DE1302174B

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Publication number: DE1302174B
Application number: DE19601302174D
Authority: DE
Priority date: 1960-03-18
Filing date: 1960-03-18
Publication date: 1970-07-23
Also published as: NL261166A; CH400717A; GB920307A

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Halbleiterbauelementen mit klcinflächigen Elektroden, die durch Einlegieren von dünnen, homogenen, auf die Halbleiterkrislalloberflache aufgedampften Metallschichten erzeugt werden. Die bei diesem Verfahren auftretenden Schwierigkeiten bestehen vor allen Dingen in der mangelnden FornibeständigkeitmrdHomogenität der aufgedampften Metallschichten beim Legierungsvorgang. Bisher wurde versucht, unter- oder oberhalb der elektischen Temperatur das Dotierungsmaterial aufzudampfen und entweder gleichzeitig oder nachträglich einzulegieren. Das hat zur Folge, daß beim Einlegieren diese Metallfolien, deren Dicke in der Größenordnung von 1 μ liegt, zu kleinen, tropfenförmigen Teilchen, die wesentlich kleiner sind als die Aufdampffläche, zusammenschrumpfen und ein unerwünschtes, spitzenförmiges Einlegieren des Metalls in "den Halbleiterkörper, verbunden mit der Gefahr des Durchlegierens durch die äußerst dünne Transistorzone des Transistors, hervorrufen.

So ist z. B. aus der USA.-Patentschrift 2 802 759 ein Verfahren bekannt, bei dem auf eine Halblciterkristalloberfläche eine geschmolzene Metallschicht bestimmter Dicke aufgebracht wird, die außer einem Aktivatorstoff, beispielsweise Antimon, ein im Halbleitermaterial lösliches Metall, beispielsweise Gold, enthält.

Außerdem ist aus der deutschen Auslegeschrift 1 127 488 bekannt, daß zur Herstellung von Elektroden auf aus Germanium und Silizium bestehenden Halbleiteranordnungen zunächst eine dünne Goldschicht aufgebracht wird, die dann mit einer vorzugsweise aus Silber bestehenden Schicht verstärkt wird, wobei die zuletzt aufgebrachte Metallschicht mit dem Halbleitermaterial eine Legierung mit höherer eutektischer Temperatur als die des Systems Halbleitermaterial und Gold eingeht.

Zur Vermeidung einer unerwünschten, spitzenförmigen Einlegierung des Metalls in den Halbleiterkörper, der die Gefahr des Durchlegierens mit sich bringt, wurde auch ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem extrem dünne, beispielsweise kleiner als 10 μ betragende Metallschichten von bestimmter, vorgegebener Formgebung auf Halbleiterkristalle, vorzugsweise Einkristalle, dadurch aufgebracht werden, daß auf die hochgereinigte Halbleiteroberfläche zunächst eine Bedampfung mit Atomen der gleichen Substanz, aus denen der Mutterkvistall besteht, erfolgt, daß danach die Bedampfung mit Atomen des gewünschten Metalls einsetzt und nach Abschluß des gesamten Aufdampfvorganges die aufgedampften Schichten oberhalb der eutektischen Temperatur einlegiert werden.

Dieses Verfahren bietet einige Schwierigkeiten in der praktischen Durchführbarkeit hinsichtlich der Abstimmung der Aufdampftemperaturen. Diese Schwierigkeilen zu umgehen und die Möglichkeit zu besitzen, den ganzen Aufdampfvorgang in einem einzigen Schritt durchführen zu können, ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung.

Sie geht bei dem erfindungsgemäßen Verfahren so vor, daß beim Aufdampfen der Elektroden Partikeln aus einem zusätzlichen, von Ikilbleitcrgiundmatcrial verschiedenen Stoff, der sich in der Legierung aus Halblcilermnterial und Elektrodenmaterial nicht löst lind dessen Schmelzpunkt oberhalb des Schmelzpunktes des ElcktrodenmalcriaIs liegt, auf dem für die

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Elektroden vorgesehenen Bereiche der Halbleiterkristalloberiiäche mit niedergeschlagen werden und daß anschließend die aufgedampfte Schicht oberhalb der eutektischen Temperatur in den Halbleiterkristall ein-· legiert wird.

Durch das Vorhandensein eines in Form von festen Partikeln vorliegenden, zusätzlichen Stoffes während des Aufbringens des Elektrodcnmaterials wird erreicht, daß in der Aufdampfschicht ein festes Gerüst

ίο dieser Partikeln entsteht, so daß beim Einlegieren die als Elektroden vorgesehenen dii nnen MetaUflächen keine Schrumpfung und Tropfenbildung erleiden.

