DE1222167B - Verfahren zum Gettern oder/und Fernhalten von unerwuenschten Fremdstoffen aus bzw. von Halbleiterkoerpern beim Einlegieren von dotierenden Elektroden in einen Halbleiterkoerper - Google Patents

Description

• Verfahren zum Gettern oder/und Fernhalten von unerwünschten Fremdstoffen aus bzw. von Halbleiterkörpern beim Einlegieren von dotierenden Elektroden in einen Halbleiterkörper Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Gettern oderkund Fernhalten von unerwünschten Fremdstoffen aus bzw. von Halbleiterkörpern beim Einlegieren von dotierenden Elektroden in einen Halbleiterkörper.
• Bei der Herstellung von Halbleiteranordnungen wird vielfach die Erzeugung der in dem Halbleiterkörper erwünschten dotierten Bereiche durch einen Legierungsprozeß vorgenommen. Dieser wird in den meisten Fällen in einer als Vorrichtung dienenden aus einem oder mehreren Körpern bestehenden Hilfsform durchgeführt, die z. B. aus Graphit oder aus einem anderen, z. B. keramischen oder metallischen Werkstoff bestehen kann, der mindestens an seiner bzw. ihrer Oberfläche mit Graphit versehen ist, damit deren Wände aus einem Werkstoff bestehen, welcher gegenüber den Aufbauteilen der Halbleiteranordnung chemisch inerten Charakter hat.
• Es ist bereits bei der Herstellung von Halbleiteranordnungen mit einem Halbleiterkörper aus Silizium bekanntgeworden, die Erhitzung des Siliziums in Gegenwart eines der Metalle Nickel, Kupfer oder Kobalt vorzunehmen, wobei diese Metalle in Form eines überzuges, in Form eines Dampfes in der die Halbleiteranordnung umgebenden Atmosphäre oder in einem Träger der Halbleiteranordnung vorhanden sein können. Ziel ist dabei, das Eintreten solcher Verunreinigungen in ,den Halbleiterkörper auszuschließen, die beim betriebsmäßigen Einsatz der Halbleiteranordnungen als Rekombinationszentren wirken können, ferner eine Herabsetzung der Lebensdauer der Minoritätsladungsträger in dem Halbleiterkörper zu vermeiden, wenn dieser bei höheren Temperaturen behandelt wird, und schließlich ist dabei ein weiteres Ziel, eine Herabsetzung der Lebensdauer wieder zu kompensieren, wenn eine solche zufolge einer Behandlung der Halbleiterkörper bei hohen Temperaturen eingetreten war.
• Für Legierungsbegrenzungsformen zur Herstellung von Legierungskontakten auf Halbleiter-Flächenbauelementen mit p-n-übergängen, bestehend aus Ober-und Unterteil mit durch beide Teile gehenden Durchbohrungen oder im Unterteil endenden Sacklöchern ist es zur Schaffung einer mechanisch beständigen Legierungsform, frei der aber gleichzeitig die Schwierigkeit eines Anklebens bzw. Anlegierens der Legierungspillen vermieden ist, bekanntgeworden, die Durchbohrungen und die Sacklöcher beider Teile mit Einsätzen aus eloxiertem Metall zu versehen und hierfür Einsätze aus eloxiertem Tantal, eloxierten Tantallegierungen oder aus eloxiertem Magnesium, Aluminium, Eisen, Vanadium, Nickel, Silber oder aus eloxiertenLegierungen dieser Metalle zu benutzen.
• Für ein Verfahren zur Verringerung des SperrwIderstapdes einer Legierungselektrode von Halbleiteranordnungen im Sinn der Erzeugung kleiner differentieller Widerstände zum Erreichen von Kennlinien, die von der Spannung mehr oder weniger abhängig sind, ist es ,bekanntgeworden,eine Legierungselektrode an Halbleiterkörpern aus Halbleiterwerkstoffen, wie Germanium, Silizium o-d. dgl., unter Bildung eines p-n-überganges aus einem mit dem Halbleiterkörper legierenden Grundmaterial, wie Indium, Blei, Aluminium od. dgl., herzustellen und ihr in der Schmelze des Grundmaterials ein eine erhöhte Rekombinationsrate bewirkendes Element, wie z. B. Nickel, Kupfer, Eisen od. dgl., in einer solchen Dosierung zuzusetzen, daß die erwünschte Sperrwiderstandserniedrigung erreicht wird.
