DE1287400C2 - Verfahren zum vakuumaufdampfen einer metallschicht, insbesondere aus gold - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vakuumaufdampfen j;:'er Metallschicht, insbesondere aus Gold. \orzngsv.e se zur Herstellung eines Kontaktes, eines gleichrici.".enden Halbleitermetallkontaktes oder von Atzmaskicrungen. auf einem Halbleiterkörper. insbesondere aus Silizium.

Es sind bereits Verfahren bekanntgeworden, bei denen der Meiallkontakt durch Aufdampfen einer Metallschicht in einem Gasdruck von höchsten 10 * 'ois IO "'Torr hergestellt wird. Diese Art der Herstellung von Metallkontakten ist insbesondere bei Mesairansistoren und Planartransistoren iibiich. bei denen der Emitter- und der Basiskontakl auf diese Weise hergestellt werden. Der Emitterkontakt besieht dabei meist aus Aluminium und der Basiskontakt aus (ioid.

hs isi ein Nachteil des bekannten Kontaktierverfanrens. daß die Aufdampfschichten bei der AtZUn₁: leicht abblättern und auch mechanisch sehr empfindlich sind. Wenn man in üblicher Weise /irr Verbe»..·- _ao rung der Haftfestigkeit und der elektrischen Eigenschaften die Aufdampfschicht einlegten, mi zieht ■»so s<ch meist zu Tröpfchen zusammen und legiert sich mit einer einige Mikrometer dicken Schicht des HaU-leiterkörpers. s<> j_aß nur dickere Knstaib'onen in d;eser U eise k<>ntaktiert werden können Außerdem werden oft die elektrischen Eigensenafien des HaIbleitermaterials und gegebenenfalls der Passivierung durch die temperaturbehandlung lüinstin becnflußt. '

Aufgabe der vorlegenden Erfindung ist es. einen Weg aufzuzeigen, eine Metallschicht, insbesondere aus Gold, vorzugsweise zur Herstellung eines Kontaktes, eines gleichrichtenden Hä-bleit-rmelallkonlakles oder von Ätzmaskierungen, auf eine blanke, /e.^rstörungsfreie Halbleiteroberflache, insbesondere aus Silizium, mechanisch und chemisch widerstandsfähig im wesentlichen bei Zimmertemperatur im Vakuum aufzudampfen.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß /wischen dem Halbleiterkörper und der Verdampfungsquelle mindestens während des Beginns des Bedampfungsvorganges zur Beschleunigung des ionisierten Anteils der verdampfenden Metallatome in einem elektrischen Feld eine so hohe elektrische Spannung angelegt wird, daß der zu bedampfende Halbleiterkörper an seiner Oberfläche durch die Energie des beschleunigt auftreffenden Anteils der verdampfenden Metallatome bis zur Legierungsbildung mit dem aufdampfenden Metall erhitz; wird.

Als besonders vorteilhaft hat sich dabei eine Spannung von mehr als 1000 V. insbesondere von 3000 V, erwiesen.

Durch Anlegen einer Spannung zwischen dem zu bedampfenden Halbleiterkörper und der Verdampfungsi|uelle ist es möglich. Aufdampfschichten zu erzielen, die sowohl mechanisch als auch chemisch sehr widerstandsfähig sind. Außerdem wird bei diesem Verfahren auch vermieden, daß eine zerstörte Oberflächenschicht des Halbleiterkörpers unterhalb der Kontaktierung vorhanden ist, da im Gegensatz /u bisherigen Kultkontaktierverfahren die Halbleiteroberfläche vor dem Bedampfen nicht geläppt werden muH. sondern die Metallschicht auf die blanke Oberfläche des Halbleiterkörpers aufgebracht werden kann. Eine zerstörte Schicht unter der Kontaktierung erleichtert die Unterälzung der Kontakte, z. B. bei der Mesaätzune oder bei anderen Ätzvorgängen, und ist deshalb sehr ungünstig.

