DE1816748B2 - Halbleiteranordnung und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents

Halbleiteranordnung und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number
DE1816748B2
DE1816748B2 DE19681816748 DE1816748A DE1816748B2 DE 1816748 B2 DE1816748 B2 DE 1816748B2 DE 19681816748 DE19681816748 DE 19681816748 DE 1816748 A DE1816748 A DE 1816748A DE 1816748 B2 DE1816748 B2 DE 1816748B2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
film
gold
chromium
alloy
alloy film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE19681816748
Other languages
English (en)
Other versions
DE1816748A1 (de
DE1816748C3 (de
Inventor
Shohei Takatsuki Kano Go ta Kyoto Matsuoka Shunsuke Takatsuki Sawaki Tsukasa Toyonaka Fujiwara, (Japan)
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electronics Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electronics Corp filed Critical Matsushita Electronics Corp
Publication of DE1816748A1 publication Critical patent/DE1816748A1/de
Publication of DE1816748B2 publication Critical patent/DE1816748B2/de
Application granted granted Critical
Publication of DE1816748C3 publication Critical patent/DE1816748C3/de
Expired legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/24—Alloying of impurity materials, e.g. doping materials, electrode materials, with a semiconductor body
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
    • H01L21/283—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S148/00—Metal treatment
    • Y10S148/02—Contacts, special

