DE1280420B - Verfahren zum Kontaktieren von Halbleiterbauelementen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

HOIl

Deutsche Kl.: 21g-11/02

P 12 80 420.5-33 (S 90350)

2. April 1964

17. Oktober 1968

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum großflächigen Kontaktieren von Halbleiterbauelementen durch Einlegieren einer dünnen, insbesondere nur etwa 1 μ oder weniger dicken, Kontaktmetallschicht in einen Halbleiterkörper, wobei auf der dünnen Kontaktmetallschicht eine dünne Schicht aus einem Material aufgebracht ist, das einen beträchtlich höheren Schmelzpunkt als das Material der Kontaktmetallschicht besitzt, kein Eutektikum mit diesem Material bildet und entweder den gleichen Leitungstyp im Halbleiterkörper wie das Kontaktmetall bewirkt oder bezüglich der Dotierung neutral ist.

Beim Einlegieren einer dünnen Metallschicht in einen Halbleiterkörper läßt sich ein Zusammenlaufen, des Legierungsmetalls zu Tropfen unterschiedlicher Größe und unterschiedlichen Abstands praktisch nicht vermeiden. Dadurch entsteht nicht der erwünschte, homogen zusammenhängende Flächenkontakt, sondern eine ganze Anzahl ungleichmäßiger Kontaktstellen. Auch die Einlegierung in den Halb- so leiterkörper ist ungleichmäßig; es entsteht eine unzusammenhängende zackenförmige Legierungsfront im Halbleiterkörper. Manche Metalle zeigen eine noch schlechtere Benetzung der Oberfläche der Halbleiterkörper, so daß sie sich von der Oberfläche des Halbleiterkörpers abrollen. Durch diese Schwierigkeiten kann die Kontaktierung manchmal gar nicht-erfolgen; erst durch Anwendung besonderer, schwierig durchzuführender Vorsichtsmaßnahmen kommt man zu Kontakten, die aber meist so unbefriedigend sind, daß sie die elektrischen Eigenschaften der Bauelemente negativ beeinflussen. Ebenso leidet die mechanische Stabilität der Bauelemente unter diesen Mängeln.

Auf Grund von Untersuchungen wurde zwar festgestellt, daß es Metalle gibt, die— wenn sie als dünne Schichten auf den Halbleiterkörper aufgebracht, z. B. abgeschieden sind — sich gut in den Halbleiterkörper einlegieren lassen. Ein derartiger Fall liegt beispielsweise bei Indium als Kontaktmetall und AⁱⁿB^v-Verbindungen, z. B. Galliumarsenid, als HaIbleitermatereial vor. Diese Metalle führen jedoch meist nicht zu einem gut leitenden, niederohmigen Kontakt mit diesen Materialien.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, nach dem einwandfreie Flächenkontakte an Halbleiterbauelementen mit ebenen, zusammenhängenden Legierungsfronten in den Halbleiterkörpern hergestellt werden können. Insbesondere handelt es sich dabei um die Herstellung sperrfreier, niederohmiger Kontakte.

Die Erfindung sieht zur Lösung dieser Aufgabe Verfahren zum Kontaktieren von
Halbleiterbauelementen

Anmelder:

Siemens Aktiengesellschaft, Berlin und München, 8000 München 2, Wittelsbacherplatz 2

Als Erfinder benannt:

Dr. Hartmut Seiter,

Hans-Eberhard Longo, 8000 München

vor, daß vor dem Aufbringen der dünnen Kontaktmetallschicht eine dünne Schicht aus niedrigschmelzenden, das Halbleitermaterial und das Kontaktmetall gut benetzenden Metall auf den Halbleiterkörper aufgebracht wird und daß auf die dünne Kontaktmetallschicht eine Schicht aufgebracht wird, durch welche die Haftfestigkeit der aus dem hochschmelzenden Material bestehenden Schicht erhöht wird und erst auf diese Schicht die aus dem hochschmelzenden Material bestehende Schicht. Durch die in der Erfindung vorgesehenen Maßnahmen gelingt die Herstellung einwandfreier Flächenkontakte. Die weitere Schicht aus dem schwer schmelzbaren Material wirkt dabei gleichsam als Fixiermittel für die eigentliche Kontaktierungsschicht.

In einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, auf die Schicht aus hochmelzendem Material eine gut lötbare Schicht aufzubringen.

Die Schichten können dabei in beliebiger Weise auf die Halbleiterkörper aufgebracht werden. Ein bekanntes Verfahren besteht darin, die Materialien aufzudampfen. Ebenso ist es bekannt, die Materialien, insbesondere Metalle, aus chemischen oder elektrolytischen Bädern abzuscheiden. Bei Halbleiterkörpern aus A^mB^v- oder AⁿB^VI-Verbindungen, die mit zwei parallelen, in der [lll]-Ebene liegenden Oberflächen vorliegen, ist es besonders vorteilhaft, wenn,

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wie bereits vorgeschlagen,, das Metall der .ersten dünnen Metallschicht aus einem alkalischen, das Metall in Komplexbindung enthaltenden Bad elektrolytisch auf die als Kathode geschalteten Halbleiterkörper abgeschieden wird. Durch diesen älteren Vorschlag ist es möglich, Metalle ohne Abdeckung der übrigen Flächen des Halbleiterkörpers, auf die eine Abscheidung unerwünscht ist, auf eine einzige Fläche der Halbleiterkörper abzuscheiden. Die. parallelen [lll]-Ebenen der im Zinkblendegitter' kristallisierenden Verbindungen, wie A^IIrB^v- oder AHB^-Verbindungen, unterscheiden sich im elektrochemischen Potential derart, daß die Abscheidung des Metalls stets auf die negativere tTTTj-Seitedes Halbleiterkörpers erfolgt, auf der die B^v- bzw. B^VI-Atome die äußerste Atomreihe bilden. Sogar wenn diese Seite des Halbleiterkörpers .der Gegenelektrode abgewendet ist, erfolgt die Metallabscheidung auf diese Seite, Auch die Abscheidung einer zweiten Metallschicht erfolgt nur auf diese Seite des Halbleiterkörpers, sogar wenn für das zweite Metall ein beliebiges, an sich bekanntes Bad verwendet wird. Das Verfahren gemäß der Erfindung läßt sich auf diese Weise besonders einfach gestalten, sofern die aus dem hochschmelzenden Material bestehende weitere Schicht wie die eigentliche Kontäktierungsschicht aus Metall besteht.

Beispielsweise wird ein gut haftender, einwandfreier, sperrfreier Kontakt an. einem η-leitenden GaI-liumarsenidkörper hergestellt, wenn auf den Halbleiterkörper zuerst als gut benetzende Schicht eine dünne Indiumschicht, danach eine Zinnschicht, auf diese wiederum eine dünne Indiumschicht und hierüber eine Nickelschicht aufgebracht wird.

Besonders günstig ist es, wenn die erste Indiumschicht mit einer Schichtdicke in der Größenordnung von 0,1 μ hergestellt wird.

Die Zuführung der Stromzuleitungen kann im allgemeinen mittels Druckkontakt oder Lötung erfolgen. Für die Gewährleistung einer einwandfreien Lötverbindung empfiehlt es sich in manchen Fällen, auf die obere, aus dem hochschmelzenden Material bestehende Schicht, die praktisch ein Fixiermittel für die eigentliche Kontäktierungsschicht darstellt, eine weitere Schicht aus einem gut lötbaren Material aufzubringen, das darüber hinaus aber mit dem Schichtmaterial eine gute Benetzung eingehen muß. Da sich Nickel bekanntlich nicht sehr gut löten läßt, ist es zweckmäßig, auf eine Nickelschicht beispielsweise eine Indiumschicht aufzubringen.

