DE1131326B - Method for producing pnpn or npnp semiconductor arrangements - Google Patents
Method for producing pnpn or npnp semiconductor arrangementsInfo
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Description
DEUTSCHESGERMAN
PATENTAMTPATENT OFFICE
S 62761 Vnic/21gS 62761 Vnic / 21g
BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABEDER AUSLEGESCHRIFT: 14. JUNI 1962NOTICE THE REGISTRATION ANDOUTPUTE EDITORIAL: JUNE 14, 1962
Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Halbleiterbauelementen mit mehreren flächenhaften pn-Übergängen, bei denen ein Verfahren angewandt wird, das jetzt allgemein als Rückschmelzverfahren bezeichnet wird.The invention relates to the production of semiconductor components with a plurality of two-dimensional pn junctions using a process that is now commonly referred to as the meltback process referred to as.
Bei diesem Verfahren, das in den deutschen Auslegeschriften 1 026 433 und 1 019 013 und der britischen Patentschrift 752 457 beschrieben ist, wird ein npn-Halbleiterbauelement dadurch hergestellt, daß ein einkristaUines längliches Stück Halbleitermaterial ίο aktivierende Verunreinigungen von beiden Leitfähigkeitstypen, die wesentlich verschiedene Ausscheidungs- bzw. Erstarrungskonstanten haben, enthält. Der Halbleiterstab wird einer Wärmebehandlung unterworfen, so daß ein Endteil schmilzt, um eine Grenzschicht von flüssiger zu fester Phase zu erzeugen. Darauf läßt man den geschmolzenen Teil rekristallisieren, so daß der Aktivator, der die höhere Erstarrungskonstante hat, im größeren Ausmaße eingebaut wird als der Aktivator mit der niedrigeren Erstarrungskonstanten und dementsprechend der rekristallisierte Teil mindestens einen Teil von entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp aufweist.In this process, which is described in the German Auslegeschriften 1 026 433 and 1 019 013 and the British Patent specification 752 457 is described, an npn semiconductor device is produced in that a single-crystal, elongated piece of semiconductor material ίο activating impurities of both conductivity types, which have significantly different precipitation or solidification constants. The semiconductor rod is subjected to a heat treatment so that an end portion melts to a To generate boundary layer from liquid to solid phase. The melted part is left on it recrystallize, so that the activator, which has the higher solidification constant, is incorporated to a greater extent is considered to be the activator with the lower solidification constant and, accordingly, the recrystallized part at least a part of the opposite Has conductivity type.
Das so behandelte Stück Halbleitermaterial hat im allgemeinen die Form einer schmalen Stange oder eines Stabes, der von einer Stange einkristallinen Halbleitermaterials abgeschnitten ist, welches die gewünschten Mengen der Aktivatorverunreinigungen enthält und gewöhnlich dadurch hergestellt wird, daß ein Kristallkeim von einer Schmelze von Halbleitermaterial, das die Aktivatorverunreinigungen enthält, gezogen wird.The piece of semiconductor material so treated is generally in the form of a narrow rod or a rod which is cut from a rod of monocrystalline semiconductor material, which the desired Contains amounts of the activator impurities and is usually prepared by a seed crystal from a melt of semiconductor material that contains the activator impurities, is pulled.
Wenn das Abkühlen und Rekristallisieren des geschmolzenen Teiles des Halbleiterstückes richtig durchgeführt worden ist, kann die rekristallisierte Zone in Halbleitermaterial vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp gegenüber dem übrigen Stück umgewandelt werden, mit dem Ergebnis, daß eine npn- oder pnp-Verbindungshalbleitereinrichtung hergestellt werden kann. Der Hauptteil eines derartigen Halbleiterstückes, bei dem das Wiederschmelzen ausgeführt wird, besteht aus einem Halbleitermaterial, das einen Leitfähigkeitstyp besitzt, der von den Fremdstoffbestandteilen der Schmelze bestimmt wird, aus der die Stange gewonnen worden ist. Die äußere wiedergeschmolzene Spitze besteht aus Material des gleichen Leitfähigkeitstyps wie das des Hauptstückes, und eine zwischenrekristallisierte Zone entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps trennt das Hauptstück von der Spize.If the cooling and recrystallization of the molten part of the semiconductor die is correct has been carried out, the recrystallized zone in semiconductor material from the opposite Conductivity type compared to the rest of the piece, with the result that an npn- or pnp compound semiconductor device manufactured can be. The main part of such a semiconductor piece in which the remelting is carried out, consists of a semiconductor material that has a conductivity type that of the Foreign matter components of the melt is determined from which the rod has been obtained. The outer remelted tip is made of material of the same conductivity type as that of the main piece, and an intermediate recrystallized zone of opposite conductivity type separates the body from the top.
