DE1143374B - Process for removing the surface of a semiconductor crystal and subsequent contacting - Google Patents

Process for removing the surface of a semiconductor crystal and subsequent contacting

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DE1143374B
DE1143374B DES45100A DES0045100A DE1143374B DE 1143374 B DE1143374 B DE 1143374B DE S45100 A DES45100 A DE S45100A DE S0045100 A DES0045100 A DE S0045100A DE 1143374 B DE1143374 B DE 1143374B
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Description

Verfahren zur Abtragung der Oberfläche eines Halbleiterkristalls und anschließenden Kontaktierung Ein bekanntes Verfahren zur Herstellung einer Sperrandschicht aufHalbleiterkristallen,beispielsweise aus Germanium, Silicium oder halbleitenden Legierungen und/oder Verbindungen, besteht darin, daß die Halbleiteroberfläche in einem ersten Arbeitsgang elektrolytisch abgetragen und anschließend in einem zweiten Arbeitsgang elektrolytisch kontaktiert wird. Dies kann z. B. derart geschehen, daß man einen aus einer Düse austretenden Strahl eines aus einer wässerigen Lösung eines geeigneten Salzes eines Kontaktie-Irungsmetalls bestehenden Elektrolyten auf die zu be- arbeitende Stelle der Halbleiteroberfläche richtet und dabei während des ersten Arbeitsganges den Halbleiter an ein Anodenpotential, den Elektrolyten an ein Kathodenpotential legt, so daß der Elektrolyt eine abtragende Wirkung auf die Halbleiteroberfläche ausübt. Nach Beendigung des Abtragungsvorgandes wird ohne den Elektrolytstrahl zu unterbrechen umgepolt, meo daß an dem nunmehr als Kathode geschalteten Halbleiter das im Elektrolyten gelöste Metall an der Halbleiteroberfläche in elementarem Zustand niedergeschlagen wird.Method for removing the surface of a semiconductor crystal and subsequent contacting A known method for producing a barrier layer on semiconductor crystals, for example from germanium, silicon or semiconducting alloys and / or compounds, consists in removing the semiconductor surface electrolytically in a first operation and then in a second operation is contacted electrolytically. This can e.g. B. done in such a way that one directs a jet exiting a nozzle of an electrolyte consisting of an aqueous solution of a suitable salt of a contacting metal to the area to be processed on the semiconductor surface and during the first operation the semiconductor to an anode potential, the Electrolyte applies to a cathode potential, so that the electrolyte has an abrasive effect on the semiconductor surface. After the ablation process has ended, the polarity is reversed without interrupting the electrolyte jet, meaning that the metal dissolved in the electrolyte is deposited on the semiconductor surface in an elemental state on the semiconductor, which is now connected as a cathode.

