DE1923317B2 - Verfahren zum Niederschlagen von Kontaktmaterial auf einen Halbleiterkörper - Google Patents

Verfahren zum Niederschlagen von Kontaktmaterial auf einen Halbleiterkörper

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Niederschlagen von Kontaktmaterial auf die aktiven Bereiche eines Halbleiterkörpers durch Aufdampfen im Vakuum in zwei Schritten, wobei beim ersten Schritt die Temperatur des Halbleiterkörpers höher liegt als beim zweiten.
Das Niederschlagen eines Metalls oder anderen elektrischen Leiters auf einem Halbleiterkörper ist bekannt. Gute Haftung und gute Leitfähigkeit des niedergeschlagenen Metalles erhält man dadurch, daß der Niederschlag bei einer relativ hohen Temperatur erfolgt; denn die hohen Temperaturen gewährleisten, daß in dem niedergeschlagenen Material wenige Gitterstörungen vorliegen und daß die einzelnen Teilchen, aus denen das niedergeschlagene Metall besteht, einen guten Kontakt zueinander haben, was eine gute Leitfähigkeit zur Folge hat. Außerdem finden an der Grenzfläche zum Halbleitermaterial Vorgänge statt, die eine gute Haftung bedingen. Allerdings haben diese Vorgänge den zusätzlichen Effekt, daß sich durch sie der Kontaktwiderstand an der Grenzfläche zwischen Kontaktmaterial und Halbleitermaterial erhöht. Erfolgt das Niederschlagen bei niedrigeren Temperaturen, so erhält man umgekehrt eine schlechte Leitfähigkeit und eine schlechte Haftung des niedergeschlagenen Materials, aber dafür ist der Kontaktwiderstand geringer. Zu den den Kontakt beeinflussenden Vorgängen gehört z. B. die Reaktion zwi-
sehen dem niedergeschlagenen Material und dem Material des Bereiches, auf welchem der elektrische Leiter niedergeschlagen ist. Diese Reaktion kann zur Bildung sehr unterschiedlicher Materialzustände führen, das Ergebnis ist jedoch in jedem Falle eine Erhö-
xo hung des Kontaktwiderstandes. Dieses ist jedoch nur eine von vielen Möglichkeiten, durch welche ein höherer Kontaktwiderstand entstehen kann.
Materialien, wie Gold, Silber, Molybdän, Wolfram und Aluminium haben gegenüber anderen Materia-
X5 Hen eine relativ hohe Leitfähigkeit. Molybdän und Wolfram sind bei hohen Temperaturen relativ stabil und in Verbindung mit ihrer guten elektrischen Leitfähigkeit als Kontaktmaterialien, z. B. auf Halbleitermaterialien gut geeignet. Die Haftung von Molybdän
to auf einem Halbleiterkörper ist bei hohen Temperaturen am besten, und zwar wenn der Niederschlag des Molybdäns bei Temperaturen /wischen 550 und 600° C während einer längeren Zeit erfolgt, wobei aber der Kontaktwiderstand durch die Reaktion zwi-
*5 sehen dem Molybdän und dem Halbleitermaterial selbst /u zahllosen Problemen führt.
Die der Erfindung zugrunde gelegte Aufgabe besteht nun darin, ein Verfahren zum Herstellen eines Kontaktes zwischen einem Kontpktmaterial und einem Halbleitermaterial azugeben, das gegenüber den bekannten Verfahren bei ausgezeichneter Haftung gleichzeitig möglichst niedrige Kontaktwiderstände ergibt.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Temperatur des Halbleiterkörpers beim ersten Schritt so hoch gehalten und die Zeit so bemessen wird, daß sich eine gute Haftung des Kontaktmaterials und gleichzeitig ein möglichst niedriger Kontaktwiderstand ergibt, und daß anschließend die
Temperatur des Halbleiterkörpern während des zweiten Schrittes auf einen Wert herabgesetzt wird, der beim weiteren Niederschlag eine den Kontaktwiderstand verschlechternde Reaktion zwischen Koptaktmaterial und Halbleitermaterial nicht gestattet.
Bei einem bekannten, in der britischen Patentschrift 1 025 453 beschriebenen Verfahren zum Befestigen eines Halbleiterplättchens auf einer Unterlage mittels einer im wesentlichen aus Gold bestehenden Schicht erfolgt das Aufdampfen des Goldes auch bei zwei Temperaturen. Bei der ersten Temperatur, die bei 400° C liegt, wird ein Viertel der gewünschten Gesamtmenge Gold auf die Unterseite des Halbleiterplättchens aufgedampft. Das aufgedampfte Material setzt sich mit dem Halbleitermaterial vollständig in eine geschmolzene, aus einer Gold-Halbleitermaterial-Legierung bestehende Schicht um. Anschließend wird auf unter 200° C abgekühlt und daraufhin das restliche Gold aufgedampft. Dann wird das Halbleiterplättchen mit der Goldschicht auf die Unterlage ge-