Die Erfindung bezieht sich somit auf ein Verfahren zum Herstellen von pnpn- bzw. npnp-Halb-Verfahren zum Herstellen von pnpn- bzw. npnp-HalbleiteranordnungenThe invention thus relates to a method for producing pnpn or npnp half-processes for the production of pnpn or npnp semiconductor arrangements
Anmelder: Siemens Edison Swan Limited, LondonApplicant: Siemens Edison Swan Limited, London
Vertreter: Dipl.-Ing. E. Schubert, Patentanwalt, Siegen, Oranienstr. 14Representative: Dipl.-Ing. E. Schubert, patent attorney, Siegen, Oranienstr. 14th
Beanspruchte Priorität: Großbritannien vom 24. April 1958 (Nr. 13 053)Claimed priority: Great Britain dated April 24, 1958 (No. 13 053)
Harry Wyndham Lister Cumming, Loughton, Essex (Großbritannien),Harry Wyndham Lister Cumming, Loughton, Essex (Great Britain),
ist als Erfinder genannt wordenhas been named as the inventor
leiterbauelementen aus einem pnp- bzw. npn-Halbleiterbauelement. Der Vorteil der durch das Verfahren hergestellten pnpn- bzw. npnp-Halbleiterbauelemente besteht darin, daß durch Übermittlung einer Trigger- bzw. Schaltspannung nach einem Zwischen-pn-Ubergang zwischen den äußeren n- und p-Zonen das Halbleiterbauelement dazu gebracht werden kann, zusammenzubrechen bzw. durchzuschlagen und den Leitzustand so lange beizubehalten, wie die Anschlußspannnung zwischen den äußeren p- und η-Zonen aufrechterhalten bleibt. Die Charakteristik eines solchen Halbleiterbauelementes entspricht derjenigen des bekannten Thyratfons. Die Erfindung betrifft daher ein Verfahren zum Herstellen von pnpn- bzw. npnp^-Halbleiterbauelementen, bei dem auf einem einkristallinen Halbleiterstab vom einen Leitfähigkeitstyp ein Endteil aufgeschmolzen und so erstarrt wird, daß sich zwei Zonen abwechselnd entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps gegenüber dem einen Leitfähigkeitstyp des Halbleiterstabes infolge der vorhandenen zwei Fremdstoffarten vom verschiedenen Leitfähigkeitstyp bilden, die unterschiedliche Erstarrungskonstanten aufweisen. Erfindungsgemäß wird dies Verfahren dadurch verbessert, daß die äußere Zone vom einen Leitfähigkeitstyp teilweise so entfernt wird, daß eine Fläche entsteht, daß auf diese Fläche ein Fremdstoff vom Leitfähig-conductor components from a pnp or npn semiconductor component. The advantage of the pnpn or npnp semiconductor components produced by the process consists in that by transmitting a trigger or switching voltage after an intermediate pn junction between the outer n- and p-zones, the semiconductor component can be made to break down or break through and to maintain the conductive state as long as the connection voltage between the outer ones p and η zones are maintained. The characteristics of such a semiconductor component correspond that of the well-known thyratphone. The invention therefore relates to a method of production of pnpn or npnp ^ semiconductor components, in which an end part is melted on a single crystal semiconductor rod of one conductivity type and is solidified in such a way that two zones of alternately opposite conductivity types face one another the one conductivity type of the semiconductor rod due to the presence of two types of foreign matter from Form different conductivity types that have different solidification constants. According to the invention this process is improved by making the outer zone of one conductivity type is partially removed so that a surface is created that a foreign substance from the conductive
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keitstyp der mittleren Zone, also vom anderen Leit- Grenzschicht von der flüssigen zur festen Phase inkeittyp of the middle zone, so from the other conductive boundary layer from the liquid to the solid phase in
fähigkeitstyp, aufgebracht und so aufgeschmolzen dem Maße abnimmt, in dem sich der Stab 1 abkühlt.Ability type, applied and thus melted, decreases as the rod 1 cools down.