Dieses Verfahren ist an sich einfach durchzuführen. Grundsätzlich muß aber bei allen elektrolytischen Verfahren, auch wenn sie derart durchgeführt werden, daß die Bearbeitungsstelle nach erfolgter Abtragung nicht mehr mit Luft in Berührung kommt, folgendes in Betracht gezogen werden: Je nach Art des verwendeten Elektrolyten findet eine spezifische chemische Wirkung mit dem Halbleiterstab auch im stromlosen Zustand statt. So ist z. B. das den Elektrolyten verdünnende Wasser bei den meisten Halbleitem ein Oxydationsmittel, welches den Halbleiter - wenn auch nur in sehr geringem Maße - oxydiert. Solange der Halbleiter am Anodenpotential liegt, wird eine Oxydation durch den Abtragungsvorgang unterbunden. Während und nach dem Umpolen ist jedoch eine solche Oxydation möglich. Wenn auch die Oxydschichten, die auf Grund der Anwendung eines Elektrolyten entstehen können, extrem dünn sind. so schieben sie sich dennoch zwischen der Metallisierung und dem eigentlichen Halbleiter ein und führen auf diese Weise zu einer Beeinträchtigung der elektrischen Kontakte, die vor allem deswegen nicht unterschätzt werden darf, weil die Stärke dieser Oxydschichten von Fall zu Fall wechselt.This procedure is in itself easy to perform. In principle, however, the following must be taken into account in all electrolytic processes, even if they are carried out in such a way that the processing point no longer comes into contact with air after removal has taken place: Depending on the type of electrolyte used, there is also a specific chemical effect with the semiconductor rod takes place in the de-energized state. So is z. As the electrolyte diluting water in most Halbleitem an oxidizer which the semiconductor - if only to a very limited extent - oxidized. As long as the semiconductor is at the anode potential, oxidation is prevented by the erosion process. However, such oxidation is possible during and after polarity reversal. Even if the oxide layers that can arise due to the use of an electrolyte are extremely thin. they slide in between the metallization and the actual semiconductor and in this way lead to an impairment of the electrical contacts, which should not be underestimated because the thickness of these oxide layers changes from case to case.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Abtragung der Oberfläche eines Halbleiterkristalls und anschließenden Kontaktierung auf elektrischem Wege unter Umpolung. Sie schlägt vor, daß die Abtragung und Kontaktierung mittels Kathodenzerstäubung im Hochvakuum oder verdünnter Gasatmosphäre durchgeführt wird.The invention relates to a method for removing the surface a semiconductor crystal and subsequent electrical contacting with polarity reversal. She suggests that the removal and contacting by means of cathode sputtering is carried out in a high vacuum or a dilute gas atmosphere.

Gemäß der Erfindung lassen sich also im Vergleich zu einem elektrolytischen Verfahren besser definierte Verfahrensbedingungen bei der Oberflächenbehandlung von Halbleiterkristallen erreichen, da sowohl die Abtragung der Halbleiteroberfläche als auch die anschließende Erzeugung einer Sperrschicht aui ihr mittels einer im Hochvakuum oder in einer verdünnten Gasatmosphäre vor sich gehenden, eine Kathodenzerstäubung bewirkenden elektrischen Entladung durchgeführt wird. Dabei empfiehlt sich insbesondere auch die Anwendung einer verdünnten Wasserstoff- und/oder Halogenatmosphäre, z. B. bei Silicium die Anwendung einer Chloratmosphäre. Gewisse Gase, z. B. Halogene, wirken bezüglich des Abtragungsvorganges besonders rasch, da sich bei ihrer Anwendung neben der durch den Aufprall von Ionen auf die zu zerstäubende Halbleiteroberfläche hervorgerufenen Zerstäubung noch eine chemische Abtragungswirkung überlagert. Eine solche chemische Kathodenzerstäubung kann daher den Prozeß beachtlich beschleunigen. Insbesondere bei der Verwendung von Chlor als Behandlungsatmosphäre ist diese chemische Kathodenzerstäubung besonders beachtlich, weil durch die Wirkung der Entladung die Moleküle dieses Gases in Atome zerlegt werden, denen eine besonders hohe Aktivität zukommt. Die durch die Einwirkung entstehenden Verbindungen sind mindestens unter den Bedingungen der Entladung vollkommen flüchtig und können daher eine Verunreinigung der zu behandelnden Oberfläche nicht bewirken. Diese Wirkung ist sowohl für eine nachfolgende Dotierung mit Störstellen, beispielsweise Donatoren, Akzeptoren, Rekombinationszentren und/oder Haftstellen als auch Legierungsbildung mit einem Metall wichtig.According to the invention, compared to an electrolytic Process better defined process conditions for surface treatment of semiconductor crystals as both the removal of the semiconductor surface as well as the subsequent creation of a barrier layer on it by means of an im High vacuum or in a dilute gas atmosphere going on, a cathode sputtering causing electrical discharge is carried out. It is particularly recommended also the use of a dilute hydrogen and / or halogen atmosphere, e.g. B. in the case of silicon, the use of a chlorine atmosphere. Certain gases, e.g. B. halogens, act particularly quickly with regard to the removal process, since they are used in addition to that caused by the impact of ions on the semiconductor surface to be sputtered induced atomization is superimposed on a chemical abrasive effect. One such chemical sputtering can therefore speed up the process considerably. In particular when chlorine is used as the treatment atmosphere, this is chemical Cathode sputtering is particularly noticeable because the effect of the discharge causes the Molecules of this gas are broken down into atoms, which have a particularly high activity comes to. The connections created by the action are at least below completely volatile under the conditions of discharge and can therefore become an impurity on the surface to be treated. This effect is for both one subsequent doping with imperfections, e.g. donors, Acceptors, recombination centers and / or traps as well as alloy formation with a metal important.

