DE2023110A1 - Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter-Bauelements - Google Patents

Description

• "Verfahren zur Xerstellung eines Halbleiter-Bauelements." Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines pn-Überganges zwischen einem kristallinen Halbleiterplättohen und einem Metallpunkt oder -tropfen und insbesondere ein Verfahren zur Herstellung eines pn-8berganges, der gekennzeichnet ist durch einen geringen Reststrom.
• Ein Legierungsverfahren ist als eines der Verfahren bekannt zur Herstellung eines Überganges, wie eines pn-Überganges oder dergleichen. Bei diesem Verfahren wird ein Metallpunkt auf ein kristallines Halbleiterplättchen gelegt, z.B. einen p-Halbleiter, und auf eine hohe Temperatur erwärmt. Der Metallpunkt enthält ein aktives Material, z.B. ein Donatorenmaterial, Während der Erwärmung frißt der Metallpunkt das kristallin Material an der Berührungsfläche. Der aufgefressene Teil bildet eine Absobeidungsohioht in einem n-Halbleiter während des Abkühlvorganges. Ein pn-8bergang ist zwischen dem kristallinen Halbleiterplätta'nen und der Absoheidungosohioht geschaffen. Eine Schwierigkeit bei diesem Verfahren ist die Steuerung der Form der Berührungsfläche. Bei einem herkömmlichen Verfahren wird der Metallpunkt immer oben auf das kristalline Halbleiterplättchen gelegt. Die Form der Berührungsfläche ändert sioh leicht mit dem Oberflächenzustand des Plättohens und der Benetzbarkeit zwischen dem Metallpunkt und dem Plättchen. Die Veränderung ergibt eine Schwierigkeit bei der Steuerung des Reststromes des gebildeten Überganges.
• Ein Ziel dieser Erfindung ist deshalb ein Legierungsverfahren, bei dem die Form der Berührungsfläche zwischen dem Metallpunkt und einem kristallinen Halbleiterplättchen gesteuert werden kann.
• Ein weiteres Ziel der Erfindung ist ein Legierungsverfahren, bei dem der Reststrom des fertigen Überganges gesteuert werden kann.
• Diese und andere Ziele werden aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen deutlich werden, in denen Fig. 1 einen Querschnitt durch ein kristallines Halbleiterplättchen mit einem daran haftenden Metallpunkt zeigt9 Fig. 2 ein Querschnitt durch ein kristallines Halbleiterplättchen der Fig. 1 ist, das während des Erwärmungsvorganges umgedreht ist, Fig. 3 einen Querschnitt durch ein kristallines Ealbleiterplättchen der Fig. 2 während des Abkühlungsvorganges zeist-und Fig. 4 einen Querschnitt durch eine Äusführungsform einer Siliziumdiode mit hyperabruptem Übergang zeigt, die nach dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt ist.
• Ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung besteht darin 9 daß man ein kristallines Halbleiterplättchen, auf das oben auf eine Oberfläche ein Metallpunkt aufgelegt ist erwärmt, wodurch der Meta punkt schmilzt und an der einen Oberfläche e haftet man das Plättchen so umdreht, daß der an der einen Oberfläche haftende Metallpunkt nach unten gerichtet ist, man das umgedrehte Plättchen weiter auf eine Temperatur erwärmt, die über der Hafttemperatur liegt, damit der Metallpunkt auf des Plättchen einwirkt, und man das umgedrehte Plättchen auf Raumtemperatur abkühlt.
• Gemäß Fig. 1 ist ein Metallpunkt 2 mit gegebener Zusammensetzung auf ein kristallines Halbleiterplättchen 1 gelegt. Dieser Metallpankt 2 hat einen Schmelzpunkt, der unter dem des kristallinen Halbleiterplättchens 1 liegt. Der Metallpunkt 2 auf dem Plättchen 1 wird in einer nicht oxydierenden Atmosphäre auf eine Hafttemperatur zwisohen den Schmelzpunkten des Metallpunktes 2 und des Plättchens 1 erwärmt. Während der Erwärmung schmilzt der Metallpunkt 2 und bildet eine Kugel, die an der Oberfläche des Plättchens 1 in der Berührungsfläche 3 haftet.
