DE1932932A1 - Halbleiterelement und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Halbleiterelement und Verfahren zu dessen Herstellung

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Mueller Dipl-Ing Elmar
Gammel Dipl-Ing Gregor
Batzies Dipl-Phys Peter
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    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/06—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of metallic material
    • C23C16/08—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of metallic material from metal halides
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Description

MANNHEIM BROWN BOVERI
Mp-Nr. 600/69 Mannheim, den 20. Juni 1969
Pat. Mr/Ro
"Halbleiterelement und Verfahren zu dessen "Herstellung"11
Die Erfindung betrifft ein Halbleiterelement mit einem im wesentlichen einkristallinen Halbleiterkörper und mindestens einer metallische Kontaktelektrode, deren thermischer Ausdehnungskoeffizient annähernd dem des Halbleiterkörpers entspricht oder gleich ist, vorzugsweise Wolfram oder Molybdän und Verfahren zur Herstellung desselben.
Ein bekanntes Problem der Halbleitertechnik ist die Herstellung eines elektrischen Kontaktes mit gutem elektrischem Leitvermögen, guter Wärmeleitfähigkeit und guter mechanischer Festigkeit, wobei bei Halbleiterelementen großer Leistung besonders auf die "letztgenannte Eigenschaft geachtet werden muß., Auf die Halbleitertablette - in der Regel Silizium - wird eine Molybdän- oder Wolframscheibe aufgelötet, deren thermischer Ausdehnungskoeffizient angenähert dem des Siliziums entspricht. Die Scheiben müssen planparallele Oberflächen besitzen und geläppt sein, was bei der schlechten Bearbei&ar-'keit dieser Werkstoffe Schwierigkeiten bereitet. Die Lötschicht zwischen der Halbleitertablette und der Scheibe stellt eine weitere kritische Stelle dar. Sie muß großen Wechsellastbeanspruchungen standhalten. Bei großem lablettendurchmesser bereitet die vollständige Benetzung der Fläche mit dem Lot Schwierigkeiten. Ebenso kann es beim Auftreten von Überströmen leicht zu einem Aufschmelzen der Lötschicht kommen. Dadurch steigt der thermische Widerstand der Lötschicht sprunghaft an, es kommt zu einer thermischen Rückkopplung, die zur Zerstörung der Tablette fuhrt.'
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00 98 827 ft6§
Bs ist bereits bekannt, zum Kontaktieren von Halbleiterkörpern Aufdampfverfahren anzuwenden, so beispielsweise beim Herstellen der Emitter- und Kollektorzone eines npn-Iieistungstransistors. Me DAS 1 286 642 beinhaltet ein Verfahren zum Aufdampfen einer Nickel-, einer Kupfer- und einer Goldschicht auf einen Halbleiterkörper· Die einzelnen Schichtdicken betragen nur bis 10/u, die so hergestellten Kontakte sind aber nur für Halbleiterelemente kleiner Leistung verwendbar·
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Halbleiterelement besonders für große Leistungen zn entwickeln, bei welchem ein Auflöten der Kontaktelektrode auf die Halbleitertablette entfällt·
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch'gelöst, daß die Kontaktelektrode aus einer direkt auf die Oberfläche des Halbleiterkörpers bis zu einer Dicke von einigen Millimetern aus einer Metallverbindung abgeschiedenen, kristallin aufgewachsenen Schicht besteht.
Vorzugsweise wird zur Herstellung des erfindungsgemäßen Halbleiterelementes die Kontaktelektrode aus einer gasförmigen Metallverbindung unter Reduktion mit Wasserstoff direkt auf die Oberfläche des Halbleiterkörpers abgeschieden, oder mittels eines anderen, zur Reduktion geeigneten Gases. Die Erfindung besitzt einige entscheidende Vorteile gegenüber den herkömmlichen Ausführungen und Verfahren. Es entfällt die Bearbeitung und das Auflöten von Molybdän- oder Wolframscheiben als Kontaktelektrode^ da diese aus der Gasphase einer Metallverbindung direkt auf die Oberfläche des Halbleiterkörpers kristallin aufwachsen, vorzugsweise in Form von Stengelkristallen. Es läßt sich dabei diejenige kristallographische Vorzugsrichtung erzielen^ die den günstigsten
009882/ti If
thermischen Ausdehnungskoeffizienten in Hinblick auf den von Silizium besitzt, bei Wolfram die 111-Orientierung*
