DE1952499A1 - Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements - Google Patents
Verfahren zum Herstellen eines HalbleiterbauelementsInfo
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Description
1952'!99
6880-69/Dr.v.B/Bru
RCA 60 793
RCA 60 793
US-Ser.No. 768,719
filed: October 18, I968
filed: October 18, I968
RCA Corporation, New York, N.Y. (V.St.A.)
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements mit einem Kontaktbereich,
der eine Aluminiumschicht enthält und einem nicht mit Aluminium bedeckten Kontaktbereich.
Es sind Halbleiterbauelemente, wie Transistoren, des Planartyps bekannt, die eine dünne Emitterzone eines vorgegebenen
Leitungstyps, die sich von der Oberfläche eines Halbleiterkörpers nach innen erstreckt, eine Basiszone entgegengesetzten Leitungstyps,
die an die Emitterzone angrenzt, unterhalb von dieser :
verläuft und sie im allgemeinen umgibt, enthält. Zwischen Emitter-· und Basiszone liegt ein pn-übergang. Für einen einwandfreien
Betrieb eines solchen Halbleiterbauelements ist ein guter ohmscher Kontakt mit der Oberfläche der Emitterzone unbedingt erforderlich*
Es sind verschiedene Typen von ohmsehen Kontakten an Halbleiterkörpern bekannt. Einer dieser Kontakte ist der sogenannte
Nickel-Lot-Kontakt. Ein solcher Kontakt enthält eine dünne Nickelschicht, die auf die Oberfläche des Halbleiterkörpers aufgesintert
wird und eine relativ dicke Schicht aus einem Lot, z.B. einem Zinn-Blei-Lot, das an der Nickelschicht haftet. Ein solches
Kontaktsystem hat eine Reihe von Vorzügen, wie:
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a) Kleine Investitionskosten, da Band-Durchlaufösen
verwendet werden können, um gleichzeitig das Halbleiterpellet an einer Montageplatte und Halterungsclips am Pellet anzubringen;
b) niedrige Produktionskosten, da ein einziger Arbeiter gleichzeitig eine grosse Anzahl von Bauelementen behandeln kann;
c) es sind hohe Nennstromstärken erreichbar, da relativ massive Anschlüsse verwendet werden können;
d) große mechanische Stabilität;
e) günstige Eigenschaften bezüglich des zweiten Durchbruches, da das gesinterte Nickel gleichförmige Kontakte bildet,
und
f) das Kontaktsystem ist unempfindlich gegen eine Reinigung mit Ätzalkali-Ätzmitteln.
Ohmsche Nickel-Lot-Kontakte weisen jedoch bei gewissen
Bauelementtypen auch Nachteile auf. Manche Leistungstransistoren haben Emitter- und Basis-zonen, die die Form von ineinander greifenden
Fingern haben , um das Verhältnis von Emitterumfang zu Emitterfläche groß zu machen und eine einwandfreie Stromverteilung
zu gewährleisten. Bei Transistoren dieses Typs sind die Strom wege in der Emitterkontaktschicht und der Basiskontaktschicht
verhältnismässig lang. Weichlote haben jedoch einen verhältnismässig
hohen Flächenwiderstand, so daß längs den Elektrodenfingern ein relativ grosser Spannungsabfall auftritt.
Ein anderer vielverwendeter bekannter ohmscher Kontakt,
besteht aus Aluminium, das im Vakuum aufgedampft und dann in den Halbleiterkörper einlegiert wird. Aluminium hat den Vorteil,
daß der Spannungsabfall längs der ineinander greifenden fingerartigen Emitter- und Basis-Kontakten wegen seines niedrigen Flächenwideratandes
relativ klein ist. Es hat ausserdem den Vorteil,
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daß die Kontaktbereiche sehr genau definiert sind, da es sich
von unerwünschten Stellen leicht wegätzen lässt.
Das Anbringen von Anschlußdrähten an Aluminiumkontakten ist jedoch verhältnismässig teuer, da jeder Draht, z.B. durch
Thermokompression, einzeln angebracht werden muss.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements , insbesondere
eines ohmschen Kontaktes, in einem Halbleiterbauelement
anzugeben, das frei von den oben geschilderten Nachteilen des j Standes der Technik ist. Weiterhin soll durch die Erfindung ein !
wirtschaftliches Verfahren zum Herstellen von ohmschen Kontakten j an Transistoren angegeben werden, bei welchen aufgedampfte Metall-;
kontakte verwendet werden, soweit hiermit Vorteile verbunden sind,: während gleichzeitig gelötete Anschlüsse verwendet werden können.
Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung bei einem Verfahren
zum Herstellen eines Halbleiterbauelements, bei welchem auf einen der Kontaktbereiche des Bauelements eine aufgedampfte
Aluminiumschicht niedergeschlagen wird, während ein anderer Kontaktbereich
frei von Aluminium bleibt, dadurch gelöst, daß gleichzeitig Nickel stromlos sowohl auf die Aluminiumoberfläche als
auch auf den nicht mit Aluminium bedeckten anderen Kontaktbereich
niedergeschlagen wird, da* Nickel bei relativ niedrigen Temperaturen
gesintert wird, die Nickelschicht durch wiederholtes Niederschlagen und Sintern weiter aufgebaut wird und schließlich
Lot auf die Nickelschichten aufgebracht wird.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert, es zeigen:
Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines Halbleiterbauelementes
in einem frühen Zustand im Verlaufe der Herstellung eines ohraschen Kontaktes an das Bauelement nach dem Verfahren ge-
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-If-
raäss der Erfindung;
Fig. 2 eine Querschnittsansicht des Halbleiterbauelementes gemäss Fig. 1 in einem späteren Fertigungszustand;
Fig. 3 eine Querschnittsansicht des Halbleiterbaueleraentes
gemäss Fig.l und 2 in einem noch späteren Fertigungszusfcand
und
Fig. 4 eine Querschnittsansicht des im wesentlichen fertiggestellten Halbleiterbauelementes gemäss Fig.l bis 3.
Die Erfindung; wird im folgenden am Beispiel der Herstellung eines diffundierten Planar-Flächentransistors erläutert.
Wie Fig. 2 zeigt, kann von einer Seheibe zwei aus
n-leitendem Silizium ausgegangen und in dieser Scheibe iurch Eindiffusion von Dotierungsstoffen eine p-leitende Basiszone 6
sowie eine n-leitende Emitterzone 4 gebildet werden. Sowohl die
Basiszone 6 als auch die Emitterzone 4 erstrecken sich bis zur
oberen Oberfläche des Halbleiterkörpers.
Die obere Oberfläche des Halbleiterkörpers wird dann
mit einer Isolierschicht 10 versehen, die im vorliegenden Falle aus Siliziumdioxid besteht, das durch irgendein bekanntes Verfahren
gebildet oder niedergeschlagen werden kann. Durch Abdecken j und Ätzen wird dann -in der Siliziumdioxidschicht 10 eine Emitter- ι
öffnung 12 gebildet, durch die ein Teil der Emitterzone 4 frei- ■
gelegt wird. Ausserdem wird in der Siliziumdioxidschicht 10 eine |
ringförmige öffnung 14 gebildet, um einen Teil der Basiszone 6 j
zugängig zu machen. ;
Auf die Unterseite der Scheibe 2 wird eine Nickelschicht 16 durch stromloses Niederschlagen mittels eines üblichen alkalischen
Plattierbades niedergeschlagen. Das Plattierbad kann z.B.
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Nickelchlorid, Natriumhyperphosphit, Natriumhydroxyacetat und ein Netzmittel enthalten. Die Schicht 16 wird dann bei 8000C
in Wasserstoff gesintert?, so daß das Mittel gut an der Siliciumscheibe
haftet.
Als nächstes wird die ganze obere Seite der Einrichtung
mit einer Schicht 18 aus Aluminium bedampft (Fig. 2). Die Dicke dieser Schicht 18 beträgt etwa 20 000 bis 40000 S.
Der nächste Verfahrensschritt besteht darin, da£ Emitteranschlußmuster
und das Basisanschlußmuster zu definieren. Dies geschieht durch Abdecken mit einem Photolack und Ätzen. Die Photolack-Ä'tzmaske
wird nach dem Ätzen wieder entfernt. Die Aluminium- j schicht 18 wird elektrolytisch in einer Natriumhydroxidlösung
geätzt. Wie Fig.3 zeigt, erhält man dadurch einen Emitterkontakt
20 aus Aluminium innerhalb der Emitterkontaktöffnung 12. Ausserdem
verbleibt in der Basiskontaktöffnung 14 ein Basiskontakt 22 j
aus Aluminium.
Als nächstes wird die Einrichtung in einer Stickstoffatmosphäre für drei Minuten auf 56O0C erhitzt. Dabei legiert
sich das Aluminium des Emitterkontaktes 20 und des Basiskontaktes 22 mit dem Silizium der Halbleiterscheibe.
