DE1000533B

DE1000533B - Verfahren zur Kontaktierung eines Halbleiterkoerpers

Info

Publication number: DE1000533B
Application number: DES41303A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Chem Georg Rosenberger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1954-10-22
Filing date: 1954-10-22
Publication date: 1957-01-10
Also published as: DE1004294B

Description

Verfahren zur Kontaktierung eines Halbleiterkörpers Bei der Kontaktierung eines Halbleiterkörpers können insofern Schwierigkeiten auftauchen, als sich Fremdschichten auf der Halbleiteroberfläche ausbilden können, deren Entfernung zur sperrschichtfreien Kontaktierung zwischen Kontaktmetall und Halbleiterkörper unerläßlich ist. Diese Fremdschichten können z. B. durch Oxydation der Kristalloberfläche des Halbleiterkörpers entstehen. Diese treten besonders bei Siliziumoberflächen sehr störend auf, besonders deshalb, weil es nicht genügt, durch irgendein physikalisches oder chemisches Verfahren die Schichten zu beseitigen, um nachher die Kontaktierung vorzunehmen, da sich im Augenblick einer Unterbrechung des Entfernungsprozesses der Oxydschicht spontan eine neue Oxydschicht bildet, wodurch die vorangegangenen Maßnahmen wieder aufgehoben werden. Man hat daher vielfach auch in den Fällen, in denen auf sperrschichtfreie Kontaktierung Wert gelegt wird, auf die Beseitigung der Fremdschichten ganz oder teilweise verzichtet und eine mehr oder minder ausgeprägte Fremdschicht in Kauf genommen, um nach dem üblichen Verfahren durch Galvanisiverung oder durch Kathodenzerstäubung oder anderen Maßnahmen die Kontaktierung durchzuführen. Aufgabe der Erfindung ist es, diese Schwierigkeiten und Mängel bei der Kontaktierung zu vermeiden und eine einwandfreie sperrschichtfreie Kontaktierung eines Halbleiterkörpers zu ermöglichen. Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zur Kontaktierung von Halbleiterkörpern, beispielsweisevon Siliziumkristallen, vorzugsweise Einkristallen, für Halbleiteranordnungen, beispielsweise Gleichrichter, Detektor, Transistor, Randsperrschicht (Schottky), Unipolartransistor, mit oder ohne Vorspannung betriebene Photozelle, Fieldistor, Heißleiter, Varistor, magnetisch und/oder elektrisch steuerbarer Widerstand u. dgl. Die Erfindung besteht darin, daß der Halbleiter mit einer solchen Ätzflüssigkeit mit metallischen Verbindungen als Zusätzen behandelt wird, daß Fremdschichten, insbesondere Oxydschichten, durch die Einwirkung der Ätzflüssigkeit entfernt werden und gleichzeitig auf der Halbleiteroberfläche eine Metallkontaktschicht durch Ionenaustausch niedergeschlagen wird.
Die bestimmten Zusätze enthalten beispielsweise Metallionen, die in Form von in der Ätzflüssigkeit leichtlöslichen bzw, schmelzbaren Metallverbindungen, insbesondere -salzen, der Flüssigkeit zugesetzt werden. Als Ätzflüssigkeit kann beispielsweise eine Säure oder auch eine Alkalischmelze verwendet werden. die in der Lage ist, die auf der Halbleiteroberfläche liegenden Fremdschichten zu beseitigen.
Abscheidbar sind alle Stoffe, die edler als der Halbleiter sind und von der zur Entfernung der Oberflächensperrschichten benutzten Ätzflüssigkeit nicht gelöst werden, z. B. bei einem Halbleiter aus Silizium, der beispielsweise in Flußsäure getaucht ist, insbesondere Gold, Silber, Palladium, Rhodium, Platin und/ oder Kupfer. Außer dem genannten Silizium kommen als Halbleiter noch vor allem in Frage Germanium, Verbindungen von Elementen der III. und V., II und VI., I. und VII. Gruppe des Periodischen Systems, ferner Siliziumkarbid und oxydische Halbleiterverbindungen, vorzugsweise mit gelenkten Valenzen.
