DE1923314A1 - Elektrische Verbindungen und Kontakte fuer Halbleitervorrichtungen - Google Patents

Description

DB-INQ, DIPL.-INQ. M. BC. ·"■ · DIPIl.--PI-IVi,. DR. «· O(PL.-PHV».

HÖGER-STELLRECHT- GRIESSBACH - HAECKER

PATENTANWÄLTE IN STUTTGART

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30.April 1969
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Texas Instruments Incorporated 13500 North Central Expressway Dallas, Texas, USA

Elektrische Verbindungen und Kontakte für Halbleitervorrichtungen

Die Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung, insbesondere eine integrierte Schaltung, die insbesondere mindestens eine Isolierschicht über einer Oberfläche eines Halbleiterkörpers aufweist, durch deren Öffnungen hindurch

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Schaltungselemente über mehrschichtige elektrische Verbin- " düngen angeschlossen sind.

Elektrische Kontakte für Halbleitervorrichtungen müssen aus Werkstoffen bestehen, die gute chemische, elektrische, thermische und mechanische Eigenschaften haben, wenn man sie auf Halbleiteroberflächen aufbringt. Während die Herstellung von Kontakten bei allen Halbleitern Schv/ierigkeiten bereitet, ist es besonders problematisch, einen Kontaktwerkstoff für halbleitendes Silicium auszuwählen, wie es für Planartransistoren und integrierte Schaltungen vorv/iegend verwendet wird.

Bei Planar-Kalbleitervorrichtungen überzieht man die Siliciumoberfläche üblicherweise mit einer Isolierschicht aus SiIi- ciumoxyd oder Glas, die lediglich Kontaktbereiche frei läßt und dazu dient, Übergänge zu passivieren und ausgedehnte Kontaktbereiche und Zwischenverbindungen elektrisch zu isolieren. Insbesondere bei integrierten Schaltungen erstrecken sich elektrisch leitende Streifen von einem Bereich des Halb-" leiters über der Oxydsehieht über die verschiedensten Bereiche und Übergänge der integrierten Schaltung hinweg zu einem anderen Kontaktbereich. Infolgedessen muß das Kontaktmaterial an Silicium, Siliciumoxyd oder Glas gut haften, es darf jedoch mit diesen Werkstoffen ^weder in unerwünschter V/eise reagieren noch in Silicium oder Siliciumoxyd eindringen.

Am zweckmäßigsten v/erden Halbleitervorrichtungen, insbesondere Siliciumtransistoren und integrierte Schaltungen, mit Hilfe des bekannten Fotolithographieverfahrens hergestellt,, um auf diese V/eise Diffusionsmasken und Kontaktzonen zu schaffen und zu definieren, während durch Hochfrequenz-Zerstäuben und -Aufdampfen Metalle und Isolierwerkstoffe niedergeschla-

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gen werden. Um deshalb mit den gebräuchlichsten Fertigungsverfahren verträglich zu sein, müssen die Kontaktmetalle das Anbringen von Fotomasken sowie das Ätzen ebenso wie das Hochfrequenz-rAuf stäuben und das -Aufdampfen ermöglichen ι Diese Verfahren sind besonders dann günstig, wenn außerordentlich dünne Schichten verwendet werden, und da die anderen Dimensionen der elektrischen leiter wegen der Kleinheit der gesamten elektrischen Schaltung in ihrer Größe begrenzt sind, muß der Kontaktwerkstoff außerdem einen niederen spezifischen Widerstand haben, damit 'nicht Serienwiderstände in die Schaltung eingeführt werden.

Von besonderer Bedeutung sind solche Halbleitervorrichtungen geworden, die im Hochfrequenzbereich eingesetzt werden können und höhere SchaltS^escnwindigkeiten erlauben. Dies setzt selbstverständlich äußerst kleine Abmessungen voraus. So ist beispielsweise derjenige Teil eines Hochfrequenztransistors, der die Emitterzone bildet, nur ungefähr 10 mm groß und lediglich 10 bis 10 mm tief. Solche Zonen können nicht einfach unmittelbar mittels eines Drahts angeschlossen werden, so daß eine Kontaktzone geschaffen werden muß, die sich über eine die Halbleiteroberfläche abdeckende Siliciumoxydschicht erstreckt und an die Anschlußdrähte angeschlossen werden können; infolgedessen ist auch zu fordern, daß das Kontaktmetall mit Siliciumoxyd nicht reagiert. Bei solchen Transistoren ist die die Basiszone abdeckende Siliciunoxyd-Bchicht außerordentlich dünn, da die Halbleitervorrichtung nur eehr kurze Zeit auf derjenigen Temperatur gehalten werden kann, bei der derartige Oxydschichten erzeugt werden müssen. Bei typischen Fällen beträgt die Dicke der Oxydschicht weniger als 2000 S, was mit einer Dicke von nahezu 10 000 Ä über der Kollektorzpne zu vergleichen ist. Infolgedessen nuß auch vermieden werden, daß ein Eindringen des

