DE1927646A1 - Halbleitervorrichtung und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

Halbleitervorrichtung und Verfahren zu deren Herstellung

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung mit einer auf einem Halbleiterkörper angeordneten Metallelektrode sowie auf eine durch dieses Verfahren hergestellte Halbleitervorrichtung; die Erfindung bezieht sich insbesondere auf ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, bei dem als Hauptbestandteil für das Elektrodenmetall Palladium oder eine Palladium enthaltende Legierung verwendet wird sowie auf Vorrichtungen, die durch dieses Verfahren hergestellt werden.
ORIGiNAk INSPECTED
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Es ist bekannt, eine einen ohmschen Kontakt herstellende Metallelektrode z.B. aus Aluminium auf einem Halbleiterkörper, z.B. Silicium, Germanium oder Galliumarsenid
oder auf einem Halbleiterkörper eine eine Schottky-Potentialsperre bildende Metallelektrode anzuordnen, indem man auf einem Halbleiterkörper ein Metall wie z.B. Molybdän, Wolfram, Nickel, Platin, Gold oder Palladium anklebt. Es werden insbesondere Dioden, die die Gleichrichterfunktion der Schottky-Sperre nutzen, für Hochfrequenzzwecke in wirksamer Weise benutzt. Es sind insbesondere Planarvorrichtungen wegen ihrer Einfachheit in der Abdichtung und ihrer guten Stabilität bekannt.
Bei demherkömmlichen Verfahren zur Herstellung einer Diode mit Schottky-Sperre wird zunächst auf einem Halbleiterkörper ein Isolierfilm aus Siliciumoxyd gebildet und in diesen Isolierfilm ein Fenster gewünschter Form ausgespart, um an dieser Stelle den Halbleiterkörper freizulegen. Dann wird durch Vakuumverdampfen, Aufsprühen oder chemische Dampfablagerung mit dem Halbleiterkörper ein Metallfilm zur Bildung einer Sperre in Berührung gebracht. Auf diesem Film wird ein Elektrödenfilm vorgesehen, wobei an diese Elektrodenschicht ein nach außen führender Draht befestigt wird, um eine Diode der Planarbauart zu erhalten. Wird als Metallfilm Platin r
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Gold oder Palladium verwendet, ist die Klebkraft zwischen diesen Metallen und der Siliciumoxydschicht schwach. Es ist daher notwendig gewesen, zwischen dem' Metallfilm und der Oxydschicht eine Zwischenschicht anzuordnen, die an beiden Materialien wie z. B. Chrom oder Titan fest haftet. Hierdurch wird die Herstellung erschwert.
Die Erfindung liefert ein industriell brauchbares Verfahren für die Herstellung einer Halbleitervorrichtung mit hoher Stabilität unter Verwendung von Palladium unter den vorgenannten Metallen.
Die Erfindung liefert ferner eine Halbleitervorrichtung mit einem Halbleiterkörper, einem auf dem Körper aufgebrachten Siliciurooxydfilm und wenigstens einem Kontaktfenster sowie einem durch das Fenster mit dem Körper verbundenen Palladiumfilm.
Das erfindungsgemiBe Verfahren ist gekennzeichnet durch die Bildung eines Siliciumoxydfilms auf einer
Halbleiteroberfläche, die Bildung wenigstens eines Kontaktfensters in dem Oxydfilm zum Freilegen der Halbleiteroberfläche an dies er Sbelle und/oderdurch überdecken eines Teils des Oxydfilms mit einem an dem Halbleiterkörper odjer gegebe-
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nenfalls an dem Oxydfilm haftenden Material, sowie dadurch, daß man metallischen Palladiumfilm durch Vakuumabsetzen auf der gesamten Oberfläche aufbringt und den metallischen Palladiumfilm einem Wasserstoff enthaltenden Gas aussetzt, um den Metallfilm in dem an dem Siliciumoxydfilm anschließenden Teil abzuschälen und in dem an den Halbleiterkörper oder an dem an dem Siliciumoxyd anhaftenden Film anschliessenden Teil zu belassen.
