DE1489017A1 - Verfahren zum Herstellen ohmscher Kontaktelektroden fuer Halbleiterbauelemente - Google Patents

Verfahren zum Herstellen ohmscher Kontaktelektroden fuer Halbleiterbauelemente

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Description

Neue Anmeldungsunterlagen
U89017
IBM Deutschland Internationale Büro-Maschinen Gesellschaft mbH
Böblingen, 18. Juni 1868 si-sr
Anmelder:
Amtliches Aktenzeichen:
Aiaenz. der Anmelderin:
International Business Machines Corporation, Armonk, N. Y. 10 504 P 14 89 017.6 (J 26 082 VIIIc/21g) Docket 14 036
Verfahren zum Herstellen ohmscher Kontaktelektroden für Halbleiterbauelemente
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen ohmscher Kontaktelektroden für Halbleiterbauelemente.
Die Herstellung ohmscher Kontakte ist in der Halbleitertechnik von großer Bedeutung und bereitete bisher meist ziemliche Schwierigkeiten. Diese wurden durch die in der Halbleitortechnik aufgekommenen Tendenzen zur Verkleinerung der Halbleiterbauelemente noch erhöht. In dem Maße wie diese kleiner wurden, ergab sich die Notwendigkeit, auch die daran anzubringenden ohmschen Kontakte im entsprechenden Ausmaße zu verkleinern. Komplizierte Fertigungstechniken wurden entwickelt, um mit diesem Problem fertig zu werden. Es ist z.B. bekannt, den Halbleiter mit einer einzelnen Schutzschicht zu umgeben, Durchbrüche in diese Schicht zu ätzen und auf diesen Durchbruch einen Metallkontakt aufzubringen. Insbeso-icUire wurden auch Verfahren zum Herstellen ohmscher Kontaktelektroden be- >annt, b:a Jenen sehr iiiedrig schmelzende Legierungen als Kontaktmetall benutzt wtu-d'ii and hei denen die aufgebrachte Metallschicht teilweise auch
π . , * 008827/0159
UHi erfagei (Art. 7 ■?, « Abe. 2 Nr. l Sat^adSs ÄnderunBeges. v. 4 9.
Neue Anmeldungsunterlagen
- 2 - . P 14 8!
18. Juni 1968
dem Schütze der Oberfläche des kontaktierten Halbleiterbauelementes dient. Auch bei Anwendung fortgeschrittener Fabrikationsverfahren der genannten Art kam es vor, daß die so erzeugten ohmschen Kontakte häufig durch später sich einstellende Schäden unbrauchbar wurden. Im allgemeinen wurde diese Schädigung verursacht durch Feuchtigkeit und andere atmosphärische Einflüsse, indem Verunreinigungen durch feine Haarrisse usw. zwischen Kontaktmetall und der Fläche der Schutzschicht ihren Eintritt in den Halbleiterkörper fanden, wodurch eine Verunreinigung der Halbleitersubstanz stattfand. Die Folge hiervon sind u.a. hohe Kontaktübergangs widerstände. Gleichfalls können unerwürechte Änderungen der Kenngrößen der Halbleitervorrichtungen eintreten.
DervorliegendaiErfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen ohmscher Kontaktelektroden anzugeben, bei dessen Verwendung die genannten Schäden nicht auftreten und welches daher die Möglichkeit eröffnet, Halbleiterbauelemente zu schaffen, deren Kontakte widerstandsfähiger gegen aus der Umgebung stammende Verunreinigungseinflüsse sind als dies bei den bisher bekannten Vorrichtungen der Fall war.
Hierbei soll die Kontaktstruktur selbst möglichst klein gestaltet "sein, so daß das kontaktierte Halbleiterbauelement in leichter Weise innerhalb der Vorrichtung, in der sie später betrieben werden soll, derart eingesetzt werden kann, daß keine unerwünschten elektrischen Neben- bzw. Kurzschlüsse zwischen bestimmten Stellen des Halbleiterbauelementes und der Befestigungsebene stattfinden.
Das die genannte Aufgabe lösende Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Halbleiterschicht mit einer Oxydschicht des Halbleitermaterials und an schließend mit einer schützenden Glasschicht überzogen wird, daß an der zu kontaktierenden Stelle ein sich bis auf die Oberfläche der Halbleiterschicht erstreckendes Loch in der Oxydschicht und der Glasschicht angebracht und das Kontaktmetall an der Grundfläche des Loches mit dem
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Neue Anmeldungsu
H89017
18. Juni 1968
Halbleitermaterial legiert wird, daß auf dieses Xontaktmetall, auf die Seitenwände des Loches und auf dessen nächste Umgebung auf der Oberfläche der Glasschicht eine für Verunreinigungen undurchlässige Metallschicht, darauf eine gut lötbare und darauf noch eine nicht oxydierbare Metallschicht aufgebracht werden.