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Kontaktmetalls durch die Siliciuraoxydschicht hindurch in die Übergänge in dem darunterliegenden Halbleitermaterial die Halbleitervorrichtung zerstört, und diese Gefahr ist insbesondere bei Hochfrequenz-Halbleitervorrichtungen gegeben. Das Kontaktmetall darf schließlich nicht dazu neigen, an der Kontaktzone in die Halbleiteroberfläche einzudringen, da schon ein geringfügiges Eindringen die Halbleitervorrichtung zerstören würde.

Das Kontaktmetall eollte ferner bei solchen Temperaturen keine Legierung mit dem Halbleitermaterial bilden, bei denen Drähte angeschlossen werden oder die Halbleitervorrichtung eingekapselt wird. Die Bildung einer solchen Legierung würde wieder bedeuten, daß das Kontaktmetall in flache Halbleiterbereiche in unerwünschter Weise eingedrungen wäre. Diese Forderung macht die ansonsten äußerst vorteilhafte Verwendung von Aluminium weniger äfcraktiv, dainfolge der relativ niederen eutektischen Temperatur des Systems Aluminium-Silicium von nur 577° C ein direkter Kontakt zwischen Aluminium und Silicium an sich.vermieden werden sollte; derartige Temperaturen werden aber sowohl beim Niederschlagen des Kontaktmetaiis als auch beim Anbringen von Verbindungsleitungen oder beim Verkapseln der Halbleitervorrichtung häufig überschritten. Außerdem sollte der Schmelzpunkt des Kontaktmetalis nicht unter denjenigen Temperaturen liegen, denen die Halbleitervorrichtung bei späteren Schritten des Herstellungsverfahrens und im Betrieb , , noch unterworfen v/erden muß.

Desweiteren ist #u- fordern, daß das Kontaktmetall einen ohin'sehen Kontakt geringen Widerstands zu der Halbleiteroberfläche herstellt. Handelt es sich bei dem halbleitenden Material um Silicium, so treten besondere Sehwierigkei-

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ten auf, die durch die Eigenschaften des Siliciums bedingt sind, so beispielsweise durch die Neigung dieses Halbleiters zur Oxydbildung. Bildet das Kontaktmetall schließlich einen Donator oder Akzeptor für den besonderen Halbleiter, so muß es in diesem ausreichend wenig löslich sein, um der Bildung von Übergängen durch starkes Dotieren der Kontaktzone entgegenwirken zu können.

Berücksichtigt man diese Forderungen, so scheiden die meisten Metalle als alleiniger Werkstoff für die Bildung ausgedehnter Kontakte an Silicium-Halbleitervorrichtungen von vornherein aus. So haften beispielsweise die besten Leiter wie Silber, Kupfer und Gold nicht gut an Silicium- ä oxyd,und außerdem bildet Gold schon bei niederen Temperaturen ein Eutektikum mit Silicium, so daß die Eigenschaften der Halbleitervorrichtung verschlechtert werden. Silber oxydiert außerdem äußerst rasch, so daß sich ein Verbund nicht leicht herstellen läßt, während Kupfer in Silicium sehr schnell diffundiert. Eine Untersuchung der anderen Metalle zeigt, daß beispielsweise Rhodium und Iridium an Siliciumoxyd nicht haften und sich außerdem nicht leicht ätzen lassen. Zink hat einen zu niederen Schmelzpunkt, haftet außerdem nicht an Siliciumoxyd und weist schließlich einen unerwünscht hohen Dampfdruck auf. Kobalt läßt sich schlecht aufdampen, Nickel haftet nicht gut an Siliciumoxyd und läßt sich schlecht mit Golddrähten verbinden, ' Eisen haftet ebenfalls schlecht, Platin und Palladium haften an Siliciumoxyd äußerst schlecht und lassen sich auch nicht gut mit Golddrähten verbinden, Zinn hat einen zu niederen Schmelzpunkt, Chrom läßt sich nicht leicht ätzen und ebenso-wenig mit Golddrähten verbinden, es ist außerdem zu porös und reagiert in unerwünschter Weise mit Siliciumoxyd. Tantal ist noch schwerer zu ätzen und mit An-

