DE1246129B

DE1246129B - Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelementes

Info

Publication number: DE1246129B
Application number: DEW33273A
Authority: DE
Inventors: Robert G Moss; William E Winter
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1961-12-28
Filing date: 1962-11-06
Publication date: 1967-08-03

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Int. Cl.:

HOll

DEUTSCHES

AUSLE'

PATENTAMT

CHRIFT 1246129 Deutsche KL: 21 g - 11/02

Nummer: 1246 129

Aktenzeichen: W 33273 VHI c/21 j

Anmeldetag: 6. November 1962

Auslegetag: 3. August 1967

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelementes, bei dem die pn-Übergänge durch Legieren erzeugt werden.

Um zu erreichen, daß eine definierte Menge des Legierungsmaterials auf den Halbleiterkörper gelangt und daß außerdem eine ausreichend gute Lokalisierung der Legierungsfläche zustande kommt, ist vorgesehen, das Legierungsmaterial als Formkörper mit bestimmten vorgegebenen Abmessungen anzuwenden. Die Herstellung derartiger Formkörper war jedoch nach den bisher bekannten Verfahren mit erheblichen Nachteilen und Schwierigkeiten behaftet. So war es bisher notwendig, zur Herstellung derartiger Formkörper ein Dotierungs- und/oder eine entsprechende Metallegierung zunächst zu schmelzen, zu gießen und zu dünnen FoHen auszuwalzen oder aber die pulverförmigen Ausgangsmaterialien zu pressen, anschließend zu sintern und die Sinterkörper zu Fohen auszuwalzen.

Beide Methoden erfordern jedoch einen erheblichen apparativen und materiellen Aufwand. Außerdem erhält man durch die beim Gießen entstehenden Gußstege einen erheblichen Abfall.

Bekanntlich kann man Metallpulver durch Pressen zu Formkörpern von erheblicher Dicke komprimieren. Dieses Verfahren wird beispielsweise zur Herstellung von Kontakten angewendet. Die bislangdurch Pressen erhaltenen Formkörper sind jedoch für die Verwendung in der Halbleitertechnik nicht geeignet, da die hierbei anf allenden Materialmengen :—■ große Dicke der Formkörper — für die Erzeugung von pn-Ubergängen zu groß sind. Außerdem wirkt sich eine Wärmebehandlung nach dem Zusammenmischen der einzelnen Komponenten zum Teil sehr ungünstig aus. Werden nämlich Materialien mit unterschiedlichem. Dampfdruck verwendet, beispielsweise als Dotierungsmaterialien, so dampft ein Teil dieser Komponenten ab und die ursprüngliche Einwaage, d. h. das Verhältnis der Komponenten untereinander, entspricht nicht mehr den vorgegebenen Werten. Da das Abdampfen einzelner Komponenten nur schwer kontrollierbar ist, ist es unmöglich, auf diese Weise definierte Werte zu erhalten.

Um die im vorhergehenden aufgezeigten Mängel zu vermeiden, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß das Legierungsmaterial in Form eines durch Zusammenpressen von hämmerbarem, pulverförmigem, als Lot dienendem Metall und feinverteiltem Dotierungs- und/oder Benetzungsmaterial hergestellten Formkörpers, dessen Dicke etwa 0,025 bis 0,125 mm beträgt, auf den Halbleiterkörper ohne Verfahren zum Herstellen eines
Halbleiterbauelementes

Anmelder:

Westinghouse Electric Corporation,
East Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. R. Barckhaus, Patentanwalt,
München 2, Wittelsbacherplatz 2

Als Erfinder benannt:

William E. Winter, Murrysville, Pa.;

Robert G. Moss, La Mesa, CaHf. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 28. Dezember 1961
(162953)

vorhergehende Wärmebehandlung aufgebracht und in diesen einlegiert wird.

Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens nach der Lehre der Erfindung kann zur Herstellung des Formkörpers das in Pulverform vorliegende Legierungsmaterial mit Hilfe einer Pulverpresse mit einem Verdichtungsverhältnis von 9 zu 1 bei einem Druck von etwa 101 pro cm² ohne nachfolgende Wärmebehandlung in die kompakte Form übergeführt werden.

Als Lot kann dabei ein Metall aus der Gruppe Gold und Goldbasislegierungen gewählt werden. Als Dotierungsmaterial eignet sich beispielsweise Arsen, während als Benetzungsmittel Antimon verwendet werden kann.

Als Lot eignen sich praktisch alle Metalle und Legierungen, die mit den zu behandelnden Stoffen nicht oder nur wenig reagieren und die außerdem durch Pressen oder Hämmern verdichtet werden können. Es werden außerdem hauptsächlich solche Materialien als Lot gewählt, die keine Dotierung des. Halbleiterkörpers hervorrufen. Geeignet als Lot sind durch Pressen zu verdichtende und nur langsam oxidierende Materialien, wie z. B. Gold und Goldbasislegierungen (etwa 80 % Gold, 20 °/o Silber), Blei und Bleibasislegierungen (etwa 70 % Blei und 30 ⁰Zo Zinn), Zinn und Zinnbasislegierungen, Silber und Silberbasislegierungen (etwa 70 % Silber und 30^fl/o

