DE1639449C

DE1639449C - Verfahren zum Herstellen eines Halb leiterbauelementes

Info

Publication number: DE1639449C
Application number: DE19681639449
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl Phys Dr 6380 Bad Homburg Kosak Wolodimir 7129 Talheim Jager
Original assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Current assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Priority date: 1968-02-24
Filing date: 1968-02-24
Publication date: 1973-06-14

Description

wobei diese Lösung im Verhältnis 1:3 mit Wasser weiter verdünnt wird.

10. Verfahren naoh Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zum Abätzen einer Nickel-Metallschicht eine im Verhältnis 1: 15 mit Wasser verdünnte Eisentrichloridlösung oder eine Lösung aus konzentrierter Salpetersäure, Eisessig und Wasser verwendet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Ätzlösung folgendes Mischungsverhältnis aufweist:

65 ml HNO₃ konzentriert,
18 ml CH₃COOH,
17 ml H₂O,

wobei diese Lösung im Verhältnis 1 : 2 mit Wasser weiter verdünnt wird.

12. Verfahren ^r.ach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dal· der von der Siliziummonoxydschicht unbedeckte freigelegte Teil der Siliziumdioxydschicht mit gepufferter Flußsäure derart abgetragen wird, daß die Siliziummonoxydschicht unterätzt wird.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelementes mit mindestens einem gleichrichtenden Metall-Halbleiterkontakt in der öffnung einer ersten, auf dem Halbleiterkörper angeordneten Schicht aus isolierendem Material, insbesondere einer Schottky-Diode.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Halbleiteranordnungen mit Schottky-Kontakten anzugeben, die möglichst große Abbruchspannungen und hohe Durchbruchsströme aufweisen. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß nach dem Aufbringen der Schicht aus einem ersten isolierendem Material auf die eine Oberflächenseite eines Halbleiterkörpers auf diese Schicht ein Metallfleck von der Größe des herzustellenden Metall-Halbleiterkontaktes aufgebracht wird, daß auf die genannte Oberflächenseite eine weitere Sohicht aus einem zweiten isolierenden Material abgeschieden wird und der auf dem Metallfleck befindliche Teil dieser Schicht zusammen mit dem Metallfleck wieder entfernt wird, daß der nicht von der zweiten Isoliersohicht bedeckte Teil der ersten Isolierschicht durch Ätzen entfernt und zugleich die zweite Isolierschicht am Rande der entstehenden öffnung unterätzt wird und daß schließlich durch die Öffnung in den beiden auf der Halbleiteroberfläche befindlichen Schichten ein Metallkontakt auf die Halbleiteroberfläche aufgebracht wird.

Es ist bereits ein Verfahren zur Herstellung ohmscher Kontakte bekannt (USA.-Patentschrift 3 266 127), bei dem auf dem Halbleiterkörper eine erste Isolierschicht angeordnet wird. Diese Isolier-

schicht wird in einem zentralen Oberflächenbereich mit Metall beschichtet. Die Metallschicht wird mit einer Lackschicht bedeckt. Durch alle drei Schichten wird eine bis zur Halbleiteroberfläche reichende Öffnung eingebracht, durch die ein Metallkontakt so auf der Halbleiteroberfläche abgeschieden wird, daß er sich auf den Rand der Metall-Zwischenschicht erstreckt. Dieses Verfahren bezieht sich jedoch nicht auf die Herstellung von Schottky-Kontakten und ist für die Lösung der vorliegenden Aufgabenstellung ungeeignet.

Ferner sind bereits Schottky-Dioden bekannt, bei denen der Metallkontakt in der öffnung einer die Halbleiteroberfläche bedeckenden Isolierschicht angeordnet ist (Internationale Elektronische Rundschau, 1%6, Nr. 2, S. 93 und 94).

