DE1266510B - Halbleitervorrichtung mit einem Halbleiterkoerper mit mindestens einem Kontakt und Verfahren zum Herstellen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

C 22c

Deutsche Kl.: 40 b-31/00

Nummer: 1266 510

Aktenzeichen: N 22910 VI a/40 b

Anmeldetag: 19. März 1963

Auslegetag: 18. April 1968

Die Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung, ζ. B. einen Transistor, eine Diode, eine Photozelle oder einen Hallgenerator, mit einem Halbleiterkörper aus einer AⁱⁿB^v-Verbindung und mindestens einem Legierungskontakt. Sie betrifft weiter ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Vorrichtung.

Unter einer A^m B^v-Verbindung wird eine Verbindung eines der Elemente Bor, Aluminium, Gallium oder Indium aus der III. Hauptgruppe des Periodischen Systems der Elemente mit einem der Elemente Stickstoff, Phosphor, Arsen oder Antimon aus der V. Hauptgruppe des Periodischen Systems oder ein Mischkristall aus zwei oder mehreren dieser Verbindungen verstanden.

Es ist bereits bekannt, bei Halbleiterkörpern aus solchen Verbindungshalbleitern als Elektrodenmaterial einen Stoff zu verwenden, der überwiegend aus einer Komponente der jeweiligen rialbleitenden Verbindung besteht (deutsche Patentanmeldung S 35242 VIII c/21g).

In der Praxis hat man bisher Zinn-Blei-Legierungen als Elektrodenmaterial verwendet. Dieses Material ergibt jedoch auf Halbleiterkörpern aus A^mB^v-Verbindungen keine guten Legierungskontakte, da sie auf den Halbleiterkörpern nicht genügend haften, ihr Ausdehnungskoeffizient nicht mit dem des Halbleiterkörpers übereinstimmt oder sie nicht genügend nachgiebig sind, so daß im Betriebstemperaturbereich die Gefahr besteht, daß der Halbleiterkörper und/ oder der Kontakt Sprünge oder Risse bekommen oder der Kontakt sich vom Halbleiterkörper löst. Dies gilt insbesondere für Halbleitervorrichtungen, die wie z. B. infrarötempfindliche Photowiderstände zur Erhöhung der Photoempfindlichkeit bei sehr tiefen Temperaturen betrieben werden. Bei tiefen Temperaturen werden im allgemeinen sowohl der Halbleiterkörper als auch das Kontaktmaterial spröder. Die Gefahr einer Zerstörung des Halbleiterkörpers oder des Kontaktes oder eines Ablösens des Kontaktes wird dadurch noch vergrößert, daß Halbleiterkörper des A^mB^v-Typs im allgemeinen einen niedrigen Temperaturkoeffizienten der Ausdehnung im Vergleich zu Metallen haben; soll daher ein gut leitendes Anschlußelement, ζ. B. ein Metalldraht, an dem Halbleiterkörper angebracht werden, so muß trotz der verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten die Haftung zwischen dem Metall und dem Kontaktmaterial im ganzen Betriebstemperaturbereich gut sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Legierungskontakte auf AⁿⁱB^v-Material so zu verbessern, daß sie für den Betrieb über einen Halbleitervorrichtung mit einem Halbleiterkörper mit mindestens einem Kontakt und Verfahren zum Herstellen

Anmelder:

N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken, Eindhoven (Niederlande)

Vertreter:

Dipl.-Ing. E. E. Walther, Patentanwalt, 2000 Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Als Erfinder benannt:
Lawrence Reginald David Jenkins, Bassett Green, Southampton, Hants (Großbritannien)

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 21. März 1962 (10 914) - -

großen Temperaturbereich, insbesondere bei sehr tiefen Temperaturen, geeignet sind.

Diese Aufgabe wird bei einer Halbleitervorrichtung mit einem Halbleiterkörper aus einer A¹¹¹ B^v-Verbindung und mindestens einem Indium enthaltenden Legierungskontakt dadurch gelöst, daß das Kontaktmaterial aus

2 bis 25 Gewichtsprozent Blei, 0 bis 4 Gewichtsprozent Zinn, 0 bis 2 Gewichtsprozent Cadmium, Rest Indium

besteht.

Der Vollständigkeit halber sei noch erwähnt, daß

es an sich bekannt war, bei Germanium- und Silizium-Halbleiterkörpern eine Indium-Blei-Legierung mit bis zu 20% Blei als Kontaktmaterial zu verwenden (»Metall«, 14 [1960], 7, S. 726 bis 729).