• Selbst wenn das Plättchen 1 mit dem daran haftenden Metallpunkt 2 bei der Hafttemperatur umgedreht wird, fällt der Punkt 2 nicht vom Plättchen 1 ab. Das Plättchen 1 mit dem jetzt nach unten hängenden Legierungspunkt 2 wird weiter in einer nicht oxydierenden Atmosphäre auf eine weitere Erwärmungstemperatur erwärmt, die über der Hafttemperatur und unter dem Schmelzpunkt des Plättohens 1 liegt, Während der weiteren Erwärmung frißt der geschmolzene Metallpunkt 2 das Plättchen 1, wie es in Fig. 2 gezeigt wird, und löst Bestandteile des Plättchens bis zu der Löslichkeitsmenge auf. Bei der höchsten Temperatur der weiteren Erwärmung hat der geschmolzene Metallpunkt 2 eine Zusammensetzung, die im wesentlichen gleich der des aufgefressenen Teils 4 ist.
• Während der Abkühlung auf Raumtemperatur werden die aufgelösten Bestandteile an dem aufgefressenen Teil 4 sowie an der Oberflache des Metallpunktes 2 abgeschieden und bilden eine Abscheidungsschicht 5 vorherrsohend am aufgefressenen Teil, wie es in Fig. 3 gezeigt ist. Diese Abscheidungsschicht 5 zeigt ein Exitaxisiwachstum und vollendet einen uebergang an der Berührungsfläche mit dem Plättchen 1. nie Berührungsfläche hat gemäß der vorliegenden Erfindung eine regelmäßige Form, basierend auf den Indizes der Oberflächenebene des Plättchens, z.B. eine dreieckige Form auf der [1113-Ebene und eine quadratisohe Form auf der L1OO-Ebene.
• Das kristalline Halbleiterplättchen, auf das hierin Bezug genommen wird, ist als ein Halbleiter definiert, der einen pn-Ubergang oder dergleichen mit einem Metallpunkt bilden kann.
• Der Metallpunkt, auf den hierin Bezug genommen wird, ist als ein Metall definiert, welches a-us einem Element besteht, das ein Donator oder ein Akzeptor für den IIalbleiter sein kann, oder aus einer Legierung besteht, welche im wesentlichen aus mindestens einem Element aus der Gruppe besteht, die ein Donatorenmaterial, ein Akzeptorenma terial und ein Trägermaterial für den halbleiter aufweist, Ein Si]izium-Rinkristallhalbleiter und ein Germanium-Einkristallhalbleiter können mit einem Metall kombiniert werden, das entweder aus Aluminium oder aus Indium besteht. pie arbeitsfähige Legierung für diese Halbleiter enthält mindestens ein Trägermetall, wie Zinn, Blei, Gold, Silber und deren Legierungen, und mindestens ein aktives Material, wie Phosphor, Areen, Antimon, Wismuth, Bor, Aluminium, Gallium und Indium.
• Der nach einem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung gebildete Übergang hat einen Reststrom, der unter dem bei einem herkömmlichen Verfahren liegt. Insbesondere wird dieser Effekt gefördert, wenn der Metallpunkt als Akseptor Aluminium enthält.
• Für die einfache Praxis wird bevorzugt, wenn das Plättchen mit dem daran haftenden Metallpunkt nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur umgedreht wird. Das herumgedrehte Plättchen wird in einen Ofen eingebracht und auf eine weitere Erwärmungstemperatur erwärmt.