wird, daß eine vierte Zone vom entgegengesetzten Die Kristallisationsgeschwindigkeit steigt daher, wennbecomes that a fourth zone from the opposite. The rate of crystallization therefore increases when
anderen Leitfähigkeitstyp entsteht. sich die Grenzschicht aufwärts zur Spitze des Stabesanother conductivity type arises. the boundary layer moves up to the tip of the rod
In Weiterbildung dieses Verfahrens wird eine ohm- 5 bewegt. Die Kühlgeschwindigkeit bzw. das AusmaßIn a further development of this method, an ohm-5 is moved. The cooling speed or the extent
sehe Kontaktelektrode an dem anderen Endteil des der Abkühlung kann dadurch gesteuert werden, daßsee contact electrode at the other end part of the cooling can be controlled by that
Halbleiterstabes gebildet, das von der rekristalli- die Geschwindigkeit, mit der die Heizmittel entferntSemiconductor rod formed by the recrystalli- the speed at which the heating means is removed
siertenZone entfernt liegt, und es wird weiterhin eine werden, gesteuert wird, oder indem zusätzliche Kühl-and it will continue to be controlled, or by adding additional cooling
ohmsche Kontaktelektrode mit der vierten Zone ge- mittel verwendet werden. Da die Erstarrungs- bzw.Ohmic contact electrode with the fourth zone can be used on average. Since the solidification resp.
bildet. ίο Ausscheidungskonstante für Antimon mit zunehmen-forms. ίο The precipitation constant for antimony increases with
Die Erfindung soll nunmehr an Hand der sie bei- der Kristallisationsgeschwindigkeit zunimmt, hat sieThe invention should now be based on the fact that it increases at the rate of crystallization, it has
spielsweise wiedergebenden Zeichnung ausführlicher das Bestreben, die Erstarrungskonstante des GaI-for example reproducing drawing in more detail the effort to reduce the solidification constant of the GaI-
beschrieben werden, und zwar zeigt bzw. zeigen liums zu überflügeln. Infolgedessen übersteigt dieare described, namely shows or show liums to outstrip. As a result, the exceeds
Fig. 1, 2, 3 und 4 aufeinanderfolgende Schritte der Atomzahl des Antimons in dem oberen Teil 2 dieFig. 1, 2, 3 and 4 successive steps of the atomic number of the antimony in the upper part 2 the
Herstellung eines npnp-Halbleiterbauelementes nach 15 Zahl der Galliumatome zur Erzeugung einer n-Zone,Production of an npnp semiconductor component after 15 number of gallium atoms to create an n-zone,
der Erfindung, die von der p-Zone 3 durch einen weiteren pn-Über-of the invention, which from the p-zone 3 by a further pn-over-
Fig. 5 eine Methode, nach der die flachen Stellen an gang 5 getrennt ist. Dies ist ein bekanntes Verfahren,Fig. 5 shows a method according to which the flat spots on gang 5 is separated. This is a well known practice
den Endteilen des Halbleiterstabes vor der Herstellung wie es in Verbindung mit der britischen Patentschriftthe end portions of the semiconductor rod prior to manufacture as described in connection with the British patent
der Endkontaktierung hergestellt werden können, und 752457 beschrieben worden ist, die zuvor erwähntthe end contact can be made, and 752457 has been described previously mentioned
Fig. 6 die Charakteristik, die mit einem Halbleiter- 20 wurde.6 shows the characteristic obtained with a semiconductor 20.
