DE1282792B - Verfahren zum grossflaechigen Kontaktieren eines einkristallinen Siliziumkoerpers - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

HOIl

Deutsche Kl,: 21g-11/02

P 12 82 792.8-33 (S 57002)

19. Februar 1958

14. November 1968

Gegenstand des Hauptpatentes ist ein Verfahren zum größflächigen Kontaktieren eines einkristallinen Siliziumkörpers mit einer antimonhaltigen Goldfolie durch Zusammenlegieren beider über eine Fläche von mehreren Quadratmillimetern bis zu einigen Quadratzentimetern, bei dem eine durch Kaltwalzen hergestellte Folie aus Gold mit einem Antimongehalt zwischen 0,2 und 5·%, insbesondere von etwa 1%, unter Verwendung eines Preßkörpers mit zur Kontaktfläche paralleler Druckfläche in den Siliziumkristall bis zu einer über die ganze Kontaktierungsfläche gleichmäßigen, durch die Goldmenge je Flächeneinheit im voraus festgelegten Tiefe einlegiert wird.

Zur Erleichterung des Verfahrens nach dem Hauptpatent und zur Verbesserung seiner Ergebnisse in metallurgischer Hinsicht wurde auch schön vorgeschlagen, beim Zubereiten der zum Einlegieren bestimmten antimonhaltigen Goldfolie einen definierten Arsengehalt, der kleiner als der Antimongehalt ist, jedoch mindestens 10—s °/o der Gesamtmenge der Gold-Antimon-Legierung beträgt, einzustellen. Arsen ist als Mittel zur n-Dötierung von Silizium bekannt, jedoch tritt diese seine Eigenschaft in der früher vorgeschlagenen Verwendung hinter der Begünstigung der metallurgischen Verhältnisse zurück und ist überdies gegenüber der dotierenden Wirkung des Antimons vernachlässigbar gering.

Eine weitere Steigerung der erwähnten Vorteile wird erfindungsgemäß beim Verfahren nach dem Hauptpatent dadurch ermöglicht, daß beim Zubereiten der zum Einlegieren bestimmten antimonhaltigen Goldfolie außer einem definierten Arsengehalt, der kleiner als der Antimongehalt ist, jedoch mindestens 10—³% der Gesamtmenge der Gold-Antimon-Legierung beträgt, ein definierter Gehalt an oxydischem Sauerstoff zwischen 10—³ und nahezu 10—^lo/o der Gesamtmenge der Gold-Antimon-Arsen-Legierung eingestellt wird.

Zwecks Sauerstoffzugabe kann beispielsweise mindestens ein Teil der zur Legierungsbildung bestimmten Antimonmenge zunächst in Pulverform in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre, z. B. an Luft, geröstet werden. Statt dessen kann zunächst das Arsen dem Antimon beigemengt und dann mindestens ein Teil der zur Legierungsbildung bestimmten arsenhaltigen Antimonmenge in Pulverform in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre, z. B. an Luft, geröstet werden. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, eine Legierung aus arsenhaltigem Antimon und sauerstoffhaltigem Antimon herzustellen und dann mit dem reinen Gold zu entsprechenden Anteilen zusammen-

Verfahren zum großflächigen Kontaktieren eines einkristallinen Siliziumkörpers

Zusatz zum Patent: 1085 613

Anmelder:

Siemens Aktiengesellschaft, Berlin und München, 8520 Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Als Erfinder benannt:

Dr. rer. nat. Adolf Herlet,

DipL-Phys. Hubert Patalong, 8551 Pretzfeld;

Dr. phil. nat. Norbert Sehink, 8520 Erlangen - -

zulegieren. Hierbei kann man den Goldanteil in mehreren Schmelzprozessen stufenweise erhöhen, wodurch eine genaue Dosierung erleichtert wird.

Einem weiteren früheren Vorschlag zufolge kann die zum Einlegieren in einen Siliziumeinkristall bestimmte Gold-Antimon-Legierurig mit einem Spurengehalt an Schwefel versehen werden, vorteilhaft zwisehen 0,0001 und 0,1V» Schwefel, bezogen auf die Gesamtmenge der Gold-Antimon-Legierung. Ein solcher Spurengehalt an Schwefel kann bei dem hier beschriebenen Verfahren mit Vorteil zusätzlich vorgesehen werden. Zu diesem Zweck kann beispielsweise eine Vorlegierung aus verschiedenen Antimonsorten, nämlich aus arsenhaltigem Antimon, sauerstoffhaltigem Antimon und schwefelhaltigem Antimon hergestellt werden, die dann mit dem reinen Gold insbesondere stufenweise zusammenlegiert wird.

