DE1514668B2 - Verfahren zum herstellen von chrom- silber-kontakten auf halbleiterbauelementen - Google Patents
Verfahren zum herstellen von chrom- silber-kontakten auf halbleiterbauelementenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus US-PS 17 51 361 sind Gleichrichter mit Elektrodenpaaren bekannt, die bezüglich ihres elektrochemischen
Potentials asymmetrisch aufgebaut sind. Dabei kommen als elektronegative Elektroden Verbindungen
von Metallen und als elektropositive Elektroden reine Metalle in Frage. Ein Hinweis auf die Herstellung von
Kontakten auf Halbleiterbauelementen ist jedoch nicht zu finden.
Aus FR-PS 13 98 424 sind Metallkontakte auf Halbleiterbauelementen bekannt, die teils direkt auf der
Halbleiteroberfläche aufgebracht werden und teils auf SiO2 und Glasschichten, mit denen Teile der Halbleiteroberfläche
beschichtet sind, und die neben anderen Materialien folgende Schichten aufweisen: Eine Aluminiumschicht,
darüber eine Chromschicht und auf der Chromschicht eine Kupferschicht. Zur Erzeugung gut
haftender Kontakte ist ein Ein tempern bei 6000C vorgesehen.
Bei der Erfindung kommen hingegen als Kontakte Chrom-Silberschichten zur Anwendung. Auf ein Einsintern
der Kontakte wird im Hinblick auf die Sperreigenschaften der Bauelemente verzichtet.
ίο Aus BE-PS 6 57 021 ist es bekannt, ohmsche Kontakte
mit Schutzschichten auf einer Halbleiteroberfläche aufzubringen. Die Halbleiterbeschichtung setzt sich
neben einer Reihe verschiedener anderer Materialien aus den folgenden Schichten zusammen: Eine direkt auf
der Halbleiteroberfläche angebrachte, und an den Kontaktstellen mit Fensteröffnungen versehene S1O2-Schicht,
darüber eine Titan- oder Chrom-Schicht, über der Chrom-Schicht eine Platinschicht und auf dieser
Platinschicht eine Goldschicht. Die bekannten Kontakte weisen zwischen einer unter anderem vorgesehenen
Chrom- und Goldschicht eine Zwischenschicht aus Platin. Bei dem bekannten Verfahren ist ein Einsintern
der Kontakte bei 5000C bis 6000C vorgesehen. Das
erfindungsgemäße Verfahren erübrigt das Einsintern von Kontakten und bezieht sich außerdem auf
Chrom-Silber-Schichten.
In der GB-PS 1010 111 ist ein Verfahren zum
Aufbringen einer Chromschicht auf ein Glassubstrat beschrieben, wobei auf die Chromschicht anschließend
eine weitere Metallschicht aufgebracht wird. Beim Aufbringen der Doppelschicht ist jedoch mit Ausnahme
von Chrom-Gold ein Eintempern nötig.
Das Eintempern soll jedoch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren im Hinblick auf die Sperreigenschaften
der gefertigten Bauelemente nicht angewendet werden. Aus US-PS 29 73 466 ist es bekannt, eine Chrom-Gold-Schicht
mittels Eintempern auf einem Siliciumsubstrat anzubringen.
Ein Eintempern soll jedoch bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren nicht angewendet werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen von gut haftenden Kontakten,
insbesondere auf nach der Planartechnik gefertigten Halbleiterbauelementen anzugeben, bei dem nach
erfolgter Kontaktierung die Kenngrößen der Halbleiterbauelemente, insbesondere ihrer Sperreigenschaften
im wesentlichen unverändert bleiben, so daß der Fertigungsteil nach erfolgter Kontaktierung nicht
erhöht wird.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren nach dem Oberbegriff durch die Maßnahmen des kennzeichnenden
Teils des Anspruchs 1 gelöst.