• Erfindungsgemäß werden bei der Durchführung eines Verfahrens der eingangs angeführten Art die Hilfsformen an ihren dem Legierungsraum zugewandten maßhaltigen Flächen mit einer von den zu getternden Stoffen freien Nickeloxydschicht oder einer solches Nickeloxyd enthaltenden zusätzlichen und wieder entfernbaren sowie regenerierbaren Schicht versehen.
• Die Hilfsform kann dabei entweder eine Dauerform sein, die also bereits vor dem Einbringen der Halbleiteranordnungen aus einem oder mehreren formfesten Körpern besteht, oder sie kann auch als Ganzes oder in Teilen erst aus einem pulverförmigen Grundwerkstoff oder auch aus zu einem Hilfskörper vorgepreßten Pulver um die zu legierende Halbleiteranordnung herum erzeugt werden, wie es ähnlich z. B. in den deutschen Patentschriften-1015152 und 1046198 beschrieben worden ist.
• Im ersteren Fall, der Benutzung einer Legierungsdauerform aus festen Teilen als Vorrichtung, kann das Nickeloxyd z. B. in Form einer Aufsahwenimung auf die Oberfläche des Halbleiterkörpers aufgestrichen, aufgerieben oder aufgesprüht werden oder auch in Pulverform auf die Oberfläche aufgetragen bzw. aufgestäubt werden.
• Im Falleiner um den Halbleiterkörper herum zu erzeugenden Hilfsform aus pulverförmigem aus zu einem Zwischenhilfskörper vorgeformten pulverförmigem Material kann das Nickeloxyd dem Ausgangsmaterial für die Pulverform unmittelbar, vorzugsweise homogen verteilt beigemischt werden. Hierbei ist es nicht erforderlich, - daß das gesamte Volumen dieser gepreßten Hülfsform mit dem Nickeloxyd in homogener Verteilung durchsetzt ist. Es kann vielmehr ausreichend sein, zunächst auf,die zu legierende Halbleiteranordnung das Nickeloxyd in Form einer dünnen Schicht oder einer Mischung des Formwerkstoffies mit Nickeloxyd aufzustäuben und dann um diese Schicht herum nicht mit Nickeloxyd durchsetztes Pulverpreßmaterial zur Erzeugung der Preßform zu benützen. . -Nachdem eine Hilfsform für die Durchführung eines Legierungsvorganges oder mehrerer aufeinanderfol'gender Legierungsvorgänge benutzt worden war, kann, wenn es die Versuchsergebnisse als notwendig erscheinen lassen, die bereits benutzte Nickeloxydschicht gereinigt bzw. regeneriert oder wieder von der Oberfläche der Dauerform durch einen; -geeigneten Prozeß entfernt werden. Das Entfernen der Nickeloxyd'schncht kann durch eine Behandlung mittels einer Säure; wie z. B. Salzsäure, Schwefelsäure oder Salpetersäure, und ein anschließendes Aushetzen der Form, z. B. bei Graphit im Vakuum von z. B. 10-4-Torr oder weniger, vorzugsweise 10-s Torr bei etwa 1000° C, erfolgen. Für das Reinigen der NickeI-oxydschicht von gegetterten Verunreinigungen kann diese bzw. die Form entsprechend aasgeheizt werden, z. B. im Vakuum bei etwa 10-s Torr und etwa 1000° C. Entsprechend kann auch das mit Nickel- oxyd- angereicherte Pulver einer benutzten Form wieder für eine erneute Benutzung gereinigt werden.
• Zur :näheren-Erläuterung der Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispieles -wird nunmehr auf die Figur der Zeichnung Bezug genommen.
