen electrode material, which is to be alloyed into the semiconductor body, is brought together with its surface. If only the radiant heaters 38, 40 are initially in operation, then only the lower parts of the alloy mold 19 or 33 are initially heated, so that only the electrode material body 21 in the container 19 or the electrode material body 21- 'in the container 33 are heated. In this way, electrode material will evaporate from the surface of this electrode material body and be deposited on the opposite lower surfaces of the semiconductor body 28 or 28 ″ the electrode material and the temperature used, ran so that a desired layer has been deposited on the electrode material on the semiconductor body, the drive linkage is now operated by means of the motor 5 , whereby the angle lever 24 pivoted out of the container spaces of 19 and 33 and the The semiconductor bodies 28 and 28 ' previously carried by these, with the parts stacked thereon, are lowered onto the respective electrode material bodies 21 and 21! in the containers 19 and 33. The heating process can now continue to be directed so that the alloying of these electrode material bodies into the corresponding ends semiconductor body 28 or 28 ' for generating the desired doped zones of a certain electrical conduction type takes place. The electric motor 5 is fed by a device 47, which can be controlled as a function of time and possibly temperature as a function of a temperature sensor provided in the container 35 , which is not shown in particular.
In der F i g. 2 ist ein weiteres Beispiel schematisch veranschaulicht, wie nach dem Aufdampfen automatisch temperaturabhängig das Absenken der mit Elektrodenmaterial vorbedampften Halbleiterplatte auf den einzulegierenden Elektrodenmaterialkörper erfolgen kann. Als Steuereinrichtung sind in diesem Fall sogenannte Seger-Kegel benutzt, d. h. keramische Körper, die sich in ihrem thermischen Verhalten so abstimmen lassen, daß sie bei einer bestimmten Temperatur ihre Forinfestigkeit verlieren, so daß sie, wenn sie als Abstützkörper wirken, dann das von ihnen ab-"estützte a System freigeben. In dieser Fig.2 ist die Behandlung einer einzigen Siliziumhalbleiterplatte zum Ei#nlegieren gezeigt, wie es also der untersten Siliziumplatte 28 nach F i g. 1 entspricht. Um einen Zusammenhang zwischen den F ig. 1 und 2 zu schaffen und dadurch die Erläuterung zu vereinfachen, sind für die entsprechenden gleichartigen, wie in F i g. 1 vorhandenen Elemente in F i g. 2 die gleichen Bezugszeichen beibehalten worden. So ist wieder ein Behälter 19 auf einer Grundplatte 1 vorhanden, auf dessen Bodenplatte die Hilfsträgerplatte 20 liegt, welche den Elektrodenmaterialkörper 21 trägt. Oberhalb dieses Körpers 21 ist die Siliziumhalbleiterplatte 28 mittels der Hebel 48, 49 gehalten. Diese Hebel 48, 49 sind an Stützen 50 bzw. 51 drehbar gelagert, die an der Grundplatte 1 befestigt sind. Diese doppelarmigen Hebel 48, 49 greifen mit dem einen Arm durch die Aussparungen 22 des Behälters 19 in dessen Hohlraum ein, wodurch sie, wie angegeben, die Halbleiterplatte 28 tragen. Auf die Hebelarine der doppelarmigen Hebel 48, 49 wirken die beiden Seger-Kegelkörper 52 bzw. 53 mit ihren unteren Enden. Diese Kegel 52 bzw. 53 stützen sich mit ihren oberen Enden gegen einen Schenkel der Stützen 54 bzw. 55 ab, welche an der Grundplatte 1 befestigt sind. Der Siliziumhalbleiterkörper 28 trägt an seiner oberen Fläche beispielsweise wie gemäß F i g. 1 bereits zwei Elektrodenmaterialkörper 29 bzw. 30, welche mittels eines Pulverpreßmassekörpers 31 umpreßt und gegen die obere Fläche der Halbleiterplatte 28 festgespannt sind. Auf dieser Pulverpreßmasse 31 ist zunächst wieder ein Graphitkörper 32 vorgesehen und auf diesem ein Belastungsgewicht 34.In FIG. 2 a further example is schematically illustrated how, after the vapor deposition, the lowering of the semiconductor plate pre-vaporized with electrode material onto the electrode material body to be alloyed can take place automatically as a function of temperature. As control means so-called Seger cones are used in this case, d. H. ceramic bodies whose thermal behavior can be adjusted in such a way that they lose their form stability at a certain temperature, so that if they act as support bodies, they then release the