Der nächste Schritt des Verfahrens besteht darin, die ganze Scheibe mittels eines gepufferten Oxidätzmittels zu reinigen,
das aus 454 g Ammoniumfluorid und 163 ml Fluorwasserstoffsäure
in 680 ml Wasser bestehen kann.
Das vorliegende Verfahren ermöglicht es, auf beide Sei-j
ten der Einrichtung gleichzeitig eine Lotschicht aufzubringen. j Zuerst wird die Scheibe durch Eintauchen in eine Lösung, die Kalium-Natrium-Tartrat,
Natriumhydroxid und Zinkoxid enthält, vorbehandelt, um die Aluminiumoberflächen für die weitere Niekelbehandlung
vorzubereiten . Man hatte bisher angenommen, daß
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die Temperaturen, die erforderlich sind, um Nickel auf ein
Substrat aufzusintern, zu hoch für ein Sintern auf Aluminium sind und wenn relativ dicke Nickelüberzüge aufgebracht worden wären,
neigten sie nach einer gewissen Zeit dazu, abzublättern. Es wurde nun jedoch im Gegensatz hierzu festgestellt, daß beide
Seiten der Scheibe gleichzeitig plattiert werden können, wenn das Mittel aus einem üblichen alkalischen Bad durch ein stromloses Verfahren niedergeschlagen wird und wenn die Nickelschicht
durch eine Reihe von Plattiervorgängen , zwischen denen jeweils eine Sinterung des Nickels vorgenommen wird, niedergeschlagen
wird.
Die erste Nickelschicht wird in einer Dicke von 0,76 ,u
(0,03 mils) niedergeschlagen. Dies erfordert zwei Minuten bei etwa 800C. Die Nickelschicht wird dann bei etwa 400°C + 200C
etwa 12 bis 18 Minuten in Stickstoff gesintert , um eine gute Haftung der Teilchen an der darunter liegenden Fläche zu gewährleisten.
Die Scheibe wird dann wieder in einem gepufferten Oxidätzmittel, wie es oben erwähnt worden war, gereinigt und erneut
mit einer 0,76 ^u dicken Nickelschicht plattiert. Hierauf folgt
ein neuer Sintervorgang, bei welchem das Nickel in einer Stickst
off atmosphäre etwa 12 bis 18 Minuten bei 400°C gesintert wird.
Die Scheibe wird nun wieder , wie oben erläutert, mit einem gepufferten Oxidätzmittel gereinigt und es wird dann eine
dritte Nickelschicht mit einer Dicke von etwa 0,03 mm niedergeschlagen.
Diesesmal wird das Nickel jedoch nicht gesintert. Die auf diese Weise gebildete mehrlagige Nickelschicht ist in
Fig.4 auf der Kollektorseite des Transistors mit 24, auf der
Emitterkontaktfläche mit 26 und auf der Baäskontaktfläche mit 28'
bezeichnet.
Die Scheibe wird schließlich in ein Lot getaucht, das aus einer üblichen 5% Zinn und 9$% Blei enthaltenden Legierung
bestehen kann, wobei Zinkchlorid als Flußmittel verwendet wird.
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Hierdurch wird eine Lotschicht 30 auf der Nickelschidit 24 des
Kollektorkontaktes, eine Lotschicht 32 auf der Nickelschicht 26 des Emitterkontaktes und eine Lotschicht 34 auf der Nickelschicht
28 des Basiskontaktes gebildet. -
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Claims (4)
1952 -f
Patentan sprüche
[I*) Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelementes
mit einem Kontaktbereich, der eine Aluminiumschicht enthält, und einem nicht mit Aluminium bedeckten Kontaktbereich, dad urch
gekennzeichnet, daß eine zusammengesetzte Nickelschicht (24.,26,28) durch eine Folge von mindestens drei getrennten
, stromlosen Niederschlagungsvorgängen gleichzeitig auf beide Kontaktbereiche aufgebracht wird, daß das Nickel nach jedem
Niederschlagungsvorgang, mit der Ausnahme des letzten, bei etwa 4OO°C gesintert wird, und daß schließlich eine Lotschicht (30,32,
34) auf die Nickeloberfläche aufgebracht wird.
2.) Verfahren nach Anspruch 1, unter Verwendung eines Halbleiterkörpers aus Silizium, dadurch gekennzeichnet
, daß die Dicke der zusammengesetzten Nickelschicht etwa 2,3 /U (0,09 mils) beträgt.
3·) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet , daß das Sintern in einer Stickstoffatmosphäre durchgeführt wird und etwa 12 bis 18 Minuten
dauert.
4.) Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Scheibe nach jedem Nickelniederschlagungsvorgang
in einem gepufferten Oxidätzmittel gereinigt wird.
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