• In der F i g.1 bezeichnet 1 in teilweiser Darstellung einen Hilfsformenkörper, der z. B. aus Graphit bestehen kann. Dieser Hilfsformenkörper hat eine becherförmige Aussparung 2 und an der Bodenfläche dieser -Becherform eine Aussparung 3. Dieser Hilfsformenkörper 1 ist an denjenigen- Oberflächenteilen, an welchen die Teile der zu legierenden Halbleiteranordnung-zur Anlage kommen, mindestens aber an denjenigen Oberflächenteilen, wo- der Halbleiterkörper mit dem Hilfsformenkörper zur Anlage kommen kann oder diesem dann dicht benachbart liegt, zunächst mit einem Überzug 4 aus einer Nickeloxydschicht versehen worden. Nunmehr wird in die Aussparung 3' für die Herstellung .des Halblesferelementes durch einen Legierungsprozeß zunächst ein Körper 5 aus Gold-Antimon -eingelegt als der eine in den Halbleiterkörper einzulegierende Elektrodenmaterialkörper. Auf eine 'Siliziumplatte 6 ist eine Aluminiumfolie 7 aufgelegt. Auf dieser liegt eine Hilfsträgerplatte 8, z. B. aus Wolfram. Auf dieser wiederum liegt eine Scheibe 9 aus einem Lot, welches insbesondere z. B. Nickel und Kupfer enthält. Auf der bisher geschilderten Anordnung ist ein pilzförmiger Körper 10, z. B. aus Eisen, angeordnet, der an der fertiggestellten Halbleiteranordnung gleichzeitig die Hilfsträgerplatte für das elektrische Halbleitersystem bildet. Diese Platte 10 kann dabei so ausgebildet sein, daß sie gleichzeitig als Grundplatte für ein Gehäuse für den Einschluß der Halbleiteranordnung benutzt werden kann, indem sie z. B. mit einem weiteren glockenförmigen Gehäuse verschweißt oder verlötet wird.
• Sind die Teile in der bereits geschilderten Weise zusammengeschichtet worden, so wird nunmehr die Anordnung in einem entsprechenden Ofenerhitzt, so d'aß das Legieren bzw. Verlöten zwischen den verschiedenen. Teilen vor sich geht, was z. B. bei einer Temperatur. von 800° C im Vakuum erfolgen kann,. wonach dan die Anordnung in einem Zeitraum von etwa 2 Stunden auf Zimmertemperatur abgekühlt wird.
• Zufolge dieser Temperaturbehandlung wird aber nicht nur ein Legierungsprozeß zwischen den genannten Teilen stattfinden, sondern es wird außerdem durch die vorhandene Nickeloxydschicht einerseits ein Getterungsprozeß auf in dem Halbleiterkörper 8 vorhandene Verunreinigungen, welche unerwünschte: Störstellen bzw. inselartige Ausscheidungen bilden, ausgeübt werden, so daß also diese Verunreinigungen an die Oberfläche des Halbleiterkörpers geführt werden. Außerdem wird durch das Nickeloxyd verhindert, daß in die frei liegende Oberfläche des Halbleiterkörpers -hinein solche Verunreinigungen diffundieren können, die dann in nachteiliger Weise bei dem betriebsmäßigen Einsatz des Halbleitergleichrichterelementes als Rekombinationszentren unter Herabsetzung der Lebensdauer der Ladungsträger im Halbleiterkörper wirksam werden bzw. den Steilanstieg der Sperrspannung nach niedrigeren Spannungswerten zu verlagern.
• Nach dem Legierungsprozeß kann noch zusätzlich eine Temperungsbehandlung der legiertem Anordnung bei einer niedrigeren Temperatur als der Legierungstemperatur in der Hilfsform durchgeführt werden, die dann lediglich den Zweck hat, den genannten Getterungsprozeß über einen gewissen Zeitraum hinaus auszudehnen.
• Diese Temperungsbehan.dlung kann auch unmittelbar in dien Abkühlungsprozeß der legierten Halbleiteranordnung eingeschaltet werden, indem in diesen Abkühlungsvorgang ein Zeitraum konstanten Temperaiarhaltepunktes vorgesehen wird. Nachdem die abgekühlte HalbIeiteranordnung aus der Hilfsform entnommen worden ist, wird sie in üblicher Weise weiterbehandelt.