Gemäß einer weiteren Ausfuhrungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrich- tung geschaffen, bei dem man auf einem Halbleiterkörper einen Siliciumoxydfilm bildet, in dem Oxydfilm durch bekanntes Photoätzen wenigstens ein Kontaktfenster für das Freilegen des Halbleiterkörpers ausbildet, dann auf der gesamten Fläche des Halbleiterkörpers einen Palladiumfilm und gegebenenfalls einen Metallelektrodenfilm, wie z.B. Aluminium aufbringt, daß man die Anordnung einem Wasserstoff enthaltenden Gas aussetzt, um auf dem Oxydfilm den Palladiumfilm zusammen mit dem Metallelektrodenfilm zu entfernen, jedoch den Palladiumfilm in dem Fenster zu belassen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert.
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Fig. 1 ist eine schematische Schnittansicht, die eine herkömmliche Halbleitervorrichtung
der Diodenbauart zeigt;
Fig. 2 ist eine schematische Schnittdarstellung, die eine weitere herkömmliche Halbleitervorrichtung der Diodenbauart zeigt;
Fig. 3 ist eine schematische Schnittansicht, die g
eine Halbleitervorrichtung der Diodenbauart zeigt, die nach der Erfindung hergestellt worden ist;
Fig. 4 ist eine schematische Schnittansicht, die eine Zwischenstufe der Herstellung der Halbleitervorrichtung nach Fig. 3 verdeutlicht;
Fig. 5 zeigt die experimentellen Ergebnisse des
Abschälphänomens;
Figuren 6 bis 9 zeigen die Halbleitervorrichtung,
wie sie bei den verschiedenen erfindungs- '
gemäßen Herstellungsstufen erscheint;
Fig. 10 zeigt die angewendete Form einer Halbleitervorrichtung nach den Verfahrensschritten
nach den Figuren 6 bis 9;
Figuren 11 und 12 zeigen, wie eine Halbleitervorrichtung bei verschiedenen Stufen des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens erscheinen würde.
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile.
Die Fig. 1 zeigt eine herkömmliche Halbleitervorrichtung der Diodenbauart mit Schottky-Sperre und besitzt einen Siliconhalbleiterkörper 1, eine auf dem Körper 1 ausgebildete und aus Siliciumoxyd bestehende Isolierschicht 2, einen Isolierfilm mit einem Fenster gewünschter Form, das die Halbleiteroberfläche freilegt, einen auf dem Körper 1 und dem Isolierfilm 2 angeordneten Metallfilm 3, einen auf dem Metallfilm 3 angeordneten Elektrodenfilm 4 und einen ' Anschlußdraht 5. Wenn Platin, Gold oder Palladium für den Metallfilm 3 verwendet wird, ist die Bindungskraft zwischen diesem und dem Siliciumoxydfilm schwach, so daß er sich insbesondere dann, wenn er ein Palladiumfilm ist, leicht abschält. Es ist daher notwendig, eine Zwischenschicht 6 z.B. aus Chrom oder Titan vorzusehen, die an beiden Schichten sehr gut haftet (siehe Fig. 2). Ein derartiges umständliches Verfahren kann durch die Erfindung vermieden werden.
Die Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch eine Diode, die erfindungsgemäß hergestellt worden ist. Die Diode besitzt einen η-leitenden Siliciumkörper 1 aus einem Silicium-
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körper lf mit einem spezifischen Widerstand von 0,005X1 cm und mit einer epitaxialen Siliciumschicht 1" mit einem spezifischen Widerstand von 0,1 bis 1-Ω. cm und einer Dicke von 1 - 5 u. Auf dem Siliciumkörper 1 ist beispielsweise durch thermische Ablagerung von Organo-Oxysilan eine Silicium-
o oxydschicht 2 mit einer Dicke von 5000 A aufgebracht. Dann wird ein Kontaktfenster von etwa 30 μ Durchmesser gebildet, um den Siliciumkörper 1 freizulegen. Nach dem Reinigen der Oberfläche dieser Einheit nach einem vorbestimmten Oberflächenreinigungsverfahren wird auf der Einheit ein Palladiumfilm bestimmter pic^.e aufgedampft, indem Palladium in einem Hochvakuum von etwa 4 χ 10 Torr erhitzt wird. Im Hochvakuum werden der Palladiumfilm und die Siliciumoxydschicht ohne Abschälen fest miteinander verbunden. Wird jedoch der Palladiumfilm einem Wasserstoff (H2) enthaltenden Gas ausgesetzt, beginnt sich gemäß Fig. 4 der auf der Siliciumoxydschicht abgesetzte Palladiumfilm 3" von den Randabschnitten her abzuschälen. Die Ursache dieses Phänomens ist nicht klar;ces wird jedoch angenommen, daC ein Metallpalladium- \ film Wasserstoffgas absorbiert und sich dabei unter Bildung von inneren Spannungen ausdehnt, wobei der absorbierte Wasserstoff die Siliciumoxydschicht erreicht und deren Reduktion bewirkt. Es wird.daher die schlechte Bindung zwischen
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der Siliciumoxydschicht und dem Palladiumfilm nocht weiter geschwächt, so daß sich der Palladiumfilm abschält. Es wurde durch Experimente gefunden, daß die Zeit für den Beginn des Abschälens sehr kurz wird, wenn der Wasserstoffgehalt in Stickstoffgas mehr als 10% beträgt. Die Fig. 5 zeigt ein Beispiel für die Ergebnisse eines derartigen Versuchs. Als Trägergas, das Wasserstoff enthält, können andere inerte Gase oder Luft in gleicher Weise wie Stickstoff verwendet werden.