system supported by them. In this Fig.2 is the treatment of a single silicon semiconductor wafer shown nlegieren # to the egg as g that is, the lowermost silicon plate 28 to F i. 1 corresponds. to a link between the F ig. 1 and to provide 2, thereby to simplify the explanation are for the corresponding similar as g in F i existing first elements in F i g. 2, the same reference numerals have been retained. Thus, again, a container 19 is provided on a base plate 1, on the bottom plate, the auxiliary support plate 20 is carrying the electrode material body 21. The silicon semiconductor plate 28 is held above this body 21 by means of levers 48, 49. These levers 48, 49 are rotatably mounted on supports 50 and 51, respectively, which a n the base plate 1 are attached. These double-armed levers 48, 49 engage with one arm through the recesses 22 of the container 19 in the cavity thereof, whereby they carry the semiconductor plate 28, as indicated. The two Seger cone bodies 52 and 53 act with their lower ends on the lever arm of the double-armed levers 48, 49. These cones 52 and 53 are supported with their upper ends against a leg of the supports 54 and 55 , which are fastened to the base plate 1. The silicon semiconductor body 28 carries on its upper surface, for example as shown in FIG. 1 already has two electrode material bodies 29 and 30, which are pressed around by means of a powder molding compound body 31 and clamped against the upper surface of the semiconductor plate 28. On this powder molding compound 31 , a graphite body 32 is initially again provided and a loading weight 34 is provided on this.
Wie bereits erwähnt, wird eine solche Anordnung zunächst in einer nicht besonders dargestellten Beheizungseinrichtung derart beheizt, daß von der Oberfläche der z. B. als Elektrodenmaterialkörper 21 benutzten Aluminiumplatte Aluminium in Richtung auf die Siliziumhalbleiterplatte 28 abdampft. Nach einer gewissen Zeitdauer wird dann die Temperatur gesteuert für das Aufheizen der Anordnung zur Durchführung des Legierungsprozesses. Entsprechend der envünschten oberen Temperaturgrenze sinken dann die beiden Seger-Kegel 52, 53 zufolge ihrer Temperaturabstimmung in sich zusammen, so daß das durch die Hebel 48, 49 bis dahin abgestützte System auf der Platte 28 und den von dieser getragenen Teilen nach unten absinken kann, bis es auf der Aluminiumplatte 21 aufliegt, wonach dann der Legierungsprozeß des Halbleiterelementes durchgeführt wird.As already mentioned, such an arrangement is first heated in a heating device not specifically shown in such a way that from the surface of the z. B. aluminum plate used as electrode material body 21, aluminum evaporates in the direction of the silicon semiconductor plate 28. After a certain period of time, the temperature is then controlled for heating up the arrangement for carrying out the alloying process. According to the desired upper temperature limit, the two Seger cones 52, 53 then sink together as a result of their temperature coordination, so that the system supported by the levers 48, 49 up to that point can sink down on the plate 28 and the parts carried by it, until it rests on the aluminum plate 21, after which the alloying process of the semiconductor element is carried out.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE1961S0075250 DE1237694B (en) | 1961-08-10 | 1961-08-10 | Process for alloying electrical semiconductor components |
Applications Claiming Priority (1)
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| DE1961S0075250 DE1237694B (en) | 1961-08-10 | 1961-08-10 | Process for alloying electrical semiconductor components |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| DE1237694B true DE1237694B (en) | 1967-03-30 |
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ID=7505238
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DE1961S0075250 Pending DE1237694B (en) | 1961-08-10 | 1961-08-10 | Process for alloying electrical semiconductor components |
Country Status (1)
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|---|---|
| DE (1) | DE1237694B (en) |
Citations (4)
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1961
- 1961-08-10 DE DE1961S0075250 patent/DE1237694B/en active Pending
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