DE1639051C2 - Verfahren zum Herstellen eines ohmschen Kontakts an einem Silicium-Halbleiterkörper - Google Patents

Verfahren zum Herstellen eines ohmschen Kontakts an einem Silicium-Halbleiterkörper

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines ohmschen Kontaktes an einem Silicium-Halbleiterkörper der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Ai w
Es ist bereits ein Verfahren zur Herstellung von Kontakten an einem Halbleiterkörper bekannt (US-Patentschrift 28 58 489), bei dem auf einer Oberfläche des Halbleiterkörpers eine Oxidmaske gebildet und Silber sowohl auf die Oberfläche der Oxidschicht als auch durch die Offnungen der Maske hindurch auf die freiliegende Oberflache des Halbleiterkörpers abgeschieden wird. Weiterhin ist ein Kontaktierungsverfahren für Halbleiterkörper zur Erzielung sperrschichtfreier, also ohmscher Kontakte bekanntgeworden (deutsche Auslegeschrift 10005331 bei dem bei der Abscheidung des Kontaktmetälls Fremdschichten, insbesondere Oxidschichten, durch die Einwirkung einer das Kontaktmetall in Form von Ionen enthaltenden Ätzflüssigkeit entfernt werden und gleichzeitig auf der Halbleiteroberfläche eine Metallkontaktschicht durch Ionenaustausch niedergeschlagen wird Vorzugsweile wird dabei zur Verfestigung der beispielsweise aus Platin bestehenden Kontaktschicht mit der Halbleiteroberfläche eine Wärmebehandlung, beispielsweise ein Einbrennen, vorgenommen. Weiterhin ist es bei einem derartigen Verfahren bekannt, daß zunächst die Kontaktierung aus Gold, Platin oder Rhodium durch Ionenaustausch aufgebracht und anschließend mit einem unedleren Metall, z. B. Silber, Kupfer, Nickel, Cadmium oder Zinn, vorzugsweise Zink, galvanisch verstärkt wird (deutsche Auslegeschrift 1004 294). Diese bekannten Verfahren beinhalten komplizierte Verfahrensschritte und sind deshalb kostspielig.
Es ist auch schon ein Verfahren zur Herstellung eines besonders innigen, festhaftenden elektrischen Kontaktes an einer oxidüberzogenen Halbleiterscheibe, z. B. aus Silicium, bekannt, bei dem eine geschlossene Schicht aus einem aktiven Metall, wie z, B, Titan, Zirkon, Niob, Tantal, Thorium oder Vanadium, auf die Oxidschicht des Halbleiters aufgebracht und anschließend eine Schicht aus Kontaktmetall, z.B. Gold, Silber, Palladium, Thorium, Kupfer, Nickel oder Platin, darauf niedergeschlagen wird. Bei der nachfolgenden Erhitzung bis unterhalb der Schmelzpunkte der Metalle soll wenigstens ein Teil des im Halbleiterüberzug enthaltenen Sauerstoffs in eine sich ausbildende Schicht eines Oxids
ίο des aktiven Metalls überführt werden. Bei diesem Kontakt ist jedoch der elektrische Übergangswiderstand wegen der vorhandenen Oxidschichten verhältnismäßig hoch (österreichische Patentschrift 2 29 368).
Aus der US-PS 29 30 722 ist es im Rahmen der Oberflächenstabilisation von Silicium durch eine Oxidationsbehandlung bei 500 bis 850° C in Wasserdampf weiterhin bekannt, vorher die für einen Kontakt vorgesehenen Bereiche mit einer Platinschicht zu versehen, auf die dann nach dieser Oxidationsbehandlung ein Anschlußdraht direkt gebonded wird. Da nach »Gmelins Handbuch der anorganischen Chemie«, System Nr. (Platin), Teil C, 1939 bis 1940, S. 128 bis WO, Platin dafür bekannt ist, mit Silicium unter Platinsilicidbildung ab 400"C zu reagieren, ist anzunehmen, daß während der vorstehend beschriebenen Oxidationsbehandlung sich auch dort der untersettige Teil des aufgebrachten Platins in Platinsilicid umsetzen wird.