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Die Bonding (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiteranordnung mit einer einen ohmschen Kontakt mit einem Halbleiterkörper bildenden Elektrode aus einem GoId-Chrom-Legicrungsfilm.
Übliche Verfahren zur Erlangung elektrisch guter Kontaktfilme für eine Siliciumhalblcitcranordnung sind Vakuumverdampfung von Aluminium, Gold usw. und stromloses oder elektrolytisches Plattieren eines Nickelfilms. Der Nickelfilm wird gewöhnlich als Elektrodenmetallfilm verwendet, da leitende Drähte mit ihm verlötet werden können. Jedoch ist das Plattieren eines Nickelfilms normalerweise sehr schwierig bei mit hohem Widerstand behafteten Silicium anzuwenden. Die Adhäsionskraft zwischen dem Nickelfilm und dem Siliciumhalbleitersubstrat ist schwach und außerdem wird der Kontaktwiderstand im Fall von Silicium vom P-Typ groß. Aus diesen Gründen ist die Verwendung von Nickelfilm eingeschränkt worden.
Um den Kontaktwiderstand zu vermindern, kann zum Aufdampfen auf das Siliciumsubstrat auch Aluminium verwendet werden. Durch Wärmebehandlung wird das Siliciumsubstrat mit dem Aluminium legiert, um dadurch die Konzentration an Verunreinigung auf der Siliciumoberfläche zu erhöhen. Anschließend wird der Aluminiumfilm entfernt und Nickelplattierung angewendet. Jedoch wird das Verfahren sehr kompliziert. Da ferner auf der Oberfläche eines Nickel/ilms während der späteren Herstellungsstufen oder Aufbewahrung ein Oxydfilm spontan gebildet wird, ist ein
ίο spezielles Flußmittel zur Lötung erforderlich. Das Flußmittel sollte nach Lötung vollständig entfernt werden.
EiE Goldauf dampf ungsfilm ist hinsichtlich elektrischer Leitfähigkeit ausgezeichnet. Er bildet mit Silicium bei relativ niedriger Wärmebehandlungstemperatur eine eutektische Legierung. Als Ergebnis wird ein guter unmittelbar gleichrichtender Kontakt gebildet. Daher ist die Verwendung eines Goldaufdampfungsfilms eine andere vielfach verwendete Methode zur Bildung einer Metallelektrode. Zwar kann der Goldfilm mit dem üblichen, hauptsächlich aus Blei, Zinn, Indium, Zink und Kadmium hergestellten Weichlot gut verbunden werden, jedoch legiert er leicht mit diesem. Ein Goldfilm einer Stärke in der Größenordnung von 1000 A verschmilzt mit dem Lötmaterial und verschwindet, wodurch die elektrische Verbindung unmöglich gemacht wird.
Es ist bereits eine Halbleiteranordnung mit einer Elektrodenschicht aus einer Gold-Chrom-Legierung bekannt, deren Chromgehalt in Richtung zum Halbleiterkörper zunimmt, so daß die Schicht an der Grenze zum Substrat aus praktisch 100 °/0 Chrom besteht, wogegen der Goldgehalt in Richtung zunehmender Entfernung vom Substrat bis auf etwa 100 % an der dem Substrat abgelegenen Seite zunimmt. Bei einer ähnlichen bekannten Halbleiteranordnung mit Metallelektroden auf Siliciumunterlagcn besteht der auf der Unterlage aufgebrachte Film aus reinem Chrom an der Halbleiteroberfläche mit einer darüberliegenden Silberschicht, wobei gegebenenfalls noch eine Zwischenschicht aus mit Silber vermischtem Chrom vorgesehen sein kann.
~ Bei allen diesen Ausführungsformen wird von der allgemeinen Kenntnis Gebrauch pemacht, daß reine C'hromfilme auf Substraten besser haften als beispielsweise Gold-Chrom-Lcgierungen. Jedoch werden derartige Anordnungen mit einer Anzahl erheblicher Nachteile erkauft. So unterdrückt der reine Chromfilm die Diffusion von Gold in das Silicium der
5" Unterlage beim Aufdampfen oder bei der nachfolgenden Wärmebehandlung, so daß der Kontaktwiderstand nicht vermindert werden kann. Ferner treten Schwierigkeiten beim Abätzen des Chromßlms mittels des fotolithographischen Verfahrens auf. So ist es äußerst schwierig, den Chromium vollständig mittels der
üblichen Ätzlösung zu entfernen, wenn ein sehr kleines
Muster auf dem Film mittels des fotolithographischen Verfahrens gebildet werden soll. Ferner sind Halbleiterbauelemente auf Diamant'
basis bekannt, deren Elektroden aus einer Legierung von Oold mit mindestens 0,1 Atomprozent eines oder mehrerer Elemente mit durchweg sehr hohem Schmelzpunkt bestehen. Jedoch treten bet Halbleiterbauelementen auf der Grundlage von Diamant ganz
es spezifische Probleme auf, da Eleklrodenmaterialien gefunden werden müssen, die eben gerade auf den Diamantkörper reproduzierbar aufgebracht werden können. Die bei diesen bekannten Halbleiterbau·
elementen als Legierungsbestandteile der Elektroden \ orgeschenen Elemente haben sehr hohe Schmelzpunkte und niedrige Dampfdrücke, so daß sie nur schwer zu einem dünnen Film zu verdampfen sind. Ferner sind derartige Elektroden nicht zum Verlöten geeignet.
