DE1614148A1 - Verfahren zum Herstellen einer Elektrode fuer Halbleiterbauelemente - Google Patents

Verfahren zum Herstellen einer Elektrode fuer Halbleiterbauelemente

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DE1614148A1 DE19671614148 DE1614148A DE1614148A1 DE 1614148 A1 DE1614148 A1 DE 1614148A1 DE 19671614148 DE19671614148 DE 19671614148 DE 1614148 A DE1614148 A DE 1614148A DE 1614148 A1 DE1614148 A1 DE 1614148A1
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Description

1114148
PATENTANWÄLTE H. LEINWEBER dipl. ing. H. ZIMMERMANN
8 München 2,RoSOiItBl 7, 2.Aufg.
Τθΐ.-Adr. Lelnpat München Telefon (0811)2«1»89
den28. Januar 1970.
Unser Zeichen ]j J^ 373
Lw/XIII/C
MTSUSHITA ELEGTROIIGS GOEPOEATIÖli,
Osaka / Japan
Verfahren zum Herstellen einer Elektrode für Halbleiterbauelemente
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Elektrode durch Niederschlagen eines Metalls auf ein Halbleitersubstrat. Die erfindungsgemäße Elektrode weist die Entwicklung der sogenannten "Pimpurpes-t" (purple plaque), einen Nachteil der bekannten,- auf Halbleiterbauelementen gebildeten Elektroden, nicht auf. Die erfindungsgemäße Elektrode wird durch Niederschlagen eines Metallfilms aus' Molybdän oder Wolfram auf der Oberfläche eines Halbleiters, wie Silicium, Germanium o* dgl. mit einer Verunreinigungskonzentration an der Oberfläche von 10 cm - oder darüber hergestellt. .
Bei dem bekannten Verfahren zum Herstellen einer Zuführungsleitung, z,B. für einen Siliciumplanartransistor, wurde im Vakuum ein dünner Film aus Aluminium oder Gold auf der Oberfläche des Emitters- oder des Basisbereichs-des Transistors niedergeschlagen und dann wurde ein Gold- oder Aluminiumdraht
109813/0258
■ - 2 -
auf diesem Film durch Thermokompressionsbildung oder auf ähnliche Weise angebracht· Es ist jedoch bekannt, dai3 bei der Kombination von Gold und Aluminium im Verlauf der Zeit eine chemische Umsetzung zwischen dem lietallfilm und dem Metalldraht" während des Betriebs des Bauelements unter Bildung einer bestiainten Art von zwischenmetalliscaer Verbindung eintritt, wodurch die hiermit verbundene Stelle
£ sich entweder mechanisch oder elektrisch verschlechtert, wodurch die unerwünschte Erscheinung der sogenannten Purpurpest (purple plaque) durch Unterbrechung der Elektrode auftritt. Aufgrund dieser Beobachtung wurde die sogenannte Elektronenbündelverdampfungstechnik angewandt, bei der ein Molybdänfilm auf der Oberfläche eines Halbleiters niedergeschlagen wurde« Dieses bekannte Verfahren besitzt jedoch den wesentlichen Nachteil9 daß hierbei eine teure Apparatur erforderlich ist und eine grundsätzliche Schwierigkeit in
* der Bildung eines hinsichtlich der mechanischen Festigkeit
der Bindung als ,auch im Hinblick auf den ohraschen Kontakt * ' befriedigenden Verbindung besteht«
Die Erfindung schafft sowohl einen ohrischen Kontakt . :. als auch eine starke mechanische Bindangsfestigkeit« }
Die irfindung beruht auf dem neuen Prinzip, daß sich , ein ohnfccher Kontakt mit starker mechanischer Bindungsfestigr keit herstellen läßt, indem man Molybdän oder Wolfram /auf der Oberfläche eines Halbleiters, wie Silicium, dermanium oder dergleichen gemäß der im folgenden beschriebenen Umsetzung niederschlägt . BAD O?!ifl!NAL