Wird der Halbleiterkörper beispielsweise in Form eines Dendriten verwendet, dessen Breitseiten [lll]-Ebenen sind, oder ein Halbleiterkörper, der so aus einem Halbleiterstab herausgeschnitten wird, daß zwei seiner parallelen Flächen in der [lll]-Ebene liegen, gestaltet sich das Verfahren gemäß der Erfindung besonders einfach, da der Halbleiterkörper dann nur nacheinander ohne Abdeckung der Flächen, auf die eine Abscheidung unerwünscht ist, wie bereits vorgeschlagen, in die alkalischen Bäder der jeweiligen Metalle eingetaucht zu werden braucht, wobei dann das jeweilige Metall, das in Komplexverbindung im Bad enthalten ist, elektrolytisch auf die [lll]-Ebene des als Kathode geschalteten Halbleiterkörpers abgeschieden wird. Nach der Abscheidung der.Metallschichten erfolgt dann erst das Einlegieren der Metalle in den Halbleiterkörper.

In der Zeichnung ist ein Halbleiterkörper 1 aus Galliumarsenid mit einer besonders günstigen Schichtenfolge dargestellt. Auf den Halbleiterkörper 1 ist eine dünne, etwa 0,1 μ dicke Schicht 2 ,aus Indium, dann eine, die eigentliche Kontäktierungsschicht bildende Schicht 3 aus Zinn aufgebracht. Auf dieser Schicht befindet sich zur besseren Haftung der eigentlichen Fixierungsschicht 5 aus Nickel eine Indiumschicht 4. Falls die Kontaktfläche durch Verlöten mit den Stromzuführungsdrähten verbunden werden soll, empfiehlt es sich, auf die Fixierschicht 5 aus Nickel eine weitere Schicht 6 aus Indium aufzubringen.

An Stelle von Zinn als Kontaktmetallschicht kann auch Zink oder Indium verwendet werden und an Stelle der hochschmelzenden Schicht aus Nickel eine Eisen- oder Silicdummonoxidschicht.

Letztere wird, wie an sich bekannt, vorteilhafterweise durch Aufdampfen aufgebracht.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum großflächigen Kontaktieren von Halbleiterbauelementen durch Einlegieren einer dünnen Kontaktmetallschicht in einen Halbleiterkörper, wobei auf der dünnen Kontaktmetallschicht eine dünne Schicht aus einem Material aufgebracht ist, das einen beträchtlich höheren Schmelzpunkt als das Material der Kontaktmetallschicht besitzt, kein Eutektikum mit diesem Material bildet und entweder den gleichen Leitungstyp im Halbleiterkörper wie das Kontaktmetall bewirkt oder bezüglich der Dotierung neutral ist, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Aufbringen der dünnen Kontaktmetallschicht eine dünne Schicht aus niedrigschmelzendem, das Halbleitermaterial und das Kontaktmetall gut benetzenden Metall auf den Halbleiterkörper aufgebracht wird und daß auf die dünne Kontaktmetallschicht eine Schicht aufgebracht wird, durch welche die Haftfestigkeit der aus dem hochschmelzenden Material bestehenden Schicht erhöht wird, und erst auf diese Schicht die aus dem hochschmelzenden Material bestehende Schicht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten weniger als 1 μ dick sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Schicht aus hochschmelzendem Material eine gut lötbare Schicht aufgebracht wird.

4. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper aus Galliumarsenid besteht und die Kontaktmittelschicht aus Zink, Indium oder Zinn gebildet wird.

5. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als hochschmelzendes Material Nickel, Eisen oder Siliciummonoxid verwendet wird.

6. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf einen Halbleiterkörper aus Galliumarsenid zuerst als gut benetzende Schicht eine dünne Indiumschicht, danach eine Zinnschicht und darüber wiederum eine dünne Indiumschicht aufgebracht wird und hierüber eine Nickelschicht.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Indiumschicht mit einer Schichtdicke in der Größenordnung von etwa 0,1 μ hergestellt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6 und/oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Nickelschicht zur besseren Verlötung eine Indiumschicht aufgebracht wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Auslegeschriften Nr. 1057 207, 461,1163 977;

schweizerische Patentschrift Nr. 345 079; USA.-Patentschrift Nr. 2 796 562;

»Zeitschrift für Naturforschung«, Bd. 14 A, H. 12,1959, S. 1072/73.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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