DE1289193B - Verfahren zur Herstellung eines Legierungskontaktes an einem Halbleiterkoerper - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines Legierungskontaktes an einem Halbleiterkoerper

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DE1289193B
DE1289193B DEN24245A DEN0024245A DE1289193B DE 1289193 B DE1289193 B DE 1289193B DE N24245 A DEN24245 A DE N24245A DE N0024245 A DEN0024245 A DE N0024245A DE 1289193 B DE1289193 B DE 1289193B
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Philips Gloeilampenfabrieken NV
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Description

1 2
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung wird die Gefahr verringert, daß sich das verbleibende eines Legierungskontaktes an einem Halbleiterkörper Halbleitermaterial während des Legierungsvorganges eines Halbleiterbauelementes, bei dem ein mindestens verändert. Weiter ergeben sich eine geringe Bruchgefahr 25 Gewichtsprozent Wismut enthaltendes Material auf nach dem Legieren und eine geringe Eindringtiefe der den Halbleiterkörper auflegiert wird. 5 Legierung in den Körper; auch kann die Eindringtiefe
Es hat sich als schwierig erwiesen, gute ohmsche und durch Verändern der Zusammensetzung der Legierung pn-Übergänge in Halbleiterbauelementen aus Materia- einfach gesteuert werden.
lien mit zwei oder mehr Elementarbestandteilen durch Das Wismut ohne oder mit dem (den) zugehörigen
Legieren zu erhalten. Materialien) kann mit einem weiteren Material ver-
Die Bezeichnung »Bestandteile« in bezug auf Halb- io bunden sein, das als Dotierungsmaterial wirkt und die leitermaterial bedeutet hier die in dem Körper in nahe- Leitfähigkeit beeinflußt, ohne daß der Leitfähigkeitszu stöchiometrischen Mengen vorhandenen Materia- typ geändert wird, oder das den Leitfähigkeitstyp der lien. In der Praxis wird eine genaue Stöchiometrie rekristallisierten Zone beeinflußt,
nicht erzielt oder nicht verlangt. Wenn Wismut auf den Körper zusammen mit einem
Bei Galliumarsenid hat es sich ergeben, daß die Ver- 15 oder mehreren mit ihm verbundenen Materialien aufwendung von Zinn oder Blei zusammen mit einem Do- legiert wird, können alle Materialien gemeinsam datierungsmaterial nicht stets eine Rekristallisations- durch auflegiert werden, daß eine Platte aus einer Leschicht ergibt und daß Gold zusammen mit einem Do- gierung oder einem engen Gemisch der Materialien auf tierungsmaterial zu schnell legiert, um reproduzier- den Körper gebracht und erwärmt wird. Die zu Iebare Ergebnisse zu schaffen. Dotierungsmaterialien 20 gierenden Materialien können auch zunächst gemeinallein sind in der Praxis nicht brauchbar. sam geschmolzen und im flüssigen Zustand in Berüh-
Beim Legieren wird eine Schmelze aus dem zu Ie- rung mit dem Körper gebracht werden. Weiter brauchen gierenden Material und einem angrenzenden Teil des die Materialien nicht in einem einzigen Vorgang auf den Halbleiterkörpers auf dem Halbleiterkörper gebildet Körper auflegiert zu werden, da eines oder mehrere und abgekühlt. Beim Abkühlen erstarrt zunächst ein 25 einer Anzahl von Materialien entweder getrennt auf kristallisierter Teil, der sich an das Kristallgitter des einen bestehenden, rekristallisierten Teil des Körpers Körpers anschließt und im wesentlichen das Material auflegiert oder einer bereits auf dem Körper vorhandes Halbleiterkörpers zusammen mit einem kleinen denen Schmelze zugesetzt werden können. Wenn Anteil des zu legierenden Materials enthält; dieses Werkstoffe nacheinander auf den Körper auf legiert wird hier das rekristallisierte Material genannt; darauf 30 werden, sollte die Eindringtiefe der Schmelze bei dem erstarrt der verbleibende Teil der Schmelze, der im endgültigen Legierungsvorgang wenigstens gleich der wesentlichen das zu legierende Material zusammen mit jeweiligen Eindringtiefe bei dem oder den vorhereinem kleinen Anteil des Materials des Halbleiter- gehenden Legierungsvorgängen sein,
körpers enthält. Ob man nur Wismut oder Wismut zusammen mit
Bekannt ist ein Verfahren, bei dem auf einen Halb- 35 einem anderen oder mehreren nicht dotierten Werkleiterkörper, um eine gute Benetzung zu erreichen, eine stoffen und/oder Stoffen, die als Dotierungsmaterialien eutektische Goldlegierung mit Blei oder mit anderen wirken, auf einen Körper auflegiert, hängt von der Metallen, z. B. mit Wismut, vorzugsweise aber mit verlangten Art des Überzugs und von der Art des Kör-Blei, auflegiert wird. pers ab, der aus einem eigenleitenden oder einem mehr
Ebenfalls ist es bekannt, auf einen Halbleiterkörper 40 oder weniger stark dotierten Werkstoff bestehen kann, ein Elektrodenmaterial aufzulegieren, das zu min- Es sei hier bemerkt, daß irgendein anfangs im Körprevordestens 25 Gewichtsprozent aus Metallen mit verhält- handenes Dotierungsmaterial keinen Bestandteil des HaIbnismäßig hohem Dampfdruck wie Blei, Wismut oder leitermaterials nach der vorstehenden Definition bildet. Thallium besteht, wonach mindestens 25 Gewichts- Das Legieren kann in einer üblichen Lehre, z. B. aus
prozent des Elektrodenmaterials verdampft werden. 45 Graphit, erfolgen.