Der Palladiumfilm 31, der unmittelbar auf Silicium abgesetzt ist, haftet fest an dem Siliciumkörper und schält sich nicht ab, auch wenn er Wasserstoffgas ausgesetzt wird. Der Palladiumfilm bildet ander Zwischenfläche mit dem Siliciumkörper eine Schottky-Potentialsperre und zeigt Gleichrichtereigenschaften .
Der abgeschälte Palladiumfilm auf einer Siliciumoxydschicht kann in einfacher Weise durch Wegblasen mittels Stickstoff oder Luft entfernt werden. Bei einem derartigen Blasen bleibt lediglich der Palladiumfilm 3' auf dem Siliciumkörper.
Anschließend wird gemäß Fig. 3 ein Metallelektrodenfilm 4 z.B. aus Aluminium aufgebracht, und zwar mit einer
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— Λ —'
Dicke von etwa 5000 A, an den ein nach Anschlußdraht 5 befestigt wird, um den Aufbau der Diode gemäß Fig. 3 zu vervollständigen. Bei der Herstellung eines derartigen Elements ist die Dicke des aufgebrachten Palladiumfilms sehr wichtig; es wurde durch Versuche festgestellt, daß man optimale Werte erreicht, wenn die Dicke etwa gleich derjenigen der Siliciumoxydschicht ist. Ein Palladiumfilm,
ο
der dünner als 1000 A ist, ist unstabil.
Der Metallelektrodenfilm 4 dient auch als Passivierungsfilm für einen darunter befindlichen Anschluß. Dieser Palladiumfilm muß nicht notwendig aus reinem Palladium bestehen sondern kann auch aus einer Palladiumlegierung bestehen.
Bei dem vorgenannten Verfahren wird lediglich eine Metallschicht einer Ätzung unterworfen, während bei den an den Figuren 1 und 2 erläuterten bekannten Verfahren zwei oder mehrere Schichten entfernt werden müssen.
Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird anhand der Figuren 6 bis 10 erläutert.
Gewöhnlich erfolgt der Elektrodenaufbau für eine Halbleitervorrichtung in der Weise, daß man auf einem Halbleiterkörper, der z.B, aus Silicium besteht, durch Auf-
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_ -ja-
dampfen Aluminium aufbringt, um eine Elektrode zu bilden und dann durch Warmpressen an diesem Aluminiumfilm einen Feingolddraht anschließt«, Ein derartiger Aufbau ist insofern von Nachteil, als der Aluminiumfilm und der Golddraht sich am Anschlußabschnitt zu einer Legierung vereinigen, so daß an der Zwischenfläche zwischen dem Siliciumkörper und der in dieser Weise geformten Legierung ein Phänomen auftritt, das als Purpurplage bekannt ist. In einem solchen Fall hebt sich der Elektrodenaufbau leicht ab. Dieses Problem kann durch das folgende Verfahren beseitigt werden.