Einzelheiten des Erfindungsgedankens ergeben sich aus der folgenden Beschreibung sowie aus den Zeichnungen. In den Zeichnungen bedeuten:
Fig. 1 einen Halbleitergrundkörper mit einzelnen angedeuteten
Sperrschichten;
Fig. 2 bis 8 eine einzelne derartige Sperrschicht mit anzubringendem ohmschem Kontakt (das hierzu benutzte Verfahren ist in verschiedenen Phasen dargestellt);
Fig. 9 eine fertig ko:-taktierte Vorrichtung mit einem metallischen
nicht oxydierenden Schutzüberzug über dem angebrachten Kontakt;
Fig. 10 eine spezielle Kontaktform, die eine günstige Befestigungs
art des Halbleiterelementes gestattet;
Fig. 11 eine erfindungsgemäß kontaktierte Halbleitervorrichtung nach
der Befestigung auf der Grundplatte, beispielsweise einer gedruckten Schaltung.
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In Pig. 1 ist eine grundlegende Halbleitervorrichtung dargestellt; Auf ihr sollen gemäß den Lehren der Erfindung Kontaktbereiohe angebraoht werden. Die Vorrichtung ist hergestellt aus einem Plättchen 10 aus Halbleitermaterial, z. B. aus P-leitendem Silizium, N-leitendem Silizium oder epitaxial aufgewachsenen Kombinationen aus N- und P-leitendem Material. Zur Vereinfachung der Beschreibung sei angenommen, daß das Plättchen 10 aus P-leitendem Silizium besteht. Mehrere flächenhafte Sperrschichten 12 können auf bestimmten Teilen der Oberfläche des Plättohens 10 nach herkömlichen Verfahren gebildet wer-. den. Bei einem geeigneten Verfahren werden Störstellen eines entgegengesetzten Leitungstyps (z. B. N-Verunreinigungen) durch eine Maske auf dfe betreffenden Bereiche des Plättchens 10 diffundiert. Dadurch entstehen PN-Sperrsohichten auf den Bereichen 12.
In Pig. 2 bis 7 sind einge Verfahrenssohritte dargestellt. Jede der Figuren stellt die Halbleitervorrichtung von Pig. 1 bei der Verarbeitung dar. Zur Vereinfachung wird die Formierung eines Kontaktes auf einem einzigen Bereich 12 gezeigt.
Fig. 2 zeigt das Plättchen 10 aus P-leitendem Silizium mit dem darauf aufgebrachten Sperrschichtbereich 12. Auf die ganso Oberseite des Plättohens 10 wird eine Siliziumdioxydschicht 14 aufgewaohsen. Sie kann eine Stärke etwa zwischen 8 COO und 10 000 Se besitzen. Obwohl auch andere herkömmliche Verfahren verwendbar sind, besteht eine bevorzugte Teohnik darin, das Plättohen 10 bei erhöhter Temperatur in eine sauerstoffhaltige Atmosphäre, z. B. in Wasserdampf, einzubringen, wodurch das Aufwachson der Schioht H beschleunigt wird. Die Schicht 14 trägt dazu bei, die Oberfläche des Plättchens 10 frei von aus der Umgebung, stammenden Verunreinigungen zu halten, auoh gestattet sie die Aufbringung von Glas ohne Beeinträchtigung der Oberfläche des Plättohens 10.
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Fig. 3 zeigt eine Glasschicht 16 auf der Silizium;,: ioxydcohicht 14, Geeienet ist Corning 7740-Glas, das roi C'.;0° üohniilzt. Diese Glasschicht kann mit herkömmlichen Verfahren hergestellt werden.· Sie kann eine Stärke von "Wa 8.000 bis 5OQOOO ί?Ε besitze:":. Naoh einem bekannten Verfahren wird ein flüssiger Glacbrei auf die Oberseite der Schicht 14 aufgebracht und dann getrocknet, so daß eine pulvorartige Sohicht entsteht. Dann wird dac Glas geschmolzen und dadurch die Schicht 1υ auf der Siliziumdioxydbchioht 14 erzeugt.
riußoa Verfahren besitzt mehrere Vorteile. In Vor t, ladung /alt der Siliziumdioxydschicht 14 schützt dio aufgebrachte Schicht die Oberfläche des Plättchens 10 gegen Verunreinigung, dom gestattet die vorherige Verwertung der Silisiumdioxydschicht 1 4 die Verwendung eines Glaces, dessen linearer l/ärmeausdehnuiigokoeffizient dem des Plättchens 10 angepaßt is~. Dadurch wer— dcü resultierende Dehnungen und Riese das Plättchens 10 auf ein Mincestraaß herabgesetzt.