Das Platinsilicid ist nun, wie gefunden wurde, verantwortlich für die guten elektrischen, einschließlich ohmschen Eigenschaften eines solchen Platinkontaktes mit Silicium. Leider wurde aber auch gefunden, daß die Langzeitstabilität von Platinkontakten mit unterseitig gebildetem Platinsilicid auf Silicium nicht sonderlich gut ist
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, im eingangs erwähnten Verfahren ohmsche Kontakte mit guter Langzeitstabilität vereinfacht herstellen zu können, um so zugleich zu niedrigeren Herstellungskosten von Halbleiterbauelementen ?u geltigen, wobei Vor-
sorge dafür getroffen werden soll, daß die Kontaktelektrode als Ganzes ein gutes mechanisches Haftungsvermögen am Halbleiterkörper besitzt, ohne daß die guten elektrischen Eigenschaften des Kontaktes selber beeinträchtigt würden.
Die gestellte Aufgabe wird für das einleitend
beschriebene Verfahren gemäß der Erfindung mit den
im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmalen gelöst
Wie gefunden wurde, setzt sich unter den erfindungs-
so gemäßen Verfahrensbedingungen das niedergeschlagene Platin mit dem Silicium im Rahmen einer Fettkörperreaktion quantitativ zu Platinsilicid um, wobei darüber hinaus der Platinfilm dazu neigt, kleine Inseln auf der Siliciumoberfläche zu bilden. Diese Platinsilicidinseln reichen bereit! aus, um die gewünschten guten langzeifstabilen elektrischen Eigenschaften des ohmschen Kontaktes zu gewährleisten. Das anschließend aufgebrachte Aktivmetall, dai an Silicium stark haftet, jedoch keinen guten ohmschen Kontakt
μ hiermit bildet, füllt dann die zwischen den Platinsiliddlnsein gelegenen Bereiche der Siliciumoberfläche auf und stabilisiert das Ganze.
Ferner wird der Vorteil erzielt, daß noch vor der Endhersitellung der Halbleiterbauelemente optisch sehr
es einfach überprüft werden kann, ob die erzeugten ohmschen Kontakte in Ordnung sind und das Platin zu Platinsilicid durchreagiert ist. Dieses ist deshalb möglich, weil das Reflexionsverhalten von Platinsilicid anders ist
als das von sowohl metallischem Platin als auch von Silicium.
Wie weiter gefunden wurde, neigt unter den erfindungsgemäßen Verfahrensbedingungen der Platinfilm auch dazu, kleine Inseln auf der das Kontaktgebiet umgebenden Siliciumoxidschicht zu bilden. Das anschließend aufgebrachte Aktivmetall hüllt dann diese Platininseln unter Auffüllung des zwischen den Platjninseln gelegenen üereiches ein. Da Edelmetalle bekanntlich auf dem Oxid schlecht haften (vgL US-PS 27 99 600), die Aktivmetalle aber sehr gut, wird gerade wegen der Platininselbildung eine noch gute Haftung der Aktivmetallschicht ais Ganzes auf dem Oxid erreicht Die an sich die Haftung verschlechternden Platininseln brauchen daher nicht im Rahmen einer vorgängigen selektiven Ätzbehandlung vom Oxid entfernt zu werden, wie dieses der Fall sein würde, wenn mit einer dickeren und auf dem Oxid nicht mehr zur Inselbildung neigenden Platinschicht gearbeitet würde. Ersichtlich ist die Einsparung eines selektiven Ätzschrittes von Vorteil.
Auf die Aktivmetalischicht ist dann noch die weitere, der Komplettierung des Kontaktes dienende Metallschicht aus Platin, Silber, Nickel, Palladium oder Rhodium niederzuschlagen. Nach einer Ausgestaltung kann auf die weitere Metallschicht als letztes eine Goldschicht abgeschieden werden.
Im folgenden ist die Erfindung an Hand der Zeichnung beschrieben; es zeigen
Fi g. 1 bis 3 in Schnittansicht je ein Halbleitei bauelement in verschiedenen Fertigungsstufen und jo
Fig.4 eine Draufsicht auf die Anordnung nach Fig. 3.