legt, und schließlich wird in einem Ofen bei 450° C und damit oberhalb des Schmelzpunktes des aus dem Halbleitermaterial und dem aufgedampften Material gebildeten Eutektikums die Verbindung zwischen Halbleiterplättchen und Unterlage hergestellt. Die bei der hohen Temperatur sich bildende geschmolzene Schichi aus der Gold-Halbleitermaterial-Legierung soll, indem sie die Halbleiteroberfläche benetzt, eine die Haftung beeinträchtigende Oxidbarriere entfer-
nen. Der Vorteil des in der britischen Patentschrift beschriebenen Verfahrens wird gegenüber konventionellen Verfahren in niedrigeren Kosten und in einer größeren mechanischen Zuverlässigkeit des Produkts gesehen. Diese Vorteile müssen zweifellos mit einem hohen Kontaktwiderstand erkauft werden.
Ein niedriger Kontaktwiderstand wird erreicht, indem bei einer ersten höheren Temperatur, bei der bekanntermaßen durch Reaktion zwischen dem aufgedampften Kontaktmaterial und dem Halbleitermaterial, beispielsweise durch eine Diffusionsreaktion, eine gute Haftung des Kontaktmaterials erzielt wird, einige KK) A deslContaktmaterials aufgedampft werden und dann die Temperatur schnell auf einen Wert abgesenkt wird, bei dem bekanntermaßen nur eine schlechte Haftung zu erreichen ist. Überraschenderweise hat sich nun herausgestellt, daß, obwohl, wie sichausden gemessenen Kontaktwiderständen ergibt, offenbar keine oder praktisch keine Reaktion zwischen dem Kontaktmaterial und dem Halbleitermaterial bei der höheren Temperatur stattfand, die Haftung trotzdem sehr gut war.
Es ist vorteilhaft, wenn als Kontaktmaterial Molybdän oder Wolfram verwendet wird.
Vorteilhafte Ergebnisse werden erzielt, wenn die erste Temperatur des Halbleiterkörpers 575 bis 625° C und die zweite 475 bis 550° C beträgt, wobei es insbesondere vorteilhaft ist, wenn die erste Temperatur bei 600° C und die zweite bei 525° C liegt.
Es ist vorteilhaft, wenn die Molybdänschicht 0,5 bis 1 μπι dick gemacht wird.
Die Erfindung wird im folgenden näher erläutert. Als Grundkontaktmaterial für einen Ohmschen Kontakt wird vorzugsweise Molybdän verwendet.
Zur Herstellungeines Molybdänkontaktes wird das Substratplättchen auf eine Anfangstemperatur im Bereich zwischen 575 und 625° C, vorzugsweise aber 600° C erwärmt, während ein paar Hundert A Molybdän das aus einer Reduktionsreaktion des Molybdänpentachlorids mit Wasserstoff stammt, niedergeschlagen werden. Diese Reaktion ist folgende: 2MoCU + 5H2 —2Mo + 10 HCl. Nach diesem ersten Niederschlag, dessen Zeitdauer natürlich von der Niederschiagsgcschwindigkeit und der Temperatur des Substratbereichs, in welchem der Niederschlag erfolg·, abhängt, wird die Temperatur so schnell wie möglich in den Bereich zwischen 457 und 550° C, vorzugsweise 525 C gesenkt. Der Niederschlag wird dann fortgesetzt, bis das Molybdän eine endgültige Dicke zwischen V, und 2 Mikrometer auf dem Substratbereich erreicht hat. Nach Bedarf können natürlich auch dickere oder düniu. re Niederschläge aufgetragen werden. Der Niederschlag wird dann gestoppt und das Substrat auf Raumtemperatur abgekühlt.
Folgende allgemein gültige Punkte lassen sich für dieses zweistufige Verfahren angeben. Die Anfangstemperatur muß so hoch gewählt werden, daß eine gute Haftung zwischen dem niedergeschlagenen elektrischen Kontaktmaterial und dem Material entsteht, welches den Substratbereich umfaßt, auf welchem das Metall niedergeschlagen wird. Die Zeitdauer des Niederschlages bei dieser ersten Temperatur muß so geao wählt werden, daß keine den Kontakt beeinträchtigenden Reaktionen auftreten. Die Temperatur muß dann auf einen zweiten niedrigeren Wert gesenkt werden, bei welchem der Niederschlag bis zum Schluß fortgesetzt wird. Die Zeit dieses Niederschlages bei der zweiten niedrigeren Temperatur ist so zu wählen, daß das elektrische Kontaklmaterial sich in ausreichender Dicke niederschlagen kann und sie auf der anderen Seite noch nicht ausreicht, daß den Kontakt beeinträchtigende Reaktionen zwischen dem anfänglieh niedergeschlagenen elektrischen Kontaktmaterial und dem Material des Substratbereichs, auf dem das Kontaktmaterial niedergeschlagen worden ist, auftreten können. Diese Temperaturen hängen natürlich von dem verwendeten Material ab. Die Kerneffekte des ersten Niederschlages bei einer hohen Temperatur scheinen außerdem die Leitfähigkeit der nachfolgend aufgeschlagenen Materialien so zu beeinflussen, daß der resultierende Film eine bessere Leitfähigkeit aufweist, als dies beim Arbeiten ausschließlich mit der niedrigeren Temperatur der Fall ist, wie es bisher üblich war. Die Ursachen dieses Effektes wurden bisher nicht einwandfrei festgestellt.