F!g. 3 z?iit?;t ebenfalls die Bildung eines Photorosistes 13 auf be^tirorten Teilen der Glapechioht 16. Unter- einem Photoresist versteht ni5:i ©in Material* das bei Belichtung widerstandsfähig gageri fiie Wirkung bestircrrter Chemikalien viird. i£.in bekannter rhotor.esist ist KMßR, ein Produkt von Eastman Kodak Co. Hin anccii'SE !■■'s^orlal iat PKJl, ebenfalls von Eastman Kodak Co. In der verlierenden Besohreibung wird die VerwoixUns von KT-IER an^önoni- ίϊ,&ιι, daa in herkömmlicher Welse verw^ndat wirci.
Hs 'jf\ra durcli ^,intauohen,- Aufsprühen oder Auf fließen auf alle c* :-r-t·^ Ol 3i-fliehen aufgebracht - Bei Anwendung clea letztgenannten 7«; M^Jir#n«3 ifluC das: Plattc^er^ 10 In einer· Zentrifuge gedroht wards? . bi.K daß Photoniderstandsraatefial trocken iat. Nach dem Trocknen /-ir^ eine Kaaka* öle aus einem transparenten Material mit un- ; sichtigen Berelöiien bestoht,» Ubar das Plättchen 10 gelegt.
h die transparenten Serelohe der Maske läßt man ultraviolettes Lioht zur Bulioht&ng dee darunter befindIiohon Photoro-
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sists aufstrahlen. Dann v/ir^. KH£R-Entwiokler auf daa Photoresistmaterial aufgebracht, der dessen niehtbeiichteten Teil wegspült, wonach genau dimensionierte Aussparungen in der Schicht« 18 zurückbleiben..
Fig. 4 zeigt die Vorrichtung nach Behandlung ir.it einem Ätzmittel, das das Glas angreift, aber nicht die Siliziumdioxydcchicht 14. Es sind viele solcher Ätzmittel bekannt; .-das hier verwendete besteht aus Fluorwasserstoff säuredä-iipfe-n iri einem Stickstoff trägergas. Eine geeignete Anordnung wäre etwa 3 /° eier gesamten Stickstof fsasströrnunEöblaaa duroh Fluorwasserstoffsäura aus einer Tiefe von etwa einem Zoll. Die restliche Strömung wäre denn reiner Stickstoff. Die Strb'mungsrata betrüge im typischen Falle 170 1 pro Stunde. Die Dauer der Einwirkung entspricht der Stärici des wegzuätzenden Glases. Fig. 4 zeigt einen so entstandenen Durch-' bruch 20, dor durch die Glaaschicht 1δ, nicht aber durch die Siliziumdioxydschicht 14 geätzt worden ist.
Zum Aufbringen eines Kontaktrnetalls muß zui* Freilesung des Sporr·- sohichtbereiohes 12 auch ein Teil äur Siliziumdioxydschicht 14 wegßeät2t werden. Dies geschieht durch Eintauchen der Vorrichtung in ein Siliziumdioxyd angreifendes ätzmittel; es bleibt dann das Gebilde von Fig. 5 übrig* Ein allgemein für diesen ^weck verwendetes Ätzmittel ist eine mit Amir.oniurrbiflücrid gepufferte Lösung" von Fluorwasserstoffsäure. Eine bevorzugte Mischung entsteht durch den Zusatz von 540 g NH^F zu 100 ail HgO und darauffolgendes Zusetzen von einem Teil HF zu zehn Teilen der vorhergehenden Misohung. Während des Stzfcohrittes wird durch die restliche Glas·* eohioht 16 die Oberfläche der Sillziuindioxydsohicht 14 so abgadeokt, daß die Beseitigung eirk-sr genauen Menge der Schicht 14 „%i» chergeetellt wird. Infolgedessen erstreckt sich das Loch ?Q bis zu der Oberfläche des Bersiohea 12, wobei dessen Durchmesser in allen Höhen gleioh groß igt. Nach Freilagung des Bereiche 12 wird ein Kontaktmetall in folgender Weise aufgebracht 1
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Fig. 6 zeigt ein auf den Bereich 12 aufgebrachtes Kontaktmetall 22. Das Aufbringungsverfahren besteht darin, daß die Gesamte Oberseite der Vorrichtung sowie die Photoresistschicht 18 mit dem Kontaktmetall 22 überzogen wird und dann wahlweise Teile des Metalls 22 entfernt werden. Nach dem Überziehen der ganzen Oberseite der Vorrichtung mit Metall 22 wird die Photowiderstandsschicht 18 durch ein geeignetes Lösemittel, z. B. Trichloräthylen (CgHCl,), das sie aufweicht und lockert, angegriffen. Dann wird der Photoresist 18 und das an ihr haftende Kontaktmetall 22 abgezogen. Eine Schicht aus Kontaktmetall 22 bleibt auf dar Oberfläche dos Bereiches 12 zurück. Es sind viele Xonkaktmetalle anwendbar; zum Zwecke der Vereinfachung wird in den·, bevorzugten Ausführungsbeispiel Aluminium verwendet. Eint/andere Möglichkeit ist Nickel. Um das Kontaktmetall 22 an den Bereich 12 anzulegieren, wird die gesamte Vprrichtung in einer Stickstoffatmosphäre erhitzt. Eine Temperatur von ca. 600° C ist zur Legierung des Aluminiums nötig; für Nickel sind 800° C erforderlich.