Außerdem ist es bereits bekannt, Isolierschichten zu unterätzen, um durch nachträgliches Aufdampfen von Metall durch die Ätzöffnung einen Kontakt zu erhalten, der einen sehr kleinen Abstand von dem durch die Isolierschicht abgedeckten zweiten Metallkontakt aufweist (französische Patentschrift 1511237).

Zur Herstellung eines Metallflecks auf der ersten isolierenden Schicht, der die Größe des herzustellenden Metall-Halbleiterkontaktes aufweist, wird vorzugsweise die zuerst aufgebrachte Isolierschicht zunächst vollständig mit einer Metallschicht bedeckt. Diese Metallschicht wird anschließend mit einem handelsüblichen Photolack überzogen, derart belichtet und entwickelt, daß auf der Metallschicht nur noch ein Photolackfleck von der Größe des herzustellenden Metall-Halbleiterkontaktes verbleibt. Der vom Phololack unbedeckte Teil der Metallschicht wird durch Ätzen entfernt. Danach wird auch der auf dem verbliebenen Metallfleck befindliche Photolack in einer geeigneten Lösung entfernt.

Die erste Isolierschicht besteht vorteilhafterweise aus Siliziumdioxyd und wird auf die Halbleiteroberfläche pyrolytisch abgeschieden, während die zweite Isolierschicht aus Siliziumoxyd besteht und auf die erste Isolierschicht und den auf dieser Schicht befindlichen Metallfleck aufgedampft wird.

Das Metall muß aus einem Stoff bestehen, der auf der ersten Isolierschicht sehr gut haftet. Wenn die erste Isolierschicht aus Siliziumdioxyd besteht, kann vor allem Nickel oder Aluminium als gut haftender Belag auf die Oxydschicht aufgedampft werden.

Dem Verfahren liegen folgende Erkenntnisse zugrunde:

Bei der Verwendung einer einschichtigen, bei der Aufdampfung der gleichrichtenden Metall-Halbleiterkontakte adhäsiv an der Halbleiteroberfläche anliegenden Maske mit einer öffnung konstanten Querschnitts sind die Sperrdurchbruchsspannungen derart hergestellter Schottky-Dioden sehr klein. Dampft man dagegen die Metallkontakte durch eine Lochmaske auf die unbeschichtete Halbleiteroberfläche auf und wird dabei die Lochmaske in einem Abstand über der Halbleiteroberfläche angeordnet, so erhält man Schottky-Dioden, die hohe Sperrspannungcn aufweisen, aber ohne Zerstörung nur einen maximalen Sperrdurchbruchsstrom von etwa 1 mA aushalten. Im Gegensatz hierzu ergeben sich bei Anwendung des Verfahrens Schottky-Dioden, die ohne bleibende Schädigung einen Sperrdurchbruchsstrom aushalten, der ein Vielfaches über dem maximaler; Durchbruchsstrom der Dioden liegt, deren Schottky-Kontakkrtiif die frei,.' Halbleiteroberfläche durch eine Metall-Lochmaske aufgedampft wurden. Die Durchbruchsspannung dieser Schottky-Dioden entspricht nahezu der von Schottky-Dioden, deren Melallkontakte durch eine Metall-Lochmaske, die über der Halbleiteroberfläche angeordnet ist, auf die Halbleiteroberfläche abgeschieden wurden.