Ein Ausführungsbeispiel zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Legierung wird im folgenden angegeben. Es werden zunächst drei verschiedene Antimonsorten A, B und C hergestellt.

Sorte A

95 g Antimon werden mit 5 g Arsen bei etwa 610° C zusammengeschmolzen.

Sorte B

100 g Antimonpulver werden bei allmählich ansteigender Temperatur an Luft geröstet und hierbei bis zum Schmelzen bei etwa 635° C erhitzt. Nach

809 637/1103

Claims (1)

1. Γ 282

   der Abkühlung wird der Sauerstoffgehalt durch Analyse ermittelt. Es wird beispielsweise angenommen, daß sich daraus ein Sauerstoffgehalt von 2^ϋ/ο ergibt. Abweichungen dieses Wertes können z. B. durch Unterschiede in der Körnung des Pulvers,, .in. der Dauer oder im Verlauf der Erhitzung "oder"in der Höhe der maximal erreichten Temperatur verursacht werden. ' s ..-.,. .·-■■-■

   Sorte C

   10

   100 g Antimonpulver werden mit 2 g Schwefelblüte durch Erhitzung auf etwa 635° C zusammengeschmolzen. Der Schwefelgehalt wird durch Analyse ermitteltrEs-wird-z-.-BT-angenommenfdaß sich-daraus-—-ein Schwefelgehalt von 1 % ergibt. Auch hier können die_; im vorigen. Absatz.. erwähnten Unterschiede in der" Durchführung' des--Schnielzpr_:ozess,es zu Äbweichungen führen. -,uv=. ....;:..-..·:...:.:,-.

   Zur Erzielung des richtigen Verhältnisses der verschiedenen Zusätze, der„.gebrauchsfertigen QoId-Antimon-Legierung * werden- durch ^% Erhitzung- auf ^r etwa 635° C passende Mengen der Sorten A, B und C mit einer zusätzlichen Menge von reinem AntimQn„OTsainmengeschmp^

   erhält man für das hier behandelte Beispiel folgende Gewichtsteile: .;:.■,■';·.-·

   2A'-f -5ÖB'4- löte:-

   Auf diese Weise erhält man eine Äntimon-Arsen-Saüerstöff-Schwefel-Eeglerüng'mit Qjp/O Arien, l°?o Sauerstoff und 0,1% Schwefel-.'-yon'-'-dieser Vor- ■:■■'. legierung werden z. B.iiOO^g bei^etwa-SöO-G mit 300 gujemem Gold /zusämffiengesejimolzeja,; Dieses Mischungsverhältnis entspricht vdejqi .AWSb^Eutektiküm mit 25^/? ,SbrAnteÜ! Werden. 4ÖÖg*d^ tischen Legierung mit 9600 g reinem Gold bei etwa ^r 1100° C zusammengeschmolzen, so ergeben sie 10 kg gebrauchsfertige Gold-Antimon-Legierung mit den gewünschten. Spurengehalten- »der ■ dievzum' Einlegieren* in -die SilMumeinkristalle benötigten"Mengen entaommen werden können. Zu diesem Zweck Tvird · vorteilhaft ^ die^ genannte*: Gold-Antimon-Legierung zu Folien ausgewalzt, was- bei der. angegebenen Höhe der einzelnen ■ Legierungsanteile ohne- besondere Schwierigkeit ausführbar ist. - · . .

   - Zur Herstellung·von Gleichrichtern-hat es-sich als vorteilhaft · erwiesen, 'die* Folienstärke durch Walzen bis auf-etwa 0,1mm zu bringen. Für die Herstellung von Transistoren; haben sich Folien, defen· Stärke -bis'auf etwa- 0,04mm- herabgewalzt wurde, als günstig erwiesen.'- . · -· -^ . .'·. ?:..