Die aufgedampften Metalle bei den bisher üblichen Verfahren müssen, damit gute und festhaftende
Kontakte entstehen, eingetempert werden. Durch diesen Temperprozeß werden sehr häufig die Sperreigenschaften
der gefertigten Bauelemente verschlechtert. Bei Planardioden und -transistoren werden dabei
Diffusionsschichten mit < 1 μπι Dicke sehr leicht
durchlegiert, wodurch der normale Fertigungsausfall durch das Anbringen der Kontakte noch wesentlich
erhöht wird. Außerdem kann gelegentlich die Bildung von Metalltröpfchen stören, weil der Kontakt keine
durchgehende Metallschicht bildet.
Bei einer Ausführungsform wird die Chromschicht durch Aufdampfen bei einem Druck
< ΙΟ-5 Torr aufgebracht Als Verdampfer für Chrom hat sich ein
Wolframband, das mit einer insbesondere galvanisch
aufgebrachten Chromschicht versehen ist, als sehr gut geeignet erwiesen.
Es kann aber auch eine solche Anordnung gewählt werden, bei der Chrom in pulverförmigem Zustand
verwendet wird.
Die Verwendung von gesintertem oder gewalztem Chromblech als Verdampfer bietet eine weitere
Möglichkeit zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Es ist vorgesehen, eine Chromschicht in einer Schichtstärke von <
0,1 μπι aufzudampfen.
Grundsätzlich kann Chrom auch durch Kathodenzerstäubung, z. B. in Wasserstoff, bei ca. 10-2Torr
aufgebracht werden. Dabei dürfte jedoch der stetige Übergang zu dem Silber etwas schwieriger herstellbar
sein.
Die Silberschicht wird i. a. durch Aufdampfen bei einem Druck <
10-5Torr erzeugt und in einer
Schichtstärke von ungefähr 5 μπι hergestellt. Diese Kontakte können untereinander oder mit in gleicher
Weise auf eine Passivierungsschicht festhaftend aufgedampften Kontaktierflecken durch Leitbahnen verbunden
werden. Teile der Leitbahnen können eventuell unter Verwendung von Fotolack galvanisch verstärkt
werden, insbesondere wenn kleine oder komplizierte Geometrien ein dickeres Bedampfen durch gestanzte
Masken nicht erlauben.
Bezüglich ihrer elektrischen Eigenschaften sind Chromkontakte als ohmsche Kontakte nur auf sehr
niederohmigem Slicium, d. h. im wesentlichen auf hochdotierten Diffusionsschichten und auf den üblichen
Epitaxiesubstraten geeignet. Während beispielsweise nicht einlegierte Goldkontakte auf p-dotiertem Silicium
bis zu einigen Ohm · cm (ca. 1016 cm~3) brauchbar sind,
werden bei Chromkontakten auf p-Silicium mit einer Oberflächenkonzentration von 5 1O17Cm-3 Übergangswiderstände
von etwa 10—50 Ohm bei einer Fläche von 300 μπι 0 festgestellt. Andererseits ist auf
n-Silicium der Goldkontakt nur bei hoher Dotierung (> 1020Cm-3) als ohmscher Kontakt brauchbar, während
Chrom erst unter etwa 1018 cm-3 anfängt, gleichrichtende Metallhalbleiterkontakte zu ergeben.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, daß Chrom besser als Gold zur Herstellung
gleichrichtender Metallhalbleiterkontakte auf p-Silicium geeignet ist, wenn aus dem Verlauf der Spannungsabhängigkeit der Kapazität einer Aufdampfschicht die
Dotierungsverteilung, beispielsweise in Epitaxieschichten, bestimmt werden soll.
Bei Verwendung von Germanium als Halbleitermaterial liegen die Verhältnisse ähnlich.
Die Ausbeute an qualitativ guten Bauelementen ist nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erheblich
größer als dies nach den bisher üblichen Verfahren möglich war.
Im folgenden soll die Erfindung an Hand von Ausführungsbespielen und der F i g. 1 bis 6 näher
erläutert werden.