IUü ο 1 J/U 2 b 5 ·
16 H148
Erfindungsgemäß wird metallisches Molybdän oder Wolfram chemisch aus der Dampfphase auf einem Substrat, z.B.. auf 50O0C erhitztes Silicium oder Germanium niedergeschlagen, indem man das entsprechende iletallhalogenid mit A1 asser st off reduziert oder die entsprechende Metallcarbonylverbindung, z*B» Molybdänhexacarbonyl Mo(CO)g, thermisch zersetzt·
Ia den älteren japanischen Patentanmeldungen Kr, 49096/1965 und 77691/1965 ist ein Verfahren beschrieben, bei dem ein ahndsciier Kontakt durch Niederschlagen von Molybdän ■ oder Wolfram auf einem auf über 500°G erhitzten Halbleitersubstrat erfolgt und bei dem eine Zwischenphase aus einer Kombinatioa des Molybdäns oder . Wolframs und- dem Halbleiter as der Zaischeofläoks zwischen dem Metall und dem Halbleiter gebildet wirög gemäß einer anderen Erfindung.läßt sich eine Diode oder ein Transistor herstellen» indem man iiolybdän oder Wolfram auf einem auf 50O0C oder darunter erhitzten Halbleitersubstrat niederschlägt und eine. Schottky Sperr* schicht.an der dazwischenliegenden Zwischenfläche herstellt«, Sie-Erfindung unterscheidet sich vollkommen von diesen früheren PateatasmeXdungeo. ußd schafft einen ohsischen Kontakt ohae eiKit'Zvischenphase ©ß der Zwischenfläche'zwischen dem UolrbdiB- oder Wolfram und einem Halbleiters indem Molybdän ©der Wolf ras auf die oben beschriebene Weise auf dem auf 5OÖ°0 ©des* äaruiter erhitzten Halbleitersubstrat« das eine Konzentration aa ÖberfiäeheßVeruareiniguQgea von 10^ cm"^- oder-darübef aufweist»'-niedergesoblagen wird* ;
■ . '· , 109813/0255 ^ - 4 -
16H148 ■-4 - · . . '
• . Die Erfindung wird nun anhand eines Beispiels weiter erläutert»
Zuerst wurde Phosphorpentoxid beidseitig auf einem η-leitenden Siliciumplättchen mit einem spezifischen Widerstand von 70 Jt. -cm und einer Stärke von 200 μ in Sauerstoffatmosphäre bei 1000GC niedergeschlagen* Dann wurde auf einer
Seite dieses Plättchens eine Schicht von 20 /x abgeschabt·
■ - ■
Dann wurde Bortrioxid in Monomethylenglykoläthyl auf die
Oberfläche der geschabten Seite aufgebracht· Das erhaltene Plättchen wurde 24 Stunden auf 12800C erhitzt und es bildete sich auf diese Weise eine pn-Sperrschicht-Diode· Die auf diese Vieise gebildete p- und η-Schicht wies eine Konzentration an Verunreinigung an der Oberfläche von lO^cm""* oder mehr*auf9
Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert· In der Zeichnung bedeuten;
Fig« 1 einen Querschnitt, aus dem die Struktur der
. Diode ereiGütlioh iat, was für.die Erläuterung einer Ausführungsform der Erfindung notwendig ist;
Fig· 2 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung, wie sie zum "niederschlagen: des Molybdäns oder . Wolframs auf einem Halbleitersubstrat nach dem erfihdungsgemäiJea Verfahren erforderlich ist·
BAD 109813/025S-" - 5 -
16H148
In Fig. 1 bedeutet 1 eiaeBor-diffunaierte Schicht und 5 eine Phosphor-diffundierte Schicht· 2 bedeutet ein η-leitendes Siliciumplättonen mit einem spezifischen Widerstand von 70-Π.-αη* 4 bedeutet^einen MoIybdänfilia und 5 einen Kupferblock, · . - . ■