bauelement erreicht werden kann, das entsprechend Nachdem npn-Übergänge in der zuvor beschrieder Erfindung hergestellt worden ist. benen Weise hergestellt worden sind, wird die ge~ Wie aus Fig. 1 hervorgeht, ist dort ein Stab mit schmolzene Spitze des Stückes abgeschnitten oder zwei pn-Übergängen, also drei Zonen aus Germanium abgeschliffen, so daß dort eine Fläche 6 entsteht, dargestellt, bevor eine vierte Zone an diesem ge- 25 wie es in Fig. 2 dargestellt ist. Es wird genügend bildet wird. Der Stab enthält sowohl ein als Akzep- Material von der vorher geschmolzenen Spitze zur tor als auch ein als Donator wirkendes Fremdstoff- Bildung der Fläche 6 entfernt, um den pn-übergang 5 element, die beide gleichmäßig darin verteilt sind. in dem vorher geschmolzenen Teil 3 der Spitze zu Ein Aktivatorelement herrscht vor, so daß der ge- belassen. Die Herstellung der Fläche 6 kann mit samte Stab entweder einen p- oder einen n-Leitfähig- 30 Hilfe eines Diamantschneiders 7 erfolgen, wie es in keitstyp erhält, entsprechend der Art der Leitfähig- Fig. 5 angedeutet ist. Hierbei werden mehrere Stäbe 1 keitsträger des vorherrschenden Aktivatorelementes. auf einer Grundplatte 8 angebracht, die aus Glas be-Bei dem besonderen Ausführungsbeispiel, das in stehen kann und mit einer Nut 9 versehen ist, in die Fig. 1 dargestellt ist, ist der vorherrschende Akti- die Schneidscheibe 7 eingreifen kann. Die Stäbe 1 vator der Donator Antimon, während das andere 35 können auf der Grundplatte 8 mit Hilfe eines geGallium ist, das ein Akzeptorelement für Germanium eigneten Klebemittels befestigt werden, beispielsweise ist. Der Aktivator Antimon herrscht in der Weise mit Schellack oder Dentalwachs, vor, daß das Halbleiterstück einen n-Leitungstyp Nachdem die Fläche 6 an dem Stab 1 hergestellt erhält. worden ist, wird er durch chemische Ätzung ge-Es ist wichtig, daß die vorherrschende Aktivator- 40 reinigt und eine Kugel eines geeigneten Akzeptors art eine wesentliche niedrigere Ausscheidungskon- wie Indium auf die flache Stelle gebracht und mit stante als der andere Aktivator hat und daß die der Oberfläche der flachen Stelle verschmolzen, so Ausscheidung schneller mit der Kristallisations- daß ein weiterer pn-übergang daraus entsteht, wie geschwindigkeit zunimmt als die des Aktivators der es in Fig. 3 angedeutet ist. Das Erwärmen des Stabes entgegengesetzten Art. Diese Bedingung ist bei Anti- 45 kann dadurch erfolgen, daß man ihn durch einen mon und Gallium erfüllt. Ofen hindurchfühlt, der eine Temperatur hat, bei Um npn-Übergänge in dem Stab 1 zu bilden, wird der das Indium das Germanium benetzt. Die Temdas obere Ende des Stabes so lange erwärmt, bis das peratur des Ofens kann 420° C betragen. Der Stab erwärmte Ende schmilzt, aber der übrige Teil des wird dann durch einen zweiten Ofen geleitet, der Stabes unter dem Schmelzpunkt bleibt. Ein örtliches 50 eine etwas höhere Temperatur hat, beispielsweise Schmelzen kann dadurch erreicht werden, daß die 550° C, damit das Indium sich mit dem Germanium Flamme eines Wasserstoff-Sauerstoff-Brenners an das legiert und eine P-Schicht auf der flachen Stelle bil-Ende des Teiles 1 gebracht wird, und das Erwärmen det, die von dem vorher geschmolzenen Bereich durch vorzugsweise in einer Stickstoffatmosphäre oder einer einen weiteren pn-übergang getrennt ist, der mit Atmosphäre eines anderen inerten Gases ausgeführt 55 dem Bezugszeichen 10 bezeichnet ist. wird, um eine Oxydation zu verhindern. Wenn das Nach dem Herausnehmen aus dem Ofen wird ein obere Ende 2 des Stabes geschmolzen ist, so bleibt Nickel-Blei-Draht 11 in die Indiumkugel gestoßen der ungeschmolzene Teil als η-Zone bestehen. Wenn zur Herstellung einer Zuleitung, und das Ganze wird der geschmolzene Teil rekristallisiert, so läßt die erneut auf eine Temperatur von ungefähr 500° C höhere Ausscheidungskonstante des Galliums mehr 60 erwärmt, damit der Draht sich mit dem Indium verAtome von ihm als von dem Antimon in der unteren lötet. Gleichzeitig wird eine ohmsche Kontaktelek-Zone3 