• Eine bessere Haftung zwischen dem Metallpunkt und dem Plättohen kann erzielt werden, indem das Plättchen mit dem aufgelegten Metellpunkt bei vermindertem druck unter 5 x 10-5 5 mmHg erwärmt wird.
• Ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ist besonders wirksam zur Bildung einer Silisiumdiode mit hyperabruptem Übergang, die Aluminium als Akzeptor enthält. Ein neuartiges Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß man (1) ein p-Halbleiterplättchen aus Silizium mit einem Legierungepunkt oben auf einer Oberfläche auf eine Hafttemperatur von 54000 bis 940°C unter vermindertem BuftZ druck unter 5 x 10-5 5 mmHg erwärmt? wodurch der Legierungspunkt schmilzt und an der einen Oberfläche haftet9 man (2) das Plättchen bei Raumtemperatur herumdreht, so daß der anhaftende Legierungspunkt an der einen Oberfläche nach unter hängt, (3) das Plättchen mit dem Legierungspunkt weiter auf eine Temperatur von 960°C bis 1080°C in einem nicht oxydierenden Gas für einen Zeitraum von 5 bis 40 Minuten erwärmt, so daß der Legierungspunkt das Plättchen an der Berührungsfläche auffrißt, und man (4) das an der Berührungsfläche von dem Legierungspunkt aufge fressene Plättchen abkühlt. Der Legierungspunkt besteht im wesentlichen aus einer Legierung von Zinn, Antimon und Aluminium in einem Gewiohtsverhältnis von Sn:Sb:Al-300#1500:25#100:1. Das Plättchen aus p-Silizium hat einen spezifischen Widerstand von 5 bis 100 Ohm-om. Die Siliziumdioden mit hyperabruptem Übergang, die nach dem verfahren der, vorliegenden Erfindung hergestellt sind, haben einen Reststrom, der unter dem liegt, der bei einem herkömmlichen Verfahren erzielt werden kann.
• Beispiel Ein poliertes Halbleiterplättchen aus p-Silizium wird in ein Quartzschiffchen gelegt. Ein Legierungspunkt mit folgender Zusammensetzung wird auf das Plättchen gelegt. Das Plättchen hat eine quadratisohe Form von 2x2 mm und ist 0,2 mm diok. Der Legierungspunkt hat die Form einer Pille von 0,5 mm Durchmesser und 0,5 mm Höhe.
• Tabelle 1 Gewichtsteile des legierungspunktes Al Sb Sn 1 55 800 Der Legierungspunkt auf dem Plättchen wird auf eine Hafttemperatur von 660°C für 20 min bei vermindertem Druck von 2 x 10 5 ist mmHg erwärmt. Während der Erwärmung schmilzt der Legierungapunkt zur Form einer Kugel und haftet an dem Plättchen in der Berührungsfläohe Das abgekühlte Plättchen wird herumgedreht, so daß der kugelförmige Legierungspunkt unter dem Plättchen angeordnet ist. Das herumgedrehte Plättchen in dem Quartzschiffchen wird weiter in Wasserstoff für 25 min auf 1040°C erwärmt. Bei der Temperatur von 1040°C frißt der Legierungspunkt das Plättchen an der Berührungsfläche und löst Silizium darin bis zur Löslichkeitsmenge bei der Temperatur. Gleichzeitig diffundieren Aluminiumatome in dem Legierungspunkt in das Plättchen von der Berührungsfläche. Während eines Abkühlvorganges auf Raumtemperatur wird das aufgelöste Silizium vorherrschend am aufgefressenen Teil abgeschieden und bildet eine Siliziumdiode mit hyperabruptem Übergang.
• Die abgekühlte Siliziumdiode wird mit einem Zuführungsdraht 11 am Legierungspunkt 2 unter Verwendung eines herkömmlichen Lotes 12 und mit einer Molybdänelektrode 13 an der freien Oberfläche des Plättchens 1 unter Verwendung eines entektisohen Al-Si-fotes 14 gemäß Fig. 4 versehen.