709 619/522

Claims

ϊ 246 Gold) und Indium und Indiumbasislegierungen (etwa 80 % Indium und 20»/» Zinn). Zu dem Lot werden eine oder mehrere selbständige Komponenten hinzugefügt. Diese können aus Dotierungsmaterialien, wie z. B. Arsen, Bor oder Antimon, oder einem Benetzungsmittel, wie z. B. Antimon, Arsen oder Schwefel, bestehen. Diese Materialien kommen als Pulver unterschiedlicher Teilchengröße zur Anwendung. Bei der Herstellung von aus Legierungsmaterial bestehenden Formkörpern nach der Lehre der Erfindung ist es möglich, Dotierungsmaterialien, wie z. B. Phosphor, zu verwenden, die einen hohen Dampfdruck aufweisen und für die Herstellung von Formkörpern durch Schmelzen oder Sintern ungeeignet sind, da sie leicht verdampfen und außerdem leicht oxydierbar sind. Bei dem Verfahren nach der Erfindung werden diese Materialien einfach vor dem Pressen mit dem pulverförmigen Lot vermischt. Das Vermischen sollte dabei in einer Atmosphäre von Argon, Helium und anderen Edelgasen vorgenommen werden. Weiterhin ist zu beachten, daß der pulvermetallurgische Prozeß so durchgeführt wird, daß keine Sinterung der entstehenden Preßlinge eintritt. Die auf diese Weise hergestellten Formkörper sollen eine Stärke von 0,025 bis 0,125 mm und einen Durchmesser von etwa 2,5 mm (z. B. 3,5 mm) aufweisen. Die Erfindung wird an Hand des nachstehenden Beispiels noch näher erläutert. Zunächst werden geeignete Mengen reinen Goldpulvers und Arsenpulvers gewogen und vermischt. Dann wird eine sorgfältig abgewogene Menge dieses Gemisches in die Form einer Pulverpresse mit einem Verdichtungsverhältnis von 9 zu 1 eingebracht. Diese wird sorgfältig eingestellt, um durch Pressen bei einem Druck von etwa 10 t pro cm2 einen Formkörper in der gewünschten Stärke zu erhalten. Wie Untersuchungen an einer Gruppe von hundert kompakten, durch Pressen hergestellten Formkörpern aus Legierungsmaterial ergaben, erhält man auf diese Weise Formkörper mit einer durchschnittlichen Stärke von 0,04 bis 0,008 mm und einem Durchmesser von 5 mm. Die Mindeststärke betrug dabei 0,025, die Maximalstärke 0,045 mm. Die mechanische Stabilität dieser Formkörper war gut, so daß sie ohne jede weitere Bearbeitung zur Herstellung von Halbleiterbauelementen eingesetzt werden können. Die aus Legierungsmaterial bestehenden Formkörper werden auf Halbleiterkörper aus Silicium aufgebracht und in diese einlegiert. Wie Versuche gezeigt haben, werden homogene und in hohem Maße brauchbare Produkte erhalten, die zeigen, daß das Silicium in der gewünschten Weise dotiert wird. Unter Verwendung von durch Pressen hergestellten Formkörpern als Kollektor und Emitter lassen sich brauchbare Leistungstransistoren für 5,0 und 3,9 Ampere und für Spannungen von 200 Volt herstellen. Es ist nicht notwendig, daß die verwendeten Dotierungs- oder Benetzungsmaterialien während des Preßvorgangs mit dem als Lot dienenden Metall beziehungsweise einer entsprechenden Legierung eine Verbindung eingehen. Erst während des Einschmelzens des Formkörpers in den Halbleiterkörper geht das Legierungsmaterial zusammen mit der Goldlegierung mit dem Halbleiter eine Legierung ein. Obgleich im vorhergehenden Formkörper mit kreisförmigem Querschnitt besondere Erwähnung fanden, lassen sich selbstverständlich auch andere Querschnittsformen verwenden, wie z. B. Quadrat-, Sechseck- und Ovalformen sowie Ringe mit flachen Oberflächen. Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelementes, beispielsweise eines Transistors, bei dem die pn-Übergänge durch Legieren erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Legierungsmaterial in Form eines durch Zusammenpressen von hämmerbarem, pulverförmigem, als Lot dienendem Metall und feinverteiltem Dotierungs- und/oder Benetzungsmaterial hergestellten Formkörpers, dessen Dicke etwa 0,025 bis 0,125 mm beträgt, auf den Halbleiterkörper ohne vorhergehende Wärmebehandlung aufgebracht und in diesen einlegiert wird.

2. Verfahren nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung des Formkörpers das in Pulverform vorliegende Legierungsmaterial mit Hilfe einer Pulverpresse mit einem Verdichtungsverhältnis von 9 zu 1 bei einem Druck von etwa 10 t pro cm² ohne nachfolgende Wärmebehandlung in die kompakte Form übergeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Lot ein Metall aus der Gruppe Gold- und Goldbasislegierungen gewählt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Dotierungsmaterial Arsen verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Benetzungsmaterial Antimon verwendet wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1050 450,
936;

deutsche Auslegeschrift L 13008 VTIIc/21g
(bekanntgemacht am 27.9.1956);
österreichische Patentschrift Nr. 210 479.