In F i g. 1 ist im Schnitt eine p-dotierte Siliciumeinkristallscheibe
1 gezeigt, in welcher durch Diffusion mittels einer η-dotierenden Substanz, beispielsweise Phosphor,
ein pn-Übergang 2 erzeugt worden ist. Die Halbleiterkristallscheibe
wurde mit einer Chromschicht 3 versehen, auf die eine weitere Metallschicht 4, aus Silber
bestehend, aufgebracht wurde. Diese Kristallscheibe dient zur Herstellung von Dioden in Glasgehäusen.
Vor dem Metallbedampfungsprozeß wird der mit der Dotierung versehene Halbleiterkristall einer kurzen
Oberflächenreinigung durch Abätzen von gestörtem Kristallmaterial in gepufferter Flußsäure und anschließender
gründlicher Spülung in destilliertem Wasser unterzogen. Nach einem kurzen, etwa 10—20 Sekunden
langen Ausheizen bei 350—4009C werden die Kristallscheiben
sofort in eine aus dem Rezipienten 11 bestehende Aufdampfapparatur wie in F i g. 2 abgebildet,
eingebracht An die Aufdampfapparatur ist bei dem mit 12 bezeichneten Pfeil eine öldiffusionspumpe
angeschlossen. Zur Verkürzung der Pumpzeiten und zur Verringerung des öldampfdruckes wird der Rezipient
11 beim Evakuieren mit heißem Wasser geheizt, welches dann beim Aufdampfprozeß durch Leitungswasser
normaler Temperatur oder durch flüssigen Stickstoff ersetzt wird. Als Verdampfer für Chrom wird
ein Schiffchen 13 aus Wolframband verwendet, in welches Chrom in Pulverform eingefüllt wird. Das
Chrom haftet besser am Verdampfer, wenn vor dem Aufheizen etwas Gold beigemischt worden ist. Das
Schiffchen mit dem Chrom und dem geringen Goldzusatz wird nun bei geschlossener Blende 25
mittels der Stromzuführung 10 auf eine Temperatur von ca. 1200°C gebracht; durch Messung des Ionenstroms
mittels einer Elektrode 26 und eines Mikroampermeters wird eine geeignete Aufdampfgeschwindigkeit eingestellt
Zuerst wird bei einem Druck < 10~5 Torr eine sehr dünne Chromschicht 3 von beispielsweise 0,1 μπι
Dicke aufgedampft wobei die Schichtdicke mit einer Fotozelle 27 kontrolliert wird, die hinter einer
Glasscheibe 28 angeordnet ist und auf das Licht vom glühenden Chromschiffchen 13 anspricht. Wenn der
Fotostrom nach etwa 5—20 Sekunden auf die Hälfte abgesunken ist, wird die mittels der Stromzuführungen
20 betriebene Heizung des mit Silber beschickten, neben dem Wolframschiffchen 13 angeordneten Molybdänschiffchens
14 eingeschaltet, so daß kurze Zeit beide Metalle gleichzeitig aufgedampft werden. Dadurch ist
die gute Haftfestigkeit der zweiten Metallschicht auf der Chromschicht gewährleistet. Schließlich wird nur noch
das zweite Metall, Silber, verdampft und bis zur gewünschten Schichtstärke, beispielsweise bis 5 μπι, auf
dem in die Aufdampfmaske 9 eingespannten Halbleitermaterial 1, 2, das mit einem Chromfilm 3 versehen ist,
abgeschieden. Die Abscheidung der Silberschicht 4 (s. F i g. 1) dauert bei einer Schichtdicke von 5 μπι ungefähr
30 Sekunden.
Durch Verwendung von zwei deckungsgleichen gestanzten Molybdänmasken, zwischen denen die
Kristallscheibe während der Bedampfung gehalten wird und welche beidseitig nur die zum späteren Zerteilen
der Systeme vorgesehenen, den Ritzbahnen entsprechenden, etwa 100 μπι breiten Streifen abdecken, ist es
möglich, die Systeme so zu trennen, daß sie nach dem Brechen nicht an den Metallkontakten aneinander
haften. Die beidseitig bedeckten Siliciumkristallscheiben werden dann mittels eines handelsüblichen Klebstoffs
auf eine Glasplatte aufgekittet und durch Ritzen entlang der Ritzbahnen in die einzelnen Systeme zerlegt, die
dann in die Glasgehäuse eingebaut werden.