Es besteht in Weiterbildung des Verfahrens gemäß der Erfindung weiterhin durch Wahl geeigneter Zusätze die Möglichkeit, gleichzeitig mit der Kontaktierung bzw. durch diese dem Halbleiter Dotierungsmittel zuzuführen. So kann man z. B. die die Kontaktierung bewirkenden Stoffe so wählen, daß sie Dotierungsstoffe, beispielsweise Donatoren, Akzeptoren, Erzeuger von Haftstellen und/oder Rekombinationszentren, für die zu behandelnden Halbleiterkörper sind und den Leitfähigkeitstypus in gewünschter Weise festlegen.
Als Beispiel hierzu sei die Behandlung eines. Siliziumkristalls beschrieben. Durch Eintauchen des Kristalls in eine Lösung, die aus Flußs.äure mit Zusatz eines löslichen Goldsalzes, beispielsweise Goldchlorid (AuCl,), in Wasser (>der Alkohol besteht, werden die Fremdschichten z. B. auf der Siliziumoberflä,Che entfernt und Goldionen durch Austausch mit den freigelegten Siliziumatomen reduziert; hierdurch scheidet sich Gold auf der Oberfläche des Kristalls ab. Falls erwünscht, läßt sich Gold, das für Silizium als Akzeptor wirkt, durch thermische Nachbehandlung ganz oder teilweise in den Kristall eindiffundieren.
Unter Umständen kann es aber vorteilhaft sein, die Zusätze in der Flüssigkeit so zu wählen, daß die die Kontaktierungen und die damit verbundene Dotierung bewirkenden Stoffe verschiedenen Elementen engehören, gegebenenfalls außerdem verschiedene Konzentrationen aufweisen.
Da die durch Ionenaustausch hervorgerufene Kontaktschicht im allgemeinen nur wenige Atomlagen aufweist und hinsichtlich mechanischer Beanspruchungen nicht fest genug aufliegt, wird gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung eine Verfestigung und Verdickung der Kontaktschicht in an sich bekannter Weise vorgenommen, und die Verfestigung zwischen Kontaktschicht und Halbleiteroberfläche kann beispielsweise so erfolgen, daß durch Einbrennen die Haftfestigkeit der Kontaktschicht auf dem Halbleiter erhöht wird. Die Verdickung der Kontaktschicht kann durch Galvanisierung vorgenommen werden. Der die Verdickung verursachende Stoff kann dabei sowohl aus dem gleichen Stoff wie die vorher durch. Ionenaustausch bewirkte Kontaktschicht oder aus einem anderen Stoff bestehen, wobei dieser Stoff durch neuerlichen Zusatz nach dem Ionenaustausch in die Flüssigkeit gebracht wird oder aber unter Umständen schon vorher in ausrechender Menge in dieser vorhanden ist. Zweckmäßig wählt man die zeitliche Reihenfolge der Verfestigung und Verdickung so, däß zuerst die durch Ionenaustausch erzeugte dünne Kontaktschicht verfestigt wird, dann die Verdickung erfolgt und anschließend die gesamte Kontaktschicht nochmals verfestigt wird. Unter Umständen kann die erste der genannten Behandlungsweisen auch fortgelassen werden.
Gemäß einer weiteren Ausbildung des Erfindungsgedankens ist es unter Umständen angebracht, vor Einleitung des Verfahrens nach der Erfindung die Oberfläche des Halbleiterkörpers, zweckmäßig Einkristalls, zur Grobreinigung, Abtragung, Glättung bzw. bestimmt bemessenen Aufrauhung, mit mechanischen und/oder chemischen Mitteln oder durch Elektronenbombardement od. dgl. vorzubehandeln. Das Verfahren nach der Erfindung läßt sich verwenden bei der Herstellung von Gleichrichtern, Detektoren, Transistoren, Unipolartransistoren, mit oder ohne Vorspannung betriebenen Photozellen, Fieldistoren, Heißleitern, Varistoren, magnetisch und/oder elektrisch steuerbaren Widerständen u. dgl. Von besonderer Bedeutung ist das Verfahren nach der Erfindung zur Herstellung von Randsperrschichten eines Metalls auf einem Halbleiter (Schottkysche Randschichten) bzw. den Legierungstransistoren sowie entsprechenden Dioden oder Gleichrichtern.