Aufgabe der Erfindung ist es demgemäß, eine Halbleiteranordnung zu schaffen, bei der ohne die Komplikation einer graduierend sich verändernden Zusiimmensetzurg des Legierungsfilmes der Kontaktwiderstand zwischen Halbleiteroberfläche und Legierungsfilm beträchtlich vermindert und darüber hinaus eine feste Haftung zwischen Halbleiteroberfläche und Legierungsfilm gewährleistet wird, sowie ein Verfahren πι deren Herstellung.
Die Halbleiteranordnung mit einer einen ohmschen Rontakt mit einem Halbleiterkörper bildenden Elekirode aus einem Gold-Chrom-Legierungsfilm ist gemäß JtT Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der Legier r.gsillm 3 bis 13 Gewichtsprozent Chrom in im v.centlichen gleichmäßiger Verteilung enthält.
Der Legierungsfilm der Halbleiteranordnung gemäß der Erfindung weist vorzugsweise im Faiie der Verv ..-!idung eines Halbleiterkörpers aus N-leitendem S'ücium bis zu 1 Gewichtsprozent Antimon und im Γ 'ie der Verwendung eines Halbleiterkörpers aus
I !eilendem Silicium bis zu 1 Gewichtsprozent Gallium ;*. i ι.
i enier ist es bevorzugt, daß der Legierungsfilm der er! iidungsgemäßen Halbleiteranordnung eine Dicke vi .·: mindestens 1000 Ä, vorzugsweise 2000 bis lOOOOÄ, ai1;'.·. eist und ferner, daß der Legierungsfilm ander dem
I1 -ι! hleiterkörper angewandten Seite mit einer Löti uierialschicht versehen ist.
D-I^ Verfahren zur Herstellung der Halbleiteranordnung nach der Erfindung besteht darin, daß der Legierungsfilm auf dem Halbleiterkörper durch Verdampfung einer vorgebildeten, gegebenenfalls Antimon oder Gallium enthaltenden Gold-Chrom-Legierung aus einer Aufdampfquelle gebildet wird. Die Temperatur des Halbleiterkörpers wird während des Aufdampfens des Legierungsfilms vorzugsweise im Bereich von 100 bis 430 C gehalten. Ferner ist es bevorzugt, daß das. Aufdampfen des Legierungsfilms in einem Vakuum von untchalb 5 · 10'' Torr erfolgt.
Überraschenderweise stellte es sich heraus, daß bei der I lalbleiteranordnung nach der Erfindung der Kontaktwiderstand zwischen der Gold-Chrom-Lcgicrung und dem Silicium nicht vom Chromgehalt abhängt, sofern die Legierungszusammensetzung in dem vorstehend definierten Dereich liegt. Daher wird ohne die Komplikation der bisherigen Verfahren eine sehr feste I laftung des Legierungsfilms auf dem Substrat bei minimalem Kontaktwiderstand zwischen Halbleiteroberfläche und Legierungsfilm erzielt. Ferner kann die Elektrode der erfindungsgemäßen Halbleiteranordnung auf besonders einfache Weise durch Ätzverfahren unter Verwendung üblicher Ätzmittel für Gold gebildet werden.
Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wird die Elektrode durch ein besonders einfaches Aufdampfverfahren abgeschieden, nämlich in einer einzigen Verdampfungsstufo mit einer einzelnen Quelle, welche keine Komplikationen bezüglich der Aufdampfmaßnahmen und der Aufdampfvorrichtungen erfordert.
Nachstehend wird die Erfindung durch detaillierte Beschreibung und an Hand von Zeichnungen näher erläutert.
F i g. 1 und 2 zeigen die Adhäsionskraft zwischen
dem Siliciumoxydfilm und dem gemäß der Erfindung erhaltenen Elektrodeivfilm als Funktion des Cliromgehalts in der Goldenromlegierung bzw. der Temperatur des Siliciumoxydfilms;
F i g. 3 und 4 zeigen die Beziehung zwischen dem Kontaktwiderstand des gemäß der Erfindung erhaltenen Elektrodenfilms und der Konzentration an Verunreinigung des Siliciumsubstrats, und
F i g. 5 zeigt eine Ausführungsform einer Halbleiteranordnung, bei der die Erfindung auf einen Transistor angewendet ist.
Gemäß der Erfindung wird ein Gold-Chrom-Legierungsfilm, der 3 bis 13 Gewichtsprozent Chrom in im wesentlichen gleichmäßiger Verteilung enthält, auf einem Halbleitersubstrat abgeschieden, um dadurch auf einer Halbleiteranordnung eineu Elektrodenfilm mit starker Adhäsionskraft zu bilden, der leicht verlötet werden kann. Diese Halbleiteranordnung oder -vorrichtung kann mittels eines viel einfacheren Verfahrens als den üblichen Verfar\.:n hergestellt werden und trägt zur Verminderung def Herstellungskosten bei. Die Erfindung schließt die Nachteile des Chromfilms und des Goldfilms der bekannten Flektrodenfilmstrukturen durch die Aufdampfung eines GoId-Chn m-Legierungsfilms aus und sieht einen Elektrodenfilm mit niedrigem Kontaktwiderstand vor, der leicht verlötet werden kann.