Um einen mechanisch und chemisch widerstandsfähigen Kontakt zu erzielen, muß weiterhin darauf geachtet werden, daß die zu bedampfende Oberfläche sauber ist und insbesondere die Oxidschicht vor dem Bedampfen entfernt wird. Dies geschieht vorteilhafterweise d :durch, daß die zu bedampfende Halbleiteroberfläche unmittelbar vor dem Bedampfungsvonjann mit Flußsäure behandelt und ohne f.pülung mil I.ö-unasmitteln od. dgl. mit der Metallschicht bedampft wird. Eventuell auf der Oberfläche verbleibende Säuretropfen werden vor dem Bedampfen mit einem Filterpapier oder durch Abschleudern entfernt. Die dünne. 1. B. durch Wasserspülung entstandene Oxidschicht kann auch durch Flußsäuredampf (HF-Gas) oder durch Sandstrahlen entfernt werden. Behand'uns: mit Flußshuredampf kann vor allem in den Fällen vorteilhaft sein, in welchen eine teilweise mi! Glas oder Oxid passivierte Halbleiteroberfläche zu bedampfen ,-.>. Die Spannung, die gemäß der Erfindung zwischen dem Halbleiterkörper und der Veidampfungsquelle angelegt wird, kann eine Wechsel spannung sein. Es kann aber auch eine Gleichspannung angelegt werden. Dabei ist es vorteilhaft, diese Gleichspannung so zu polen, daß der Halbleiter körper auf negativem Potential lieg;, die Bedampfung also unter hoher negativer Vorspannung des Halb ieiterkörpets erfolgt. Die auf die Halbleiteroberfläche auftreffenden Moleküle und Atome des verdampfen den Stoffes bilden bei entsprechend hoher Energ.e der auf treffenden Moleküle eine Mikrolegu-ning mit dem Halbleiterkörper. Dieser Vorgang wird besonders dann begünstigt, wenn das verdampferde Metall mit ücm Halbleitermaterial ein niederschmelzendes f utektikum b'ldei, wie dies .' B. bei Gold und S.üzium der Fall ist.

Die nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellten Aufdampfschichttn zeichnen sich durch besonders geringe Eindringtiefe aus und können daher sowohl als Kontaktmaterial als auch als Ätzmaske, insbesondere für äußerst dünne Halbieiterschichten. z. B. für Diffusionsschichten von einigen 10-·'· cm Dicke verwendet werden.

Die weitere elektrische Verbindung der unter Spannung aufgedampften Kontakte kann in bekannter Weise etwa durch über benachbarte Passiv ierungsschichten hinweg aufgedampfte Leitbahnen erfolgen. In manchen Fällen sind die bekannten Druckkontakte oder durch Thermokompression befestigte Zuleitungen günstiger. Eine dünne Goldaufdampfschtcht ist fast nicht lötbar, weil sich das Gold in last jedem geeigneten Lot rasch auflöst. Man erhält einen gut lötbaren Kontakt mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, wenn man das zuerst unter Spannung aufgedampft«: Gold galvanisch oder durch weitere Bedampfung mit einem anderen Metall, z. B. Silber oder Nickel, verstärkt und dann gegebenenfalls in gleicher Weise mit einem Lot, 1. B. Blei, beschichtet. Auch aus anderen Gründen kann es vorteilhaft sein, zunächst eirfindungsgemäß aufgedampfte Metall schichten galvanisch zu verstärken.

Eine nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellte Halbleiteranordnung, bei der die aufgedampfte Metallschicht als elektrischer Kontakt dient, kann z. B. nach dem an sich bekannten Mesaprinzip aufgebaut sein. Auf die z. B. mit Antimon n-dotierle Basiszone werden dabei Aluminium als Emitterkon-

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Ulk; und^ Gold als Ba-.;-kontakt aufgedampft. Nach Halbleiterkörper- gegen die Verdampfungsquelle ab.

dem Einlegieren entsteht iniierkaiii des Aluminium- so daß diese zunächst erhitzt w-.-rden kann, ohne daß

k>>r..-k^- der J.;mitler-pn-( 'bergjng. wahrend durch die dabei ausdamptenden Verunreinigungen auf die

d..s Cn-Id die Basisscivci·· ■■■■e:'ir-e. kuuiak^ert wird. zu bedampfende Halbleiteroberfläche gelangen. Nach

Nach dem Verfahren gem au der Erfindung können ;. Reinigung der Metallschmelze kann der Schirm durch

jedoch auch Halbleiteram.-rdnungcn hergestellt wer- entsprechende Drehung entfernt werden und der

deM. die einen gleichrichtenden Halblei-ermetalikon- Bedampfungsvorgang beginnen.

la¹-.; aufweisen. So ist auf diese W e:-e z. R. die He:- Außerdem ist ein weiterer Schirm 13 vorgesehen,

s-ei:ung ·.-;in Metall-Ha!b!i.;terJi.-.üen möglich. Ob der eine Bedampi'uiis; des l-olierriiigs 11 verhindert.