Weiter ist ein Verfahren bekannt, bei dem Wismut Wenn Wismut und Platin auf den Körper auflegiert
als Trägermaterial für einen Aktivator auf einen Ger- werden, kann die Menge Platin bis zu 10% der Ge-
maniumkörper auflegiert wird. samtmenge an Platin und Wismut betragen. Es wird ein
Schließlich ist es bekannt, auf einen Siliciumkörper Verhältnis von 0,5 Teilen Platin und 99,5 Teilen Wismut
einen ohmschen Kontakt durch Auflegieren einer 50 bis zu 5 Teilen Platin und 95 Teilen Wismut bevorzugt.
nickelhaltigen Legierung anzubringen, die wenigstens Wenn Wismut und Zinn auf den Körper auflegiert
ein Metall der Nebenreihe des Periodischen Systems, werden, kann das Verhältnis zwischen 75 Teilen Zinn
ζ. B. Wismut, enthält. und 25 Teilen Wismut und 0,1 Teil Zinn und 99,9 Tei-
Diese bekannten Verfahren führen jedoch nicht len Wismut liegen. Bevorzugte Verhältnisse sind 1 Teil
immer zu den gewünschten Ergebnissen. 55 Zinn und 99 Teile Wismut bis zu 55 Teilen Zinn und
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese 45 Teilen Wismut.
Nachteile der bekannten Verfahren zu beseitigen. Diese Wenn Wismut, Zinn und Platin auf den Körper aufAufgabe wird dadurch gelöst, daß bei Verwendung legiert werden, kann der Anteil von Platin über die eines Halbleiterkörpers aus einer halbleitenden Ver- vorstehend angegebenen Verhältnisse von Zinn und bindung, die zwei oder mehr elementare Bestandteile 60 Wismut hinaus vorteilhaft bis zu 10 Teilen betragen, enthält, von denen keiner Wismut ist, das aufzulegie- Bevorzugte Verhältnisse sind: 1 bis 55 Teile Zinn und rende Legierungsmaterial aus einem oder mehreren 1 bis 5 Teile Platin, Rest Wismut. Ein Zusatz an Platin der Elemente Platin, Zinn, Silber und Kadmium als fördert ein gleichmäßiges Benetzen, Eindringen und weiteren Bestandteilen besteht. Rekristallisieren.
Damit werden Vorteile erzielt, einen Legierungs- 65 Beim Auflegieren von Wismut und Silber auf den Übergang einfacher und reproduzierbarer herstellen Körper kann das Verhältnis zwischen 0,1 Teil Silber und verhältnismäßig niedrige Temperaturen, z. B. und 99,9 Teilen Wismut und 30 Teilen Silber und 70 niedriger als 600 0C, anwenden zu können. Dadurch Teilen Wismut liegen. Bevorzugte Verhältnisse sind
1 Teil Silber und 99 Teile Wismut, bis zu 3 Teilen Silber und 97 Teilen Wismut.
Die vorerwähnten Anteile sind als Gewichtsanteile zu verstehen.