• Tausend Proben von Siliziumdioden mit hyperabruptem Übergang wurden gleichzeitig nach einem Verfahren hergestellt, das gensu dem oben besohriebenen Verfahren entspricht. Die Verteilung der Restströme der 1000 Siliziumdioden wurde untersucht. Andererseits wurden andere 1000 Proben von Siliziumdioden mit hyperabruptem Übergang nach einem Verfahren hergestellt, welches genau dem oben beschriebenen Verfahren entsprach, mit der Ausnahme, daß die Plättchen mit den daran haftenden Legierungspunkten nicht herumgedreht wurden. Tabelle 2 zeigt einen Vergleich der Verteilung des Reststromes zwischen dem neuartigen Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung und dem herkömmlichen Verfahren.
• Tabelle 2 Reststrom bei Prozentsatz - 30 V (nA) neues Verfahren herkömmliches Verfahren <50 10 0 50-100 7 4 100~200 24 3 200-500 18 10 500S1000 13 16 1000~2000 t6 15 2000 < 12 52 Patentansprüche

Claims (8)

1. P a t e n t a n s p r ü c h e 7erfahren zur Herstellung eines Halblelter-Bauelementes mit pn-Ubereang, dadurch gekennzeichnet, daß man ein kristallines Halbleiterplättchen mit einem oben auf eine Oberfläche aufgelegten XetallDnnkt erwärmt, wodurch der Metallpunkt schmilzt und an der Oberfläche haftet, man das Plättchen herumdreht, so daß der an der einen Oberfläche anhaftende Metallpunkt herabhängt, man das herumgedrehte Plättchen weiter auf eine Temperatur erwärmt, die über der Hafttemperatur liegt, damit der Metallpunkt mit dem Plättchen in Wechselwirkung tritt, und man das herumgedrehte Plättchen auf Raumtemperatur abkühlt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Plättchen mit dem an einer Oberfläche haftenden Metallpunkt bei Raumtemperatur herumgedreht wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruoh 1, daduroh gekennzeichnet, daß der Metallpunkt Aluminium als aktiven Bestandteil enthält.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das kristalline Halbleiterplättchen mit dem an einer Oberfläche nach unten hängenden Metallpunkt bei vermindertem Druok von unter 5 x 10-5 5 mmHg erwärmt wird.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das kristalline Halbleiterplättchen ein Teil ist, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Germanium-Einkristall und einem Silizium-Einkristall besteht.
6. 6. Verfahren nach Anspruoh 5, daduroh gekennzeichnet, daß das der Metallpunkt aus einem Metall besteht, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Aluminium und Indium besteht.
7. 7. Verfahren nach Anspruch. 5, dadurch gekennzeichnet,,daß der Metallpunkt mindestens ein Trägermetall aus der Gruppe von Zinn, Blei, Gold, Silber und deren Legierungen und mindestens ein aktives Material aus der Gruppe von Phosphor, Arsen, Wismuth, Bor, Aluminium, Gallium und Indium enthält.
8. 8. Verfahren zur Herstellung einer Siliziumdiode mit einem hypersbrupten pn-Übergang, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Plättchen aus p-Silizium mit einem auf eine Oberfläche aufgelegten Legierungspunkt auf eine Temperatur von 540°C bis 94000 bei vermindertem Luftdruck unter 5 x 10-5 @ mmHg erwärmt, wodurch der Legierungspunkt schmilzt, und an der einen Oberfläche haftet und wobel der Legierungspunkt Zinn, Antimon und Aluminium enthält, man das Plättchen bei Raumtemperatur herumdreht, so daß der Legierungspunkt an der einen Oberfläche nach unten hängt, man das herumgedrehte Plättchen weiter auf eine Temperatur von 96000 biu 10800C in Wasserstoffgas für 5 bis 40 Minuten erwärmt und man das herumgedrehte Plättchen auf Raumtemperatur abkühlt.