Claims (6)

  1. Patentansprüche:
    J. Verfahren zum Niederschlagen von Koniaktmaterial auf die aktiven Bereiche eines Halbleiterkörpers durch Aufdampfen im Vakuum in zwei Schlitten, wobei beim ersten Schritt die Temperatur des Halbleiterkörpers höher liegt als beim zweiten, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Halbleiterkörper» beim ersten Schritt so hoch gehalten und die Zeit so bemessen wird, daß sich eine gute Haftung des Kontaktmaterials und gleichzeitig ein möglichst niedriger Kontaktwiderstand ergibt, und daß anschließend die Temperatur des Halbleiterkörpers während des zweiten Schrittes auf einen Wert herabgesetzt wird, der beim weiteren Niederschlag eine den Kontaktwiderstand verschlechternde Reaktion zwischen Kontaktmaterial und Halbleitermaterial nicht gestattet.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kontaktmaterial Molybdän oder Wolfram verwendet wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Aufbringen von Molybdän im Vakuum Molybdänpentachlorid mittels Wasserstoff zu Molybdän reduziert wird, das dann auf dem Halbleiterkörper niedergeschlagen wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Temperatur les Halbleiterkörper 575 bis 625° C und die zweite Temperatur des Halbleiterkörpers 457 bis 550° C beträgt.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, Uaß die erste Temperatur bei f>00° C und die zweite bei 525" C liegt.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Molybdänschicht (»,5 bis 1 Mikrometer dick gemacht wird.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3318683C1 (de) * 1983-05-21 1984-12-13 Telefunken electronic GmbH, 7100 Heilbronn Legierter Kontakt für n-leitendes GaAlAs-Halbleitermaterial

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GB1244903A (en) 1971-09-02
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