e.:ve erfindungsgemäß unter Spannung auigeiiampf'.e :o da eine aufgedampfte Metallschicht an dieser Stelle

Metallschicht sperrfrei oder gleich: ichtend wirk:, eiiu:: Kurzschluß bewirken würde.

hangt vom I eitungstvp und vom -pe/'!i-_t!ien Wider- Beim Ausführungsbeispie! ^estern der zu bedamp-

va:id de- HalbleitcTnaterials sowie von der Art de- lende Halhleiterkörpe: ai:- Mlizium und die Metall-

£ -.bedampften Metall, ah. S₁ ··, erden an ,hrei Ober- -chmelze 10 aus Gold S or dem Einbau der HaIb-

fi'i.iie sehr nieder«-hmige D .:usions-chlchten ihreh ι=, !eiterscheiben in die Apparatur wird die vom Lappen

e. eriindungsgemäße Bedampfen;: mei-t sperrfrei i;nd oder Polieren zerstörte Schicht abgetragen. Die

i :--.:ki;e;-·:. .ihr::u! 'Q. Cu-Id. Siber und cmiüe nun hianken Scncthcn werden nach einer weiteren

a Jere M-. lalle auf ζ l\ a-kuonc!er>\ Siliz/.um mil Spülen» in Je .luw.er'em W .isser kurz, vor der Be-

L ■ -'em speziiischen Widerstand von -etwa U, !ti cm dämpfung 'n Flußsaure eingetaucht und dann nicht

ι meHr cine starke Gleich;ichierw:rki.nc aufvAeisen ao gespult, sondern die verbindenden Säuretropfen mn

::e ei-"-' gemäß der Erfindung hi-ri: -ieiiten Metal: Filterpapier abgetupft Die so vorbehandelte HaIb-

.!tieii ^: die Benetzung der Oberfläche des Halb- leiterscreibe wird in die Bedampfungsapparatur e^:'i-

i-te:k rpers so gleichmäßig, daß eine aufgedampfte gebaut. Mindestens während de¹· Beginns der Be-

! . .'nietailschicht, z. P. eine G'.Mdschwht, auch als 'iampfuna des Siliziumkörpers mit dem Gold wird

.· .-ma-kicrang verwendet werden kann. E-. ist dabei 15 /.'Aachen dem Gehäuseboden und dem Gehause-

I . nders günstig, daß nach der Durchführung des deckel, also zwischen dem Halbleiterkörper und der

. . . ·. erfd.tr en', die als Atzmask ..τιΐηϋ dienende Me Verdampfungsquelle, eine Spannung, /B. eine

! U.-hich* gh Γι 7 oder m Teilen ah eiektr.-cher Kon. Gleichspannung, von 1."-0O V aufrechterhalten. I'm

ι -.: 'ü: die Halbleiteranordnung weiterver'Aeiuiet die Siliziumscheibe mit einer Schicht von 2 bis 4 u

'er. kann. Soll die al> Ätzmaske ..atgedprnrile 30 Gold zu bedampfen, enthält das MoiybdänschilTchen

, · ac Metallschicht später nur in Teilen als Kontakt- ⁽'i g Gold, und die Entfernung des Molvbdänschiff-

; . jr.ii verwendet werden, so kann diese erste :hens von de ■ iu bedampfenden Obertläche beträgt

' i .-r iüschicht im Bereich dieser Kontaktflächen mn 5 cm. Die Authei'.ung des Goldes auf die Verdamp-

: ;e; zweiten metal:,sehen oder nichtmetallischen fungstemperrAtur kann ζ B. durch Aufheizung des

■■ -;ichi z. B. galvanisch oder durch Bedampfung oder 35 Schiffchens mittels direktem Stromdurchgang erfol-

Potoiack überzogen werden, so daß bei der nach- gen, wobei als An-chlußelektroden Zuführungen 25

'■jenden Abätzung de; nur als Aizmaske dierenden und 26 dienen, wobei letztere elektrisch isoliert durch

; e !e t'.'r ersten Metallschicht die Kontakte geschütz; den Boden geführt ist.