Eine andere Anordnung, ist in F i g. 3 abgebildet. Die Anordnung stellt einen Verfahrensschritt einer Siliciumplanardiode
dar, die in ein Miniaturglasgehäuse eingebaut werden soll. In einer p-dotierten Siliciumeinkristallscheibe
1 wurde durch Diffusion aus der Gasphase mittels Phosphor im Bereich eines Oxidfensters
7 eine η-dotierte Zone 2 erzeugt und dabei die Halbleiterkristalloberfläche mit einer glasartigen Phosphoroxidschicht versehen, in die unter erneuter
Anwendung der bekannten Fotolacktechnik ein kleineres Fenster 17 konzentrisch zum ersten Fenster 7 zum
Anbringen des Kontaktes geätzt wurde, so daß die Teile der Phosphoroxidglasschicht und der Siliciumdioxidschicht
auf der HalbleiterkristaUoberfläche stehenblieben, die in der Figur mit 15 und 5 bezeichnet sind. Der
Aufdampfprozeß zum Herstellen des Metallkontakts auf der freigeätzten η-dotierten Zone 2 erfolgt, wie beim
Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 beschrieben. Dabei wird durch eine Doppelmaske 6 aus Tantal aufgedampft,
die nach dem Bedampfungsvorgang von der anhaftenden Chrom-Silber-Schicht (3, 4) durch Ätzen in einem
geeigneten Lösungsmittel leicht wieder befreit werden kann. Beim Aufdampfen durch diese Tantalmaske 6
bildet sich auf der η-dotierten Zone 2 eine in F i g. 3 deutlich erkennbare haufenförmige Abscheidung 4
(Höhe mindestens 70 μΐη) zur späteren Kontaktierung
vorgesehenen Materials (3, 4). Nach Entfernung der Masken können die Planarsysteme nach Zerteilen der
Kristallscheibe in die einzelnen Systeme sofort in das Glasgehäuse eingebaut werden. Dabei verhindert die
haufenförmige Abscheidung der Chrom-Silber-Kontakte (3, 4) auf der η-dotierten Zone 2, daß zwischen
Kontaktbügel und Ritzbahnen Kurzschlüsse entstehen.
Fig.4 zeigt eine Vergrößerung der in Fig.3
dargestellten Anordnung nach Entfernung der Doppelmaske, wobei die Schichtenfolge der auf dem mit der
η-dotierten Zone 2 versehenen Halbleitermaterial 1 aufgebrachten Siliciumdioxidschicht 5, der Phosphoroxidglasschicht
15 und der Chrom-Silber-Schicht 3 und 4 sehr gut erkennbar ist.