Durch das Verfahren gemäß der Erfindung werden die oben dargeslelUen Nachteile vermieden. Darüber hinaus werden gegenüber dem Bekannten noch weitere Vorteile erzielt, so z. B. der, daß_sicb. diese Legierungssteilen sehr gut kontaktieren lassen, was bei den herkömmlichen Verfahren, die die unerwünschten Inselbildungen zur Folge hatten, nicht der Fall

ao war. Darüber hinaus hat das Verfahren gemäß der Erfindung eine sehr gute, eben verlaufende Legierungsfront zur Folge, die für einen einwandfrei arbeitenden Emitter wegen des homogenen Stromlinien Verlaufes im Kristall erwünscht und beim Mesa-Transistor mit hoher Grenzfrequenz wegen, der außerordentlich dünnen, in der Größenordnung 1 bis 2 μ bewegenden Basisschicht notwendig ist. Die oben angegebenen Verhältnisse sind für optimale elektrische. Eigenschaften von Halbleiterbauelementen von entscheidender Bedeutung.

In einer Weiterbildung des Verfahrens nach der Erfindung ist der zusätzliche Stoff in der Verdampferquelle des Elektiodenmaterials enthalten und wird gleichzeitig mit dem Elekirodenmaterial auf die Halbleiterkristalloberfläclie aufgedampft. Verwendet man den hochschmelzenden Stoff in feinkörniger Form, so werden diese kleinen Körner, ohne zu schmelzen, von dem verdampfenden Stoff mit dem niedrigeren Schmelzpunkt mitgerissen.

Es liegt im Rahmen des Verfahrens nach der Erfindung, daß die Korngröße der Partikeln des zusätzlichen Stoffes kleiner oder gleich der Dicke der aufzubringenden Metallschicht ist, z. B. möge sich die Korngröße etwa zwischen 0,1 μ und 2. μ bewegen.

Die Erfindung sieht insbesondere vor, daß der gesamte Bedampfungsvorgang unterhalb der eutektischen Temperatur durchgeführt wird und die Bedampfung der Halbleiteroberfläche mit den die festen Partikeln bildenden Atomen entsprechend der Fovm·- gebung der aufzubringenden Metallschichten erfolgt. Bei Germanium als Halbleitergrundmateriai sind insbesondere Aluminium, Antimon oder Indium als Aufdampfmaterial geeignet, während bei Silizium als Halbleitergriindmaterial insbesondere Aluminium oder Antimon als Aufdainpfmaterial brauchbar sind.,

Das Verhältnis der Gewiclitsanteile der die festen Partikeln bildenden Atome zu den Gewichtsantcikrt des Metalldampfes, das in entsprechender Weise eingestellt ist. kann sowohl konstant gehalten als au;!; während des ganzen Aufdampfprozesses variiert weiden. Insbesondere ist auch vorgesehen, daß der Anteil der Atome des ElcktiOdenmaieriaIs während eic.=; Aufdampfvorganges vergrößert wird.

Bei dem Verfahren nach der Erfindung können als Paitikeln bildende zusätzliche Stoffe Oxyde des Elektrodenmaterial*, das in den HaIbIeiterkrislall einlegte« werden soli. Verwendung finden, z.B. ΛΙ.,Ο., bei Aluminium. Feinerhin ist vorgesehen, daß als

Claims

1 Partikeln bildende Stoffe Oxyde des Halbleitermaterials Verwendung finden, z. B. GeO2 bei Germanium oder SiO2 bei Silizium. Auch an die Verwendung anderer Oxyde oder Verbindungen ist gedacht. Außerdem ist vorgesehen, hochschmelzende Elemente hierfür vorzusehen, wie Kohlenstoff, Wolfram, Aiolybdhn oder Tantal. Vorzugsweise beträgt der Anteil des die Partikeln bildenden Stoffes 1 bis 2 Gewichtsprozent des Elektrodenmaterials. Die Bedampfungsvorgänge können in einer Edelgasatmosphäre und/oder in einer Atmosphäre, die dotierende Elemente in Gasform enthält, durchgeführt werden. Die Partialdriicke der Komponenten, die bei dem Bedampfungsvorgang anwesend sind, können während der Bedampfung auf die Bedürfnisse der zu erzielenden physikalischen Effekte verändert werden. Das Verfahren gemäß der Erfindung eignet sich besonders dazu, ein oder mehrere, beispielsweise 1 μ starke Metallschichten als kleine Flächen, beispielsweise in der Größenordnung von 0,1 ■ 0,2 mm, auf einen Halbleiterkristall aufzubringen. Mit dem vorliegenden Verfahren können sowohl Metallschichten mit Sperrschicht als auch solche ohne Sperrschicht hergestellt werden. Ebenfalls eignet sich das Verfahren gemäß der Erfindung zur Herstellung von Schichten aus schweroder nichtoxydierenden Edelmetallen, wie z. B. Gold und Silber, auf Halbleiterkörpern. Das angegebene Verfahren ist besonders geeignet zur Herstellung von Transistoren nach dem Mesa-Prinzip, bei dem eine ohmsche Kontaktfläche neben einer nichtohmschen Kontaktfläche auf einer Seite einer Halbleiteroberfläche aufgebracht ist, wobei der Abstand zwischen den Kontaktflächen in der Größenordnung von 5 μ liegt.