Untersuchungen haben ergeben, daß die Aufdampfung des Gold-Chrom-Legierungsrilrr.s mittels der bekannten Verfahren, d. h. entweder durch gleichzeitige Aufdampfung von Gold und Chrom aus zwei Aufdampfquellen im Vakuum oder durch Aufdampfung einer vorgebildeten Gold-Chrom-Legierung aus einer einfachen Auf dampf quelle, vorgenommen werden kann. Im Fall der zuerst angeführten gleichzeitigen Aufdampfung sollten, um die Zusammensetzung des aufgedampften Legierungsfilms zu überwachen, die Aufdampfgeschwindigkeiten von Gold und Chrom unter Berücksichtigung der relativen Anordnung der Quellen genau gemessen oder gleichzeitig überwacht werden. Auf diese Weise werden die industriellen Stufen zur Herstellung der Halbleitervorrichtung ziemlich kompliziert.
Im Gegensatz dazu ist das zuletzt angeführte Verfahren, d. h. die Aufdampfung der vorgebildeten Legierung mit vorgeschriebener Zusammensetzung aus einer Quelle, einfacher, insbesondere im Fall einer Gold-Chrom-Legierung und leicht bei Massenproduktion anzuwenden. Der Grund dafür ist die geringe Veränderung der Zusammensetzung während der Aufdampfungsstufe. Es ist bekannt, daß die nachstehende Beziehung gilt, wenn eine aus zwei Arten von Metall /( und B mit den Aufdampfgeschwindigkeiten Ea bzw. En bestehende Legierung aus einer Quelle aufgedampft wird:
NA
Eb
_Pa_ Pb
Ma
worin Na und Nn die Gewichtsprozente, Pa und Pb die der Aufdampfquellentemperatur entsprechenden Sättigungsdampfdrücke und Ma und Mb die Atomgewichte der Metalle A bzw. B sind. Das Verdampfungsgeschwindigkeitsverhältnis jeder Metallkompo-
nente in der Gold-Chrom-Legierung kann theoretisch unter Bezug auf die von R. E. K ο η i g, RGA Review, Bd, 23, S. 567 (1962), gemachten Angaben berechnet werden, wie in der nachstehenden Tabelle gezeigt ist.
Metall 120O0C ίο-' /· I M 14(K)0C • io-* P io-3 160O0C 9 io-1 P IM 1800 1C /· 101
P (mm Hg) io-4 3,6 10 5 P (mm Hg) • io-2 1.5· io-1 /" (mm Hg) 5 10-« 2,6· ίο-* /»(rnmHg) I 8· I0 2
A = Cr 2,6 2,8 io-5 U 7,6· 1 1,0· io-* 2,0-10° ' 2, 2·
B = Au 4,0 1,3 · /V/(//Vß 1,1 2,0 · NaINb 1 2,6 · NaINb 1,3· 10° 9, „
EaIE1, 3,0 · Na /Λ
Unter Berücksichtigung der zulässigen Zusammen- ίο Setzungsveränderung in der Richtung der Filmdicke ist es praktisch, eine vorgeschriebene Legierungsmenge mit vorgeschriebener Zusammensetzung aus einer einfachen Aufdampfquelle aufzudampfen. Es ist erwünscht, daß die Temperatur der Aufdampfquelle 1300 bis 160O0C beträgt.
Als nächstes werden detaillierte experimentelle Ergebnisse mit einer Siliciumhalbleitervorrichtung. bei der der Gold-Chrom-Legierungsfilm als Elektrodcnfilm verwendet wird, nachstehend in Verbindung mit dem Einfluß der Legierungszusammenselzung auf die Adhäsionskraft des Elektrodenfilms, der mit der Lötung und Fotolithographie verbundenen Schwierigkeiten und dem Kontaktwiderstand erläutert. Bei diesem Versuch wird eine vorgeschriebene Menge einer Gold-Chrom-Legierung aus einer Aufdampfquelle aufgedampft. Die Gold-Chrom-Legierung wird erhalten, indem Chrom und Gold in einem vorgeschriebenen Gcwichtsverliältnis in einem transparenten Quarzrohr im Vakuum versiegelt werden und indem sie bei einer derartigen Temperatur erhitzt werden, daß jede Komponente vollständig geschmolzen ist. Danach wird der Gold-Chrnm-Legieriingsfilm auf das Substrat durch eine Blende mit einer Öffnung einer vorgeschriebenen Fläche (1.0 mm im Durchmesser) aufgedampft und in die geschmolzene Lösung eines eutektische!! Blei-Zinn-Lötmatcrials getaucht. Es wird ein dünner Kupferdraht an das abgeschiedene Zinn-Lötmaterial gelötet, und anschließend wird der Zugwert bestimmt, bei dem der Film abschält.
F 1 g. 1 zeigt die Beziehung zwischen der Zusammensetzung und der mittleren Adhäsionskraft des GoId-Chrom-Films. der auf einen Siliciumoxydfilm aufgedampft ist. der auf der Oberfläche einer dicken Siliciumscheibe gewachsen ist. Die Substrattempcratur während der Abscheidung beträgt 200 C. und die Dicke des Gold-Chrom-Films beträgt 4000 A. Es ist klar, daß mit einer Chromgehalterhöhung die Adhäsionskraft des Films anwächst. Die Bereiche I bis V teilen die Zustände von Adhäsion zwischen dem Film 5" und dem Lötmaterial ein. wie nachstehend erläutert wird.