In den F i g. 5 und 6 wird gezeigt, wie es möglich ist,
Kontaktierflecken für Halbleiterbauelemente mit kleinsten Geometrien herzustellen. In einer p-dotierten
Siliciumeinkristallscheibe 1 wurden durch Diffusion aus der Gasphase mittels Phosphor unter Anwendung
bekannter Fotolacktechniken und Diffusionsmaskierung an bestimmten, hierfür vorgesehenen Stellen
η-dotierte Zonen 2 erzeugt Die mit 8 bezeichneten Bereiche an der HalbleiterkristaUoberfläche sind die
Gebiete, die bei der Freiätzung für die Phosphordiffusion maskiert waren und aus einer passivierenden
Siliciumdioxidschicht bestehen. Vor dem Bedampfen der Kristallscheibe mit den Metallkontakten wird die
über der η-dotierten Zone 2 bei der Diffusion entstandene Phosphoroxidglasschicht abgeätzt und die
Halbleiterscheibe ganzflächig auch auf der Passivierungsschicht wie beim Ausführungsbeispiel in F i g. 1
ίο beschrieben bedampft. In bekannter Weise werden die
Kontakte, Leitbahnen und Kontaktflecken mit einem Fotolack abgedeckt und die übrige aufgedampfte
Chrom- und Silberschicht mit einem oder zwei verschiedenen Lösungsmitteln, gegen die der verwendete
Fotolack widerstandsfähig ist, abgelöst. So entsteht die in der F i g. 5 mit 3 bezeichnete Chromschicht und
die mit 4 bezeichnete Silberschicht In Fig.6 ist in Draufsicht die gleiche Anordnung wie in Fig.5 im
Schnitt gezeigt, wobei die gleichen Bezugszeichen wie
ίο in Fig.5 gelten. Diese Art der Bedampfung wird
angewendet wenn Druck und Temperatur beim Kontaktieren für die Systemgeometrie nicht tragbar
sind oder wenn durch die sehr geringen geometrischen Abstände eine direkte Kontaktierung nicht durchführbar
ist.
Die Metallkontakte können, wenn erforderlich, auf galvanischem Wege noch verstärkt werden. Wenn
hierbei in Sperrichtung geschaltete pn-Übergänge die galvanische Abscheidung behindern, dann kann die
oben beschriebene letzte Anwendung der Fototechnik im wesentlichen in umgekehrter Weise angewendet
werden, d. h. daß nur die zu verstärkenden Kontakte, Leitbahnen und Kontaktierflächen frei von Fotolack
bleiben und galvanisch verstärkt werden, so daß nach
Entfernung des Lacks durch eine einfache Überätzung ohne Abdeckung die für die Galvanik als Brücken
erforderlichen Teile der Aufdampfschicht abgetragen werden können, wobei die galvanisch verstärkten Teile
nur unwesentlich angegriffen werden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (10)
1. Verfahren zum Herstellen von Kontakten für Halbleiterbauelemente, die insbesondere nach der
Planartechnik gefertigt sind, bestehend aus einer ersten, das Halbleiterbauelement unmittelbar kontaktierenden
Chromschicht und einer Silberschicht, wobei vor Vakuumabscheidung der Chromschicht
eine Reinigung der zu kontaktierenden Halbleiteroberfläche durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß nach Abscheidung der Chromschicht zunächst kurzzeitig Chrom und Silber gleichzeitig und sodann das Silber allein abgeschieden
werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Chromschicht durch Aufdampfen
bei einem Druck, der kleiner als 10-5Torr ist,
aufgebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Verdampfer für Chrom ein
Wolframband Verwendung findet, das mit einer, insbesondere galvanisch aufgebrachten Chromschicht
versehen ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Chrom in pulverförmigem
Zustand verdampft wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Verdampfer ein
gesintertes oder gewalztes Chromblech verwendet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Chromschicht
durch Kathodenzerstäubung in Wasserstoff bei 10~2 Torr aufgebracht wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Chromschicht in
einer Schichtstärke < 0,1 μπι hergestellt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Silberschicht durch
Aufdampfen bei einem Druck der kleiner als 10~5 Torr ist, erzeugt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Silberschicht in
einer Stärke von ungefähr 5 μπι hergestellt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgebrachten
Metallschichten an bestimmten, hierfür vorgesehenen Stellen galvanisch verstärkt werden.
Priority Applications (7)
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|---|---|---|---|
| DE1966S0101518 DE1514668B2 (de) | 1966-01-19 | 1966-01-19 | Verfahren zum herstellen von chrom- silber-kontakten auf halbleiterbauelementen |
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- 1967-01-19 SE SE83667A patent/SE331856B/xx unknown
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| GB1166202A (en) | 1969-10-08 |
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|---|---|---|---|
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
| E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
| EHJ | Ceased/non-payment of the annual fee |