Das auf diese Weise 'gebildete Siliciümscheibehen 11. wurde auf den Heüzsockel 12 der in Fig. 2 dargestellten Vor-. richtung gebracht und in einem HF Öfen 15 auf 400 - 5OQ0C M erhitzt. Eine Küvette 14 mit Molybdänpentachlorid (MoCIc) v?urde mit einer Widerstandsheizvorrichtung 15aufTOO0C erhitzt und gleichzeitig wurde Wasserstoff in einer ^eiige von 1 1 pro Minute vom Oberteil 1? in das Reaktionsrohr 16 eingeleitet, so daß sich ein,Mischgas aus Molybdänpentachlorid und Wasserstoff bildete» Dieses Llischgas wurde durch eine maschenformige* aus Kohlenstoff herjestellte Vorwärmvorrichtung 19 geleitet und mit einem HF Öfen 18 auf eine Temperatur zwischen 600 und 9000G gehalten/ so daß das Gas auf das Siliciumsubstrat 11 geblasen wurde· Auf . . ™ diese Weise schlug sich ein Molybdänfilm auf deia Substrat 11 nieder» .{ Obwohl in Fig· 2 nichtΓ dargestellt, bedeutet 4 in Fig» 1 dea auf diese Weise göbildeteo Molybdänfilm). Auf ähnliche"-Welse wurde ein^^ Molybdänfilm auf der anderen Fläche der Scheibe niedergeschlagenv . ■
- 6
10 9813/025S
Auf diesen Molybdänfilm 4 wurde Gold ia Vakuum aufgedampft und mit diesem Goldfilm wurde der ICupferbloek 5 unter Zwischenschaltung einer Goldfolie (wegen ihrer äußerst geringen Stärke nicht dargestellt) durch Thermokompression bei 4000C verbunden. Dann .wurde die elektrische Charakteristik gemessen» Das Ergebnis dieser Messung wurde mit dem bei einer gemäß der herkömmlichen ifickelplattierungstechnik hergestellten Diode yerglichen, die jedoch-die gleiche Struktur und Packung in dem gleichen Gehäuse wie die ^eaä.3 diesem Beispiel hergestellte Diode hergestellt wurde; die . Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 1 zusammengestellt.
Tabelle 1
(O
CO
Ca)
O
Charakteristik der Diode Mckel-Plattie-
rung (bekannt) 		Vd Jf •
Kjm ' .
Diode aus Ho-Jiiedorschlag
durch Verdampfen
(erfi ndungsgemä-
ßes Beispiel) 		1,2V 11,5 A/mm2 11,5 mV
1,0 V 14,3 A/mm2· 10,2 mV
In Tabelle 1 bedeutet Vd die Endspannung, wenn ein Strom Ton 50 A ia der Durchlaßrichtung durch die Diode strömt Jf bedeutet die Stromdichte bei einer Endspannung Ton 1 V* Kjm bedeutet die Änderung der Endspannung, nenn ein Impuls τοπ 1 V und einer Jauef von 0,8 Sekunden ia der Durchlaßrichtung der Diode angelegt wird, währe&d ein Strom von 2mA
in der Durchlaßrichtung der Diode fließt»
Aus der obigen Tabelle ergibt sich» daß man bei
dem. erfindungsgemäßea Beispiel einen ohaischen Kontakt
erhält/ der den bisher erhaltenen Kontakten weit überlegen· ist·
Ein Vergleich zwischen der -bekannten Diode, die durch Thermokompressionsbefestigung bei 35O0G eines Golddrahts mit einem Durchmesser von 25 m auf einen-Alurainiumfilm einer Stärke von 2/i, der bei 40O0C auf Silicium niedergeschlagen wurde, erhalten wurde und der Diode, die durch Verbinden eines Golddrahts mit einem Durchmesser von 25/ι durch Thermokompression bei 40O0C auf das durch Vakuumverdampfung"bei 5OQ0C auf einen .üolybdänfilm gemäß der Erfindung niedergeschlagenem Gold erhalten wurde, ergab, . daß bei einem 220-stündigem ununterbrochenem Erhitzen auf 3QO0C bei der bekannten Elektrode eine Verminderung der mechanischen Festigkeit vom ursprünglichen Bereich von 8-10 bis auf 2,5 bis 3t5 g eintrat, während bei der erfindungsgemäß erhaltenen Diode die ursprüngliche mechanische Festigkeit von 8 - 10 g beibehalten wurde·