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Bchlußdrähten zu verbinden und reagiert außerdem in noch stärkerem Maße mit Siliciumoxyd, als dies bei Chrom der FaIl ist. Blei haftet nur schlecht an Siliciumoxyd, Vanadium, Zirkon und Titan sind schlechte elektrische Leiter, reagieren mit Siliciumoxyd und lassen sich praktisch nicht mit Golddrähten verbinden, und schließlich sind die beiden zuletzt aufgeführten Metalle auch noch äußerst schlecht zu ätzen. Indium hat einen sehr niederen Schmelzpunkt, und Antimon, Arsen und Gallium stellen schließlich Dotierungsstoffe mit hohen löslichkeiten und Diffusionsgeschwiiidigkeiten für Silicium dar, während Gallium schon geringfügig über Raumtemperatur schmilzt.

Das einzige allein verwendbare Metall für Kontakte und Zwischenverbindungen an Silicium-Planartransistoren und integrierten Schaltungen ist Aluminium, das bisher auch in erheblichem Umfang eingesetzt worden ist. Dünne Aluminiumfilme mit ausgezeichneter Qualität lassen sich leicht auf Halbleitervorrichtungen aufdampfen und mit Fotowiderstandsmasken bearbeiten, und an Kontakte aus diesem Metall können auch ohne weiteres Gold- oder Aluminiumdrähte angeschlossen werden. Aluminium ist der viertbeste elektrische Leiter und sein Haftvermögen an Silicium und Siliciumoxyd ist möglicherweise nicht zu übertreffen. Die Haftung an Siliciumoxyd ist wahrscheinlich auf eine chemische Reaktion zurückzuführen:

3Si0₂+4Al-*2Al₂0₃+3Si

Diese Reaktion verläuft exotherm, und die freie Energie bei der Bildung unter Normalbedingungen ist AF = -184 kcal/Mol bei dieser Reaktion, Δ i¹ für die Oxydbildung bei

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Aluminium beträgt ungefähr -376, während es für Silicium bei -122 liegt, so daß die Differenz -184 ergibt.

Trotz zahlreicher Vorteile bei seiner Verwendung als Kontaktmaterial bei Halbleitervorrichtungen hat Aluminium auch eine ganze Reihe von Nachteilen! Aluminium neigt bei hohen elektrischen Potentialen und Betriebstemperaturen zur Bildung von Bläschen o_edgl. infolge einer Reaktion zwischen Gold und Aluminium; die Folge davon ist oft eine Unterbrechung des Kontakts, wenn Golddrähte an die Aluminiumkontakte angeschlossen werden. Ferner folgt das Aluminium unmittelbar auf Natrium hinsichtlich seiner Affinität zu Feuchtigkeit und anderen Umwelteinflüssen.

Versuche, ein einziges Metall oder eine Legierung zu finden, durch die Aluminium zu ersetzen wäre, sind bis jetzt nicht in vollem Umfang erfolgreich verlaufen. Infolgedessen hat man zu Kontakten gegriffen, die aus mehreren Schichten aufgebaut sind. Als Beispiel seifen aus Ghrom-und GoIdechichten aufgebaute Kontakte genannt, bei denen zunächst ein dünner Chromfilm und dann eine Goldschicht aufgebracht wird. Nachteilig ist, daß Chrom einen schlechten elektrischen Kontakt mit Silicium bildet und außerdem kein guter elektrischer Leiter ist. Ferner verhindert Chrom nicht das Eindringen des Golds in das Silicium, was tatsächlich auch zur Verminderung des Kontaktwiderstands verwendet wird, indem man die Chrom-Gold-Schicht nach dem Niederschlagen sintert. Schließlieh tritt beim Ätzen ein Unterschneiden der Chromschicht auf, was sieh bei der Anwendung der Fotolithographieverfalhren nachteilig bemerkbar macht; dies ist darauf zurückzuführen, daß sich Chrom schlecht langsam und in gesteuerter Weise ätaen läßt. .

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Kontakte aus mehreren Schichten wurden bei der Herstellung integrierter Schaltungen vielfach verwendet, wobei die unterste Schicht aus Molybdän und die obere Schicht aus Gold besteht. Das Molybdän haftet gut an Silicium und Siliciumoxyd, während die Goldschicht den größten Teil des Stroms führt und die Molybdänsehicht schützt. Molybdän hat jedoch eine ganze Reihe von Nachteilen, wenn es für Kontakte eingesetzt wird. So oxydiert es leicht und schnell schon bei verhältnismäßig tiefen Temperaturen und ist auch gegenüber Feuchtigkeit außerordentlich korrosionsanfällig. Ferner reagiert es mit jeder Verunreinigung, die in der Siliciumoxydschicht vorhanden ist, und es geht ferner im Bereich der Betriebstemperaturen bei der Halbleiterherstellung von einem duktilen in einen brüchigen Zustand über, nämlich im Bereich zwischen beispielsweise +400 und -55° C. Diese Eigenschaften sind dafür verantwortlich, daß sich diese bekannten Verbindungsetreifen häufig vom Halbleiter-' plättchen abschälen, daß sie beim Ätzen hinterschnitten werden und die Kontakte hohe Kontaktwiderstände innerhalb der Fenster der Siliciumoxydschichten aufweisen.