Pig. 7 zeig* eine auf bestimmten Bereichen der Vorrichtung for-, mierte dicht abschließende Metallschicht 24. Sie dient zum hermetischen Abschluß des Ohmschen Kontakts, der durch Anlegierung des Metalls 22 an die Oberfläche des Bereiches 12 gebildet wurde.
Das Aufbringen des Metalls 24 kann nach herkömmlichen Verfahren geschehen. Bei einem dieser Verfahren wird z. B. zunächst eine Maske über die gesamte Oberseite der Vorrichtung gelegt. In der Maske befinden sich öffnungen, deren Durchmesser etwa doppelt so · groß wie der der DurchbrUcke 20 ist. Jede öffnung ist über einem zugeordneten Loch 20 zentriert. Das hermetisch abschließende Metall 24 wird durch diese Maske aufgedampft. Es überzieht das Kontaktmetall 22, die Wände der einzelnen Löcher 20 und konzentrische Bereiche der Glasschicht 15, wodurch eine zusammenhängende Abdichtung entsteht. Ein bevorzugtes Metall ist Chrom, aber es können auoh Titan oder Molybdän verwendet werden.*
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Die mit den grundsätzlichen Verfahrensechritten erzielte verbesserte Ohmsche Kontaktierung auf Oberflächenbereichen einer Kalbleitervorrichtung besitzt die günstige Eigenschaft, daß der hermetisch abschließende Überzug für aus der Umgebung stammendο Verunreinigungen undurchlässig ist. Bei den überwiegenden Anwendungen ist es aber erwünscht, mehrere solcher Halbleitervorrichtungen auf ein großes Substrat aufzubringen, auf des-sen Oberfläche sich leitende Pfade befinden. Das wird in bevorzugter Weis dadurch erreicht, daß die Vorrichtungen an die leitenden Pfade auf dem Substrat angelötet werden. Zu diesem Zweck muß das hermetische Metall mit einer benetzbaren Metallschicht 26 überzogen werden, wie es Fig. 8 zeigt.
Bei dem benetzbaren Metall 26 von Fig. δ handelt es sich um ein lötbares Metall, wie z. B. Kupfer. Die benetzbare Metallschicht 26 wird durch herkömmliche Verfahren, z. B. durch Aufdampfen, auf die hermetisch abschließende Metallschicht 24 aufgebracht.
Im Zusammenhang mit den Erfordernissen der Massenproduktion ist es vielfach üblich, Vorrichtungen herzustellen und sie vor der tatsächlichen Benutzung zu lagern. Während dieser Lagerungszeit muß die Vorrichtung gegen äußere Einflüsse geschützt werden. Um sicherzustellen,· daß die Betriebseigenschafton der Vorrichtung und insbesondere die Kontaktstruktur nicht duroh Oxydation beeinträchtigt werden, wird" eine Schicht aus nichtoxydierbarem Metall auf die Oberfläche der Kontaktstruktur aufgebracht. Fig. 9 zeigt eine Vorrichtung mit der auf die Schicht 26 aufgebrachten nichtoxydierbaren Metallschicht 28. Die Aufbringung als solche erfolgt mit herkömmlichen Verfahren, z. B. durch Aufdampfen mittels einer Maske. Geeignete: nichtoxydierbare Metalle sind die Edelmetalle, z. B. wird in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel Gold verwendet.