Hieraus ergibt sich4 daß bei dem erfindungsgemä^en Verfahren die theoretisch zu erwartende Purpurpest (purple plaque) nicht eintritV
109813/0255
16U148
In der älteren Patentanmeldung d'.-r Erfinder ist die Herstellung einer Diode beschrieben, bei der ein Jiolybdänfilm durch Sasserstoffreduktion von Molybdänpentachlorid auf einem Halbleitersubstrat niedergeschlagen und eine Schottky Sperrschicht zwischen dem niedergeschlagenen Metall und dem Substrat hergestellt-wird· Das bei der vorliegenden Erfindung auftretende Phänomen unterscheidet sich jedoch vollkommen von demjenigen der älteren Anmeldung. In dieser Hinsicht sei auf folgende Überlegungen hingewiesen: Falls die Konzentration an Verunreinigungen an der Oberfläche eines Halbleiters 10 cm"; oder mehr beträgt, wie bei der Erfindung, ist die Stärke der Schottky Sperrschicht zwischen dem Metall und' dem Halbleiter so dünn, daß die Elektronen aufgrund des Tunneleffekts hindurchgehen können und daher wirkt diese Sperrschicht nicht mehr als Gleichrichter; daher zeigt das erfindungsgemäße Produkt eine ausgezeichnete Charakteristik eines qhmischen Kontakts, wie sich aus Tabelle 1 ergibt·
Wie schon im Zusammenhang mit einer älteren Anmeldung der gleichen Erfinder erwähnt, wurde im Halmen der vorliegenden Erfindung noch eine andere Erscheinung gefunden· Man er- ^hält einen ohiaischen Kontakt von verschiedenen Zwischenphasen, die sich zwischen dem Molybdän und einem jialbleitersubstrat entwickeln, falls das Substrat auf über 5QO0C erhitzt wird.-Es ist ebenso zu bemerken, daß die Erfindung
BAD Qfti@INAL
■ - 9 -1098 1 3/0265
auch von dieser Tatsache abweicht, da gemäß der vorliegenden Erfinduag ein ohmischer Kontakt bej, der Temperatur von 50O0C oder darunter erhalten werden kann und man einen ohmischen : Kontakt erhält, der nicht auf άβϊ'Anwesenheit derartiger Zviischenphasen beruht« ; .
Es wurde gefunden, daß man das oben besehriebene ausgezeichnete Ergebnis Jm Kahmeη der Erfindung nicht nur durch thermische Zersetzung eines Molybdänhalogenids, son* ■■" dem auch durch thermische Zersetzung von Molybdäncarbonyl, Wassürstoffreduktion eines Wolframhelogenids und thermische; Zersetzung von Wolframcarbonyl erzielen kann.
ν Die Erfindung kann man nicht nur bei einem Siliciumhalbleiter, sondern ebenso vdrksam bei anderen. Halbleitern, wie Germanium und Galliumarsenid anwenden· ,

Claims (1)

  1. - 10 -Fa tistaaspr ucb s
    Verfahren susi Herstellen einer Elektrode in Halbleiterbauelementen durch niederschlagen eines Metalle auf ein Halbleitersubstrat, dadurch gekennzeichnet* da£ sen einen Hetallfiift cuö HoljMga oder Wolfrca auf ein auf SOO0C oder darunter erhiistss Halbleitersubstrat sit einer Kob-
    an Oberfl&chen?erunreinigungen von nicht weniger als 10 ccT^ durch Maaserstoff reduktion eines
    nids des Jeweiligen Metalls oder durch themische Eereetsung von Kolybdäil·- oder Wolfraacarbonyl niederschlägt»
    BAD
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