Eine andere mögliche Kombination für Mehrschichtkontakte und -Zwischenverbindungen ist das System Wolfram-Gold. Im Betriebstemperaturbereich der meisten Halbleitervorrlehtungen ist Wolfram jedoch außerordentlich brüchig, ferner läßt es sich schlecht ätzen und es wird von vielen Ätzmitteln angegriffen, die zum Ätzen von Silicium verwendet werden. Schließlich oxydiert Wolfram auch noch bei verhältnismäßig tiefen Temperaturen und ist bei Feuchtigkeit äußerst korrosionsanfällig.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Zusammensetzung für Kontakte, Verbindungen und Zwischenverbindungen anzugeben, die sich für Halbleitervorrichtungen ver-

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wenden lassen, insbesondere dann, wenn das Halbleitermaterial Silicium ist, und die die vorstehend erwähnten Nachteile nicht aufweisen. Ausgehend von einer Halbleitervorrichtung der eingangs erwähnten Art, bei der die Isolierschicht insbesondere eine Siliciumoxydschicht ist, wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß mindestens eine Schicht der mehrschichtigen elektrischen Verbindungen aus Rhenium besteht. Diese Rheniumschicht führt dazu, daß die elektrischen Verbindungen und Kontakte die Eigenschaft des eigentlichen Halbleiters nicht verschlechtern, ferner können derartige Schichten mit Verfahren aufgetragen werden, die mit den übrigen Schritten der Herstellung der Halbleitervorrichtung verträglich sind und die auch ein exaktes Arbeiten bei kleinsten Abmessungen erlauben. Die erfindungsgemäßen Verbindungen und Kontakte oxydieren auch nicht bei denjenigen Temperaturen, die bei der Herstellung von Halbleitervorrichtungen auftreten. Sie sind ferner außerordentlich korrosionsbeständig, bleiben duktil und werden bei den im Betrieb der Halbleitervorrichtung auftretenden Bedingungen nicht brüchig, und schließlich reagieren sie nicht mit irgendwelchen Verunreinigungen, die in den verwendeten Isolierschichten vorkommen. Besonders zweckmäßig ist die Kombination einer Schicht aus Rhenium und einer Schicht aus einem elektrisch gut leitenden Metall, wie beispielsweise Gold. '

Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird zunächst eine dünne Rheniumschicht auf die Oberfläche der Halbleitervorrichtung aufgebracht, beispielsweise auf die ganze Oberfläche einer Seite eines Silieiumplättchens, welches zuvor jedoch mit einer Siliciumoxydschicht überzogen worden ist, die eingeätzte Öffnungen an denjenigen Stellen aufweist, an denen Kontakte geschaffen werden sollen. Dann wird die Rheniumschicht mit einer dünnen Soldschicht bedeckt, worauf

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Gold und Rhenium an den unerwünschten Stellen abgeätzt werden: Zurückbleibt das vorbestimmte Muster an Kontakten und. Zwischenverbindungen über der Siliciumfläche und der Siliciumoxydschicht. Gold wird für die oberste Schicht deshalb verwendet, weil es einen äußerst geringen spezifischen Widerstand hat und äußerst oxydations- und korrosionsbeständig ist. Ferner eignet sich Gold gut für die Fotowiderstandsätzverfahren und führt nicht zu Schwierigkeiten beim Anbringen von Verbindungsdrähten. Die darunterliegende Rheniumschicht dient dazu, ein Legieren bzw. Eindringen des Golds in das Silicium zu verhindern und eine gute Verbindung zwischen dem Silicium bzv/. dem Siliciumoxyd und den Kontakten bzw. den elektrischen Verbindungsleitungen* zu schaffen.

Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß Rhenium sehr fest an Silicium und Siliciumoxyd haftet, daß es sich leicht in gesteuerter Weise mittels Ätzmitteln ätzen läßt, die mit den anderen vorhandenen Werkstoffen verträglich sind, und daß es sich mit Gold nicht legiert und für dieses praktisch undurchlässig ist. Die Rheniumschicht sorgt für einen guten elektrischen Kontakt zum Silicium in der Kontaktzone, sofern diese stark dotiert ist; bevorzugt wird eine Dotierung über

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ungefähr 10 /cm entweder des n- oder des p-Typsj das Rhenium legiert sich jedoch nicht mit der Siliciumoberflache, so daß flache Übergänge nicht verschlechtert werden. Es ist also zu betonen, daß ein praktisch legierungsloser Kontakt gebildet wird, da das Rhenium sich nicht mit dem Silicium und das Gold sich nicht mit dem Rhenium legiert. Andere Vorteile des Rheniums gegenüber Wolfram und Molybdän bestehen darin, daß das Rhenium bei Temperaturen unterhalb ungefähr 550° C praktisch nicht mehr oxydiert, während Molybdän _i schon bei 25° C und Wolfram über 300° C leicht oxydieren* Rhenium ist gegenüber den meisten Säuren korrosionsbeständig^ wenn man von Salpetersäure absieht. Es reagiert nicht mit

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Siliciumdioxid oder elementaren Verunreinigungen wie Bor, Phosphor, Antimon und anderen_sdie üblicherweise in Halbleiteroxydschichten vorkommen» während Wolfram und Molybdän sich derartige Verunreinigungen aus den Oxydschichten auswählen und mit ihnen reagieren. Man findet in der Literatur keine Daten über das reine Rhenium, jedoch zeigt die Veröffentlichung "Refractory Metals and Alloys", Interscience Publishers, Inc., New York, 1961, Seiten 316 bis 33** > dass der übergang binärer Legierungen des Rheniums aus dem duktilen in den brüchigen Zustand .gegen den absoluten Nullpunkt wandert, wenn man den Rheniumanteil anwachsen lässt. Die Zugfestigkeit des Rheniums liegt dreimal höher als diejenige des Molybdäns und zweimal ä höher als diejenige von Wolfram, wenn man den Bereich der Betriebsbedingungen betrachtet,in dem die meisten Halbleitervorrichtungen verwendet werden. Die Widerstandsfähigkeit des Rheniums geSsn-über dem sogenannten Wasserzyklus von Vakuumröhren ißt ungefähr zweihundertmal grosser.als bei Wolfram, woraus geschlossen werden kann, dass die Beständigkeit gegenüber elektrolytischer Korrosion in Anwesenheit von Feuchtigkeit für Rhenium wesentlich grosser als bei Wolfram ist.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Ansprüchen und/oder aus der nachfolgenden Beschreibung, die der Erläuterung zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele der Erfindung dient j es I zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf ein Halbleiterplättchen, in dem ein Planartransistor gebildet worden ist, sowie mit öffnungen in einer Oxydschicht zum Anbringen von Kontakten;

Pig. 2 einen Schnitt durch das Halbleiterplättchen nach der Linie 2-2 in Fig. 1;

Fig. 3 eine Draufsicht auf das Halbleiterplättchen nach dem

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Anbringen der Kontakte und der Anschlussfelderj Pig. ²J einen Schnitt nach der Linie H-H inFig. 3 durch das Halbleiterplättchen,und .

Fig. 5 einen Schnitt durch ein Halbleiterplättchen einer integrierten Schaltung mit in zwei Ebenen verlaufenden metallischen Zwischehverbindungen, ■

Die Fig. 1 und 2 zeigen ein Halbleiterplättchen Io mit einem darin gebildeten Transistor, der eine Basis 11, einen Emitter 12 und einen vom übrigen Halbleiterplättchen gebildeten Kollektor 17 aufweist. Bezüglich der Herstellung des Transistors wird auf folgende Veröffentlichungen verwiesen:

"Integrated Circuits-Design Principles and

Fabrication", von Ray M. Warner, Jr. und

James Fardemwalt, McGraw-Hill (1965), .-"'-'',

"Silicon Semiconductor Technology", McGraw-Hill (I965) oder

"Physics and Technology of Semiconductor Devices", A.S. Grove, Wiley & Sons (1967).

Auf der Oberseite des Halbleiterplättchens wird in bekannter Weise eine Oxydschicht 13 gebildet. Soll der Transistor bei höheren Frequenzen betrieben werden, so sind seine aktiven Teile ausserordentlich klein, so dass beispielsweise die längliche Emitterzone o,o2 bis o,o5 mm breit und weniger als o,25 mm lang sein kann. Der Bereich der Basis 11 kann dann eine Fläche von ungefähr 0,6 . Io ^J mm haben. Um an der Basis Kontakte anzubringen, sind zwei öffnungen XM und 15 in der Oxydschicht vorgesehen^ und eine öffnung l6 diente ztär Hers te 1*· lung des Emitters im Diffusionsverfahren. Infolge der aussei·--/ ordentlichen Kleinheit der Kontaktzonen für Basis und Emitter, die nur o,o2 bis o,o5 mm breit sein können, müssen die eigentlichen Kontakte über der Siliciumoxydschicht 13 verbreitert werden, um überhaupt Anschlussdrähte für Basis und Emitter ,-.