Des weiteren kann die vorherige Vernickelung und Temperung der Nickelschicht entfallen* Das erfindungsgemäße Halbleiterelement ist bevorzugt zur Druckkontaktierung geeignet, denn die Oberflächen des Halbleiterkörpers müssen nicht genau planparallel und geläppt sein, Unebenheiten und Abweichungen aus der Ebene werden bei der Beschichtung ausgeglichen, so daß nur noch die Oberfläche der Kontaktelektrode einer Nachbehandlung unterzogen wird»
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß keine Lötschicht zwischen Halbleiterkörper und Kontaktelektrode bei Überstrom aufschmelzen kann.
Die Haftfestigkeit der kristallin aufgewachsenen Kontaktelektrode hat sich darüberhinaus bei Versuchen als haltbarer erwiesen als eine herkömmliche lötschicht.
Als Metallverbindung können z.B. Metall-Halogenide oder Metall-Garbonyle verwendet werden, vorzugsweise Wolframhexafluorid WPg oder Molybdanhexafluorid. WPg hat gegenüber den anderen geeigneten Metallverbindung, z.B. Mo CXe, den Vorteil des geringsten Siedepunktes und den der größten Abscheidegeschwindigkeit des Metalls. Die Aufwachsgeschwindigkeit des Wolframs beträgt z.B. bei ca. 700° Reaktionstemperatur 1 |~. bei geeigneten Gasstromes.
Weitere Merkmale der Erfindung gehen aus der Beschreibung im Zusammenhang mit der Zeichnung hervor, die eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens darstellt.
009882/Ί 16*8
In einem Hochvakuumgefäß 1, z.B. ein Quarzrohr, das mittels einer Induktionsspule 2 beheizbar ist, ist eine Halterung 3 angeordnet. Die Halterung kann eine oder mehrere Siliziumtabletten 4- zur Beschichtung aufnehmen. Außerhalb des Hochvakuumgefäßes befindet sich ein Mischtopf 5, dem über zwei Zuführungsleitungen 6,7 mit Ventilen 8,9 und über zwei Durchflußmesser 10, 11 Wasserstoff und WFg zugeführt werden. Mittels eines Thermostaten 12 wird das WFg auf einer konstanten Temperatur über dem Siedepunkt gehalten. Über eine Leitung 13 wird das Gemisch aus dem Mischtopf in das Hochvakuumgefäß geleitet. Das Hochvakuumgefäß ist über ein Manometer 14, eine Kühlfalle 15 mit einer Rotationspumpe 16 verbunden,
Zur Beschichtung wird in die Tablettenhalterung eine fertig dotierte und u.U. schon eine Randabschrägung aufweisende Halbleitertablette gelegt. Die Halterung wird nun bei Verwendung von WFg auf ca. 7000C erhitzt und das Vakuumgefäß auf ca. 100 Torr ausgepumpt. Das Ho-WPg-Gemisch wird danach in das Vakuumgefäß geleitet und unmittelbar auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers zur Reaktion gebracht. Die Reaktion geschieht nach der Formel WFg + 3Hp —^ W + 6HF + Wärme. Auf dem Halbleiterkörper scheidet sich nun das Wolfram kristallin ab. Die entstehende Flußsäure wird laufend von der Rotationspumpe abgesaugt und in der Kühlfalle kondensiert.
Auf diese Weise lassen sich Kontaktelektroden aus Wolfram oder Molybdän von mehreren Millimetern Dicke mit hervorragen der Haftfähigkeit und mechanischer Festigkeit erzeugen.
009882/1168

Claims (4)

Patentansprüche
1./Halbleiterelement mit einem im wesentlichen einkristallinen Halbleiterkörper und mindestens einer metallischen Kontaktelektrode ι deren thermischer Ausdehnungskoeffizient annähernd dem des Halbleiterkörpers entspricht oder gleich ist, vorzugsweise Wolfram oder Molybdän, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktelektrode· aus einer direkt auf die Oberfläche des Halbleiterkörpers bis zu einer Dicke von einigen Millimetern aus einer Metallverbindung abgeschiedenen kristallin aufgewachsenen Schicht besteht·
2« Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterelementes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktelektrode aus einer gasförmigen Metallverbindung unter Reduktion mit Wasserstoff direkt auf die Oberfläche des Halbleiterkörpers abgeschieden wird.
3· Halbleiterelement nach Anspruch 1,.dadurch gekennzeichnet, daß als Metallverbindung Wolframhexafluorid oder Molybdänhexafluorid verwendet wird.
4. Halbleiterelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Metall-Verbindung Metall-Halogenide oder Metall-Carbonyle verwendet werden.
009882/1168
Leerseite
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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NL7009425A (de) 1970-12-30
SE350650B (de) 1972-10-30
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