Im allgemeinen ergeben die obenerwähnten bevorzugten Mengen folgende Leitfähigkeitstypen des rekristallisierten Materials sowohl auf η-leitendem als auch auf p-leitendem Galliumarsenid:
Kontaktmaterial Rekristallisiertes Material
Bi-Pt p-Typ
Bi-Sn n-Typ
Bi-Sn-Pt ■n-Typ
Bi-Ag p-Typ
Bi-Cd p-Typ
Es wird jedoch bemerkt, daß bei einem stärker dotierten Körper der Leitfähigkeitstyp des rekristallisierten Materials von einem Dotierungsmaterial bestimmt werden kann, mit dem der Körper gegebenenfalls anfangs stark dotiert war. Um p-leitfähiges rekristallisiertes Material zu erhalten, wird vorzugsweise Cadmium als Akzeptormaterial angewendet.
Wenn außer dem Kontaktmaterial ein Dotierungsmaterial auflegiert wird, ist sein Anteil im Vergleich zum Anteil des Kontaktmaterials gering; er kann bis zu 2% oder bis zu 5% des auf den Körper auflegierten Materialgewichtes betragen. Wenn ein solches Dotierungsmaterial auflegiert wird, bestimmt es im allgemeinen den Leitfähigkeitstyp der rekristallisierten Zone. Der Leitfähigkeitstyp des rekristallisierten Materials hängt von den verwendeten Stoffen und von den Legierungsverhältnissen in einer Weise ab, die nicht genau vorherbestimmt, jedoch in jedem bestimmten Falle versuchsweise festgestellt werden kann. Bei Galliumarsenid ergibt im allgemeinen ein Dotierungsmaterial der Gruppe VI des Periodischen Systems n-leitendes rekristallisiertes Material, ein Dotierungsmaterial der Gruppen I und II p-leitendes Material und der Gruppe IV gewöhnlich η-leitendes Material. Ein Dotierungsmaterial der Gruppe IV kann jedoch auch p-leitendes Material ergeben; der zustande kommende Leitfähigkeitstyp hängt davon ab, ob Gallium oder Arsen in dem Kristallgitter ersetzt wird. Dotierungsmaterial der Gruppe VII ergibt im allgemeinen n-leitendes Material; im allgemeinen sind Materialien der Gruppen III und V nahezu neutral.
Das Legieren mit dem Galliumarsenid läßt sich bei etwa 5000C durchführen. Bei dieser Temperatur ist das Material des Körpers noch stabil. Bei einer höheren Temperatur kann Arsen aus dem Körper verlorengehen. Es kann eine inerte Gasatmosphäre, z. B. äußerst reines Argon, benutzt werden, aber das Legieren kann auch im Vakuum durchgeführt werden.
Die Dauer der Erwärmung beim Legieren hängt von den Werkstoffen ab und kann 2, 3, 4 oder sogar 20 Stunden oder noch langer sein. Im allgemeinen ist es erwünscht, eine Dauer zu wählen, die zum Erreichen stabiler Gleichgewichtsverhältnisse ausreicht.
Da die Eindringtiefe von den verwendeten Werkstoffen abhängt, kann z. B. daran festgestellt werden, daß bei einer Erwärmung eines Materials aus 9 Teilen Wismut und 1 Teil Zinn während 4 Stunden bei 5000C und darauffolgender langsamer Abkühlung zum Erzielen der Legierung eine Eindringtiefe von 10 μηι entsteht, während 9 Teile Wismut und 11 Teile Zinn bei gleichen Legierungsverhältnissen eine Eindringtiefe von 30 μπι ergeben. Es wird hier bemerkt, daß es vorteilhaft ist, das Wimsut und das Zinn gemeinsam zu legieren und Platten der Bi-Sn-Legierung herzustellen, denn es ist im allgemeinen nicht zweckmäßig, zunächst Wismut und dann Zinn auf einen Galliumarsenidkörper aufzulegieren.
Die verwendeten Galliumarsenidkörper können durch Schneiden von Scheiben und Würfeln aus einem Einkristall erhalten werden. Es wurde gefunden, daß, wie üblich, die Legierungsergebnisse sich mit der Kristallrichtung der Legierungsoberfläche des Körpers ändern.
Obgleich die vorstehenden Ausführungen sich insbesondere auf Galliumarsenidkörper beziehen, kann das Verfahren auch bei anderen Halbleiterverbindungen angewendet werden, z. B. bei Galliumphosphid oder Indiumantimonid.
