DE2043303A1 - Verfahren zum Anbringen von Kontakten auf einem Halbleiterkörper, und Halb leitervornchtung mit Kontakt hergestellt nach dem Verfahren - Google Patents
Verfahren zum Anbringen von Kontakten auf einem Halbleiterkörper, und Halb leitervornchtung mit Kontakt hergestellt nach dem VerfahrenInfo
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Description
Ing. (grad.) GCNTHER M. DAVID PHN>
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Anmeldung vom ι ? 1 . Aug. 1970
Anmeldung vom ι ? 1 . Aug. 1970
Verfahren zum Anbringen von Kontakten auf einem Halbleiterkörper, und
Halbleitervorrichtung mit Kontakt hergestellt nach dem Verfahren.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum örtlichen Anbringen
eines Metallkontaktes auf einer Oberfläche eines Halbleiterkörpers, wobei ein Teil der Oberfläche mit einer elektrisch isolierenden Schicht bedeckt
wird, auf welcher Oberfläche darauf eine Metallschicht angebracht wird,
die teilweise auf der Isolierschicht und teilweise auf dem Halbleiterkörper liegt, und wobei drauf der auf der Isolierschicht liegende Teil
der Metallschicht wenigstens teilweise entfernt wird.
Solche Verfahren werden in der Halbleitertechnik häufig verwendet.
Es wird dabei gewöhnlich zunächst eim OberflXche des Halbleiter·
körpers mit einer Isolierschicht z.B. durch thermisch« Oxydierung versahen, worauf mittels in der Halbleitertechnik allgemein üblicher photo-
Il
lithographischer Atzverfahren in der Isolierschicht Fenster an den mit
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^J Λ 3 3 O 3
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Kontakten zu versehenen Stellen der Halbleiteroberfläche geltet werden.
Dann wird über dem Ganzen eine Metallschicht z.B. durch Aufdampfung angebracht,
worauf mittels eines zweiten photolithographischen Atzverfahrens die überflüssigen Teile der Metallschicht weggeBtzt werden.
In der Praxis können Bedingungen auftreten, unter denen die Verwendung des beschriebenen, bekannten Verfahrene Schwierigkeiten bereitet.
Dies trifft z.B. zu, wenn die verwendete Metallschicht sich schwer
k It
ψ Stzen, oder sich nur durch Atzmittel entfernen lBsst, die nicht nur das
Metall, sondern auch in unzulässige» Masse, die verwendeten photoempfindlichen
Maskierungsmaterialien angreifen. Solche Metalle können für einige Verwendungen z.B. zur Herstellung gleichrichtender Metall-Halbleiterkontakte
(Schottky-Dioden) notwendig eein.
Es kann eine andere Schwierigkeit auftreten, wenn die herzustellenden
Metallkontakte sehr klein sind und Abmessungen von z.B. nur einigen ,um aufweisen. Da bei den erwähnten, bekannten Verfahren mindestens
zwei Maskierungsstufen, eine zum Atzen der Kontaktfenster und eine zur
. Bestimmung der Abmessungen des Metallkontaktes notwendig sind, kann unter
diesen Umständen insbesondere die Ausrichtung der zweiten Maske in bezug
auf die erste grosse Schwierigkeiten bereiten und die Reproduzierbarkeit
beeinträchtigen. Dies ist in sehr hohem Masse der Fall, wenn z.B. sum Ver-
Il
meiden unerwünschter Kapazitäten eine Überlappung der Isolierschicht mit
der zur Kontaktbildung dienenden Metallschicht möglichst verhütet werden soll.
Die Erfindung bezweokt unter anderem, ein neues Vorfahren zu sohaffen, bei dem die erwähnten, bei bekannten Verfahren auftretenden
Schwierigkeiten praktisch vermieden werden.
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/!Ü433G3 -
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dass durch Anwendung akustischer Hochfrequenzschwingungen ein ganz neues
Verfahren zur Herstellung von Kontakten ermöglicht wird, wobei ia Vergleich zu bekannten Verfahren mindestens eine Maskierungestufe und eine
Ausrichtstufe entbehrlich sind.