F i g. 2 zeigt den Einfluß der Siliciumoxydfilmtemperatur während der Aufdampfung auf die Adhäsionskraft eines Gold-Chrom-Legierungsfilms mit vorgeschriebener Zusammensetzung. Es ist klar, daß mit einer Verminderung der Substrattemperatür, insbesondere unter 100" C, die Adhäsionskraft schwächer wird. Wenn der Film einer Wärmebehandlung unterhalb :twa 350; C im Vakuum für weniger als etwa 30 Minu- :en unterworfen wird, steigt die Adhäsionskraft mit ier Temperatur: sie erreicht jedoch nicht den Wert, ier erhalten wird, wenn der Film bei der gleichen Temperatur wie das Substrat während der Aufdampung gehalten wird. Vergleichsweise beträgt die Adläsionskraft zwischen dem Siliciumoxydfilm und inem auf diesen bei 2000C aufgedampften gewöhnichen Aluminiumfilm (ferner werden Chrom und Kupfer auf den Aliiminiumfilm aufgedampft und ver lötet) etwa I kg/mm2. F i g. 2 zeigt, daß die Adhäsioi des Gold-Chrom-Legierungsfilm stärker ist. De Gold-Chrom-Film haftet an der Oberfläche eine Siliciumsubstrats schwächer als am Siliciumoxydfilm wenn die Substrattemperatur unterhalb lOO'C liegt während er stärker anhaftet, wenn die Temperatui oberhalb 200'C liegt. Die Adhäsionskraft eines aiii Silicium aufgedampften Gold-Chrom-Legierungslilni>mit einem Gehalt an 5 Gewichtsprozent Chrom, der glatt wie eine Spiegeloberflächc ist, wird wie nachstehend angegeben gemessen.
Substrattemperatur Aclhiisionsknif
(kg/mm2)
während Aufdampfung
(1C)		 0,5 bis 0.8
50 1.2 bis 1.4
100 2.0 bis 2.4
200 2.5 bis 3.2
300 2.8 bis 3.5
350 2.8 bis 3.5
400
Die Untersuchung bezüglich der Zusammensetzen; des auf den Siliciumoxydfilm aufgedampften G>>Ii· Chrom-Legierungsfilm und der relativen SchwicnVWiihn zu verlöten, wird wie folgt durchgeführt. I1 Legierungsfilm (Dicke 4000 Α)Γ der in Form cn kreisförmigen Musters (Durchmesser I mm) 111; ao· Siliciumo.vydfilm aufgedampft ist. wird in die l\ schmolzene Lötmateriallösung in einer deoxydieremkμ Atmosphäre getaucht. Anschließend wird der Film abgezogen, und es werden die Adhäsionseigcnschaii und die Feuchtigkeit des Lötmaterials beobachtet. \)\c Temperatur der geschmolzenen Lösung beträgt ctw.i 230 C beim eutektischen Blei-Zinn-Lötmaterial und etwa 260rC beim Zinn und dem eutektisch^! Ziiui-Silber-Lötmaterial. Gemäß den Ergebnissen ist der Legierungsfilm im Bereich 1 von F~i g. 1 sofort mit dem Lötmaterial verschmolzen und verschwindet. Im Bereich II ist der Film teilweise verschmolzen und verschwindet, wenn die Lösung mittels des Substrats bewegt wird. Im Bereich IfI sind die Feuchtigkeit und die Adhäsion des Lötmaterials befriedigend. Im Bereich IV wird die Adhäsionsgleichmäßigkeit zerstört, und im Bereich V geht die Adhäsion vollständig verloren. Daher ist hinsichtlich der Leichtigkeit einer Lötmaierialadhäsion der Chromgehalt im Gold-Chrom-Legierungsfilm im Bereich zwischen 3 und 13 Gewichtsprozent besonders geeignet.
Die minimale Dicke des Gold-Chrom-Aufdampfungsfilms beeinflußt die Qualität der Lötmaterialadhäsion. Wenn die Filmdicke weniger als 1000 Ä beträgt und der Chromgehalt gering ist, wird der Film mit dem Lötmatenal verschmolzen und verschwindet. Daher ist besondere Sorgfalt beim Lötverfahren erforderlich. Die geeignete Dicke des Elektrodenfilms
1999
scheint mehr als 1000 A zu sein. Praktisch ist keine besondere Sorgfalt erforderlich, wenn die Dicke 2000 bis 10000 A beträgt. Da Gold teuer ist, und einen nicht zu vernachlässigenden Teil der Herstellungskosten bildet, ist es nicht vorteilhaft, die Filmdicke über den vorstehend angegebenen Wert zu erhöhen.
Die relativ schwierige Aufgabe, den auf das Siliciumsubstrat aufgedampften Gold-Chrom-L.egierungsfilm zu verlöten, wird kompliziert, da sie von der Endtigenschaft der Siliciumoberfläche und der Suhstrattemperatur abhängt. Wenn im allgemeinen keine Farbveränderung infolge der Legierungseigenschaft !wischen dem Siliciumsubstrat und dem Gold-Chrom-Legierungsfilm beobachtet wird, ist die relative Schwierigkeit, den Legierungslilm zu verlöten, etwa die gleiche wie im Fall des Siliciumoxydfilms. Wenn jedoch die Farhveränderung beträchtlich ist, wird eine Verlötung mit einer Goldgehaltverminderung oder einer Chromgehalterhöhung nahe der Legierungsfilmoberfläche schwieriger. Die Legierungseigenschafl zwischen dem Film und dem Substrat wird bemerkenswert, wenn die Substrattemperatur eine gewisse Grenze überschreitet oder wenn die Siliciumsubstratoberfläche schlecht oberflächenbehandelt ist. indem sie Mikrorisse oder Gitterfehler enthält. Wenn ferner der Film dünner ;st. ist die Farbveränderung groß. Wenn z. B. die Siliciumoberfläche in der Art einer Spiegeloberfläche mit einigen Fehlern oberflächenbehandelt ist. tritt keine Farbveränderung infolge der Legierungseigenschaft bei einer Dicke von 4000 A auf, und der Film wird leicht verlötet, wenn der Film aufgedampft ist, während das Substrat bei einer viel höheren Temperatur, /.. B. 400 C. als der Gold-Silicium-Eutektikumtemperatur (37OC) gehalten wird. Andererseits unterliegt das Siliciumsubstrat nur einer Reinigungsbehandlung, nach dem eine Polierung zur Legierungsbildung abgeschlossen ist. Wenn z. B. das Siliciumsubstrat unter Verwendung von Aluminiumoxyd einer Korngröße von unter 16 μηι als Poliermaterial und einer Glasplatte als Polierplatte unter der Bedingung eines Druckes von etwa 25 gern2 und einer maximalen Geschwindigkeit von etwa 50 cm Sek. hergestellt wird, wird eine Farbveränderung durch die Legierungseigenschaft im Gold-Chrom-Film beobachtet, wenn die Substrattemperatur während der Aufdampfung höher als etwa 250" C ist.