In Fig. 1 ist im Schnitt ein Teil einer Halbleiterscheibe dargestellt, aus der eine einen einzigen pn-Übergang aufweisende Diode hergestellt worden ist Die Unterlage tO der Fig. 1 ist ein Teil einer halbleitenden einkristallinen Siliciumscheibe. Beim dargestellten Beispiel ist der Hauptteil der Scheibe η-leitend. Auf der oberen Flache 12 der Scheibe ist eine thermisch gewachsene Siliciumdioxidschicht 11 vorgesehen, in die ein kleines rundes Loch eingebracht worden ist, so daß ein Teil der Oberfleche 12 freigelegt ist Mit Hilfe einer Festkörper-Diffusionsbehandlung ist unter Verwendung eines ein Akzeptormaterial enthaltenden Dampfes, z.B. Bortetrachlorid, eine kleine Zone 13 in ein p-leitendes Gebiet umdotiert worden.
Um einen guten ohmschen Kontakt zur eindiffundierten p-Zone 13 zu erhalten, besteht der nächste Schritt darin, auf der ganzen oberen Flache einschließlich des Oxidfilms eine sehr dünne Platinschicht 14 niederzuschlagen. Dies kann leicht bewerkstelligt werden durch Aufdampfen oder durch kathodisches Aufstäuben. Die Schichtdicke liegt in der Größenordnung 100 A.
Das Ganze wird dann 5 bis 10 Minuten auf 500 bis 600" C erhitzt Diese Wärmebehandlung verursacht, daß die dünne Platinschicht mit der Oberfläche der diffundierten p-Zone 13 chemisch reagiert. Diese Reaktion ist eine Festkörperreaktion und fahrt zur Bildung eines Platinsilicids, und zwar ohne wesentliches seitliches Auslaufen oder Zusammenbauen, wie die* eo allgemein bei in flüssiger Phase ablaufenden Reaktionen stattfindet Dies ist insbesondere deshalb bedeutsam, weil andere Kontaktmetalle, z. B. Aluminium oder Gold, wenn diese an Stelle von Platin verwendet werden, eine in flüssiger Phase ablaufende Reaktion zur Folge haben, die zu einer schnellen, häufig fehlerhaften und unkontrollierbaren Diffusion dotierender Verunreinigungen führt, wodurch häufig ein Kurzschließen des Obergangs, insbesondere nahe der Oberfläche 12, auftritt Deaigemäß ist der obenerwähnte Temperaturbereich wichtig, um das gewünschte Ergebnis zu erhalten. Der Platinfüm neigt dazu, kleine Inseln 14 sowohl auf der Siücium-Oberfläche als auch auf der Oxid-Fläche zu bilden. Wie vorstehend beschrieben, bilden die Gebiete auf dem Silicium gute ohmsche Kontakte zur p-Zone 13 als Folge der Festkörperreaktion.
Als nächstes (Fig.2) wird das Halbleiterbauelement mit einer Schicht 15 eines aktiven Metalls, üblicherweise mit Titan, beschichtet Ein elektrischer Kontakt der Titanschicht 15 mit der p-Zone 13 wird durch die vorher aufgebrachte Platinschicht sicher bewerkstelligt und zwar durch Abdecken der diskreten Platingebiete durch die Titanschicht 15 und durch elektrisches Verbinden jener mit diesen. Durch die Titanschicht 15 werden die isolierten Platinteile oder Platininseln umgeben und umhüllt
Wie ferner aus Fig.2 hervorgtii, wird auf die Oberseite des Titanfilms eine Schicht 16 eLies Metalls, in diesem Falle Platin, aufgebracht so daß eine hierauf erfolgende natürliche Oxidbildung verhindert wird, wenn der Titanfilm der Atmosphäre ausgesetzt wird. Anschließend wird eine Schicht 17 eines Kontaktmetalles, z. B. Gold, abgeschieden, und zwar unter Verwendung von Masken, so daß die Größe des Goldkontaktes etwa auf das Ausmaß begrenzt wird, das zur Abdeckung der pn-Obergangsbegrenzung notwendig* ist
Schließlich werden (Fig.3) die Randteile der abgeschiedenen Titan-Platin-Schichten 15,16 entfernt und zwar durch einen als Rückstäuben bezeichneten Vorgang, währenddessen die dicke Goldschicht 17 im Effekt als eine Maske wirkt. Bei diesem Verfahrensschritt wird die Oberfläche des Halbleiterbauelements zur Kathode gemacht, so daß mit Hilfe einer Ionen-Bombardierung das Material von der Oberfläche des Halbleiterbauelements entfernt werden kann.
