DE1089892B - Verfahren zur Herstellung flaechenhafter ohmscher Elektroden auf einem Siliziumhalbleiterkoerper einer Halbleiteranordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung flächenhafter ohmscher Elektroden auf einem Siliziumhalbleiterkörper, einer Halbleiteranordnung, z. B. eines Transistors oder einer Diode, sowie HaIbleiteranordnungen mit solchen ohmschen Elektroden.

Bei der Herstellung von Halbleiteranordnungen, wie Dioden, Transistoren od. dgl., mit einem Körper aus Halbleitermaterial muß eine entsprechende elektrische Verbindung zwischen den äußeren Anschlüssen und den inneren elektrischen Ladungsträgern des Halbleiterkörpers hergestellt werden. Für einen einwandfreien Betrieb von Halbleiteranordnungen ist es wesentlich, daß eine derartige Verbindung Signale nicht dämpft oder unerwünscht verzerrt, und daher wird zwischen dem äußeren Anschluß und dem Halbleiterkörper eine flächenhafte ohmsche Elektrode oder Kontaktschicht mit niedrigen Verlusten und ohne Gleichrichtereigenschaften vorgesehen.

Allgemein ist es ein Ziel der Erfindung, zwischen den äußeren Anschlüssen und dem Halbleiterkörper einer Halbleiteranordnung eine verbesserte ohmsche Elektrode zu schaffen, die einen niedrigen Widerstand aufweist und zu niedriger Signal verzerrung führt.

Ohmsche Elektroden für Transistoren und Dioden werden allgemein in Elektroden vom Schnell-Rekombinations-Typ und Elektroden vom Nicht-Injektions-Typ eingeteilt. Die Schnell-Rekombinations-Elektrode ist in der Nachbarschaft eines pn-Überganges nicht geeignet. Daher wird allgemein, dort wo ein Transistor oder eine Diode eine metallische Elektrode verhältnismäßig dicht bei einem pn-übergang erfordert, eine Nicht-Injektions-Elektrode verwendet.

Die Erfindung befaßt sich mit ohmschen Elektroden mit schneller Rekombination, die bekanntlich zwischen dem Halbleiterkörper und einem niederohmigenmetallischen Überzug eine gestörte Schicht aufweisen, die vor dem Aufbringen des Überzuges durch Sandstrahlbehandlung, Schleifen oder andersartige mechanische Aufrauhung der Oberfläche des Halbleiterkörpers hergestellt wird. Die gestörte Schicht überträgt Spannungen ohne Gleichrichtung oder Verzerrung von der Elektrode zum Halbleiterkörper und besitzt gegenüber dem Stromfluß durch die Elektrode einen minimalen Widerstand. Dies kann der Tatsache zugeschrieben werden, daß die gestörte Schicht viele Rekombinationszentren liefert, an denen überschüssige Minoritätsträger mit Majoritätsträgern schnell rekombinieren können. Da die Wirkung der meisten Transistoren und ähnlicher Halbleiteranordnungen von der Emission und Kollektion von Minoritätsträgern an den aktiven Übergängen abhängt, absofbiert die gestörte Schicht Minoritätsträger schnell, und mit Ausnahme im Bereich eines pn-Überganges ist diese Elektrodenart für Halbleiteranordnungen besonders brauchbar.

Verfahren zur Herstellung
flächenhafter ohmscher Elektroden
auf einem Siliziumhalbleiterkörper

einer Halbleiteranordnung

Anmelder:

Sylvania Electric Products Incorporated,
eine Gesellschaft nach den Gesetzen

des Staates Delaware,
New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Görtz, Patentanwalt,
Frankfurt/M., Schneckenhofstr. 27

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 11. April 1957

Edward Basil Saubest.re, Elmhurst, N. Y. (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden

Es ist bekannt, flächenhafte metallische Elektroden auf Halbleiterkörper aufzulöten oder, da Halbleiteroberflächen schwer lötbar sind, besser zunächst einen galvanischen Metallüberzug, z. B. aus Kupfer, Nickel, Gold od. dgl., auf die abgeschliffene Oberfläche aufzubringen, bevor eine äußere Zuleitung aufgelötet wird.

