DE1281035B - Verfahren zum Anbringen einer Kontaktschicht auf einem Siliziumhalbleiterkoerper - Google Patents

Verfahren zum Anbringen einer Kontaktschicht auf einem Siliziumhalbleiterkoerper

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DE1281035B
DE1281035B DEJ27376A DEJ0027376A DE1281035B DE 1281035 B DE1281035 B DE 1281035B DE J27376 A DEJ27376 A DE J27376A DE J0027376 A DEJ0027376 A DE J0027376A DE 1281035 B DE1281035 B DE 1281035B
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Germany
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silver
silicon
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DEJ27376A
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Inventor
Franz Ehrhardt
Dipl-Phys Wolfgang Heinke
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TDK Micronas GmbH
Original Assignee
Deutsche ITT Industries GmbH
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Publication date
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    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H01L23/482Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of lead-in layers inseparably applied to the semiconductor body
    • H01L23/485Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of lead-in layers inseparably applied to the semiconductor body consisting of layered constructions comprising conductive layers and insulating layers, e.g. planar contacts
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/10Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/12Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/13Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process of an individual bump connector

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Description

  • Verfahren zum Anbringen einer Kontaktschicht auf einem Siliziumhalbleiterkörper Halbleiterbauelemente, deren Oberfläche mit einer Siliziumdioxydschicht bedeckt ist, die den an die Oberflächen tretenden Teil der pn-übergänge überdeckt und nur den für die Kontaktierung vorgesehenen Teil der Oberfläche frei läßt, werden gewöhnlich aus Silizium nach der Planartechnik hergestellt. Zu diesem Zweck wird die Oberfläche des Siliziumhalbleiterkörpers mit einer Siliziumdioxydschicht bedeckt, in die Oxydschicht eine Öffnung eingebracht, durch die Dotierungsmaterial des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps in den Halbleiterkörper eindiffundiert wird. Es entsteht im Halbleiterkörper eine dünne Schicht des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps mit einem pn-Übergang, dessen an die Oberfläche tretender Teil von der Oxydschicht noch bedeckt wird. Man kann diesen Vorgang wiederholen und in die eindiffundierte Schicht eine weitere Schicht des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps eindiffundieren, so daß eine dreischichtige Anordnung vorliegt, die einen Planar-Transistor darstellt. Wenn man nach dem ersten Diffusionsvorgang abbricht, liegt eine Planardiode vor.
  • Das der Erfindung zugrunde liegende Problem besteht darin, die eindiffundierte Schicht an der Oberfläche mit einem ohmschen Kontakt zu versehen. Zu diesem Zweck muß zunächst die Oberfläche mit einer Metallschicht bedeckt werden, an der dann eine Zuleitung angebracht wird, die z. B. als Preßkontakt aufgesetzt oder durch Wärmeeinwirkung mit der Metallschicht verbunden werden kann. Die Schwierigkeit liegt darin, eine gut haftende Schicht zu erhalten, die die dünne zu kontaktierende Halbleiterschicht nicht beschädigt und den gegebenenfalls für das Anbringen der Zuleitung notwendigen hohen Temperaturen oder Drücken standhält. Zum Herstellen von ohmschen Kontakten mit Siliziumschichten wird häufig Aluminium verwendet. Aluminium hat den Vorteil, daß es mit Silizium unter Beseitigung einer stets die Siliziumoberfläche bedeckenden Oxydschicht gut legiert. Es besteht dabei aber gleichzeitig die Gefahr, daß es bei dünnen Schichten schnell durch die Schicht hindurchlegiert. Ferner hält Aluminium für das nachfolgende Anbringen . der Zuleitungen keine hohen Temperaturen aus.
  • Aus der deutschen Auslegeschrift 1152 865 ist weiterhin bekannt, eine Kontaktschicht vorwiegend aus Gold auf einen Siliziumhalbleiterkörper aufzudampfen und anschließend einzulegieren. Gold weist aber ebenfalls den Nachteil auf, daß es keine hohen Temperaturen aushält.
  • Aus der USA.-Patentschrift 2802759 ist ferner bekannt, außer Kontaktschichten aus Aluminium auch Kontaktschichten aus Gold, Silber oder Platin auf einen über die eutektische Temperatur der entsprechenden Legierung erhitzten Halbleiterkörper, beispielsweise aus Silizium, aufzudampfen und einzulegieren.
  • Man kann zum Herstellen von ohmschen Kontakten auch Silberdrähte in den Siliziumkörper einlegieren. Dünne Schichten können auf diese Art nicht kontaktiert werden, da der Silberdraht durch diese Schicht hindurchlegiert. Das einfache Aufdampfen von Silber auf eine Halbleiterschicht gibt keinen guten ohmschen Kontakt, da hohe übergangswiderstände vorhanden sind und außerdem die Silberschicht schlecht haftet. Zur Beseitigung dieses Nachteils hat man Silberschichten unter hohem Druck auf den Halbleiterkörper aufgespritzt. Dabei besteht aber die Gefahr, daß dünne Halbleiterschichten oder die den Siliziumhalbleiterkörper bedeckende Oxydschicht bei Planaranordnungen beschädigt werden und es zum Kurschluß mit der nächstfolgenden Schicht kommt: Aus diesem Grunde hat man bisher die Siliziutrihalbleiterkörper von Halbleiteranordnungen, die nach der Planartechnik hergestellt