Zwei Beispiele für bevorzugte Zusammensetzungen des Kontaktmaterials nach der Erfindung sind:

1. 20 Gewichtsprozent Blei, 78 Gewichtsprozent Indium,

2 Gewichtsprozent Zinn.

2. 8 Gewichtsprozent Blei, 90 Gewichtsprozent Indium,

1 Gewichtsprozent Zinn,

1 Gewichtsprozent Cadmium.

809 539/340

Kontaktmaterialien mit den oben beschriebenen Zusammensetzungen eignen sich besonders für Legierungskontakte an Halbleiterkörpern des erwähnten Typs, wenn die mit ihnen hergestellten Vorrichtungen bei niedrigen oder sehr niedrigen Temperaturen verwendet werden sollen. Da, wie bereits erwähnt, der Halbleiterkörper und das Kontaktmaterial bei niedrigeren Temperaturen spröder werden, werden die Zusammensetzung und damit der Temperaturkoeffizient der Ausdehnung sowie die Nachgiebigkeit des Kontaktmaterials vorzugsweise im Hinblick auf die im Betrieb auftretende niedrigste Temperatur gewählt. Es wurde gefunden, daß zur Verwendung bei und unter der Temperatur des flüssigen Wasserstoffs zweckmäßig der Cadmiumanteil etwa 1 Gewichtsprozent, der Zinnanteil etwa 1 Gewichtsprozent und der Bleianteil weniger als 10 Gewichtsprozent beträgt.

Der Halbleiterkörper besteht vorzugsweise aus einer Indiumverbindung des A^mB^v-Typs, z.B. aus Indiumantimonid. Der Legierungskontakt bildet mit einem solchen p-leitenden Halbleiterkörper eine ohmsche Verbindung. Mit dem Legierungskontakt kann weiter ein elektrisch gut leitendes, z. B. aus Platin oder verzinntem Kupfer bestehendes Anschlußelement verbunden werden.

Um die Benetzung zu fördern, kann vor dem Anlegieren des Kontaktmaterials der Halbleiterkörper an dem Teil semer Oberfläche, an dem der Kontakt angebracht wird, mit einer Metallschicht aus z. B. Kupfer, Gold oder Platin versehen werden. Die verbesserte Benetzung wird damit auf das durch die Metallschicht abgedeckte Gebiet begrenzt.

Es kann bei dem Legieren ein Flußmittel benutzt werden; es wurde gefunden, daß Flußmittel auf der Basis von Salzsäure, z. B. eine Mischung aus konzentrierter Salzsäure, Glycerol und destilliertem Wasser in einem Volumenverhältnis von 1:2:1, zu bevorzugen sind.

Folgende allgemeine Bemerkungen beziehen sich auf eine bevorzugte Wahl der Zusammensetzung eines Kontaktmaterials für Indiumantimomd-Vorrichtungen für verschiedene Zwecke:

Weitere Merkmale und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung werden in den folgenden Ausführungsbeispielen beschrieben.

0,25 g Blei und 0,88 g Indium mit analytischem Reinheitsgrad werden in einem Siliciumoxydtiegel bei einer Temperatur von 450° C legiert. Die Legierung kann, z. B. in Form eines Drahtes gezogen oder gewalzt, zur Herstellung von Legierungskontakten auf Halbleiterkörpern des AⁿⁱB^v-Typs benutzt werden.

ίο In einem Ausführungsbeispiel für das Verfahren nach der Erfindung werden auf einen Indiumantimonid-Körper von 8 · 1 mm · 150 μΐη des p-Leitfahigkeitstyps mit einem spezifischen Widerstand von 9 Ohm · cm zwei Anschlüsse angebracht, indem die Anschlußelemente mit einer Blei-Indium-Zinn-Cadmium-Legierung der erfindungsgemäßen Zusammensetzung auf den Körper auflegiert werden. Als Anschlußelemente werden zwei parallel verlaufende Platindrähte verwendet, die mit je einem Kontakt verbunden werden. Zuerst wird vor dem Auflegieren des Kontaktmaterials der Halbleiterkörper an den Teilen seiner Oberfläche, an denen die Kontakte angebracht werden sollen, in einer an sich bekannten Weise, z. B. durch Aufdampfen, mit einer Kupferschicht überzogen. Die Platindrähte werden dann durch Eintauchen in eine Schmelze der obenerwähnten Legierung mit dem Kontaktmaterial überzogen; darauf werden die so überzogenen Drähte an den mit Kupfer bedeckten Stellen auf dem Körper angeordnet und das Ganze unter Verwendung des obenerwähnten Flußmittels auf einer Heizplatte auf die Temperatur erhitzt, bei der das Kontaktmaterial mit dem Material des Halbleiterkörpers legiert. Die Kontakte bilden ohmsche Verbindungen mit dem Indiumantimonid-Körper. Der so mit Anschlüssen versehene Indiumantimonid-Körper ist, in eine Hülle montiert und mit einem flüssigen Kühlmittel gekühlt, als hochempfindlicher Photowiderstand für Infrarot geeignet. Infolge der oben beschriebenen guten Eigenschaften der Kontakte ist er bei Temperaturen verwendbar, die niedriger als die des flüssigen Stickstoffs oder Wasserstoffs sind.

a) In dem Maße, in dem der Zinnanteil größer ist, ist zwar die Benetzungsfähigkeit des Kontaktmaterials größer, es ist aber auch das Kontaktmaterial und damit der mittels dieses Materials hergestellte Kontakt spröder.

b) In dem Maße, in dem der Bleianteil größer ist, dringt die rekristallisierte Legierungszone tiefer in das Indiumantimonid ein, aber die Nachgiebigkeit des Kontaktmaterials wird gleichzeitig geringer und die rekristallisierte Zone weniger p-leitfähig. Es sei hier bemerkt, daß die Benetzung geringer ist, wenn reines Indium als Kontaktmaterial verwendet wird; wegen des Phasendiagramms von Indium—Antimon besteht die Neigung, daß das Indium beim Legieren aus dem Material des Halbleiterkörpers in das Kontaktmaterial wandert, so daß die Bildung einer Legierung mit dem Halbleitermaterial auf eine dünne Schicht nahe der Oberfläche des Indiumantimonid-Körpers begrenzt bleibt.

c) Ein Anteil an Cadmium im Kontaktmaterial erhöht die Verwendungsmöglichkeit der damit hergestellten Halbleitervorrichtung für sehr niedrige Temperaturen.

Claims (15)

Patentansprüche:

1. Halbleitervorrichtung mit einem Halbleiterkörper aus einer A^-BV-Verbindung und mindestens einem Indium enthaltenden Legierungskontakt, geeignet für den Betrieb über einen großen Temperaturbereich, insbesondere bei sehr tiefen Temperaturen, dadurchgekennzeichnet, daß das Kontaktmaterial aus

2 bis 25 Gewichtsprozent Blei,
0 bis 4 Gewichtsprozent Zinn,
0 bis 2 Gewichtsprozent Cadmium,
Rest Indium

besteht.

2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktmaterial die Zusammensetzung

2 bis 10 Gewichtsprozent Blei,
86 bis 95 Gewichtsprozent Indium,
0 bis 2 Gewichtsprozent Zinn und
0 bis 2 Gewichtsprozent Cadmium

hat.

3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktmaterial die Zusammensetzung

20 Gewichtsprozent Blei,
78 Gewichtsprozent Indium,
2 Gewichtsprozent Zinn
hat.

4. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktmaterial die Zusammensetzung

8 Gewichtsprozent Blei,
90 Gewichtsprozent Indium,
1 Gewichtsprozent Zinn,
1 Gewichtsprozent Cadmium
hat.

5. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 2 für eine Verwendung bei oder unter der Temperatur des flüssigen Wasserstoffs, dadurch gekennzeichnet, daß der Cadmiumanteil 1 Gewichtsprozent, der Zinnanteil 1 Gewichtsprozent und der Bleianteil weniger als 10 Gewichtsprozent beträgt.

6. Halbleitervorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper aus einer Indiumverbindung des Aⁿⁱ-B^v-Typs besteht.

7. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper aus Indiumantimonid besteht.

8. Halbleitervorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontakt auf p-leitendem Halbleitermaterial eine ohmsche Verbindung bildet.

9. Halbleitervorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrisch

gut leitendes Anschlußelement aus Platin mit dem Kontakt verbunden ist.

10. Halbleitervorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrisch gut leitendes Anschlußelement aus verzinntem Kupfer mit dem Kontakt verbunden ist.

11. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Anlegieren des Kontaktmaterials der Halbleiterkörper an dem Teil seiner Oberfläche, an dem der Kontakt angebracht wird, mit einer Metallschicht versehen wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß für die Metallschicht Kupfer verwendet wird.

13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß für die Metallschicht Gold verwendet wird.

14. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß für die Metallschicht Platin verwendet wird.

15. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß als Flußmittel beim Anlegieren des Kontaktes eine Mischung aus 1 Volumeinheit konzentrierter Salzsäure, 2 Volumeinheiten Glycerol und 1 Volumeinheit destilliertem Wasser verwendet wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift S 35242 VTIIc /21g (bekanntgemacht am 23. 8.1956);
»Metall«, Bd. 14 (1960), S. 726 bis 729.

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