Die Erfindung bezweckt die Schaffung eines verbesserten Verfahrens für die Herstellung ohmscher Elektroden des Schnell-Rekombinations-Typs auf einen Siliziumhalbleiterkörper. Insbesondere sollen Metalle auf einen Siliziumkörper galvanisch derart aufgebracht werden, daß ein hohes Maß an Haftfähigkeit des metallischen Überzuges an dem Halbleiterkörper sichergestellt ist. Die gemäß dem Verfahren nach der Erfindung hergestellten Elektroden sollen ferner bei hohen Arbeitstemperaturen der Halbleiteranordnung und/oder hohen Außentemperaturen einwandfrei arbeiten und während der Fertigung der Halbleiteranordnung das Auflöten äußerer Anschlüsse

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ermöglichen, die eine sichere Kontaktgabe gewährleisten.

Die genannten Ziele werden bei einem Verfahren zur Herstellung flächenhafter ohmscher Elektroden auf einem Siliziumhalbleiterkörper einer Halbleiteranordnung dadurch erreicht, daß zunächst die Oberfläche des kristallinen Siliziumhalbleiterkörpers zwecks Bildung einer gestörten Schicht mechanisch aufgerauht wird, daß dann diese gestörte Schicht auf der Oberfläche des Siliziumhalbleiterkörpers einem Ätzmittel aus Flußsäure und Salpetersäure mit einer solchen Säurekonzentration ausgesetzt wird, daß sich ein sichtbarer fest anhaftender Film von blauschwarzer Farbe auf dem Siliziumhalbleiterkörper ausbildet, und daß danach auf diesen Film ein metallischer Überzug, der durch den Film mit dem Siliziumhalbleiterkörper verbunden ist, aufgebracht wird.

Als Material für den metallischen Überzug kommt eine ganze Reihe verschiedener Metalle in Frage, und neben dessen ausgezeichneter Adhäsion führt das neue Verfahren zu dem weiteren wichtigen Vorteil, daß das Überziehen mit dem Elektrodenmetall mit einem beliebigen galvanischen Bad geschehen kann, daß keine speziellen Zusammensetzungen oder Vorsichtsmaßnahmen erfordert, außer den normalerweise bei der Verwendung üblicher galvanischer Bäder getroffenen.

Die genaue Zusammensetzung des bei dem Verfahren nach der Erfindung verwendeten Ätzmittels hängt in gewissem Umfang von der Reinheit und der Art der zu behandelnden Siliziumkörper ab, jedoch erwies sich ein Ätzmittel mit 92 bis 98 Volumteilen Flußsäure (48gewichtsprozentig) und 2 bis 8 Volumteilen Salpetersäure (70gewichtsprozentig) als geeignet.

Die für den speziellen Fall am besten geeignete Ätzmittelzusammensetzung läßt sich für eine gegebene Siliziumoberfläche bestimmen, indem dem Ätzmittel Salpetersäure zugefügt wird, bis an der Oberfläche des Siliziumhalbleiterkörpers Gasbildung auftritt und dort ein gleichförmiger, dünner schwarzer oder blauschwarzer Film gebildet wird. Zwei Zusammensetzungen, die sich besonders nützlich erwiesen, sind 95 Volumteile Flußsäure (48gewichtsprozentig) und 5 Volumteile Salpetersäure (70gewichtsprozentig) sowie 97,5 Volumteile Flußsäure (48gewichtsprozentig) und 2,5 Volumteile Salpetersäure (70gewichtsprozen-

Zwar ist die Anwendung von flußsäure- und salpetersäurehaltigen Ätzmitteln zur Behandlung von Siliziumhalbleiteroberflächen an sich bekannt, doch liegen die bekannten Verhältnisse in Gewichtsteilen Flußsäure zu Salpetersäure zwischen 9 :1 und 1:16, ein Bereich, innerhalb dessen die Ausbildung eines sichtbaren, festanhaftenden Filmes von blauschwarzer Farbe nicht erfolgt. Trotz der Brauchbarkeit der bekannten Ätzmittel für gewisse andere Zwecke, sind sie zur Vorbereitung von Siliziumhalbleiterkörpern für nachfolgendes Aufbringen eines metallischen Überzuges ungeeignet, insbesondere sind bei einer solchen Vorbehandlung erhaltene galvanische Überzüge wenig haftend und schaffen nicht die ausgezeichnete Anhaftung an der Zwischenfläche von Silizium und galvanischem Überzug, wie sie mittels des Flußsäure-Salpetersäure-Ätzmittels gemäß der Erfindung gegeben ist.

Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus den Darstellungen von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der nachfolgenden Beschreibung. Es zeigt Fig. 1 eine schematische Ansicht einer typischen Spitzendiode mit einer nach der vorliegenden Erfindung hergestellten ohmschen Elektrode,

Fig. 2 eine schematische Ansicht eines Spitzentransistors mit einer nach der Erfindung hergestellten ohmschen Elektrode und

Fig. 3 eine schematische Ansicht einer typischen gezogenen Flächendiode mit ohmschen Elektroden an den gegenüberliegenden Enden des Halbleiterkörpers.

In Fig. 1 ist eine typische Spitzendiode 10 veranschaulicht, die einen Siliziumhalbleiterkörper 12, einen Spitzenkontakt 14 und eine Basiselektrode 16 aufweist. Die Oberfläche 12 a des Siliziumhalbleiterkörpers 12 besitzt an der Spitze 14« des Kontakts 14 einen pn-übergang. Die Halbleiteranordnung weist zwischen dem Siliziumhalbleiterkörper 12 und der Basiselektrode 16 eine ohmsche Elektrode des Schnell-Rekombinations-Typs auf, die allgemein mit 18 bezeichnet ist. Die ohmsche Elektrode 18 besitzt eine auf der Unterseite des Siliziumkörpers 12 ausgebildete gestörte Schicht 20 sowie einen metallischen Überzug 22, welcher die gestörte Schicht bedeckt. Der Überzug 22 kann aus Kupfer, Nickel, Zink, Gold, Rhodium sein und wird verwendet, um die Basiselektrode 16 an den Siliziumhalbleiterkörper 12 anzulöten. Das für den Überzug 22 verwendete Metall wird vom Aufbau der Spitzendiode 10 bestimmt, insbesondere durch das Material der Basiselektrode 16.

In Fig. 2 ist ein Spitzentransistor 30 dargestellt, der einen Siliziumhalbleiterkörper 32, eine Emitterelektrode 34, eine Kollektorelektrode 36 und eine Basiselektrode 38 aufweist. Auf der Fläche 32 a des Halbleiterkörpers sind an den Punkten 34 a, 36 ader Spitzenkontaktelektroden entsprechende pn-Übergangszonen ΛΌ^εβεΙιεη. Bei dieser Ausführungsform ist der Siliziumhalbleiterkörper 32 mit der Basiselektrode 38 mittels einer ohmschen Elektrode 40 vereinigt, die eine sich auf der Unterseite des Siliziumhalbleiterkörpers 32 erstreckende gestörte Schicht 42 sowie einen Übergang 44 aufweist; "der es ermöglicht, die Basiselektrode 38 an den Halbleiterkörper 32 anzulöten.

Fig. 3 zeigt eine gezogene Flächendiode 50 mit einem Halbleiterkörper 52 und zwei Elektroden 54,56. Der Halbleiterkörper 52 besteht aus Silizium und ist derart gezogen, daß er Bereiche entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps aufweist, die praktisch in der Mitte zwischen den gegenüberliegenden Enden des Halbleiterkörpers 52 an der pn-Übergangszone 58 zusammentreffen. Die Elektroden 54,56 sind mit den gegenüberliegenden Enden des Halbleiterkörpers mittels ohmscher Elektroden 60, 62 vereinigt, von denen jede eine gestörte Schiebt 64 und einen galvanischen Überzug 66 aus einem entsprechenden Metall aufweist, welcher das Anlöten der benachbarten Elektrode an den Halbleiterkörper ermöglicht. Bei den typischen, jedoch nur beispielsweisen Halbleiteranordnungen nach den Fig. 1 bis 3 befinden sich die flächenhaften ohmschen Elektroden in Abstand von den pn-Übergangszonen der Anordnungen. Die gestörte Schicht, die ein Teil der ohmschen Elektrode ist, liefert viele Rekombinationszentren, an denen überschüssige Minoritätsträger mit Majoritätsträgern rekombinieren können. Auf diese Weise werden von dem metallischen Überzug herrührende Minoritätsträger schnell absorbiert, und die Signalübertragung vom metallischen Überzug zum Halbleiterkörper erfolgt ohne Gleichrichtung oder Signalverzerrung sowie mit einem Minimum an Stromfluß durch die Elektrode. Abgesehen davon, daß die gestörte Schicht Minoritätsträger gut absorbiert, gibt sie Minoritäts-

träger auch leicht ab, von denen viele wegdiffundieren und zu Schwierigkeiten führen würden, wenn die gestörte Schicht dicht neben einer pn-Übergangszone liegen würde. Daher ist die ohmsche Elektrode des Schnell-Rekombinations-Typs in ihrer Anwendung auf Fälle beschränkt, bei welchen sie sich nicht in der Nachbarschaft einer pn-Übergangszone befindet.