Alternativ kann eine Titan-Silber-Kombination an Stelle von Titan-Platin verwendet werden, und das Silbtr kann durch einen Ätzvorgang unter Verwendung von FerrinJtrat entfernt werden. Gleicherweise können auch andere Metalle in Kombination mit Titan verwendet werden, einschließlich Nickel Palladium und Rhodium. Der in Fi g. 3 dargestellte Aufbau kann dann vom übrigen Teil der Scheibe abgetrennt werden und als pn-Obergangsdiode konfektioniert werden. Dies geschieht durch Befestigen geeigneter Zuleitungen, eine an der Goldschicht 17 und die andere auf der unteren Oberfläche 21 des SiltciumkOrpen, die — wie allgemein bekannt ist - unter Verwendung von Nickel oder Gold geeignet metallplattiert ifl, to daß die Befestigung auf einem großen Oberflächengebiet oder an einem bandförmigen Metalleiter ermöglicht wird.
Bei einer alternativen Dioden-Struktur können die Titan-Platin-Gold-Schichten 15, 16, 17 bis zu einer Kante des Plättchen» und aber dieselbe hinweg in Form eines Bandes weitergeführt werdrn. Anschließend wird auf die Metallsclitchten eine zweite Oxidschicht niedergeKhlkgen, die »ich Ober die vertikale Projektion der darunterliegenden pn-Obergänge hinaus erstreckt Dann wird aber diese Oxidschicht begrenzter Ausdehnung eine letzte Schutzabdeckung, bestehend aus den drei vorstehend erwähnten Metallen, niedergeschlagen. Dieser äußere Oxid-Metall-Schutz hat dann kappenförmige Konfiguration.
Ferner können außer Titan und Tantal weitere Metalle für die in Berührung mit der Oxidschicht
stehende Schicht verwendet werden. Diese Metalle sind hier allgemein als aktive Metalle bezeichnet; es sind dies bestimmte Metalle der Gruppe IVa, Va und VIa des Periodischen Systems. Als Beispiel seien Titan, Zirkon, Hafnium, Vanadium, Tantal, Niob und Chrom genannt.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Herstellen eines ohmschen Kontakts an einem Silicjum-Halbleiterkörper, bei dem auf der oberen Oberfläche des Silicium-Halbleiterkörpers eine Platinschicht niedergeschlagen und die Halbleiteranordung auf 500 bis 600° C erhitzt wird, so daß sich Platinsilicid bildet, dadurch gekennzeichnet, daß auf der oberen Oberfläche (12) des Silicium-Halbleiterkörpers (10) eine das Kontaktgebiet begrenzende Oxidmaske erzeugt, darauf eine sehr dünne Platinschicht (14) mit einer Dicke in der Größenordnung von 100 A niedergeschlagen und die Halbleiteranordnung 5 bis 10 Minuten lang erhitzt wird, daß als nächstes die Halbleiteranordnung mit einer Aktivmetallschicht (15) aus Titan, Zirkon, Hafnium, Vanadium, Tantal, Niob oder Chrom beschichtet wird, anschließend auf die Halbleiteranordnung eine weitere Schicht (16) aus Platin, Silber, Nickel, Palladium oder Rhodium abgeschieden wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf die weitere Schicht (16) als letztes eine Goldschicht (17) abgeschieden wird.
DE1639051A 1961-12-01 1964-11-21 Verfahren zum Herstellen eines ohmschen Kontakts an einem Silicium-Halbleiterkörper Expired DE1639051C2 (de)

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