Bei Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung war es möglich, eine rekristallisierte Zone einer gewünschten Dicke mit sehr hoher Reproduzierbärkeit und einem gewünschten Leitfähigkeitstyp herzustellen.
Die folgende Tabelle I gibt besondere Beispiele der Erfindung.
Tabelle I
Zusammensetzung
der Legierungs-Gewichtsteile		 Leitfähigkeits
typ der
rekristalli
sierten Zone		 Erstarrungs
temperatur
in °C etwa		 Bemerkungen
90 Bi 10 Sn
90 Bi 10 Sn 2 Pt
75 Bi 25 Sn 5 Pt
45 Bi 55 Sn 5 Pt
98 Bi 2 Se
98 Bi 2 As
99 Bi 1 Sd
98 Bi 2 Cd
75 Bi 25 Cd
50 Bi 50 Ce
98 Bi 2 Ag
98 Bi 2 Zn
100 Bi
98 Bi 2 Ba 		η
η
η
η
η
η
P
P
P
P
P
P
P		 150
150
150
150
270
270
150
150
150
150
260
260
272
270		 Eindringtiefe nimmt zu mit zunehmendem Zinngehalt
Platin fördert Benetzung
Größere Eindringtiefe
Verformbare Legierung; gute Regelbarkeit
Rekristallisierte Schicht hohen spezifischen
Widerstandes
Gerade ausreichend
Cd ist ein guter Akzeptor
Besonders gleichmäßige Ergebnisse
Größere Eindringtiefe
Noch größere Eindringtiefe
Nützlich für geringe Eindringtiefe, ohmsche Kontakte
Zn nicht so gut als Cd
Geringe Eindringtiefe
Bildung einer eigenleitfähigen Schicht
Es werden nahezu die gleichen Ergebnisse erzielt, wenn der Kontakt auf einen anfangs p-leitenden oder auf einen anfangs η-leitenden GaAs-Körper legiert wird, wobei die Konzentration an Dotierungsmaterial im Ausgangskörper etwa 10" Atome pro Kubikzentimeter beträgt.
Die folgenden Tabellen II, III und IV zeigen Beispiele der elektrischen Eigenschaften:
Tabelle II
Zusammensetzung der Legierung
Gewichtsteile		 Gleichricht
verhältnis		 Reihenwiderstand
des Kontaktes		 Durchschlags
spannung
des Kontaktes		 Leitungstyp
der Unterlage
98 Bi 2 Ba 3-104
1-105 		14 Ω
200 Ω		 1V bei 5 μΑ
15 V bei 1 μΑ		 P
N
98 Bi 2 Ba
Tabelle III
Dioden mit Durchschlag höher als 50 V
Zusammensetzung der Legierung Leitungstyp
der Unterlage		 Gleichrichts-
verhältnis		 Reihenwiderstand
des Kontaktes		 Durchschlags
spannung
des Kontaktes
BiSnPt P
N
N
N		 1-105
1-105
6-103
5-10'		 600 Ω
960 Ω
1000 Ω
12,4 Ω		 105 bei V1 μΑ
125 V bei 1 μΑ
60 V bei 5 μΑ
50 V bei 1 μΑ
BiCd
BiSe
Bi
Tabelle IV
Dioden mit einem Reihenwiderstand niedriger als 20 Ω
Zusammensetzung der Legierung Leitungstyp
der Unterlage		 Gleichrichts-
verhältnis		 Reihenwiderstand
des Kontaktes		 Durchschlags
spannung
des Kontaktes
BiSnPt P
P
N
N
N		 3-10*
3-104
2-105
5-107
7-107 		11Ω
14 Ω
14 Ω
12,4 Ω
7Ω		 18 V bei 10 μΑ
lVbei 5μΑ
35Vbei ΙμΑ
50Vbei ΙμΑ
1,2 V bei 1 μΑ
BiBa
BiCd
Bi
BiCd
Unter Gleichrichtsverhältnis wird das Verhältnis zwischen Reihenwiderstand und Widerstand in Sperrichtung unmittelbar vor dem Durchbruch verstanden.
Es wird bemerkt, daß mit Ausnahme der Beispiele der Tabelle IV die Scheiben nahezu die gleichen Abmessungen hatten (Durchmesser 0,5 mm). Bei den Dioden der Tabelle IV waren die Abmessungen der Scheiben etwa 2 mm.
Es wird nachstehend als Beispiel eine Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines Halbleiterbauelementes nach der Erfindung, in diesem Falle einer Diode, an Hand der schematischen Zeichnung beschrieben, in der die Diode im Schnitt gezeigt ist.