Die günstigen elektrischen Kennwerte der hergestellten Schottky-Dioden beruhen darauf, daß beim Aufdampfen des Metallkontaktes durch die Unterätzung der zweiten Isolierschicht eine durch Streuung verursachte, jedoch scharf begrenzte Hoibildung des Schoxtky-Metallkontaktes zustande kommt. Unter dem Metallhof werden hierbei die sanft auslaufenden Flanken des Schottky-Metallkontaktes am Kontaktrand verstanden, die bei der Durchführung des vorliegenden Verfahrens durch eine Maskenöffnung bedingt werden, deren Querschnitt unmittelbar an der Halbleiteroberfläche größer ist als an der freien Oberfläche dei Maske. Dem neuen Verfahren liegt somit die allgemeingültige Erkenntnis zugrunde, daß für die Giöße der Abbruchsspannung bei Schottky-Dioden der Metallhof bzw. die flächenhafte Ausdch nung der abfallenden Flanken am Rand des Metallkontaktes verantwortlich ist. Es ist also wesentlich, daß der Schottky-Kontakt aus einer Metallschicht besteht, die einen Randbereich mit nach außen abnehmender Schichtdicke aufweist, während der übrige Teil der Metallschicht einen im wesentlichen konstanten Querschnitt aufweist. Ferner wurde erkannt, daß bei einer scharfen und abrupten Begrenzung des Metallhofes, der sich bei der Aufdampfung der Metallkontakte durch die Streuung der Metallatome am Rande der Maskenöffnung ausbildet, die Durchbruchsströme der Dioden gegenüber den Schottky-Dioden mit nicht begrenztem Metallhof wesentlich erhöht werden können. Da die flächenhafte Ausdehnung des Metallhofcs bzw. der abgeflachten Kontaktflanken durch das Maß der Unterätzung der /weiten Isolierschicht bestimmt wird, kann somit durch die Wahl der Isoliermaterialien der beiden Isolierschichten in bezug auf die Ätzraten dieser Stoffe in einem bestimmten Ätzmittel und durch die Ätzdauer die Abbruchsspannung und der maximale Sperrdurchbruchsstrom einer Schottky-Diode festgelegt werden.

Mit wachsender Unterätzung wird auch die Durchbruchsspannung zunehmen, während der maximale Durchbruchsstrom abnimmt.

Die Erfindung soll im weiteren noch an Hand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden.

Die Fig. 1 zeigt im Schnitt beispielsweise einen Silizium-Halbleiterkörper I, der aus einer n+-leitenden Substratschicht 3 und einer auf diesem Substrat angeordneten, epitaktisch hergestellten und n-leitendcn Schicht 2 zusammengesetzt ist. Die Halbleiteroberfläche wird zunächst einem Reinigungsprozeß unterzogen. Danach wird auf die Halbleiteroberfläche eine isolierende, beispielsweise 0,5 |im dicke Siliziumdioxydschicht (SiO.,) 4 aufgebracht. Diese erste Isolierschicht wird anschließend mit einer Metallschicht 5 aus Nickel oder Aluminium beschichtet, wobei die Metallschicht vorteilhafterweise eine Dicke von 1 bis 2 um aufweist. Aluminium wird beispielsweise bei K)O⁰C, Nickel bei 150⁰C auf die SiO.,-Schicht aufgedampft. Die Metallschicht wird mit "einer Photolackschicht überzogen, die so belichtet lind entwickelt wird, daß auf der SiO₂-Schicht, beisnieKweise zentrisch, ein Photolackfleck 6 von

der Größe des herzustellenden Metall-Halbleiterkon- Struktur nach der Fig. 4 entsteht, die aus einem taktes verbleibt. Anschließend wird der nicht von Halbleiterkörper bestellt, dessen eine Oberflächendem Photolackfleck bedeckte und geschützte Teil der seite mit einer geschlossenen SiO^-Schicht 4 bedeckt Metallschicht 5 in einer geeigneten Ätzlösung abgc- ist, auf der sich wiederum eine SiO-Schicht 8 mit tragen. Als Ätzmittel eignet sich beispielsweise für 5 einer öffnung 10 befindet.