Während des ersten Verfahrensschrittes wird der Halbleiter als Kathode geschaltet. Nach Beendigung der gewünschten Abtragung wird zur Erzeugung einer sperrenden oder nicht sperrenden Kontaktierung eine Metallschicht durch Umpolung bei gegebenenfalls gleichen atmosphärischen Bedingungen durchgeführt. Zu diesem Zweck besteht die dem Halbleiter gegengeschaltete, nunmehr an Kathodenpotential liegende Elektrode mindestens an ihrer Oberfläche aus dem beabsichtigten Kontaktierungsmetall. Da nunmehr an dieser Elektrode Kathodenzerstäubung auftritt, schlägt sich aus ihr das Kathodenmetall auf der Halbleiteroberfläche nieder. Gegebenenfalls kann bei Verwendung einer entsprechenden Gasatmosphäre das Kontaktierungsmetall zum Teil aus dieser stammen.During the first process step, the semiconductor is used as the cathode switched. After completion of the desired ablation, a blocking is created or non-blocking contacting a metal layer by polarity reversal if necessary carried out under the same atmospheric conditions. For this purpose there is the dem Semiconductor counter-connected electrode now at least at cathode potential on their surface from the intended contacting metal. Since now on this Electrode sputtering occurs, the cathode metal is knocked out from it down on the semiconductor surface. If necessary, when using a corresponding Gas atmosphere, the contacting metal come in part from this.

Das Verfahren nach der Erfindung ist zur Herstellung von Gleichrichtern und Transistoren und anderen Halbleiteranordnungen geeignet.The method according to the invention is for the manufacture of rectifiers and transistors and other semiconductor devices.

Das Verfahren der Kathodenzerstäubung wurde bereits an Goldplättchen vorgenommen, um deren Kristallstruklur freizulegen. Die Anwendung zur Behandlung von Halbleiterkristallen ist jedoch neu. Durch ihre Anwendung wird das an der Oberfläche solcher Kristalle zumeist vorhandene gestörte Kristallgitter entfernt, was im allgemeinen nach kurzer Zeit erreicht wird. Vorhandenes Oxyd wird dabei nicht nur beseitigt, sondern auch abgebaut. Die während des Abtragungsvorganges zerstäubten Halbleiterteilchen schlagen sich teils an den Gefäßwänden, teils an der Anode nieder. Wird die Anode nach Umpolung zur Kathode und ihrerseits zerstäubt, so gelangt ein Teil der vorher auf ihr niedergeschlagenen Halbleiteratome wieder zum Halbleiterkristall und wird nunmehr unter Bildung eines ungestörten Kristallgitters niedergeschlagen. Diese Tatsache begünstigt die Anlagerung der nachkommenden, aus der Kathode stamme'nden Metallatome, da die Bindungskräfte dieser frisch angelagerten Halbleiteratome durch den Einbau in die Halbleiteroberfläche nur zum Teil abgesättigt sind.The process of cathode sputtering was already carried out on gold platelets made to expose their crystal structure. The application for treatment of semiconductor crystals, however, is new. Their application makes it on the surface such crystals mostly removed disturbed crystal lattice present, which in general is reached after a short time. Existing oxide is not only removed, but also dismantled. The semiconductor particles atomized during the removal process are partly deposited on the vessel walls and partly on the anode. Will the anode after polarity reversal to the cathode and in turn sputtered, a part of the previously reached The semiconductor atoms deposited on it turn back into a semiconductor crystal and become now deposited with the formation of an undisturbed crystal lattice. These The fact favors the accumulation of the following, originating from the cathode Metal atoms, because the binding forces of these freshly attached semiconductor atoms through the integration into the semiconductor surface are only partially satisfied.