Eine Kugel aus 45 Teilen Bi, 55 Teilen Zinn und 5 Teilen Pt (Gewichtsteilen) mit 0,5 mm Durchmesser wird auf eine Seite eines p-leitenden GaAs-Körpers 1 mit einer Dicke von 50 μΐη, der mit 1017 Atomen pro Kubikzentimeter Zn dotiert ist, gelegt und das Ganze während 30 Minuten im Vakuum auf 5000C erwärmt, wobei bei der Abkühlung ein η-leitendes Gebiet 2 entsteht. Gleichzeitig werden 98 Teile Bi und 2 Teile Cd auf die andere Seite des Körpers auf legiert, um einen ohmschen Kontakt zu erzielen.
Ein versilberter Molybdänstreifen 5 wird dann auf der anderen Seite des Körpers mittels einer auf 21O0C erwärmten Platte festgelötet, wobei Indiumlot in Form einer Schicht auf dem Körper benutzt wird.
Es wird ein Nickeldraht 4 mittels eines eutektischen Zinn-Blei-Lotes an der erstarrten Schicht 3 festgelötet und die so erhaltene Diode in bekannter Weise umhüllt.

Claims (16)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung eines Legierungskontaktes an einem Halbleiterkörper eines Halbleiterbauelementes, bei dem ein mindestens 25 Gewichtsprozent Wismut enthaltendes Material auf den Halbleiterkörper auflegiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines Halbleiterkörpers aus einer halbleitenden Verbindung, die zwei oder mehr elementare Bestandteile enthält, von denen keiner Wismut ist, das aufzule·
gierende Legierungsmaterial aus einem oder mehreren der Elemente Platin, Zinn, Silber und Kadmium als weiteren Bestandteilen besteht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Legierungsmaterial zu mindestens 95 Gewichtsprozent aus Wismut besteht.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Wismut und Platin auf den Körper auflegiert werden, wobei die Menge Platin bis zu 100/o des Gewichtes des Wismuts plus des Platins beträgt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewichtsanteile des Wismuts und des Platins von 0,5 Teilen Platin und 99,5 Teilen Wismut bis zu 5 Teilen Platin und 95 Teilen Wismut betragen.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Wismut und Zinn auf den Körper auflegiert werden, wobei die Gewichtsanteile des Wismuts und des Zinns von 25 Teilen Wismut und ao 75 Teilen Zinn bis zu 99,9 Teilen Wismut und 0,1 Teil Zinn betragen.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewichtsanteile des Wismuts und des Zinns von 45 Teilen Wismut und 55 Teilen Zinn bis zu 99 Teilen Wismut und 1 Teil Zinn betragen.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu dem Wismut und dem Zinn bis zu 10 Gewichtsteile Platin auf den Körper auflegiert werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewichtsanteile des Wismuts, des Zinns und des Platins von 1 bis 55 Teilen Zinn, 1 bis 5 Teilen Platin, Rest Wismut betragen.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Wismut und Silber auf den Körper auflegiert werden, wobei die Gewichtsanteile des Wismuts und des Silbers von 99,9 Teilen Wismut und 0,1 Teil Silber bis zu 70 Teilen Wismut und 30 Teilen Silber betragen.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewichtsanteile des Wismuts und des Silbers von 99 Teilen Wismut und 1 Teil Silber bis zu 97 Teilen Wismut und 3 Teilen Silber betragen.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiteres dotierendes Material in einer Menge bis zu 5 Gewichtsprozent des oder der anderen auflegierten Materialien auf den Halbleiterkörper auflegiert wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil des zusätzlichen Werkstoffes bis zu 2 Gewichtsprozent des oder der anderen auflegierten Materialien beträgt.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis
12, dadurch gekennzeichnet, daß Cadmium als Akzeptorverunreinigung zur Bildung einer p-leitenden rekristallisierten Schicht benutzt wird.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Körper aus Galliumarsenid verwendet wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis
13, dadurch gekennzeichnet, daß ein Körper aus Galliumphosphid verwendet wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein Körper aus Indiumantimonid verwendet wird.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 909507/1401
DEN24245A 1963-01-09 1964-01-07 Verfahren zur Herstellung eines Legierungskontaktes an einem Halbleiterkoerper Pending DE1289193B (de)

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GB1074283A (en) 1967-07-05
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