Es wird die Farbe, die der Film von Natur besitzt, erhalten, wenn die Aufdampfung abgebrochen wird, sobald der Film die Legierungseigenschaft bewirkt. Danach wird die Siliciumsubstrattemperatur unter die Gold-Silicium-Eutektikum-Temperatur oder 250 C gesenkt, sei es. daß das Siliciumsubstrat zum Aufweisen einer Spiegeloberfläche oberflächenbehandelt oder durch Polieren verarbeitet ist. Anschließend wird die Aufdampfung wieder fortgesetzt.
Die Adhäsionskratt eines Gold-Chrom-Films, der über dem Film angeordnet ist. der die Legierungseigenschaft bewirkt hat, ist nahezu gleich der des Aufdampfungsfilms auf dem Substrat mit einer Spiegeloberfläche, d.h. 2.8 bis 3.5 kg mm2. Der Gold-Chrom-Film, der bei einer Temperatur ohne Legierungsbildung aufgedampft ist. erleidet keine Farbveränderung, und es gibt keine Schwierigkeit bezüglich Verlötung ohne Rücksicht auf die Oberflächeneigenschaft, soweit der Film im Vakuum oder in einem inerten Gas für einige Dutzend Minuten unterhalb der Gold-Silicium-Eutektikum-Temperatur erhitzt wird.
Wenn jedoch der Film für eine lange Zeit oberhalb der eutektischen Temperatur erhitzt wird, wird eine Legierung gebildet.
Es wurde bei vielen Versuchen gefunden, daß die relative Schwierigkeit, einen mittels der üblichen fotolithographischen Verfahren behandelten Gold-Chrom-Legierungsfilm zur Bildung eines gewünschten Musters zu ätzen, weitgehend von der Legierungsziisammensetzung abhängt. Wenn der Chromgehalt
ίο weniger als 10 Gewichtsprozent beträgt, kann die übliche Widerstandsfilm- und Goldätzlösung, d. h. Lösung eines Jod- und Bromsystems, verwendet werden, und das Muster besitzt gute Reproduzierbarkeit. Bei einem Chromgehalt von mehr als lOGewichtsprozent sollte die Lösung gleichzeitig sowohl Gold als auch Chrom angreifen, d. h. Königswasser ist erforderlich. Berjglich des Widerstandsfilms und der Ätzbehandlung ist nur geringe Vorsicht erforderlich. Wenn die Legierungseigenschaft zwischen der GoId-Chrom-Legierung und der Siliciumoberfläche ohne Oxydfilm beobachtet wird, können alternativ die üblichen Gold-Silicium- und Silber-Lösungen zur Entfernung der Legierung verwendet werden. Wenn der Gold-Chrom-Legierungsfilm unter einer derartigen Bedingung aufgedampft ist, daß die Chromoxydation beträchtlich ist, begegnet man beim Ätzen einer großen Schwierigkeit. Daher sollte der restliche Gasdruck während der Aufdampfung unter 5 ■ 10 ■"' Torr gehalten werden.
Der Kontaktwiderstand zwischen der Gold-Chrom-Legierung und Silicium hängt nicht vom Chromgehalt ab. soweit die Legierungszusammensetzung in dem gemäß der Erfindung angewendeten Bereich liegt. Die Beziehung zwischen dem Kontaktwiderstand und der Substrattemperatur während der Aufdampfung im Fall einer Siliciumplatte vom N-Typ. die wie eine Spiegeloberfläche oberflächenbehandelt wurde urd eine Konzentration an Verunreinigung von 1 · 10ls 1,Cm3 besitzt, wird in der nachstehenden Tabelle gezeigt. Es ist ersichtlich, daß der Kontaktwiderstand mit der Substrattemperatur wächst.
Substrattemperatur Kontaktwiderstand
CC) (Il cm-2)
45
100 5· 10 2
200 8 · ΙΟ-3
300 3 · ΙΟ4
350 2·10-'
50 400 2.5 · 10-*
Das bedeutet, daß an der Grenze zwischen Silicium und dem Gold-Chrom-Film eine Legierung gebildet wird, obgleich keine Farbveränderung der Filmoberfläche eintritt.
In F i g. 3 und 4 ist der Kontaktwiderstand eines auf eine Siliciumplatte aufgedampften Gold-Chrom-Elektrodenfilms mit einem Gehalt von 5 Gewichtsprozent Chrom gegen die Konzentration an Verunreinigung im Silicium dargestellt. Die Siliciumplatte hat eine Spiegeloberfläche und wird bei einer Temperatur von 300 "C gehalten. In diesen Figuren werden die Widerstände eines üblicherweise verwendeten Aluminiumaufdampffilms bzw. eines durch strom-
loses Plattieren erhaltenen Nickelfilms zum Vergleich gezeigt. Es ist klar, daß der Gold-Chrom-Legierungsfilm diese üblichen Filme hinsichtlich des Kontaktwiderstandes übertrifft.
109 585/272
1999