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anschliessen zu können. Der von der Masse des Halbleiterplättchens Io gebildete Kollektor 17 kann an der Unterseite des Halbleiterplättchens mit einem Kontakt versehen werden. Die Grosse des Halbleiterplättchens hängt von den praktischen Erfordernissen ab, und in einem typischen Fall hat es ο,75 mm Kantenlänge und ist o,l mm dick; die Zeichnungen sind also stark vergrösserte Darstellungen. Im Regelfall wird es sich bei dem Halbleiterplättchen Io um einen kleinen. Teil einer grossen Scheibe aus einem kristallinen Silicium handeln, die alle Verfahrensstufen der Herstellung durchläuft und erst am Schluss geritzt und zerbrochen wird, so dass die einzelnen Halbleiterplättchen entstehen, wobei die Kontakte dann schon angebracht worden sind.

Auf der Oberfläche der Siliciumoxydschicht 13 und auf der Oberfläche des Halbleiterplättchens lo, soweit sie durch die öffnungen I¹J,16 freigelegt ist, wird eine Rheniumschicht 21 aufgebracht, und zwar beispielsweise durch ein in der Herstellung von Halbleitervorrichtungen übliches Verfahren wie Aufdampfen oder Hochfrequenz-Aufsprühen. Dann wird eine Goldschicht 22 auf die Oberfläche der Rheniumschicht 21 aufgebracht, vorzugsweise mit demselben Gerät, mit dem auch die Rheniumschicht aufgebracht wird. Auf die reine Siliciumoberfläche des Halbleiterplättchens Io kann noch eine Zwischenschicht aufgebracht werden, die die Bildung von Silieiumoxyd verhindert, was sonst zu hochohmigen Kontakten führen würde. Zu diesem Zweck wäre es möglich, zusätzlich Platin auf die SiIiciumoberfläche aufzubringen und dieses in das Halbleitermaterial ein.zusintern, so dass eine Schicht aus Platinsilicid entsteht, ehe man die Rheniumschicht 21 aufbringt; die letztere stellt also dann im Fenster der Oxydschicht einen Kontakt zu der Platinsilicidschicht her, und nicht mehr zum reinen Silicium.

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Nachdem die Halbleiterscheibchen der Bedampfungskainmer entnommen wurden, werden die überflüssigen Teile der Rhenium- und der Goldschicht 21 bzw. 22 durch selektives Ätzen mit Hilfe einer Photowiderstandsmaske entfernt. Ein geeignetes Ätzmittel für Gold ist eine alkoholische Lösung von Kaliumiodid,und Rhenium lässt sich beispielsweise mit Salpetersäure ätzen. Die restlichen Teile der Photowiderstandsmaske werden schliesslich mit einem Lösungsmittel wie beispielsweise Methylenchlorid entfernt.

Nach der exakten geometrischenAusbildung der Rhenium-Gold-Kontakte werden die Halbleiterscheibchcn an ihrer Oberfläche geritzt und dann in einzelne Halbleiter, lättchen Io zerbrochen. Jedes Halbleiterplättchen hat dann das in den Fig. 3 und ²J dargestellte Kontaktmuster. Auf der Oxydschicht wird ein Basiskontakt-Anschlussfeld 23 gebildet, undjwei Leiterstreifen erstrecken sich über den Basis-Kollektor-Übergang hinweg und durch die Löcher Ik und 15 (Fig. 2) hindurch zur Basis und bilden dort Basiskontakte. In gleicher Weise wird noch ein Emitterkontakt-Anschlussfeld 2k vorgesehen, von dem ein einzelner Leiterstreifen 24a durch das Loch 16 (Fig. 2) hindurch bis zum Emitter verläuft und dort einen Emitterkontakt bildet. Die Leiterstreifen sind äusserst schmal, beispielsweise nur o,oo25 mm breit oder noch schmäler, so dass geometrisch exakt gearbeitet werden muss. Die Anschlussfeider 23 und 24 sind gross genug, um an sie beispielsweise o,ol8 bis o.o25 nun dicke Anschlussdrähtchen anschliessen zu können.