des rekristallisierten Teiles einbauen. Die trode am unteren Ende des Stabes an der Stelle 12 Zone 3 nimmt daher p-Leitfähigkeitstyp an, und ein mit Hilfe eines Nickeldrahtes 13 gebildet. Die Zupn-Übergang wird an der Stelle 4 gebildet. Mit wei- leitung 13 wird an das Stabende durch Verwendung terer Abkühlung und Rekristallisierung des oberen 65 eines Lotes wie z. B. Zinn angelötet, das kein stören-Teiles 2 des geschmolzenen Endes tritt eine weitere des Verunreinigungselement in das Germanium bringt. Umkehr des Leitfähigkeitstyps ein. Dies rührt von Der Stab 1 kann eine Länge von 3,429 mm, einen der Tatsache her, daß der Temperaturgradient an der Querschnitt von 0,635 mm mal 0,635 mm haben, undcomponent can be achieved according to After npn transitions in the previously described Invention has been made. in the same way, the ~ As can be seen from Fig. 1, there is a rod with the melted tip of the piece cut off or two pn junctions, i.e. three zones made of germanium ground off so that a surface 6 is created there, shown before a fourth zone on this one as shown in FIG. It will be enough forms is. The rod contains both an acceptor material from the previously melted tip to the tor as well as a foreign matter formation acting as a donor from the surface 6 is removed to the pn junction 5 element, both of which are evenly distributed in it. in the previously melted part 3 of the tip An activator element prevails so that it is left. The production of the surface 6 can be done with entire rod either a p- or an n-conductive 30 done with the help of a diamond cutter 7, as shown in keittyp receives, according to the type of conductivity Fig. 5 is indicated. Several bars 1 carrier of the predominant activator element. mounted on a base plate 8 made of glass be-Bei the particular embodiment that can stand in and is provided with a groove 9 in the As shown in FIG. 1, the predominant activity is the cutting disk 7 can intervene. The bars 1 vator the donor antimony, while the other 35 can be on the base plate 8 with the help of a geGallium is that an acceptor element for germanium suitable adhesive are attached, for example is. The activator antimony prevails in the way with shellac or dental wax, before that the semiconductor piece has an n-conductivity type after the area 6 is made on the rod 1 receives. It is important that the predominant activator 40 cleans and a ball of a suitable acceptor Art brought a significantly lower precipitation con- such as indium to the flat area and with it constant than the other activator and that the surface of the flat spot fused so Precipitation faster with the crystallization that another pn junction arises from it, like speed increases than that of the activator it is indicated in FIG. The heating of the stick of the opposite kind. In the case of Anti- 45, this condition can be made by passing it through a mon and gallium met. Feel the furnace, which has a temperature at In order to form npn junctions in the rod 1, the indium wets the germanium. The Temdas The upper end of the rod is heated until the temperature of the furnace can be 420 ° C. The rod The heated end melts, but the remainder of the is then passed through a second furnace, the Rod remains below the melting point. A local 50 has a slightly higher temperature, for example Melting can be achieved that the 550 ° C, so that the indium with the germanium Flame a hydrogen-oxygen burner on the alloyed end and put a P-layer on the flat spot of the part 1 is brought, and the heating det that of the previously melted area by preferably in a nitrogen atmosphere or a further pn junction is separated, which with Atmosphere of another inert gas carried out 55 denoted by reference numeral 10. to prevent oxidation. When that after taking it out of the oven becomes a When the upper end 2 of the rod has melted, the nickel-lead wire 11 remains pushed into the indium ball the unmelted part exist as an η zone. When to make a supply line, and the whole thing