DE1514072A1 - Elektrische Halbleitervorrichtung - Google Patents

Elektrische Halbleitervorrichtung

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DE1514072A1 DE19651514072 DE1514072A DE1514072A1 DE 1514072 A1 DE1514072 A1 DE 1514072A1 DE 19651514072 DE19651514072 DE 19651514072 DE 1514072 A DE1514072 A DE 1514072A DE 1514072 A1 DE1514072 A1 DE 1514072A1
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Description

BUSINESS KAOHINBS CORPORATION, Armonk, N.Y. 10504, USA
Elektrische Halbleitervorrichtung.
Die Erfindung betrifft eine elektrische Halbleitervorrichtung mit Ohm«sehen Kontakten. Solche Halbleitervorrichtungen dienen in der elektrischen Schaltungstechnik als Schaltelemente und ersetzen in zunehmendem Maße die früher verwendeten Vakuumröhren. Die Halbleitermaterialien solcher Halbleiterelemente sind zum Seil sehr empfindlich gegen äußere Einflüsse chemischer oder physikalischer Natur, Aus diesem Grunde ."werden Halb-, leitervorrichtungendex hier.infrage stehenden Art mit einem Schutzüberzug versehen, der bei einer bekannten Halbleitervorrichtung aus Glas besteht. Diesee Glas wird um die fertige Halbleitervorrichtung geschmolzen. Bei der bekannten Halbleitervorrichtung handelt es sich um einen Überzug aus Glas mit niedrigem Schmelzpunkt. Die Verwendung von Glas mit höherem Schmelzpunkt verbietet sich bei dieser bekannten Halbleitervorrichtung, weil durch die Anwendung der daduroh erforderlich werdenden hohen Temperaturen auf die Halbleitervorrichtung die Ohm'achen Kontakte zerstört würden. Die Materialien, aus denen bei dieser bekannten Halbleitervorrichtung die
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Ohm'sehen Kontakte bestehen, wandern nämlich bei hohen Temperaturen in die Halbleiterechicht. Durch die Anwendung hoher Temperaturen werden auch noch andere die Ohm'sehen Kontakte zerstörenden Wirkungen hervorgerufen, die aber im einzelnen noch nicht erkannt.sind. Im Interesse eines optimalen Schutzes der Halbleitervorrichtung ist es jedoch wünschenswert, die Schutzschicht aus Glas mit hohem Schmelzpunkt herzustellen, einerseits, weil solche Gläser widerstandsfähiger sind und andererseits, weil ihr Wärmeausdehnungskoeffizient dem der übrigen Halbleitermaterialien näher liegt als der von niedrig schmelzenden Gläsern.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine elektrische Halbleitervorrichtung der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß sie den hohen Temperaturen hochschmelzender Gläser unterworfen werden kann. Die Erfindung ist , dadurch gekennzeichnet, daß ein Ohm'scher Kontakt aus einem Metall der Platingruppe mit Kohlenstoff besteht.
Es hat sich gezeigt, daß Kontakte nach der. Erfindung auch nicht durch die zum Schmelzen hochschmelzender Gläser erforderlichen Temperaturen zerstört werden,,.insbesondere findet auch bei-.Anwendung solch hoher Temperaturen, zum Beispiel oberhalb von 700 Grad Celsius, keine Wanderung von Materialien aus einem Kontakt nach der Erfindung in die Halbleiterschichten, auf die der Kontakt aufgebracht ist, statt. Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Gewichtsanteil des Kontaktes jan Metall größer als der: an Kohlenstoff, und zwar ist Vorzugsweise der des Metalls 91 bis 93 # und der des Kohlenstoffs 7 bis 9 $>> r
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Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Ohm'sche Kontakt mit einer Schicht aus hochleitendem Metall bedeckt ist. -^
Durch eine solche Schicht können die elektrischen Eigenschaften des Ohm'sehen Kontaktes wesentlich verbessert werden« Diese Schicht besteht vorzugsweise aus einem Metall der Molybdängruppe, zum Beispiel Molybdän, Chrom oder Wolfram. Diese Schicht ist vorzugsweise als Anschlußfahne für den betreffenden Kontakt ausgebildet. Sie ist dann natürlich gegenüber den entsprechenden Schichten anderer Kontakte elektrisch isoliert, sofern diese Kontakte nicht miteinander in leitender Verbindung stehen sollen. Die Anschlußfahnen sind wie üblich so angeordnet und ausgebildet, daß !Seile davon, vorzugsweise die Enden, von außen elektrisch zugänglich sind.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch, gekennzeichnet, daß die Ohm'sehen Kontakte in einer Oxydschicht ausgespart sind und auf mit entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp angeordneten Schichten aufgebracht sind. Durch diese Oxydschicht können die Ohm'sehen Kontakte und die erwähnten Schichten beziehungsweise Anschlußfahnen, soweit erforderlich, gegeneinander isoliert sein.
Die Erfindung macht es möglich, sehr hohe Temperaturen auf die Halbleitervorrichtung anzuwenden. Dies macht sich, eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung zunutze, die gekennzeichnet ist durch eine äußere Schutzschicht aus Glas mit hohem Schmelzpunkt, wobei als Glas vorzugsweise ein solches iait einem »Schmelzpunkt oberhalb von 700 Grad Celsius vorgesehen ist.
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Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt
Figur 1 den Teilschnitt einer Halbleitervorrichtung nach der Erfindung gemäß den Pfeilen 1-1 au? Figur 2 und
Figur 2 die Draufsicht zu Figur 1.
In Figur 1 sind die verschiedenen Ausführungsmöglichkeiten der Erfindung anhand eines Aueführungsbeiepiels dargestellt. Figur 1 zeigt im Querschnitt eine flächenförmige Halbleitervorrichtung gemäß den Schnittpfeilen 1-1 aus Figur 2. Die Vorrichtung 10 besteht aus einer Vielzahl von Schichten 12,14,16 entgegengesetzter Leitfähigkeit. Die Schicht 12 kann zum Beispiel aus N-typigem Silizium bestehen. Die Schicht 14 weist eine entsprechende Menge Verunreinigung, zum Beispiel durch Aluminium, auf, so daß sie P-typig ist, während die Schicht 16 mit einer N-typigen Verunreinigung, zum Beispiel Arsen, dotiert ist. Diese Angaben sind beispielsweise.
Es sei hier darauf hingewiesen, daß die Vorrichtung aus einer solchen Gruppe entgegengesetzt leitfähiger Schichten 12,14,16 oder aus einer Vielzahl solcher Gruppen bestehen kann. Die Anzahl der verwendeten Gruppen hängt von der Punktion der fertigen Vorrichtung ab» Für die Beschreibung der Erfindung genügt es, hier von einer einzigen Gruppe auszugehen.
Um die Vorrichtung 10 zu betreiben, sind elektrische Verbindungen zu den einzelnen Schichten 12,14,16 er-
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5" Seite f 25.11.65 meine Akte: P 1Ü749/D14124 amtl.Aktz.:
forderlich. Mit 18 ist ein Ohm'scher Kontakt in der öffnung 19 bezeichnet, der zum Anschluß der Schicht 16 an äußere Vorrichtungen dient, während mit 20 ein Ohm'scher Kontakt in der öffnung 21 entsprechend für die Schicht: 14 bezeichnet ist. Mit 22 und 24 sind an die Ohm'sehen Kontakte 18 beziehungsweise 20 angeschlossene, leitende Anschlußfahnen bezeichnet. Biese Anschlußfahnen 22,24 dienen zum Anschluß äußerer Spannungsund Stromquellen* Um die neben den Kontakten gelegenen Bezirke der Vorrichtung 10 zu schützen, ist eine Halbleiteroxydschicht 26 wie im folgenden beschrieben aufgebaut, die die obere Oberfläche der Vorrichtung.10 bedeckt. Außerdem ist auf die Schicht 26 eine Glasschicht 28 als Schutzschicht aufgebracht, die auch die nicht, angeschlossenen Bezirke der Anschlußfahnen 22,24 bedeckt. Wie diese ßlasschicht 28 aufgebracht wird, wird weiter unten noch beschrieben.
Aus Figur 2 ist noch ein dritter Ohm'scher Kontakt 30 ersichtlich» an aen die Anschlußfahne 32 angeschlossen ist. Die in Figur 2 gestrichelt gezeichneten ieile der Anschlußfahnen 22,24 und 32 liegen in Figur 2 unter der Glasschicht 28 und von dieser geschützt, während · die ausgezogenen Teile frei liegen und für äußere Anschlüsse zugänglich sind. j
Bin wesentliches Merkmal der Erfindung ist die Zusammen&etzung der 0hm'sehen Kontakte. Der Ohm'sche Kontak-8 18 besteht aus einer Vielzahl von Elementen, mindestens aus einem Metall der Platingruppe au« Kohlenstoff. Sie Platingruppe umfaßt die Metall,· Ruthenium,: Rhodium, Palladium, Osmium, Iridium iifld Platin. Um sicherzueteilen,, daß die Ohm'sches Kontakte t
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den für das Aufbringen der Glasschicht erforderlichen Temperaturen in der Größenordnung von Über 700 Grad Celsius standhalten, ist der Prozentgehalt an Metall aus der Platingruppe dabei 91 bis 93 f> und der an Kohlenstoff ungefähr 7 bis 9 # - und zwar jeweils in Gewichtsprozenten. Wenn die erforderlichen Temperaturen niedriger liegen und 500 Grad Celsius nicht überschreiten, dann genügt auch ein geringerer Anteil von Kohlenstoff, zum Beispiel 3,5 $, während der Anteil des Netalls aus der Platingruppe entsprechend höher sein kann. Bei dem im folgenden zu beschreibenden AusfUhrungsbeispiel wird von den zuerst genannten Prozentverhältnissen ausgegangen, so daß die Vorrichtung einer Temperatur von über 700 Grad Celsius unterworfen werden kann, ohne daß dabei die 0hm»sehen Kontakte instabil werden. Solche Instabilitäten können dadurch hervorgerufen werden, daß das Material der 0hm·sehen Kontakte bei hohen Temperaturen in die Schichten der Vorrichtung 10 hinein wandert. Die Instabilität, die mit der Erfindung vermieden wird, kann aber auch andere Ursachen haben«
Die Herstellung der 0hm9sehen Kontakte in der nach der Erfindung vorgesehenen Zusammensetzung ist nicht kritisch; sie ist mit bekannten Mitteln durchführbar. Das infrage stehende Metall der Platingruppe kann zum Beispiel in einem Kohlenstofftiegel angeordnet sein,und über diesen Tiegel kann die Vorrichtung 10 angeordnet sein. Sie Bezirke, die mit 0hm'sehen Kontakten belegt werden sollen, sind dabei gegen den Tiegel gerichtet. Diejenigen Bezirke, die nicht mit 0hm'sehen Kontakten
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belegt werden sollen, sind entsprechend geschützt, zum Beispiel durch die Schicht 26 - eine Oxydschicht. Bas Metall in dem Siegel wird dann mit einem Elektronenstrahl bombadiert, so daß es mit geringen Anteilen des Kohlenstoffs verdampft und dabei gemeinsam mit dem Kohlenstoff in die beabsichtigte Kontaktstruktur überführt wird.
Das Material für die Ohm*sehen Kontakte kann auch durch eine Kathode aufgesprüht werden. Zu diesem Zweck wird eine Kathode aus dem betreffenden Material der Platingruppe und aus Kohlenstoff bombadiert, so daß die Partikelchen auf die betreffenden Bezirke der Vorrichtung 10 geraten. Bei beiden Verfahren empfiehlt es sich, die Vorrichtung 10 auf 200 bis 300 Grad Celsius vorzuheizen und während des ganzen Aufbaues der 0hm'sehen Kontakte auf dieser Temperatur zu halten. £8 hat sich gezeigt, daß die erwähnte kathodische Verdampfung sich mit Platin und Kohlenstoff sehr gut durchführen läßt.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird eine Schicht von gut leitendem Metall über den Ohm^sehen Kontakten aufgebaut. Es hat sich gezeigt, daß hierdurch die elektrischen Kontakte verbessert werden. Dies hat seine Ursachs in einer Erhöhung der Leitfähigkeit der 0hm 's cnen Kontakte, es hat aber auch andere Ursachen, die noch nicht vollständig erkannt wurden. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel kann man diese Verbesserung erzielen, indem man das hochleitende Metall über den Ohm'sehen Kontakt, zum Beispiel den Kontakt 18, und über die äen Kontakt umgebenden Bereiche der Schicht 26 aufbringt= Aus dieseni Metall können dann die Anschluüfahnen 22,24,32 gebildet werden,
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Die Schicht 26, die, wie bereits bemerkt, aus Oxyd besteht, kann zum Beispiel auf der Vorrichtung 10 aufgebaut werden, indem die Vorrichtung 10 bei erhöhter Temperatur einer oxydierenden Atmosphäre ausgesetzt wird, wobei zur Seschleunigung Wasserdampf zugefügt werden kann.
Wie aus Figur 2 ersichtlich, dienen die Anschlußfahnen 22,24,32, abgesehen von dem eben genannten Zweck, als elektrische Anschlüsse für die Kontakte 18,20 beziehungsweise 30, die von den Kanten 34 beziehungsweise 36 her zugänglich sind. Diese Anschlußfahnen bestehen vorzugsweise aus Molybdän mit Zusätzen von Chrom, Wolfram oder dergleichen. Wesentlich ist, daß das Metall, aus dem die Anschlußfahnen bestehen,hohe Leitfähigkeit hat. Sas Metall hoher Leitfähigkeit kann mit üblichen Verfahren, zum Beispiel durch Verdampfen, angelagert werden. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Metallschicht für die Anschlußfahnen ungefähr 10.000 Angström stark, während die 0hm'sehen Kontakte etwa 500 bis 1.000 Angstrom stark sind.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist die Vorrichtung 10 mit einer Schicht aus Glas mit hohem Schmelzpunkt überzogen, um sie gegen äußere Einflüsse zu schützen. In Verbindung mit einer solchen Glasschicht kann entweder ein blanker 0hm'scher Kontakt, zum Beispiel entsprechend dem Kontakt 18 aus Figur 1, oder ein 0hm'scher Kontakt, der mit einer Anschlußfahne 22 aus hocüleitendem Metall, wie in Figur 1, dargestellt, beschichtet ist, verwendet werden. Die Glasschicht 26 wird dann über der ganzen Vorrichtung 10 aufgebaut. Bei dem dabei verwendeten Glas mit hohem
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Schmelzpunkt handelt es sich um ein Glas mit einer Schmelztemperatur höher als 700 Grad Celsius, zum Beispiel das unter der,Handelsbezeichnung "Corning Experimental Code Nummer X 760-LZ'1 handelsübliche Glas, dessen Schmelzpunkt bei 760 Grad Celsius liegt. Die Glasschicht 28 kann aufgebaut werden, indem die zu beschichtenden Bezirke mit Glaspartikelchen belegt werden. Anschließend wird die ganze Vorrichtung mit den Partikelchen auf die Schmelztemperatur des Glases gebracht. Man kann die ganze Vorrichtung 10 mit dieser Glasschicht zunächst überziehen, auch wenn einige Bezirke frei bleiben sollen, und in diesen Bezirken anschließend die Glasschicht wegätzen. Wenn man die so geschmolzene Glasschicht abkühlt, entsteht eine verhältnismässig dicke Glasschicht 28, deren thermischer Expansionskoeffizient mit dem der Vorrichtung 10 im wesentlichen übereinstimmt. Durch diese Glasschicht 28 wird die Vorrichtung 10 hervorragend gegenüber äußeren Einflüssen geschützt. FUr die elektrischen Zuleitungen, die an die Anschlußfahnen 22,24 und 32 angeschlossen werden, bleiben die in Figur 2 ausgezogen bezeichneten Bezirke zugänglich.