• eiben Gemäß einer anderen Ausführungsform des \'er-

Djs gemäß der Erfindung vorgeschlagene Ver- 40 fahren* kann das Aufdampfschiffchen 9 auch mit

: :-ren wird im folgenden an Hand einige: besonders etwa 300t) V gegen Erde geladen sein und durch die

.ästiger Ausführungsbeispielc erläutert. Außerdem Elektronenstrahlen einer Glühkathode aufgeheizt

erden einige nach dem Verfahren eiemäß der Erfin- werden. Der ionisierte Anteil der verdampfenden

■,tung hergestellte Halbleiteranordnungen be chrieben. Goldatome trifft dann mit so hoher Energie auf die

Hei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbei- 45 zu bedampfende Oberfläche der Siliziumscheibe auf.

■".el besteht das Vakuumgefäß aus einem Nietall- daß eine Mikrolegierung erfolgen kann. Fs kann in

b den 14 und einem Metalldeckel 1. die durch einen manchen Fällen vorteilhaft sein, durch geeignete

Ring aus Isolierstoff, z.B. Keramik, der mit 11 be- Blenden und elektrische und, oder magnetische Felder

zeichnet ist. gegeneuiander isoliert sind. Der Ring 11 im Raum zwischen Verdampfer und Halbleiterkörper

aus Isolierstoff sitzt auf einem Ring 12, der z. R. aus 50 mindestens während des Beginns der Bedampfung

einem Metall besteht, auf. In diesem Gefäß ist eii.e nur den ionisierten Anteil des aufdampfenden Metalls

Öffnung 24 vorgesehen, die an einer Vakuumpumpe auf die Halbleiteroberfläche gelangen zu lassen,

angeschlossen ist. Auf diese Weise wird während des Ebenso kann durch zusätzliche ionisierende Mittel

Bedampfungsvorgangs ein Hochvakuum im Gefäß der ionisierte Anteil des aufdampfenden Metalls er-

aufrechteiiialten. Der zu bedampfende Halbleiter- 55 höht werden. Derartige Vorrichtungen sind aus der

körper 2 wird mittels Federn 5 und 6. die in Halte- Technik Jer Massenspektroskopie bekannt

runuen 3 und 4 befestigt sind, gegen den metallischen Selbstverständlich kann der zu bedampfende HaIb-

Deckel 1 des Reaktionsgefäßes gedrückt. In einem leiterkörper auch in der Mitte der Bedampfuiigs-

z. B. aus Molybdän bestehenden Schiffchen 9, das apparatur angeordnet sein und von beiden Seiten

einseitig mit dem Boden 14 des Reaktionsgefäßes 60 gleichzeitig bedampft werden. Gleichzeitige Bedamp-

lektrisch verbunden ist, befindet sich das zu ver- fung der zu kontaktierenden Flächen auf beiden

dampfende Metall 10. Mittels der Anschlüsse 15 und Seiten ist schon deshalb vorzuziehen, weil aiuleren-

16 kann eine elektrische Spannung zwischen dem falls bei der Bedampfung einer Seite die andere Seite

Halbleiterkörper und der Verdampfungsquelle ange- durch öldämpfe od. dgl. verunreinigt werden kann,

legt werden. Weiter ist ein Schirm 7 vorgesehen, der 65 Dabei empfiehlt es sich, als Verdampfungsquelle eine

vakuumdicht mil der Halterung 8 durch den Boden Drahtspirale, die- durch direkten .Stromdurchgang

des Reakticnsgefäßes 14 hindurchgeführt ist. Dieser erhitzt wird, zu verwenden, die mit dem zu bedamp-

Schirm deckt die zu bedampfende Oberfläche des fenden Metall beschichtet ist. Ebenso kann auch ein