Aluminium Phosphorsäure oder eine Lösung aus Wenn der Halbleiterkörper nach der Fig. 4 in ge-

(NH₄).,SO₄, Wasser und konzentrierter Flußsäure. pufferter Flußsäure einer weiteren Ätzbehandlung

Die zuletzt genannte Ätzlösung weist hierbei vorteil- unterzogen wird, bildet sich sehr rasch eine Untcr-

hafterweise folgendes Mischungsverhältnis auf: ätzung am Rande der Öffnung in der SiO-Schicht 8

lOOßiNHiSO ~° ^aus' ^'^es ''^e£^l daran, daß die gepufferte Flußsäure

300 ml HO *' ^d'^{e m der} Öft^nunß 10 frei liegende SiC-Schicht sehr

10 ml HF konzentriert schnell auflöst, während die SiO-Schicht von der

Flußsäure praktisch noch nicht angegriffen wird. Die

Diese Lösung wird mit drei Teilen Wasser ver- Ätzdauer ist also ein Maß für die Stärke der in der

dünnt. *5 Fig. 5 mit der Ziffer 12 gekennzeichneten L'nler-

Nickel wird vorteilhafterweise mit einer Lösung ätzung der SiO-Schicht 8. Durch die öffnung in den

abgetragen, die aus einem Teil Eisentrichlorid beiden auf der Halbleiteroberfläche befindlichen

(FeCl.,) und 15 Teilen Wasser besteht. Auch eine Isolierschichten wird anschließend ein Metallkontakt

Lösung aus konzentrierter Salpetersäure, Eisessig 11 auf die Halbleiteroberfläche im Vakuum aufge-

und Wasser eignet sich zum Entfernen von Nickel- ao dampft. In den unterätzten Bereichen unter der SiO-

belägen, wobei ein vorteilhaftes Mischungsverhältnis Schicht bildet sich während der Aufdampfung des

aus Metallkontaktes durch Streuung der Metallhof 13,

65 ml HNO, konzentriert, ί!!^"^ Λ** ^" ^öffnung^{sinnenrand der} SiO₂-

ISmICH₃COOH, Schicht scharf begrenzt wird

17 ml H O ^{a5 s erfindun}g^sB^emaBe Verfahren hat den wesent-

² liehen Vorteil, daß Schottky-Dioden mit hohen und

besteht und mit zwei weiteren Teilen Wasser ver- durch das Herstellungsverfahren einstellbaren Durchdünnt wird. bruchsspannungen hergestellt werden können. Ferner

Beim Ätzen der Metallschicht mit den genannten konnten mit dem beschriebenen Verfahren Schottky-

Lösungen ergeben sich bei den zurückbleibenden 30 Dioden mit Durchbruchsströmen hergestellt werden,

und durch Photolackbeläge abgedeckten Metallflek- die bei 5OmA und mehr liegen. Die Diodenkapazitä-

ken sehr steile und abrupte, senkrechte bis überhän- ten der Schottky-Dioden mit begrenztem Metallhof

gendc Randflanken, was sich bei dem weiteren Ab- sind sehr klein. Ein weiterer Vorteil des beschriebe-

lauf des Herstellungsverfahrens als äußerst vorteil- nen Verfahrens besteht darin, daß die Metall-Halh-

haft erwies. Nach dem Entfernen des restlichen 35 leiter-Grenzfläche hermetisch abgeschlossen ist.

Photolacks verbleibt auf der SiO₂-Schicht — gemäß wenn das Metall des Schottky-Kontaktes dicker ist

F i g. 2 — ein beispielsweise zentrisch angeordneter, als die SiO„-Schicht.

kreisrunder Metallfleck 7. Auf diesen Metallfleck Es ist selbstverständlich, daß neben SiO- unc

wird eine Siliziumoxydschicht mit einer Dicke von SiOo-Schichten auch andere Isolierschichten zurr

etwa 0,5 bis 1,5 um aufgedampft. Die SiO-Schicht 40 Aufbau einer Aufdampfmaske für den Metall-Halb

isi vorzugsweise immer dünner als die Metallschicht, leiterkontakt verwendbar sind. Wesentlich ist jedoch

wobei der Dickenunterschied beispielsweise 0,1 bis daß die beiden verwendeten Materialien stark unter