Sekundärreaktionen, die, wie z. B. die Bildung eines neuen Oxydes, beim Arbeiten mit elektrolytischen Flüssigkeiten nicht zu vermeiden sind, fallen bei Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens fort. Damit werden Kontakte optimaler Eigenschaften erhalten. Insbesondere gilt dies auch infolge des gemäß der Erfindung vorgeschlagenen Metallisierungsprozesses. Während elektrolytisch aufgebrachte Metallüberzüge häufig schwammig und porös sind und auf ihrer Unterlage schlecht haften, werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die feinverte-ilten Metallpartikehl mit hoher Geschwindigkeit auf der störungsfreien Halbleiteroberfläche niedergeschlagen. Dies bewirkt eine äußerst feste Konsistenz der erhaltenen Metallisierung, was auf die Güte der Kontaktierung nicht ohne Einfluß sein kann.Secondary reactions, such as. B. the formation of a new oxide, cannot be avoided when working with electrolytic liquids when exercising the method according to the invention. This makes contacts more optimal Properties preserved. In particular, this also applies as a result of the according to the invention proposed metallization process. While electrolytically applied metal coatings are often spongy and porous and adhere poorly to their base in the process according to the invention, the finely divided metal particles with high Speed deposited on the interference-free semiconductor surface. this causes an extremely solid consistency of the metallization obtained, which is due to the The quality of the contact cannot be without influence.

Claims (2)

PATENTANSPRÜCHE-1. Verfahren zur Abtragung der Oberfläche eines Halbleiterkristalls und anschließenden Kontaktierung auf elektrischem Wege unter Umpolung, dadurch gekennzeichne4 daß die Ab- tragung und Kontaktierung mittels Kathodenzerstäubung im Hochvakuum, oder verdünnter Gasatmosphäre durchgeführt wird. PATENT CLAIMS-1. Process for removing the surface of a semiconductor crystal and subsequent electrical contacting with polarity reversal, characterized in that the removal and contacting is carried out by means of cathode sputtering in a high vacuum or a dilute gas atmosphere. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine chemische Kathodenzerstäubung erzeugt wird. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die Kathodenzerstäubung erzeugende Gasentladung in einer verdünnten Wasserstoff- und/oder Halogenatmosphäre durchgeführt wird. 4. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zur Herstellung von Sperrandschichten und/oder Legierungssperrschichten in Gleichrichtern, Transistoren oder ähnlichen Halbleiteranordnungen. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 668 639; Zeitschrift für Elektrochenlie, 1954, S. 313 und 314; Chemisches Zentralblatt, 1955, S. 2616, F. Demichelis, »Kathodische Metallzerstäubung und Kristallstruktur«.2. The method according to claim 1, characterized in that a chemical cathode sputtering is generated. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the gas discharge generating the cathode sputtering is carried out in a dilute hydrogen and / or halogen atmosphere. 4. Application of the method according to one of claims 1 to 3 for the production of barrier layers and / or alloy barrier layers in rectifiers, transistors or similar semiconductor arrangements. Documents considered: German Patent No. 668 639; Zeitschrift für Elektrochenlie, 1954, pp. 313 and 314; Chemisches Zentralblatt, 1955, p. 2616, F. Demichelis, "Cathodic metal atomization and crystal structure".
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