Wie bereits erwähnt, werden mehrere Vorrichtungen mit verbesserten Ohmschen Kontakten auf einem Substrat niit leltemden Pfaden
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befestigt. Eine solche Anordnung ist in Fig. 11 gezeigt, näm lich das Substrat 30 mit den lotenden Pfaden 32 und einer angebrachten Vorrichtung 33· Pig· 10 zeigt jedoch eine bevorzugte Anordnung 33* Sie garantiert eine gute Verbindung zu den leitenden Pfaden 32, vermeidet das Problem von Kurzschlüssen zwischen anderen Bereichen der Vorrichtung 33 und den■leitondon Pfaden 32 und entlastet die Vorrichtung von Drücken, die sich beim Herstellen der Verbindung einstellen können.
Fig. 10 zeigt in übertriebener Darstellung eine Erhöhung y-\, die auf der Oberseite der nichtoxydierenden Schicht 28 angebracht 1st, um weiterhin die Befestigung an dem Substrat su gestatten. Die Erhöhung 34 besteht aus einem Metall 36 mit gutem elektrischem Leitvermögen (z. 3. Kupfer oder goldplattiertes Nickel), das mit einer Lötmittelschicht 38 überzogen ist. Gleiche Erhöhungen sind an Jedem Ohmschen Kontakt vorgesehen.
Um nun eine Vorrichtung 33 auf dem leitenden Pfad 32 des Substrats 30 in der in Pig. 11 gezeigten Art anzubringen, muß der leitende. Pfad 32 verzinnt werden. Dann wird die Erhöhung 3^ mit der verzinnten leitenden Oberfläche 32 unter Hitze und Druck in Kontakt gebracht. Dadurch entsteht eine Verbindung zwischen dem Substrat 30 und der Vorrichtung 33·
Duroh die besondere Form der Erhöhung 3^ wird die Vorrichtung in einem bestirnten Abstand von dem Substrat 30 gehalten. Es entsteht also eine elektrisch leitende Verbindung nur zwischen den 0hmachen Kontakten und dem Substrat 30 und nicht zwischen anderen Bereiohen. Eine unerwünschte Kontaktierung der befestigten Vorrichtungen und daraus resultierende Kurzechlüsse werden somit durch die Erhöhung J>k vermieden. Auch Verbindungsdrücke werden durch das genannte Vorgehen verringert.
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Claims (2)

  1. Neue Anmaldungsunterlagen
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    - 10 - Docket 14 036
    P 14 89 017.6 18. Juni 1968
    si-sr
    PATENTANSPRÜCHE
    ( 1. \ Verfahren zum Herstellen ohmscher Kontaktelektroden für Halbleiterbauelemente, dadurch gekennzeichnet, daß eine Halbleiterschicht mit einer Oxydschicht (14) des Halbleitermaterials und anschließend mit einer schützenden Glasschicht (16) überzogen wird, daß an der zu kontaktierenden Stelle ein sich bis auf die Oberfläche der Halbleiterschicht erstreckendes Loch in der Oxydschicht und der Glasschicht angebracht und das Kontaktmetall (22) an der Grundfläche des Loches mit dem Halbleitermaterial legiert wird, daß auf dieses Kontaktmetall, auf die Seitenwände des Loches und auf dessen nächste Umgebung auf der Oberfläche der Glasschicht eine für Verunreinigungen undurchlässige Metallschicht (24), darauf eine gut lötbare (26) und darauf noch eine nicht oxydierbare (38) Metallschicht aufgebracht werden.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiteroxydschicht 800 - 10 000 Re dick und die schützende Glasschicht 8 000 bis 500 000 AE dick gemacht wird.
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DE19641489017 1963-06-28 1964-06-24 Verfahren zum Herstellen ohmscher Kontakelektroden für Halbleiterbauelemente Expired DE1489017C2 (de)

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US29132263A 1963-06-28 1963-06-28
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Publication Number Publication Date
DE1489017A1 true DE1489017A1 (de) 1970-07-02
DE1489017B2 DE1489017B2 (de) 1970-09-24
DE1489017C2 DE1489017C2 (de) 1976-10-21

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4451843A (en) * 1979-07-03 1984-05-29 Higratherm Electric Gmbh Bipolar transistor with a plurality of parallelly connected base-collector junctions formed by plastic deformation of the crystal lattice

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FR1398424A (fr) 1965-05-07
DE1489017B2 (de) 1970-09-24
AT250439B (de) 1966-11-10
US3429029A (en) 1969-02-25
BE649288A (de) 1964-10-01
GB1053069A (de)

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