Claims (7)

Patentansprüche:
1. Halbleiteranordnung mit einer einen ohmschen Kontakt mit einem Halbleiterkörper bildenden Elektrode aus einem Gold-Chrom-Legierungsfilm, dadurch gekennzeichnet, daß der Legierungsfilm 3 bis 13 Gewichtsprozent Chrom in im wesentlichen gleichmäßiger Verteilung enthält.
2. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Legierungsfilm im Falle der Verwendung eines Halbleiterkörpers aus N-leitendem Silicium bis zu 1 Gewichtsprozent Antimon und im Falle der Verwendung eines Halbleiterkörpers aus P-leitendem Silicium bis zu 1 Gewichtsprozeru Gallium enthält.
3. Halbleiteranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Legierungsfilm eine Dicke von mindestens 1000 Ä, vorzugsweise 2000 bis 10000 A, aufweist.
4. Halbleiteranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Legierungsfilm an der dem Halbleiterkörper abgewandten Seite mit einer Lötmaterialschicht versehen ist.
5. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, Jaß der Legierungsfilm auf dem Halbleiterkörper durch Verdampfung einer vorgebildeten, gegebt »enfalls Antimon oder Gallium enthaltenden Gold-Chrom-Legieriing aus einer Aufdampfquelle gebildet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Halbleiterkörpers während des Aufdampfens des Legierungsfilms im Bereich von 100 bis 43O: C gehalten wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufdampfen des Legierungsfilms in einem Vakuum von unterhalb 5 · 10 "Torr erfolgt.
DE1816748A 1967-12-28 1968-12-23 Halbleiteranordnung und Verfahren zu ihrer Herstellung Expired DE1816748C3 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP467 1967-12-28
JP46867 1967-12-28
JP468 1967-12-28