wurden, nicht unmittelbar mit Silber kontaktieren können. Dagegen hat man nach der britischen Patentschrift 839 082 die Legierungselektroden eines Halbleiterbauelements zur Verbesserung der Lötfähigkeit versilbert. ` . - -Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anbringen einer bei hohen Temperaturen beständigen Kontaktschicht auf einem Siliziumhalbleiterkörper mit einem pn-1Jbergang, dessen Oberfläche mit einer Siligiumdioxydschicht= bedeckt ist, die den an- die Oberfläche tretenden Teil des pn-Übergangs bedeckt und nur den für dieontaktierung @l-xch Aufdämpfen von Silber vorgesehenen -Teil der Oberfläche frei läßt. Ein derartiges Verfahren ist aus der französischen Patentschrift 1363 491 bekannt. Das Problem des Haftens des Silbers an der Siliziumoberfläche wird dabei durch eine Zwischenschicht aus Mangan gelöst. Diese bedingt aber einen besonderen Arbeitsgang. Das Problem des Haftens bei dem bekannten Verfahren zum Anbringen einer bei hohen Temperaturen beständigen Kontaktschicht auf einem Siliziumhalbleiterkörper wird demgegenüber erfindungsgemäß dadurch gelöst; daß das Silber unter Verwendung geeigneter Aufdampfmasken unmittelbar auf den freien Teil der Siliziumoberfläche aufgedampft wird und der Halbleiterkörper mit der Silberschicht anschließend so kurzzeitig auf eine Temperatur zwischen 830 und 900° C gebracht wird, daß sich noch kein Gleichgewichtszustand der eutektischen Zusammensetzung Silber-Silizium einstellt.
  • Die Erfindung gibt ein vereinfachtes Verfahren an, mit dem es möglich ist, die Schwierigkeiten-einer Silberkontaktierung zu beseitigen und die Kontaktierung von Planar-Halbleiterbauelementen mittels einer Kontaktschicht aus Silber zu ermöglichen.
  • Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
  • Die Figur stellt eine Halbleiterdiode aus Silizium in Planarausführung dar. Der Halbleiterkörper l besteht aus Silizium eines Leitfähigkeitstyps, auf den eine Oxydschicht 2 aufgebracht ist, in deren zentralem Teil eine Öffnung, z. S. mittels photolithographischer Methoden, hergestellt wird. In dieser Öffnung wird eine- Zone 3 des entgegengesetzten Leitfähig keitstyps durch Eindiffundieren von geeignetem Dotierungsmaterial erzeugt. Diese relativ dünne Zone muß kontaktiert werden: Zu diesem Zweck wird nach der Erfindung von einer über der Öffnung befindlichen Verdampfungsquelle mit einer geeigneten Abdeckmaske Silber verdampft, das sich in der Öffnung absetzt. Im vorliegenden Beispiel ist die Maske so gewählt, daß das Silber teilweise auf den Rändern der Oxydschicht aufliegt. Es ist zweck mäßig, so viel Silber-. aufzudampfen, daß die Silberschicht 4 die Oxydschicht 2 überragt. Das Anbringen der Zuleitungen ist dann einfacher. Nachdem die Silberschicht auf den Halbleiterkörper aufgedampft ist, wird der Halbleiterkörper mit der Silberschicht erhitzt. Die Temperaturbehandlung wird entweder im Vakuum oder unter einem geeigneten Schutzgas durchgeführt. Bei der Temperaturbehandlung muß darauf geachtet werden, daß das Silber nicht durch die Schicht 3 hindurchlegiert. Aus diesem Grunde ist es zweckmäßig, den Temperaturvorgang so zu steuern, daß zwar die eutektische Temperatur gerade überschritten wird, daß sich aber kein Gleichgewichtszustand zwischen dem Silber und dem Silizium einstellen kann. Zu diesem Zweck wird der Ofen, in dem sich das Bauelement befindet, schnell aufgeheizt und sofort nach Erreichender eutektisehen Temper4tur von . 830° C wieder ' abgekühlt. Auf keinen Fall darf ein Temperaturbereich zwischen 830 und 900°C wesentlich- überschritten und die Temperatur über 830° C lange aufrechterhalten werden. Die Zeit der Temperaturbeljandlung, richtet sich nach der Dicke der aufgedampften Silberschicht und der zu kontaktierenden Siliziumschicht. Sie wird für die jeweilige. Halbleiteranordnung durch Versuche ermittelt und liegt in der Größenordnung von Sekunden. In den meisten Fällen wird der Ofen sofort nach Erreichen der vorgesehenen Temperatur wieder abgeschaltet. Unter diesen Bedingungen legiert nur ein kleiner Teil des Silbers in die Halbleiterzone 3 ein.
  • Der Silberkontakt weist den Vorteil auf, däß er zum Anbringen der Zuleitungen auf der Kontaktschicht r# Temperaturen .bis .530° f~ aushalten kann, ohne daß die Silberschicht beschädigt wird. Das Kontaktieren eines Siliziumhalbleiterkörpers mit Silber nach der Erfindung bringt außer der guter mechanischen. Haftfestigkeit und hohen T mperaturbeständigkeit der Silberkontaktschicht noch den Vorteil mit sich, daß derart kontaktierte Bauelemente besonders gute Kennlinien aufweisen. Es ist sogar beobachtet worden; daß vorher schlechte Kennlinien der Bauelemente durch das Aufbringen der Silberkontaktschicht nachträglich verbessert wurden. Ver, mutlich beruht diese Wirkung. der Silberkontaktschicht auf der an sich bekannten. getternden Wirkung von Silber auf unerwünschte Verunreinigungen in der Halbleiterschicht 3 und auf- der Oxydschicht 2. Bekanntlich ist die Löslichkeit derartiger Verunreinigungen, die z.13. aus unerwünschten Schwermetallatomen bestehen können, in Silber sehr groß, so daß diese im Silber gelöst und dadurch- unschädlich gemacht werden.
  • Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel betrifft eine Planardiode. Die gleichen Vorteile bringt das Anbringen von -Silberkontaktschichten auch bei Planar-Transistoren. Ein weiterer .Vorteil der SilberkQ.ntaktschicht besteht .noch darin, daß es sowohl zum Herstellen eines ohmschen Kontaktes auf p- als auch auf n-leitendem Silizium geeignet ist,