Um gute ohmsehe Kontakte mit niederem Widerstand unter Verwendung von Rhenium zum Silicium herzustellen, ist es erforderlich, dass die Kontaktbereiche der Siliciumoberfläehe verhältnisraässig stark dotiert sind, und zwar unabhängig

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davon, ob mit Akzeptoren oder Donatoren. Ist das Silicium mit Bor oder Phosphor dotiert, so sollte der Dotierungsgrad für

19 einen guten Kontakt grosser als 2 χ 10 Atome pro ecm sein,

21 und vorteilhafter sind noch Werte über 10 . Es lassen sich zwar auch elektrische Kontakte an Siliciumoberflachen bilden, deren Dotierungsgrad niederer liegt, jedoch erhöht sich der Kontaktwideretand mit abnehmender Konzentration des Dotierungsmaterials. Bei typischen Transistoren ist der η-leitende Emitter üblicherweise hochdotiert,und zwar insbesondere im Oberflächenbereich, da er durch zwei Diffusionsschritte gebildet wurde. Obwohl der Dotierungsgrad in der Basiszone unter demjenigen des Emitters liegt, so ist doch üblicherweise auch ™ die Basis verhältnismässig stark dotiert, und zwar mindestens im Bereich der Oberfläche, um einen niederen Kontaktwiderstand zu erzielen. Ist dies nicht der Fall, so kann es zweckmässig sein, zunächst Dotierungsstoffe des p-Typs in einen flachen Bereich eindiffundieren zu lassen, ehe die Kontaktwerkstoffe aufgebracht werden. Diese Diffusion kann durch öffnungen hindurch erfolgen, die dieselbe Grosse aufweisen wie die öffnungen 1Ί und 15 und an derselben Stelle vorgesehen sind, und vorzugsweise werden die gleichen öffnungen benutzt.

Bei integrierten Schaltungen ist der besondere Diffusionsschritt zur Erzeugung eines hohen Dotierungsgrads im Bereich Λ der Oberfläche der Kontäktzonen noch wichtiger. Dies kommt daher» weil der Kollektorkontakt an der Oberfläche des HaIbleiterplättchens in einem Bereich gebildet wird, bei dem es sich ura eine epitaxiale Schicht geringen Dotierungsgrads handed oder der im ersten Diffusionsschritt eines insgesamt dreischrittigen Diffusionsverfahrens gebildet worden ist; dieser erste Diffusionsschritt bringt jedoch im allgemeinen nur eine niedere Konzentration von Dotierungsstoffen mit sich, so dass die beiden folgenden Diffusionsschritte noch durchge-

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führt werden können. Ferner wird die Basiszone eines Transistors aus einer integrierten Schaltung normalerweise gleichzeitig mit einem durch Diffusion erzeugten Widerstand hergestellt. Da der spezifische Widerstand des Halbleitermaterials, welches den Widerstandsbereich bildet, verhältnismässig hoch sein sollte, hat dies zur Folge, dass der Dotierungsgrad in der Basiszone ebenfalls verhältnismässig nieder ist. Infolgedessen muss bei typischen integrierten Schaltungen mit npn-Transistoren und p-leitenden, durch Diffusion erzeugten Widerständen die Konzentration der Verunreinigungen für die Zwecke der Kontakte zu Kollektor, Basis und den Widerständen nachträglich noch erhöht werden. Die Forderung nach stark dotierten Kontaktzonen muss jedoch in einigen Fällen dann nicht erfüllt sein, wenn man einen äusserst dünnen Aluminiumfilm vor den Kontaktwerkstoffen aufbringt. Da das Aluminium p-leitend ist, muss nicht noch zusätzlich dotiert werden, um die hohen Konzentrationen von Dotierungsstoffen in öberfläehennahen, p-leitenden Bereichen zu erzielen.

Die Fig. 5 zeigt eine integrierte Schaltung mit einem p-leitenden Siliciumplättchen 3o, in dessen linker Hälfte ein Transistor gebildet wurde; dieser hat eine durch Diffusion erzeugte, η-leitende Kollektorsone 31, eine p-leitende Basiszone 32 und eine η-leitende Emitterzone 33. Auf der rechten Seite ist ein V/iderstand vorgesehen, der von einer durch Diffusion erzeugten, p-leitenden Zone 3'4 gebildet wird, die in einem isolierenden Bereich 35 liegt. Ehe der zweite Diffusionsschritt mit Donatoren zur Bildung der Emitterzone 33 durchgeführt wird, bildet man eine öffnung in einer Isolierschicht 37j die beispielsweise aus Siliciumoxyd bestehen kann, und zwar an derjenigen Stelle, an der ein Kollektorkontakt angebracht werden soll. Dies geschieht am zweckmässigsten mit einer Photolithographiemaske und durch Ätzen. Gleichzeitig