Publications (3)

Publication Number Publication Date
DE1816748A1 DE1816748A1 (de) 1969-07-24
DE1816748B2 true DE1816748B2 (de) 1972-01-27
DE1816748C3 DE1816748C3 (de) 1979-02-22

Family

ID=27274263

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE1816748A Expired DE1816748C3 (de) 1967-12-28 1968-12-23 Halbleiteranordnung und Verfahren zu ihrer Herstellung

Country Status (5)

Country Link
US (1) US3591838A (de)
DE (1) DE1816748C3 (de)
FR (1) FR1599998A (de)
GB (1) GB1258580A (de)
NL (1) NL151845B (de)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3909319A (en) * 1971-02-23 1975-09-30 Shohei Fujiwara Planar structure semiconductor device and method of making the same
JPS5950212B2 (ja) * 1978-07-28 1984-12-07 富士電機株式会社 半導体素子の電極の製造方法
US5422513A (en) * 1992-10-16 1995-06-06 Martin Marietta Corporation Integrated circuit chip placement in a high density interconnect structure
EP0777741A4 (de) * 1994-08-26 1999-01-13 Igen Inc Verfahren zum nachweis von auf einer festen oberfläche adsorbierter nukleinsäure durch elektrogenerierte chemilumineszenz und biosensor dafür
WO1997030480A1 (en) * 1996-02-16 1997-08-21 Alliedsignal Inc. Low resistivity thin film conductor for high temperature integrated circuit electronics
US6150262A (en) * 1996-03-27 2000-11-21 Texas Instruments Incorporated Silver-gold wire for wire bonding
US6873020B2 (en) * 2002-02-22 2005-03-29 North Carolina State University High/low work function metal alloys for integrated circuit electrodes
JP7271166B2 (ja) * 2018-12-21 2023-05-11 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置およびその製造方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL292995A (de) * 1962-05-25 1900-01-01
NL297607A (de) * 1962-09-07
US3432913A (en) * 1962-12-26 1969-03-18 Philips Corp Method of joining a semi-conductor to a base
US3324357A (en) * 1964-01-29 1967-06-06 Int Standard Electric Corp Multi-terminal semiconductor device having active element directly mounted on terminal leads

Also Published As

Publication number Publication date
DE1816748A1 (de) 1969-07-24
GB1258580A (de) 1971-12-30
NL6818715A (de) 1969-07-01
NL151845B (nl) 1976-12-15
US3591838A (en) 1971-07-06
DE1816748C3 (de) 1979-02-22
FR1599998A (de) 1970-07-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE4414729C2 (de) Werkstoff für die Herstellung eines Leiterrahmens und Leierrahmen für Halbleiterbauelemente
DE69102851T2 (de) Verfahren zur Herstellung eines Ti/TiN/Al Kontaktes unter Benutzung eines reaktiven Zerstäubungsprozesses.
DE2647566A1 (de) Leiterstreifenstruktur, ihre verwendung und herstellung
DE2154026A1 (de) Verfahren zum Herstellen von Halb leiterbauelementen
DE1200439B (de) Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Kontaktes an einem oxydueberzogenen Halbleiterplaettchen
DE3882398T2 (de) Kontakt auf Galliumarsenid und dessen Herstellungsverfahren.
DE1127488B (de) Halbleiteranordnung aus Silizium oder Germanium und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE3200788C2 (de)
EP0024572B1 (de) Elektrisch leitender Kontakt- oder Metallisierungsaufbau für Halbleitersubstrate
EP0002703B1 (de) Verfahren zum Herstellen von dünnen metallisch leitenden Streifen auf Halbleitersubstraten und damit hergestellte metallisch leitende Streifen
DE1302005C2 (de) Verwendung eines metallischen ueberzugs als grossflaechiger anschluss fuer plenare halbleiterbauelemente
DE2812658B2 (de) Verfahren zum selektiven Diffundieren von Aluminium in ein Einkristall-Siliciumhalbleitersubstrat
DE1071847B (de) Verfahren zur Herstellung einer im wesentlichen nicht gleichrichtenden flächenhaften Elektrode an dem Halbleiterkörper einer Halbleiteranordnung durch Legierung
DE69015458T2 (de) Elektrodenstruktur für III-V-Verbindungshalbleiterbauelement und deren Herstellungsverfahren.
DE3217026A1 (de) Halbleitervorrichtung
DE1816748C3 (de) Halbleiteranordnung und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE1927646A1 (de) Halbleitervorrichtung und Verfahren zu deren Herstellung
DE2517252A1 (de) Halbleiterelement
DE1639262A1 (de) Halbleiterbauelement mit einer Grossflaechen-Elektrode
DE19820777A1 (de) Elektrode für lichtemittierende Halbleitervorrichtungen und Verfahren zur Herstellung der Elektrode
DE10350707B4 (de) Elektrischer Kontakt für optoelektronischen Halbleiterchip und Verfahren zu dessen Herstellung
DE102017113515B4 (de) Verfahren zum Bilden eines elektrisch leitfähigen Kontakts und elektronische Vorrichtung
DE3830131C2 (de)
DE1690521A1 (de) Elektrischer Anschluss fuer einen metallischen Film
DE2134291A1 (de) Halbleitervorrichtung

Legal Events

Date Code Title Description
SH Request for examination between 03.10.1968 and 22.04.1971
C3 Grant after two publication steps (3rd publication)