Claims (4)

  1. Patentansprüche: 1. Verfahren zum Anbringen einer bei hohen Temperaturen beständigen Kontaktschicht auf einem Siliziumhaibleiterkörpermit einem pu=übergang, dessen Oberfläche mit einer Siliziumdioxydschicht bedeckt ist, die den an die Ober-Fläche tretenden Teil des pn-übergangs bedeckt und nur den für die Kontakti.erung durch Aufdampfen von Silber vorgesehenen Teil der Oberüächefreiläßt, dadurch gekennzeichnet, daß das Silber unter Verwendung geeigneter Aufdampfmasken unmittelbar auf den freien Teil der Siliziumoberfiäche aufgedampft wird und der Halbleiterkörper mit der Silberschicht anschließend so kurzzeitig auf eine Temperatur zwischen 830 und 900° C gebracht wird, daß sich noch kein Gleichgewichtszustand der eutektischen Zusammensetzung Silber-Silizium einstellt.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgedampfte Schicht auf den Rändern der Oxydschicht aufliegt.
  3. 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Silberschicht die Oxydschicht in ihrer Dicke überlappt.
  4. 4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturbehandlung des mit der Kontaktschicht versehenen Halbleiterkörpers im Vakuum oder in einem Schutzgas durchgeführt wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1152 865; USA: Patentschrift Nr. 2 802 759; britische Patentschrift Nr. 839 082; französische Patentschrift Nr. 1363 491.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2802759A (en) * 1955-06-28 1957-08-13 Hughes Aircraft Co Method for producing evaporation fused junction semiconductor devices
GB839082A (en) * 1956-03-05 1960-06-29 Westinghouse Electric Corp Improvements in or relating to processes for making transistors
DE1152865B (de) * 1959-03-09 1963-08-14 Licentia Gmbh Verfahren zum Herstellen von Legierungs-kontakten durch Anlegieren von Gold oder ueberwiegend Gold enthaltenden Legierungen an Siliziumkoerper
FR1363491A (fr) * 1962-05-25 1964-06-12 Int Standard Electric Corp Couche métallique adhérente pour connexions électriques, en particulier pour les organes semi-conducteurs

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