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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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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.
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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.
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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,