• Wahrend in der F i,g.1 die Anordnung beschrieben -ist unter Benutzung einer Dauerform, veranschaulicht die F i g. 2 die Anwendung der Erfindung unter Anwendung .einer Hilfsform, die aus pulverförmigem: oder, zu einem Hilfskörper vorgeformten pulverfÖrmigen Material durch einen Preßvorgang um die Halbleiteranordnung herum erzeugt wird.
• In dieser Fi,g.2 bezeichnet 11 eine Graphitscheite, auf welcher nacheinander die gleichartigen Teile 8, 7, 6, 5 des Halbleitersystems aufgeschichtet worden -sind, wie sie bereits in F i g. 1 benutzt wurden. Um diese Halbleiteranordnung .herum :ist ein Hilfsformenkörper 11 aus Graphitpulver, welches mit Nickelzusatz in möglichst homogener Verteilung angereichert worden isst, durch einen Preßvorgang erzeugt worden. Die in dieser Weise vorbereitete Anordnung wird nunmehr zum Legieren in einen Ofen gebracht. Während dieser Temperaturbehandlung der Anordnung wird sich wieder durch das indem Graphitpulver 11 vorhandene Nickeloxyd für die in dem Halbleiterkörper enthaltenen Verunreinigungen ein: Getterungsprozeß ergeben. Außerdem sorgt der Nickesoxydzusatz dafür, daß in der bereits angegebenen Weise während der Durchführung des Legierens keime Fremdstoffe von außen zu der Halbleiteranordnung gelangen oder auch bereits aus dem Graphithilfsformenkörper in die Halbleiteranordnung einwandern und dann beim betriebsmäßigen Einsatz der Anordnung in nachteiliger Weise als Störstellern, im Halbleiteraufbau wirksam werden, die zu einer Herabsetzung der Lebensdauer der Ladungsträger im Halbleiterkörper führen.

Claims (5)

1. Patentansprüche: 1. Verfahren zum Gettern oder/und Fernhalten von unerwünschten Fremdstoffen aus bzw. von Halbleiterkörpern beim Einlegieren von dotierenden Elektroden m einen Halbleiterkörper, d a -durch gekennzeichnet, daß die Hilfsformen an ihren dem Legierungsraum zugewandten maßhaltigen Flächen mit einer von den zu getternden Stoffen freien Nickeloxydschicht oder einer solches Nickeloxyd enthaltenden zusätzlichen und wieder entfernbarens sowie regenerierbaren Schicht versehen sind.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf die dem Legierungsraum zugewandten Wände der Hilfsform eine wieder entfernbare Nickeloxydschicht durch Aufstreichen, Aufreiben, Aufsprühen oder Aufstäuben aufgetragen ist.
3. 3. Abwandlung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine aus mehreren übereinanderliegenden, nacheinander aufgetragenen Schichten erzeugte Hilfsform benutzt wird, deren erste der Legierungskammer zugewandten Schicht von Nickeloxyd angereichert ist.
4. 4. Abwandlung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Pulverpreßform um die zu legierende Anordnung herum erzeugt wird aus einem vorgepreßten Pulvermaterial, dem ein Zusatz von Nickeloxyd, vorzugsweise in homogener Verteilung, beigegeben ist.
5. 5. Verfahrnen nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Durchführung eines neuen Legierungsprozesses der bei einer oder mehreren vorausgehenden Legierungsprozessen am der Oberfläche der Hilfsform benutzte Nickeloxydüberzug zunächst gereinigt bzw. regeneriert oder abgetragen und durch einen neuen frischen überzug aus Nickeloxyd ersetzt oder das in .einer Pulverpreßform bereits benutzte, in dem Preßmaterial enthaltene Nickeloxyd durch eine Behandlung dieses Preßmaterials gereinigt bzw. regeneriert wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschriften Nr. 1046 198, 1058 632, 1096 501.