1. Ausführungsbeispiel

Auf einen eine Temperatur von 370° C aufweisenden Germaniumriegel wurden etwa 3 mg Germaniumdioxyd aufgedampft. Gleichzeitig erfolgte eine Bedampfung von 140 mg Aluminium. Nach Abschluß des Aufdampfvorganges wurden die aufgedampften Schichten bei 470° C zwei Minuten lang einlegiert. Dies ergab bei dem vorhandenen Abstand zwischen Veidampfungsquelle und Germaniumriegel von 7,5 cm eine Gesamtschichtdicke von etwa 0,8 bis 1,0 μ. Das beim ganzen Verfahren herrschende Vakuum betrug mindestens IO^-5 Torr.

2. Ausführungsbeispiel

Auf einen eine Temperatur von 300° C aufweisenden Germaniumriegel wurden 6 mg Germaniumdioxyd aufgedampft. Gleichzeitig erfolgte eine Bedämpfung von 230 mg Gold. Nach Abschluß des Aufdampfvorganges wurden die aufgedampften Schichten bei 400° C zwei Minuten cinlegiert. Dies ergab bei dem vorhandenen Abstand zwischen Verdampfungsquelle und Germaniumriegel von 7,5 cm eine Gesamtschichtdicke von etwa 0,3 bis 0,4 u. Das beim ganzen Verfahren herrschende Vakuum betrug mindestens IO^-3Torr.

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Halbleiterbauelementen mit kleinflächigen Elektroden, die

durch Einlegieren von dünnen homogenen, auf die Halbleiterkristalloberflächc aufgedampften Metallschichten erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, daß beim Aufdampfen der Elektroden Partikeln aus einem zusätzlichen, vom Halbleitergrundmaterial verschiedenen Stoff, der sich in der Legierung aus Halbleitermaterial und Elektrodenmaterial nicht löst und dessen Schmelzpunkt oberhalb des Schmelzpunktes des Elektrodenmaterials liegt, auf den für die Elektroden vorgesehenen Bereichen der Halbleiterkristalloberfläche mit niedergeschlagen werden und daß anschließend die. aufgedampfte Schicht oberhalb der elektischen Temperatur in den HalbIeiterkristalI einlegiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche Stoff in der Verdampferquelle des Elektrodenmaterials enthalten ist und gleichzeitig mit dem Elektrodenmaterial auf die Halbleiterkristalloberfläche aufgedampft wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Korngröße der Partikeln des zusätzlichen Stoffes kleiner oder gleich der Dicke der aufzubringenden Metallschicht gewählt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Korngröße der Partikeln des zusätzlichen Stoffes in der Größenordnung von 0,1 bis 2 μ liegt.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Elektrodenmaterial und dem zusätzlichen Stoff zu versehende Halbleiterkiistalloberflache während des Bedampfungsvorganges auf einer Temperatur unterhalb der elektischen Temperatur gehalten wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil der Atome des Elektrodenmaterials während des Aufdampfvorganges vergrößert wird.

7. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, das als Partikeln bildende zusätzliche Stoffe Oxyde des Elektrodenmaterials, das in den Haibleiterkristall einlegiert werden soll, z. B. Al₂O₃ bei Aluminium, verwendet werden.

8. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Partikeln bildende Stoffe Oxyde des Halbleiterkristalls, z. 3. GeO., bei Germanium oder SiO, bei Silizium, verwendet werden.

9. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Partikeln bildende Stoffe liochschmelzende Elemente, wie Kohlenstoff, Wolfram, Molybdän oder Tantal, verwendet werden.

10. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil des Partikeln bildenden Stoffes auf 1 bis 2 °/o Gewichtsprozent des Elektrodenmatcrials eingestellt wird.

11. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Bedampfung in einer Edelgasatmosphäre vorgenommen wird.

12. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche J bis II, dadurch gekennzeichnet, daß während des Aufdampfvorganges der Gasainio-

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sphäre dotierende Elemente in Gasform zugesetzt werden.

13. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dai3 die Partialdrücke der Komponenten, die bei dem Verdampfungsvorgang anwesend sind, während der Bedanipiuug verändert werden.

14. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Metallschicht aufgedampft wird, deren Dicke 1 μηι beträgt.

15. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß als Halbleitergrundmaterial Germanium und als Aufdampfmaterial Aluminium, Antimon oder Indium verwendet werden.

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16. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß als Halbleitermaterial Silizium und als Aiifdainpfmaterial Aluminium oder Antimon verwendet werden.

17. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß als Aufdampfmaterial Gold oder Silber verwendet werden.

IS. Anwendung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 17 zur Herstellung von Mesa-Transistoren, bei denen eine ohrnsche Kantaktfläche und eine nichtohmsche Kontaktfläche nebeneinander auf die gleiche Seite der Halbleiterkristalloberfläche aufgedampft sind, wobei_der Abstand der beiden Kontaktflächen etwa 5 μ beträgt.