   ■ Es wird; * ferner empfohlen, die beschriebenen Sehmelzprozssse in einer Atmosphäre von inertem Gas, z. B. Argon," Stickstoff, oder Kohlenoxyd, durchzuführen,-da sonst unter Umständen die gewünschte ; Dosierung der ' verschiedenen^ Zusätze durch unkontrollierten Verdampfungsvorgäng beeinträchtigt werden könnte. Diese Gefahr ist be-, sonders bei Anwendung von Temperaturen' über 500° C gegeben, ebenso bei denjenigen Schmelz-Prozessen, bei welchen der Antimonanteil der . Schmelze sehr klein ist im Vergleich zum eutektisehen Sb/Au-Verhältnis von25%> - - '

   Versuche ergaben die Möglichkeit, inVerbinduug mit den oben beschriebenen Spurenzusätzen von Sauerstoff und/oder Schwefel den Arsengehalt noch um eine Zehnerpotenz geringer zu bemessen als im Beispiele angegeben, nämlich auf O₅OOOl⁰Zo der Gesamtmenge der Gold-Antimon-Legierung,* oline daß der gewünschte Erfolg merklich verringert wurde.

   5 ', . t ν . Patentansprüche:

   1. Verfahren zur großflächigen Kontaktierung eines einkristallinen Siliziumkörpers mit einer antimonhaltigen Goldfolie durch Zusammenlegieren beider über eine Fläche von mehreren Quadraümlümetern"-bis--"zu:~eimgen" Quadratzentimetern, bei dent eine durch Kaltwalzen hergestellte Folie aus Gold mit einem Antimon^r ^gehalt zwischfeü ö^;,2 mpS^fo, -insbesondere!- von ei;; etwai-la/o, unter iVerwe^:ndung eiäis-Preßkörpers öl" -Ä:^r-Köntaktfläche patälleler Druckfläche¹'in ίί' äek Sifizitfmläistalliibisvm einer-'tibef "dte ganze ί .,Kontaktiefüngsfläehb^ gieichmäßigenf-durch die" i- 'Goldmenge je-FlächeneMieit¹ im'^voraus fest-, gelegteni-^Tiefe:--ieihlegiert^{1 ;;}wird· nach - Patent "1085 613^-' ;diäd^:ü;fß-H' ^kbim^Veh-nei^ -' äaß^beint Zubefeifen-dfei^zum Einlegiereri -be- - - Stimmten' aritimonh'altigen'Goldfolie^:^räußei'einem definierien Arsengenält;"' der■-· kleiner * ais^! der -.--. AWtooiigehaltEist," -jedbcfc^^-"mindestens-. 10^⁸Vi ' deic Gesamtmenge :der^; Gold-AnrimOn-Legiäruüg beträgt, ein definierter Gehalt an oxydiseheni s': Sauerstoff-^zwischen 1Θ»³ ;und-nahezu-^: lü~i°/o

   ''Göld-Antimon-Arsen-

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   ■ * -2>-Verfahren-·aach Anspruch i,- dadurch * ge= "'■ kennzeiclinet, daß -Antimon 'in" Pulverform in einer sauerstoffhältigett -'Atntosphare,. z.^;B. "an ■' -Luft,igeröstetwird.c '"·_ -^; ■'■·' :;':_-■-"- :*--■'-'
   ■i.«3i-c Verfahren ^;nach Anspruch 1,' dadurch' gekennzeichnet, daß -arsenhaltiges Antimön^; in ' Pulverform in^{: r}einer sauerstöffhaltigen Ätmo- _ sphäre,-z. B. an Luft, geröstet wird.

   ■-='4. Verfahren nach «Anspruch Iy dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorlegierung aus arsenhaltigem Antimon und sauerstoffhaltigem Antimon hergestellt-wird und diese-mit feinem Gold zusammenlegiert wird. * ' -

   5. Verfahren nach Anspruchs, dadurch, gekennzeichnet, daß der^: Goldanteil in mehreren Schmelzprozessen stufenweise erhöht wird.

   6. Verfahren nach Anspruch i, dadurch ge- · kennzeichnet, daß; die zum'Einlegieren bestimmte

   - sauerstöffhaltige Gold-Antimon-Arsen-Legierung mit einem Spurengehalt an Schwefel versehen wird. ■-·-■" · '-.--■■

   7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch ge-

   - kennzeichnet, daß eine Vorlegierung aus arsenhaltigem Antimon, sauerstoffhaltigem Antimon 'und! schwefelhaltigen!!Antimon --hergestellt und diese mit reinem Gold zusammenlegiert wird.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschrift Nr. 961913;
   USA.-Patentschrift Nr. 2 736 847.