will the molten part recrystallizes, leaving it again to a temperature of about 500 ° C higher excretion constant of gallium more 60 heated so that the wire can react with the indium atom from it than from the antimony in the lower one. At the same time, an ohmic contact electrode zone3 of the recrystallized part. The trode at the lower end of the rod at point 12 Zone 3 therefore assumes p conductivity type, and is formed with the aid of a nickel wire 13. The Zupn transition is formed at point 4. With extension 13 is attached to the rod end by using terer cooling and recrystallization of the upper 65 of a solder such. B. soldered tin, which is not a disturbing part 2 of the melted end enters another bringing the impurity element into the germanium. Reversal of conductivity type. This comes from the rod 1 can have a length of 3.429 mm, a the fact that the temperature gradient at the cross section of 0.635 mm by 0.635 mm, and
Claims (2)
Stabende dadurch hergestellt, daß das Ende auf eineExtend approximately 0.76 mm from the end. When using the other previously mentioned adhesive to use these dimensions, the surface 6 will attach to the 5.
Rod end produced by the fact that the end on a
entfernt ist.Distance of 0.127mm from the pn junction
away.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB13053/58A GB881499A (en) | 1958-04-24 | 1958-04-24 | Improvements relating to p-n junction semi-conductor devices |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE1131326B true DE1131326B (en) | 1962-06-14 |
Family
ID=10015926
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DES62761A Pending DE1131326B (en) | 1958-04-24 | 1959-04-24 | Method for producing pnpn or npnp semiconductor arrangements |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE1131326B (en) |
| FR (1) | FR1230673A (en) |
| GB (1) | GB881499A (en) |
| NL (1) | NL238556A (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB752457A (en) * | 1953-01-16 | 1956-07-11 | Gen Electric | Improvements relating to p-n junction semi-conductors |
| DE949512C (en) * | 1952-11-14 | 1956-09-20 | Western Electric Co | Process for the manufacture of semiconductor bodies |
| DE1008416B (en) * | 1953-03-20 | 1957-05-16 | Westinghouse Electric Corp | Process for the production of area transistors |
| DE1019013B (en) * | 1954-03-12 | 1957-11-07 | Gen Electric | Process for the formation of an inversion layer in surface semiconductors by the melt-back process |
| DE1024640B (en) * | 1953-07-22 | 1958-02-20 | Int Standard Electric Corp | Process for the production of crystallodes |
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0
- NL NL238556D patent/NL238556A/xx unknown
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1958
- 1958-04-24 GB GB13053/58A patent/GB881499A/en not_active Expired
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1959
- 1959-04-24 FR FR793157A patent/FR1230673A/en not_active Expired
- 1959-04-24 DE DES62761A patent/DE1131326B/en active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE949512C (en) * | 1952-11-14 | 1956-09-20 | Western Electric Co | Process for the manufacture of semiconductor bodies |
| GB752457A (en) * | 1953-01-16 | 1956-07-11 | Gen Electric | Improvements relating to p-n junction semi-conductors |
| DE1008416B (en) * | 1953-03-20 | 1957-05-16 | Westinghouse Electric Corp | Process for the production of area transistors |
| DE1024640B (en) * | 1953-07-22 | 1958-02-20 | Int Standard Electric Corp | Process for the production of crystallodes |
| DE1019013B (en) * | 1954-03-12 | 1957-11-07 | Gen Electric | Process for the formation of an inversion layer in surface semiconductors by the melt-back process |
| DE1026433B (en) * | 1954-03-12 | 1958-03-20 | Gen Electric | Surface semiconductors and process for producing the same by local melting |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR1230673A (en) | 1960-09-19 |
| GB881499A (en) | 1961-11-01 |
| NL238556A (en) |
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