einseitig geschlossenes, mit der aufzudampfenden Metallschmelze gefülltes und mit seiner üfTnung nahezu horizontal auf den Halbleiterkörper gerichtetes Röhrchen als Verdampfer dienen. I'm eine scharfe Begrenzung der aufgedampften Metallschichten zu gewährleisten, ist es weiterhin zweckmäßig, zwischen der Verdampfungsquelle und dem zu bedampfenden Halbleiterkörper eine Maske anzuordnen. Dies kann /.. Ii. auf einfache Weise dadurch geschehen, daß der Halbleiterkörper zusammen mit der Maske, die ζ. Β. ίο aus einer mit Löchern versehenen T.intalfohe bestehen kann, in einen Rahmen eingespannt wird. Auf diese Weise wird ein geringer Absland zwischen Maske und Halbleiterkörper gewährleistet und dadurch unscharfe Ränder der Aufdampfflecken vermieden. Beim beiderseitigen Bedampfen des HaIblciterkörpers wird dieser in eine entsprechend ausgebildete Bcdampfungsdoppelmaske eingespannt. Wird bei einer beidseitigen Bedampfung der Halbleiterkörper so in die Doppelmaske eingespannt, daß _ao die einzelnen Maskenöffnungen auf den beiden Seiten einander deckungsgleich oder nahezu deckungsgleich sind, so kann nach dem Bedampfungsvorgang der Halbleiterkörper in ein entsprechendes Ätzbad eingetaucht werden, bis er an den nicht von der Goldschicht bedeckten Teilen durchgeätzt ist. Es entsteht dann z. B. eine in F i g. 4 dargestellte Halbleiterdiode, wenn als Halbleiterkörper eine z. B. eine n-leitende Zone 29 und eine p-leitende Zone 30 aufweisende Siliziurnschcibc vcrA-endc! wird, bei der also ein pn- ₃₌ Übergang 31 parallel zu der bedampften Oberfläche verläuft. Mit 27 und 28 sind die aufgedampften Metallschichten, also z. B. die Goldschichten, bezeichnet. Sie dienen bei der fertigen Halbleiteranordnung als elektrischer Anschluß, während des Ätzverfahrens gleichzeitig als Ätzmaskierung.

?n der Fig. 2 ist eine Halbleiteranordnung, die als Mesatransistor ausgebildet ist. dargestellt. Sie besieht in an sich bekannter Weise aus einem Halbleiterkörper 17. der eine Mesa aufweist, die mit 32 bezeichnet ist. Auf der durch Diffusion erzeugten Basisschicht 18 sind nach dem Verfahren gemäß der Erfindung durch Aufdampfen ein Aluminiumkontakt 20 und ein Goldkontakt 19 erzeugt. Die Diffusionsschicht 18 ist vom n-Leitungstyp. während der als Kollcktorzone dienende Halbleiterkörper 17 p-Leitungstyp aufweist. Durch Einlegieren der Aluminiumschicht 20 wird der Eraiiter-pn-Übergang in der Basiszone 18 erzeugt, während die Goldschicht 19 den Ohmschcn Kontakt für die Basiszone bildet.

In der Fig. 3 ist eine Mcsadiode dargestellt, die aus einem Halbleiterkörper 21 du¹· e^;nen LcitungMyps und einer durch Diffusion erzeugten Schicht 22 des entgegengesetzten Leitungstyps besteht. Die Zone 21 ist mit einem Metallkontakt 33 versehen, der z. B. auch durch Aufdampfen nach dem Verfahren gemäß der Hrfindung hergestellt sein kann. Der elektrische Kontakt 23 ist durch Aufdampfen von Gold nach dem Verfahren gemäß der Hrfindung hergestellt. Er dient dabei gleichzeitig als Atzmaskierung bei der Herstellung der Mesa 34.

Selbstverständlich ist das vorgeschlagene Verfahren nicht auf die Anwendung der angegebenen Halbleitermaterialien und Metalle beschrankt, sondern es können auch andere Halbleitermaterialien, /.. B. Germanium oder A¹¹¹B' Verbindungen und entsprechende Metalle verwendet werden.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Vakuumaufdampfen einer Metallschicht, insbesondere aus Gold, vorzugsweise /ur Herstellung eines Kontaktes, eines gleichrichtenden Halbleitcrmctallkontaktes oder von Atzmaskierungen, auf einen Halbleiterkörper, insbesondere aus Silizium, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Halbleiterkörper und der Verdumpfungsquelle mindestens während i\rs. Rooinns clrs Reilnmpfiinrsvori'rini'i"«; /ur Bcschleunigung des ionisierten Anteils der verdampfenden Metallatome in einem elektrischen Feld eine so hohe elektrische Spannung angelegt wird, daß der zu bedampfende Halbleiterkörper an seiner Oberfläche durch die Energie des beschleunigt auftreffenden Anteils der verdampfenden Metallatome bis zur Legicrungsbiklung mit dem aufdampfenden Metall erhitzt wird

2 Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekeniuck-nnet. daß eine Spannung von mehr als KK)O V. insbesondere \on 3000 V, angelegt wird.

3. Verfahren nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gleichspannung angelegt wird, die so gepolt ist. daß der Halbleiterkörper auf negativem Potential liegt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgedampfte Metallschicht galvanisch verstärkt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen