DE1514072B2

DE1514072B2 - Ohmsche Kontaktierung für Halbleiterbauelemente

Info

Publication number: DE1514072B2
Application number: DE1514072A
Authority: DE
Inventors: Walter Edward Poughkeepsie Mutter; Edward Donald Wappingers Falls Purcell
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1964-12-24
Filing date: 1965-12-03
Publication date: 1973-12-20
Also published as: US3399331A; DE1514072A1; DE1514072C3; GB1125157A

Description

35

Die Erfindung betrifft eine ohmsche Kontaktierung für Halbleiterbauelemente, die hohen Temperaturen unterworfen werden und deren Kontaktmetall aus einem Metall der Platingruppe besteht.

Bei Halbleiterbauelementen ist es bekannt, Platinzuleitungsdrähte in die Leiterelektroden einzulegieren (deutsche Auslegeschrift 1059112), ohmsche Kontakte aus auf Kohlenstoff aufgetragenem Silber (USA.-Patentschrift 3 068 557) oder aus Chrom, Mangan, Eisen, Kobalt oder Nickel (deutsche Auslegeschrift 1 106 875) oder aus Platin-Nickel-Legierung (kanadische Patentschrift 674 927) auszubilden. Es ist außerdem bekannt, elektrische Kontakte für hohe thermische Belastungen aus kohlenstoffhaltigen Platinlegierungen herzustellen (britische Patentschrift 449).

Halbleiterbauelemente sind zum Teil sehr empfindlich gegen äußere Einflüsse chemischer und physikalischer Natur.

Aufgabe der Erfindung ist es, Halbleiterbauelemente der eingangs genannten Art vor diesen Einflüssen zu schützen.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktmetall zwischen 3,5 und 9 Gewichtsprozent Kohlenstoff enthält und mit einer auch das Halbleiterbauelement überdeckenden, aufgeschmolzenen Schutzschicht aus hochschmelzendem Glas bedeckt ist.

Eine Schutzschicht aus hochschmelzendem Glas ist außerordentlich widerstandsfähig und leichter herzustellen als eine solche aus Glas mit niedrigerem Schmelzpunkt, weil der Wärmeausdehnungskoeffizient hochschmelzender Gläser dem der in Frage stehenden Halbleitermaterialien näher liegt als der von niedrigschmelzenden Gläsern. Die Verwendung hochschmelzender Gläser verbietet sich in Verbindung mit den bekannten Kontaktierungen, weil diese bei den erforderlichen hohen Temperaturen zerstört werden.

Es hat sich gezeigt, daß ohmsche Kontaktierungen nach der Erfindung auch nicht durch die zum Schmelzen hochschmelzender Gläser erforderlichen Temperaturen zerstört werden, insbesondere findet auch bei Anwendung solch hoher Temperaturen z. B. oberhalb von 700° C keine Wanderung von Materialien aus der ohmschen Kontaktierung in die Halbleiterschichten, auf die sie aufgebracht ist, statt. Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Gewichtsanteil des Kontaktmetalls an Metall 91 bis 93 % und der an Kohlenstoff 7 bis 9 %.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktmetall mit einer Schicht aus hochleitendem Metall bedeckt ist.

Durch eine solche Schicht können die elektrischen Eigenschaften des ohmschen Kontaktes wesentlich verbessert werden. Diese Schicht besteht vorzugsweise aus einem Metall der Molybdängruppe, z. B. Molybdän, Chrom oder Wolfram. Diese Schicht ist vorzugsweise aus hochleitendem Metall als Anschlußfahne für die betreffende ohmsche Kontaktierung 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 Teile davon, vorzugsweise die Enden, von außen elektrisch zugänglich sind.

Die Erfindung macht es möglich, sehr hohe Temperaturen auf die Halbleitervorrichtung anzuwenden. Dies macht sich eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung zunutze, die dadurch gekennzeichnet ist, daß das Glas, aus dem die Schutzschicht besteht, einen Schmelzpunkt oberhalb von 700° C hat.

Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung näher erläutert.

In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 im Teilschnitt ein Halbleiterbauelement mit einer ohmschen Kontaktierung nach der Erfindung, und zwar geschnitten gemäß den Pfeilen 1-1 aus Fig. 2 und

Fi g. 2 die Draufsicht zu F i g. 1.

In F i g. 1 sind die verschiedenen Ausführungsmöglichkeiten der Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels dargestellt. Fig. 1 zeigt im Querschnitt ein flächenförmiges Halbleiterbauelement gemäß den Schnittpfeilen 1-1 aus Fig. 2. Das Halbleiterbauelement 10 besteht aus einer Vielzahl von Halbleiter-Schichten 12, 14, 16 entgegengesetzter Leitfähigkeit. Die Halbleiter-Schicht 12 kann z. B. aus N-leitendem Silizium bestehen. Die Halbleiter-Schicht 14 weist eine entsprechende Menge Verunreinigung, z. B. durch Aluminium, auf, so daß sie P-leitend ist, während die Halbleiter-Schicht 16 mit einer N-leitenden Verunreinigung, z. B. Arsen, dotiert ist.

Es sei hier darauf hingewiesen, daß das Halbleiterbauelement aus einer solchen Gruppe einlegen-

3 4

gesetzt leitfähiger Halbleiter-Schichten 12, 14, 16 Platingruppe kann z. B. in einem Kohlenstofftiegel oder aus einer Vielzahl solcher Gruppen bestehen angeordnet sein, und über diesen Tiegel kann das kann. Die Anzahl der verwendeten Gruppen hängt Halbleiterbauelement 10 angeordnet sein. Die Bevon der Funktion der fertigen Vorrichtung ab. Für zirke, die mit ohmschen Kontaktierungen belegt werdie Beschreibung der Erfindung genügt es, hier von 5 den sollen, sind dabei gegen den Tiegel gerichtet, einer einzigen Gruppe auszugehen. Diejenigen Bezirke, die nicht mit ohmschen Kontak-Um das Halbleiterbauelement 10 zu betreiben, sind tierungen belegt werden sollen, sind entsprechend geelektrische Verbindungen zu den einzelnen Halblei- schützt, z. B. durch die Halbleiteroxidschicht 26. Das ter-Schichten 12, 14, 16 erforderlich. Mit 18 ist eine _{Metall in dem T}i_egel wird dann mit einem Elektroohmsche Kontaktierung in der Öffnung 19 bezeich- io nenstrahl bombardiert, so daß es mit geringen Anteinet, die zum Anschluß der Halbleiter-Schicht 16 an _{len des} Kohlenstoffs verdampft und dabei gemeinäußere Vorrichtungen dient, während mit 20 eine _{sam mit dem} Kohlenstoff in die beabsichtigte Konohmsche Kontaktierung in der Öffnung 21 ent- taktstruktur überführt wird.

sprechend für die Halbleiter-Schicht 14 bezeichnet _Das Material für die ohmschen Kontaktierungen

ist. Mit 22 und 24 sind an die ohmschen Kontaktie- _{15 kann auch durch} Kathodenzerstäubung aufgesprüht

rangen 18 bzw. 20 angeschlossene leitende An- _{werden Zu diesem Zweck wird dne Kathode aus}

schlußfahnen bezeichnet. Diese Anschlußfahnen 22 _{dgm betregenden} Material der Platingruppe und aus

24 dienen zum Anschluß äußerer Spannungs- und Kohlenstoff bombardiert, so daß die Partikelchen

Stromquellen Um d!e neben den Kontakten ge- _{auf die betreffenden Bezirke des} Halbleiterbau-

legenen Bezirke des Halbleiterbauelements 10 zu _{20 elementes 10 geraten}. _Bei beiden Verfahren emp-

schützen, ist eine Halbleiteroxidschicht 26, wie im _{fieWt es skh dag} Halbleiterbauelement 10 auf 200

folgenden beschrieben, aufgebaut, die die obere _{bis 300}o _{c vorzuheizen und während des ganzen}

Oberflache des Halbleiterbauelements IC tedeckt. _{Aufbau£S der ohmschen Kontakt}i_erung auf dieser

Außerdem ist auf die Halbleiteroxidschicht 26 eine _{T atur zu haIten}. _{Es hat sich} £ _{t daß die}

Glasschicht 28 als Schutzschicht aufgebracht, die _{a5 erwä}£_{nte kathodische} Zerstäubung sich mit Platin

auch die nicht angeschlossenen Bezirke der An- _{und Kohlenstoff sehr t durchführ}|_{n laßt}.

schlußfahnen 22, 24 bedeckt. Weiter unten wird _{ßd dner anderen} X_{usführungsform der} Erfindung

noch beschrieben, wie diese Glasschicht 28 auf- _{wird dne Schkht von guLleitendem Metall über de}*

gebracht wird. .... , , _rr , ohmschen Kontaktierungen aufgebaut. Es hat sich

• ^AUS ™ ^g· f,ⁿ°u ^em^· T λ l^Ci nt uⁿ ι ³⁰ gezeigt, daß hierdurch die elektrischen Kontakte vertierung 30 ersichtlich, an die die Anschlußfahne 32 g^ _{werden D}es faat seine Ursache} ·_{η dner Er}_

angeschlossen ist Die in Fig. 2 gestachelt gezeich- _{höh def Leitfahigkeit der} ohmschen Kontaktieneten Teile der Anschlußfahnen 22 24 und 32 he- ^ _{es hat aber} ^ _{andere Ursach die noch} gen in Fig. 2 unter der Glasschicht 28 und von _{nicht vollstandig erkannt wurde}n. Bei dem dardieser geschützt, während die ausgezogenen Teile _{35 gestellten} Ausführungsbeispiel kann man diese Verfrei liegen und für äußere Anschlüsse zugänglich _besserung erzielen, indem man das hochleitende ^sin"· Metall über der ohmschen Kontaktierung, z. B. 18,

Die ohmsche Kontaktierung 18 besteht minde- _{und über die den} Kontakt umgebenden Bereiche der stens aus einem Metall der Platingruppe und aus Halbleiteroxidschicht 26 aufbringt. Aus diesem Kohlenstoff. Die Platingruppe umfaßt die Metalle ₄o hochleitenden Metall können dann die Anschluß-Ruthenium, Rhodium, Palladium, Osmium, Indium fahnen 22, 24, 32 gebildet werden.
und Platin. Um sicherzustellen, daß die ohmschen _Die Halbleiteroxidschicht 26 kann z. B. auf dem Kontaktierungen den für das Aufbringen der Glas- Halbleiterbauelement 10 aufgebaut werden, indem schicht erforderlichen Temperaturen in der Größen- _das Halbleiterbauelement 10 bei erhöhter Temperaordnung von über 700° C standhalten, ist der Pro- 45 tür einer oxydierenden Atmosphäre ausgesetzt wird, zentgehalt an Metall aus der Platingruppe dabei _{wobei zur} Beschleunigung Wasserdampf zugefügt 91 bis 93% und der an Kohlenstoff ungefähr 7 bis werden kann.

9%, und zwar jeweils in Gewichtsprozent. Wenn die wie aus Fig. 2 ersichtlich, dienen die Anschlußerforderlichen Temperaturen niedriger liegen und fahnen 22, 24, 32, abgesehen von dem eben ge-500° C nicht überschreiten, dann genügt auch ein 50 nannten Zweck, als elektrische Anschlüsse für die geringerer Anteil von Kohlenstoff, z. B. 3,5 %, wäh- ohmschen Kontaktierungen 18, 20 bzw. 30, die von rend der Anteil des Metalls aus der Platingruppe _den Kanten 34 bzw. 36 her zugänglich sind. Diese entsprechend höher sein kann. Bei dem im folgen- Anschlußfahnen bestehen vorzugsweise aus Molybdän den zu beschreibenden Ausführungsbeispiel wird von _mi_t Zusätzen von Chrom, Wolfram od. dgl. Wesentden zuerst genannten Prozentverhältnissen aus- 55 lieh ist, daß das Metall, aus dem die Anschlußfahgegangen, so daß die Vorrichtung einer Temperatur nen bestehen, hohe Leitfähigkeit hat. Das Metall von über 700° C unterworfen werden kann, ohne daß hoher Leitfähigkeit kann mit üblichen Verfahren, dabei die ohmsche Kontaktierung instabil wird. _z. B. durch Aufdampfen, angelagert werden. Bei Solche Instabilitäten können dadurch hervorgerufen einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Metallwerden, daß das Material der ohmschen Kontaktie- 60 schicht für die Anschlußfahnen ungefähr 10 000 A rung bei hohen Temperaturen in die Halbleiter- stark, während die ohmschen Kontaktierungen etwa Schichten des Halbleiterbauelementes 10 hineinwan- 500 bis 1000 Ä stark sind.

dert. Aber auch Instabilitäten mit anderen Ursachen Gemäß einer anderen Ausführungsform der Er-

werden mit der Erfindung vermieden. findung ist das Halbleiterbauelement 10 mit einer

Die Herstellung der ohmschen Kontaktierungen in 65 Schutzschicht aus Glas mit hohem Schmelzpunkt der nach der Erfindung vorgesehenen Zusammenset- überzogen, um sie gegen äußere Einflüsse zu schützung ist nicht kritisch; sie ist mit bekannten Mitteln zen. In Verbindung mit einer solchen Glasschicht durchführbar. Das in Frage stehende Metall der kann entweder eine blanke ohmsche Kontaktierung,

ζ. B. entsprechend der Kontaktierung 18 aus Fig. 1, oder eine ohmsche Kontaktierung, die mit einer Anschlußfahne 22 aus hochleitendem Metall, wie in Fig. 1, dargestellt, beschichtet ist, verwendet werden. Die Glasschicht 28 wird dann über dem ganzen Halbleiterbauelement 10 aufgebaut. Bei dem dabei verwendeten Glas mit hohem Schmelzpunkt handelt es sich um ein Glas mit einer Schmelztemperatur höher als 700° C, z. B. das unter der Handelsbezeichnung »Corning Experimental Code Nummer X 760-LZ« handelsübliche Glas, dessen Schmelzpunkt bei 760° C liegt. Die Glasschicht 28 kann aufgebaut werden, indem die zu beschichtenden Bezirke mit Glaspartikelchen belegt werden. Anschließend wird das ganze Halbleiterbauelement mit den Partikelchen auf die Schmelztemperatur des Glases gebracht. Man kann das ganze Halbleiterbauelement 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 des Halbleiterbauelements 10 im wesentlichen übereinstimmt. Durch diese Glasschicht 28 wird das Halbleiterbauelement 10 hervorragend gegenüber äußeren Einflüssen geschützt. Für die elektrischen Zuleitungen, die an die Anschlußfahnen 22, 24 und 32 angeschlossen werden, bleiben die in F i g. 2 ausgezogen bezeichneten Bezirke zugänglich. Das für die ohmschen Kontaktierungen vorgesehene Metall der Platingruppe kann Platin selbst sein. Dies empfiehlt sich besonders dann, wenn die ohmsche Kontaktierung einen niedrigen Widerstand haben soll. Die ohmsche Kontaktierung kann nach irgendeinem der oben angegebenen Verfahren aufgebaut sein, also z. B. durch Elektronenbombardement eines Metalls der Platingruppe in einem Kohlenstofftiegel durch Kathodenzerstäubung einer Kathode, die aus einem Metall der Platingruppe und Kohlenstoff besteht.

Durch die vorgesehene Zusammensetzung der ohmschen Kontaktierungen ist es möglich, hohe Temperaturen auf das Halbleiterbauelement 10 anzuwenden. Bei dem beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht das Material der ohmschen Kontaktierungen aus 91 bis 93 Gewichtsprozent an Metall der Platingruppe und 7 bis 9 Gewichtsprozent Kohlenstoff. Das entspricht einem atomaren Verhältnis von ungefähr 55 % Metall und ungefähr 45 °/o Kohlenstoff. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Metall der Platingruppe Platin selbst. Bei den ohmschen Kontaktierungen kommt es nicht darauf an, wie sie hergestellt sind. Wesentlich für die Erfindung ist nur, daß sie die angegebene Zusammensetzung haben.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche :

1. Ohmsche Kontaktierung für Halbleiterbauelemente, die hohen Temperaturen unterworfen werden und deren Kontaktmetall aus einem Metall der Platingruppe besteht, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktmetall zwischen 3,5 und 9 Gewichtsprozent Kohlenstoff enthält und mit einer auch das Halbleiterbauelement überdeckenden, aufgeschmolzenen Schutzschicht (28) aus hochschmelzendem Glas bedeckt ist.

2. Ohmsche Kontaktierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewichtsanteil des Kontaktmetalls (18) an Metall 91 bis 93% und der an Kohlenstoff 7 bis 9 % beträgt.

3. Ohmsche Kontaktierung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktmetall (18) mit einer Schicht (22) aus hochleitendem Metall bedeckt ist.

4. Ohmsche Kontaktierung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das hochleitende Metall ein Metall aus der Molybdängruppe ist.

5. Ohmsche Kontaktierung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (22) aus hochleitendem Metall als Anschlußfahne für die betreffende ohmsche Kontaktierung (18) ausgebildet ist.

6. Ohmsche Kontaktierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Glas, aus dem die Schutzschicht (28) besteht, einen Schmelzpunkt oberhalb von 700° C hat.