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mit der Emitterzone 33 wird eine n+-leitende Zone 36 hohen Dotierungsgrads geschaffen. Die hochdotierten, p+-leitenden Zonen 38,39 ^u"d ¹Io werden anschliessend durch Eindiffundieren von Bor durch die als Maske dienende Isolierschicht 37 geschaffen. Dann bildet man öffnungen in der Isolierschicht 37 an denjenigen Stellen, an denen Kontakte zum Transistor und zum Widerstand angebracht werden sollen. Durch aufeinanderfolgendes Niederschlagen, beispielsweise durch Aufdampfen oder HP-Aufsprühen, wird eine Sandwich-Schicht aufgebracht, deren unterste Schicht eine Rhenium-Schicht 39 ist, auf die eine Zwischenschicht aus Gold oder Kupfer und eine oberste Schicht aus Rhenium folgt, die mit ¹Io bzw, 41 bezeichnet sind, Dann werden die Metallschichten mit Hilfe bekannter Photolithographieverfahren selektiv geätzt, um das gewünschte Muster aus Kontakten und elektrischen Zwischenverbindungen entstehen zu lassen. Kupfer lässt sich beispielsweise mit einem Ätzmittel ätzen, das aus einer Lösung mit fünfzehn Teilen PeCl,, dreissig Teilen Salzsäure und zweihundert Teilen Wasser besteht. Die Figur zweigt, dass die Kollektorzone 31 mit demeinen Ende des Widerstands 34 durch eine mehrschichtige elektrische Zwischenverbindung 42 verbunden ist, die sich über die Oxyd-Isolierschicht hinweg erstreckt.

Um elektrische Zwischenverbindungen in einer zweiten Ebene erzeugen zu können, wird zunächst eine zweite Isolierschicht 43 aufgebracht, die insbesondere ebenfalls aus Siliciumoxyd besteht und die ganze Oberfläche der integrierten Schaltung überzieht. In dieser Isolierschicht werden im Photolithographieverfahren und durch Ätzen öffnungen erzeugt, um ausgewählte Teile der in der unteren Ebene liegenden elektrischen Zwischenverbindungen offen zu legen, beispielsweise an der mit X bezeichneten Stelle. Die Rheniumschicht 41 wird an dieser öffnung ebenfalls entfernt, so dass die Goldschicht 4o freige-

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legt wird und damit ein Kontakt mit geringem Widerstand erzeugt werden kann. Dann wird die Oberfläche der integrierten Schaltung mit einer Rheniumschicht k% und einer Goldschicht 45 überzogen, die beide anschliessend selektiv geätzt werden, so dass die geometrische Gestalt der elektrischen Zwischenverbindungen der zweiten Ebene entsteht. Obwohl nur ein Transistor und ein Widerstand dargestellt sind, kann selbstverständlich die integrierte Schaltung in einem Halbleiterplättchen eine grosse Zahl von Schaltungselementen v?ie Transistoren und Widerständen enthalten. Selbstverständlich können die hochdotierten Zonen unter den Kontakten für die in Pig. k gezeigten Transistoren verwendet werden. Schliesslich können die Kontakte zu den Zonen 38 und 33 ebenfalls mehrschichtig sein, wie dies bei der Zwischenverbindung H2 der Fall ist, obwohl im einzelnen keine Bezugszeichen angegeben sind.

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Claims (5)

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   Patentansprüche :

   !.!Halbleitervorrichtung, insbesondere integrierte Schaltung, die insbesondere mindestens eine Isolierschicht über einer Oberfläche eines Halbleiterkörpers aufweist, durch deren Öffnungen hindurch Schaltungselemente über mehrschichtige elektrische Verbindungen angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, dass nLndestens eine Schicht der Verbindungen aus Rhenium besteht.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Verbindungen mindestens eine dem Halbleiterkörper zugekehrte, untere Schicht aus Rhenium und eine obere Schicht aus einem elektrisch gut leitenden Metall aufweisen.
3. 3» Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Verbindungen eine zwischen zwei Rheniumschichten liegende Schicht aus einem elektrisch gut leitenden Metall aufweisen.
4. "I. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass den ersten elektrischen Verbindungen mindestens zweite elektrische Verbindungen unter Anordnung einer isolierenden Zwischenschicht überlagert sind und dass die zweiten elektrischen Verbindungen mindestens eine untere Schicht aus Rhenium und eine obere Schicht aus einem elektrisch gut leitenden Metall aufweisen.
5. 5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis k_t dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch gut leitende „

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   Metall Gold ist.

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