Die ohmschen Elektroden der Halbleiteranordnungen nach den Fig. 1 bis 3 können auf folgende Weise hergestellt werden:

Zunächst wird der Siliziumhalbleiterkörper auf einer Oberfläche mechanisch aufgerauht, um eine gestörte Schicht zu bilden. Die Aufrauhung führt zur Bildung von Ungleichförmigkeiten oder Diskontinuitäten in der Gitterstruktur des Halbleiterkörpers bis zu einer kurzen Entfernung unterhalb der Oberfläche. Es werden auf diese Weise kleine Risse erzeugt und die sonst kontinuierliche kristalline Anordnung des Halbleiterkörpers in viele kleine Partikeln aufgebrochen, die in dem Hauptkristallgitter des Halbleiterkörpers ihre Orientierung in Bezug aufeinander verlieren und somit viele Rekombinationszentren zum Sammeln überschüssiger Minoritätsträger bilden.

Die gestörte Schicht wird dann in das Ätzmittel aus Flußsäure und Salpetersäure eingetaucht, das 92 bis 98 Volumteile Flußsäure (48gewichtsprozentig) und 2 bis 8 Volumteile Salpetersäure (70gewichtsprozentig) enthält. Wie oben angedeutet, kann die genaue Zusammensetzung des Ätzmittels für eine gegebene Siliziumoberfläche bestimmt werden, indem dem Ätzmittel Salpetersäure zugefügt wird, bis Gasbildung an der gestörten Schicht auftritt und auf ihr ein sichtbarer, dünner fest anhaftender Film von schwarzer oder blauschwarzer Farbe gebildet wird. Geeignete Zusammensetzungen sind beispielsweise 95% Flußsäure und 5% Salpetersäure sowie 97,5% Flußsäure und 2,5% Salpetersäure.

Nach Bildung des Filmes wird der Halbleiterkörper in Wasser eingetaucht, um die Wirkung des Ätzmittels zu unterbrechen. Auf die so vorbereitete Oberfläche wird dann ein galvanischer Überzug aus entsprechenden Metallen, wie Kupfer, Nickel, Zink, Gold und Rhodium, aufgebracht. Soll das galvanische Bad alkalisch sein, so wird der Halbleiterkörper zweckmäßigerweise in eine alkalische Lösung eingetaucht und daraufhin mit Wasser abgespült.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung flächenhafter ohmscher Elektroden auf einem Siliziumhalbleiterkörper einer Halbleiteranordnung, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die Oberfläche des kristallinen Siliziumhalbleiterkörpers zwecks Bildung einer gestörten Schicht mechanisch aufgerauht wird, daß dann diese gestörte Schicht auf der Oberfläche des Siliziumhalbleiterkörpers einem Ätzmittel aus Flußsäure und Salpetersäure mit einer solchen Säurekonzentration ausgesetzt wird, daß sich ein sichtbarer fest anhaftender Film von blauschwarzer Farbe auf dem Siliziumhalbleiterkörper ausbildet, und daß danach auf diesen Film ein metallischer Überzug, der durch den Film mit dem Siliziumhalbleiterkörper verbunden ist, aufgebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ätzmittel mit 92 bis 98 Volumteilen Flußsäure und 2 bis 8 Volumteilen Salpetersäure verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß für das Ätzmittel 48gewichtsprozentige Flußsäure und 70gewichtsprozentige Salpetersäure verwendet wird.

4. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Siliziumhalbleiterkörper nach Ausbildung des sichtbaren fest anhaftenden Films zur Unterbrechung der Ätzwirkung in Wasser eingetaucht wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Auslegeschriften Nr. 1 000 533,
935;

Zeitschrift für Elektrochemie, Bd. 58, 1954, Nr.

5, S. 283 bis 321 (S. 307 und 308);

BeIe Lab. Record, Bd. 33, 1955, Heft 7, S. 260 bis (Fig. 1);

Journ. of appl. Physics, Vol. 25, 1954, Nr. 5, S. 634 bis 641 (S. 639 und 640).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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