Auf einem Halbleiterkörper 11, der z.B. aus Silicium besteht, wird durch ein bekanntes Verfahren, wie z.B.thermische Ablagerung von Organooxysilan ein Silicium-
oxydfilm 12 bis zu einer Dicke von 5000 A aufgebaut und in diesem Oxydfilm 12 eine öffnung oder ein Fenster 13 gewünschter Dicke ausgebildet, um den Halbleiterkörper freizulegen, wie man aus Fig. 6 ersehen kann. Dann überdeckt man den Oxydfilm 12 und den freigelegten Halbleiterkörper mit einem Aluminiumfilm 14. Gemäß Fig. 7 wird der Aluminiumfilm 14 bis auf die erwünschte Elektrodenform weggeätzt, wobei man als Maske einen Photowiderstandsfilm 15 ' verwendet. Diese Maske wird nach dem Photoätzen entfernt. Anschließend
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wird ein Palladiumfilm 16 geformt, der die Gesamtfläche der Vorrichtung überdeckt, wie man aus Fig. 8 ersehen kann. Wird eine derartige Vorrichtung einer inerten, jedoch Wasserstoff enthaltenden Atmosphäre ausgesetzt, so hebt sich der Teil des Palladiumfilms 16', der unmittelbar den SiIiciumoxydfilm 12 berührt, ab, so daß lediglich der den Aluminiumfilm 14 berührende Teil gemäß Fig. 9 zurückbleibt.
Nach einem Versuch wurde ein Palladiumfilm selbst mit
einer Dicke von 2000 A bis 1 η in einer kurzen Zeitspanne von etwa einer Minute abgeschält, wenn er einer Stickstoffmischatmosphä e mit einem Wasserstoffgehalt von ca. 10% ausgesetzt wurde. Derartiger abgeschälter Palladiumfilm 16' kann durch starkes Blasen mit einem Gas aus Stickstoff oder Luft leicht entfernt werden. Anschließend kann an die Aluminium-Palladiumdoppelschicht durch thermische Kompression ein Feingolddraht 17 angebracht werden, um eine Vorrichtung gemäß Fig. IO zu erhalten.
Bei der Prüfung derartig ausgebildeter Vorrichtungen unter Verwendung eines η-Typ Siliciumkörpers mit einem spezifischen Widerstand von O,l_TLcm konnte keine Zerstörung an den Elektroden wegen der thermischen Kompression eines Feingolddrahts festgestellt werden. Die Vorrichtungen zeigten eine gute ohmsche Kontakteigenschaft. Es wurde festge-
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stellt, daß ein Palladiumfilm mit einer Dicke von unter 1000 A nicht in wirkungsvoller Weise die Legierungsbildung zwischen Gold und Aluminium verhindertwerden kann, wenn " thermische Kompression angewendet wird; die Versuche zeigten, daß derartige Vorrichtungen unstabil waren. Dagegen zeigten Vorrichtungen mit einem Palladiumfilm mit einer
Dicke von 2000 A bis 1 μ gute Ergebnisse.
Die Fig. 11 zeigt eine Zwischenstufe bei einer weiteren Ausführungsform, bei der die Halbleitervorrichtung der Zwischenstufe einen η-Typ Siliciumkörper 21 mit einem spezifischen Widerstand von 0,1· bis l_fLcm besitzt, ferner
ο einen Siliciumoxydfilm 22 mit einer Dicke von etwa 5000 A, der z.B. durch thermische Ablagerung von Organooxysilan aufgebracht worden ist und ein Fenster 23 aufweist; ferner ist ein Palladiumfilm 24 vorgesehen, der in einem Vakuum mit mehr als 4 χ 10 Torr auf dem Körper und auf dem Oxydfilm
mit einer Dicke von 2000 bis 6000 A aufgebracht worden ist, sowie schließlich ein Aluminiumfilm 25, der mit ähnlicher Dicke auf den Palladiumfilm aufgebracht ist. Das Laminat aus den Filmen 24 und 25 haftet an dem Körper und dem Oxydfilm, wenn es einem Hochvakuum ausgesetzt wird; wird es jedoch einem Wasserstoff enthaltenden Gas ausgesetzt, schält es sich vom Randabschnitt ausgehend an den Teilen ab, die
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sich an den Siliciumoxydfilm'anschließen, wie man es aus Fig. .12 ersehen kann. Der Teil jedoch, der sich unmittelbar, an den Siliciuntkörper anschließt, bleibt fest und bildet den Elektrodenaufbau der Vorrichtung.