Das für die 0hm'sehen kontakte vorgesehene Metall der Platingruppe kann Platin selbst sein. Dies empfiehlt sich besonders dann, wenn der Ohm'sche Kontakt einen niedrigen Widerstand haben soll. Der Ohm'sche Kontakt kann nach irgendeinem der oben angegebenen Verfahren aufgebaut sein, also zum Beispiel durch Elektronenbombardement eines Metalls der Platingruppe in einem Kohlenstofftiegel durch Kathodenverdampfung einer Kathode, aus einem Metall der Platingruppe und Kohlenstoff oder durch andere Verdampfungstechniken.
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Die so geformten Ohm'sehen Kontakte können wie bereits bemerkt mit ho ableitendem Metall beschichtet sein, um die elektrischen Säten zu verbessern. Hierfür ist in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel Molybdän vorge-' sehen. Stattdessen ist auch Chrom und Wolfram anwendbar.
Durch die nach der Erfindung vorgesehene Zusammensetzung der Ohm0sehen Kontakte ist es möglich, hohe Temperaturen auf die Vorrichtung 10 anzuwenden. Bei dem beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht das Material der Ohm"sehen Kontakte aus 91 bis 93 Gewichtsprozenten Metall der Platingruppe und 7 bis 9 Gewichtsprozent Kohlenstoff. Das entspricht einem atomaren Verhältnis von ungefähr 55 $> Metall und ungefähr 45 # Kohlenstoff. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Metall der Platingruppe Platin selbst. Bei den Ohmpsehen Kontakten kommt es nicht darauf an, wie sie hergestellt sind. Wesentlich für die Erfindung ist nur, daß sie die angegebene Zusammensetzung haben.
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Claims (7)

A" Β S P R Ü G H E
1. !Elektrische Halbleitervorrichtung mit Ohm'sehen —^Kontakten, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ohm "scher Kontakt (18) aus einem Metall der Platingruppe mit Kohlenstoff besteht.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewichtsanteil des Ohm9sehen Kontaktes (18) an Metall größer als der an Kohlenstoff ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Grewichtsanteil des Ohm "sehen Kontaktes (18) an Metall 91 bis 93 ?^ und der an Kohlenstoff 7 bis 9 #.beträgt.
4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ohm'sche Kontakt (18) mit einer Schicht (22) aus hochleiten dem Metall bedeckt ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch. 4, dadurch gekennzeichnet» daß das hochleitende Metall ein Metall aus der Molybdängruppe ist»
6. Vorrichtung nach Anspruch A- und/oder 5, dadurch ge= kennzeichnet, daß die Schicht (22) aus hochleitendem Metall als Ansciilutfahne für den betreffenden Ohm'sehen Kontakt (-1S-) ausgebildet ist.
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MiB* Akte ι V 15749/DU124 anti f Akt»·!
7. Vorrichtung naoh einen oder «efareren der vorhergehenden Aneprüche, daduroh gekennzeichnet» daß die Ohmesehen Kontakte (10,20,30) in einer Oxidschicht (26) ausgespart eind und auf alt entgegengesetztem Leitfähigkeitetyp angeordneten Schichten (12,14*16) aufgebracht eind·
ö. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine äußere Schutzschicht (28) aus Glas mit hohem Schmelzpunkt.
9· Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Glas, aus dem die Schutzschicht (28) besteht, einen Schmelzpunkt oberhalb von 700 Grad Celsius hat.
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