0,5 μπι beträgt. Wird diese Bemessungsvorschrift ein- schiedliche Ätzraten aufweisen. Als Schottky-Metal'

gehalten, ist die auf den Metallfleck 7 und die SiO₂- kontakt eignen sich beispielsweise Stoffe wie Gold

Schicht aufgedampfte SiO-Schicht 8 bzw. 9 am 45 Silber, Platin. Palladium. Das beschriebene Verfah

Rande des Metallflecks — gemäß F i g. 3 — unter- ren beschränkt sich nicht auf Siliziumhalbleiterkör

brachen. per die η-dotiert sind, sondern kann sinngemäß aucl

Der MetaTlfleck 7 wird zusammen mit dem darauf bei anderen Halbleiterstoffen mit beliebiger Dotie

befindlichen Teil 9 der SiO-Schicht mit Hilfe eines rung und bei Siliziumhalbleiterkörpern mit p-Dotie

der obengenannten Ätzmittel entfernt, so daß eine 50 rung Anwendung finden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelementes mit mindestens einem gleichrichtenden Metall-Halbleiterkontakt in der öffnung einer ersten, auf dem Halbleiterkörper angeordneten Schioht aus isolierendem Material, insbesondere einer Schottky-Diode, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Aufbringen der Schicht (4) aus einem ersten isolierendem Material auf die eine Oberflächenseite eines Halbleiterkörpers (1) auf diese Schicht ein Metallfleck

(7) von der Größe des herzustellenden Metall-Halbleiterkontaktes (11) aufgebracht wird, daß auf die genannte Oberflächenseite eine weitere Schicht (8) aus einem zweiten isolierenden Material abgeschieden wird und der auf dem Metallfleck (7) befindliche Teil (9) dieser Schicht zuzammen mit dem Metallfleck (7) wieder entfernt wird, daß der nicht von der zweiten Isolierschicht

(8) bedeckte Teil der ersten Isolierschicht durch Ätzen entfernt und zugleich die zweite Isolierschicht (8) am Rande der entstehenden öffnung (lü) unterätzt wird und daß schließlich durch die öffnung (10) in den beiden auf der Halbleiteroberfläche befindlichen Schichten (8, 4) ein Metallkontakt (11) auf die Halbleiteroberfläche aufgebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zuerst aufgebrachte Isolierschicht (4) vollständig mit einer Metallschicht (5) bedeckt und diese Metallschicht mit einer Photolackschicht überzogen wird, daß anschließend der Photolack derart belichtet und entwickelt wird, daß auf der Metallschicht (5) ein Photolackfleck (6) von der Größe des herzustellenden Metall-Halbleiterkontakts (11) verbleibt und daß schließlich der vom Photolack unbedeckte Teil der Metallschicht (5) durch Ätzen entfernt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zuerst auf die Halbleiteroberfläche aufgebrachte Isolierschicht (4) aus Siliziumdioxyd und die zweite Isolierschicht (8, 9) aus Siliziummonoxyd besteht.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Siliziumdioxydschioht pyrolytisch auf die Halbleiteroberfläche abgeschieden wird, während die zweite Isolierschicht (8, 9) aus Siliziummonoxyd auf den Metallfleck (7) und die erste Isolierschicht (4) aufgedampft wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht (5) dicker als die zweite Isolierschicht (8, 9) ausgebildet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht (5) 0,1 bis 0,5 μηι dicker als die zweite Isolierschicht (8, 9) ausgebildet wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht (5) aus Aluminium oder Nickel besteht.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zum Abätzen einer Aluminkitii-Mi'tallschich? entweder Phosphorsäure oder eine Lösung aus (NHJ₂SO₄ und konzentrierter Flußsäure in Wasser verwendet wird.

9 Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ätzlösung folgendes Mischungsverhältnis aufweist:
10Og(NH₄)^SO₄,
300 ml H₂O,
10 ml HF konzentriert,