Bei der überprüfung der elektrischen Eigenschaften derartig gebildeter Halbleitervorrichtungen unter Verwendung einer Kontaknadel auf dem Aluminiumfilm zeigten diese f Vorrichtungen die Eigenschaften einer Diode mit Schottky-Sperrschicht. Sie können jedoch auch in der Weise ausgeführt werden, daß sie durch Vergrößerung der Oberflächenkonzentration einer Verunreinigung im Silicium einen ohmschen Kontakt haben.
Ferner kann ein auf einem Palladiumfilm aufzubringender Elektrodenfilm auch aus jedem herkömmlichen Elektrodenmaterial wie z.B. aus Gold oder Nickel bestehen. Die Er- j gebnisse mit diesen Materialien waren gleich denjenigen mit Aluminium.
Es wurde darüber hinaus ein ähnliches Abschälphänomen festgestellt, wenn ein Metall mit einer schwachen Bindekraft mit einer Siliciumoxydschicht auf einer Vorrichtung abgesetzt wird, um Berührung mit einem Halbleiterkörper in einem Kon-
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taktfenster herzustellen und wenn ferner darauf ein Palladiumfilm aufgebracht wurde und diese Vorrichtung dann einem Wasserstoff enthaltenden Gas ausgesetzt wurde« Eine erfindungsgemäß hergestellte. Halbleitervorrichtung kann sowohl ohmschen Kontakt oder Gleichrichterkontakt besitzen, indem man das den Kontakt bildende Metall und die Art und Konzentration der Verunreinigungen in dem Halbleiterkörper entsprechend auswählt.
Gemäß Vorbeschreibung kann erfindungsgemäß auf einem Halbleiterkörper eine Elektrode aus einem Metallfilm hergestellt werden, ohne daß die Notwendigkeit eines Ätzvorgangs besteht.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf Dioden beschränkt; sie kann bei jeder Halbleitervorrichtung angewendet werden.
ORIGINAL INSPECTED 909882:11211-

Claims (9)

  1. -■-"■?
    Patentansprüche
    Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung mit e^riem Siiiciumoxydfiim und einer im wesentlichen aus Palladium bestehenden Elektrodenschicht, gekennzeichnet diifch die Schritte, daß man auf einem Halbleiterkörper -'(.ι·Hj21) einen Siiiciumoxydfiim (2; 12;22)bildet; daß man einen Teil des Siliciumoxydfilms unter Freilegen des Halbleiterkörpers entfernt; daß man eine in der Häuptsache aus Palladium bestellende Metallschicht (3% 3"; 14; 24) auf dem freigelegten Körper und dem Oxydfilm aufbringt;* daß man die Metallschicht einem Wasserstoff enthaltenden Gas aussetzt« um den die Siliciumoxydschicht berührenden Teil (3*; Ϊ61) der Metallschicht abzuschälen.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man anstelle des Entfernens eines Teils des SiIiciuÄoxydfilnis einen Teil des Siliciumoxydfilms mit einem stark an dem Oxydfilm haftenden Material überdeckt.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den freigelegten Halbleiterkörper mit einem Material Überzieht, das stark an dem Oxydfilm haftet.
    909882/1231
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet/ daß man auf der Metallschicht (14) eine weitere Metallschicht (16) aufbringt, um eine Elektrode aus einem zusammengesetzten Metallaminat zu erhalten.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Material aus der Aluminium, Aluminiumlegierung, Gold und Nickel enthaltenden Gruppe ausgewählt wird.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas mehr als 10% Wasserstoff enthält und der Rest aus einem Gas aus der Gruppe Stickstoff, Luft oder einem anderen inerten Gas besteht.
  7. 7. Halbleitervorrichtung, gekennzeichnet durch einen Halbleiterkörper (1; 11; 21), durch einen auf dem Halbleiterkörper gebildeten Siliciumoxydfilm (2; 12; 22) und einen auf dem Halbleiterkörper ausgebildeten Elektrodenaufbau, der fest an diesem haftet und wenigstens eine Schicht (3'; 16; 24) aufweist, die in der .Hauptsache aus einem Material aus der Gruppe Palladium, Gold und Platin besteht.
  8. 9 0 9 8.8 2 / 1 2 3 1
  9. Leerseite
DE1927646A 1968-06-05 1969-05-30 Verfahren zur Heistellung einer Halbleiteranordnung Expired DE1927646C3 (de)

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DE1927646B2 DE1927646B2 (de) 1973-02-15
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