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: I. Verfahren zur Kontaktierung von Halbleiterkörpern, beispielsweise von Siliziumkristallen, vorzugsweise Einkristallen, für Halbleiteranordnungen, beispielsweise Gleichrichter, Detektor, Transistor, Randsperrschicht (Schottky), Unipolartransistor, mit oder ohne Vorspannung betriebene Photozelle, Fieldistor, Heißleiter, Varistor, magnetisch und/oder elektrisch steuerbarer Widerstand u. dgl., dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiter mit einer solchen Ätzflüssigkeit mit metallischen Verbindungen als Zusätzen behandelt wird, daß Fremdschichten, insbesondere Oxydschichten, durch die Einwirkung der Ätzflüssigkeit entfernt werden und gleichzeitig auf der Halbleiteroberfläche eine Metallkontaktschicht durch Ionenaustausch niedergeschlagen wird.
2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusätze in der Ätzflüssigkeit von solcher Art gewählt werden, daß gleichzeitig mit der Kontaktierung bzw. durch diese eine den Leitfähigkeitstypus des Halbleiterkörpers in gewünschter Weise bestimmende Zufuhr von Dotierungsmitteln, beispielsweise Donatoren, Akzeptoren. Erzeugern von Haftstellen und/oder Rekombinationszentren, verbunden ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktierung und die Dotierung durch dieselben Stoffe bewirkt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktierung und die Dotierung durch Stoffe, die verschiedenen Elementen angehören, gegebenenfalls außerdem verschiedene Konzentrationen aufweisen, bewirkt werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Behandlung eines Silizium- oder Germaniumkristalls als Ätzflüssigkeit Flußsäure oder ein Zusatz von Flußsäure gewählt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche I bis 4, dadurch gelennzeichnet, daß zur Behandlung eines Silizium- oder Germaniumkristalls als Ätzflüssigkeit eine Base, vorzugsweise eine Alkalischmelze, oder ein Zusatz einer Base gewählt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche I bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusätze Gold, Silber, Palladium, Rhodium, Platin, Kupfer oder Mischungen solcher in Form von in der betreffenden Ätzflüssigkeit löslicher chemischer Verbindungen, insbesondere von Halogeniden, gewählt werden. B. Verfahren nach einem der Ansprüche I bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß durch Anwendung geeigneter, gegebenenfalls bekannter Mittel eine Verfestigung der Kontaktschicht mit der Halbleiteroberfläche und eine Verdickung der Kontaktschicht vorgenommen wird. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verfestigung der Kontaktschicht mit der Halbleiteroberfläche eine Wärmebehandlung, beispielsweise ein Einbrennen, vorgenommen wird. Io. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verdickung der Kontaktschicht mit einem der Kontaktschicht entsprechenden oder anderen Metall eine Galvanisierung vorgenommen wird, wobei das zur Verdickung dienende Metall durch neuerlichen Zusatz nach dem Ionenaustausch in die Flüssigkeit gebracht wird oder aber unter Umständen schon vorher dieser zugesetzt wird. i i. Verfahren nach einem der Ansprüche I bis Io, dadurch gekennzeichnet, daß vor Anwendung des Verfahrens die Halbleiteroberfläche zur Grobreinigung, Abtragung, Glättung und/oder bestimmt bemessener Aufrauhung mixt mechanischen und/ oder chemischen und anderen, gegebenenfalls an sich bekannten Mitteln vorbehandelt wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Rompp, »Chemie-Lexikon«, Bd. II, 3. Auflage, 1953, S. 2049, Stichwort »Zementati@on«; Der Radio Markt, Beilage in der Elektro-Technik, Coburg, g. Februar 1951, S. 14 bis 16; Radio-Magazin, 1953, Nr. 9, S.309, 31a; Philips' Technische Rundschau, 13. Jahrgang, 1g51, H. q., S. 92, Stichwort »Gelenkte Valenzen«.