Ein Verfahren eingangs erwBhnter Art ist erfindungsgemSss
dadurch gekennzeichnet, dass nach der Anbringung die Metallschicht akustischen Hochfrequenzschwingungen unterworfen wird, wodurch der auf der
Isolierschicht liegende Teil der Metallschicht praktisch vollkommen entfernt wird, wührend der auf dem Halbleiterkörper liegende, alb Kontaktschicht
dienende Teil der Metallschicht nach wie vor am Halbleitermaterial haftet.
Das Verfahren nach der Erfindung schafft unter anderem den
wesentlichen Vorteil, dass unbedenklich Metalle verwendet werden können,
Il
die sich schwer, oder nur durch Atzmittel die auoh die photo-empfindliche
Maskierungsschicht (Photoresist) stark angreifen, Stzen lassen. Ee ist
weiterhin keine Maskierung zur Bestimmung der Abmessungen der Kontaktschicht notwendig, so dass eine Ausrichtstufe sich erübrigt und auch sehr
kleine Kontake einfach und zweckmSssig angebracht werden können·
Es wird vorzugsweise eine Metallschicht Bit einer Dicke angebracht,
die kleiner ist als die Dicke der Isolierschicht. Dies erleichtert das Entfernen der Metallschicht von der Isolierschicht.
Um eine hinreichend starke Haftung zwischen dem Metall und dem Halbleitermaterial herzustellen, so dass an der Stelle des Kontaktes
die Metallschicht nicht infolge der Hochfrequenzschwingungen entfernt oder beechfidigt wird, ist es unter Umstanden erwünscht, bevor die Metallschicht
den akustischen Hochfrequenzschwingungen unterworfen wird, den Halbleiterkörper mit der darauf angebrachten Metallschicht zu erhitzen.
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2 Ü A 3 3 O 3
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Im allgemeinen ist es empfehlenswert, dafür zu sorgen, d.isp
an der Stelle der Trennung zwischen dem von der Isolierschicht bedeckten Teils des Halbleiterkörperβ und dem nicht bedeckten Teil eine scharf« Abstufung
der OberflSche auftritt. Auf diese Weise ergibt sich ein sehr scharf definierter Rand der KontaktflSche, da unter der Wirkung der akustischen
Hochfrequenzschwingungen der auf der Isolierschicht liegende Teil der Metallschicht an der Stelle des scharfen "Randes" in der Oberfläche
^ sich leicht von dem auf der Halbleiteroberfläche liegenden Teil der Metßi?.-schicht
losvibrieren lässt.
Im Zusammenhang hiermit wird vorzugsweise die Dicke der Isolierschicht
nicht zu gering und mindestens gleich 0,1 /jlxh gewählt. In
einer weiteren bevorzugten Ausführungeform wird diese Wirkung noch dadurch
verstärkt, dass vor der Anbringung der Metallschicht der nicht von der Isolierschicht bedeckte Teil der Halbleiteroberfläche über eine Tiefe von
mindestens 1^/zm abgeätzt wird.
Als Isolierschicht wird vorteilhaft eine Siliziumoxydachicht
verwendet.
ψ Besonders effektiv ist das Verfahren nach der Erfindung bei
ψ Besonders effektiv ist das Verfahren nach der Erfindung bei
Verwendung von Platin für die Metallschicht. Platin lässt sich sehr schwer
ätzen und wird vorteilhafterweise unter anderem zur Herstellung von Schottky-Oioden
auf Silicium und zur Kontaktherstellung am Emitter bei Hochfrequenz-Siliciumtransistoren
verwendet.
Die Erfindung ist weiterhin besondere interessant für diejenigen Fälle, in denen die nicht von der Isolierschicht bedeckten Teile
der Halbleiteroberfläche innerhalb Kontaktfenster in der Isolierschicht liegen, die Abmessungen von maximal lOjtim aufweisen. Bei solchen kleinen
Abmessungen lassen sich bekannte Photomaskierungsverfahren insbesondere
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in bezug auf die Ausrichtung schwer durchführen.
Die erhaltenen Metall-Halbleiterkontakte' können mit einem
Anschluesleiter in Form eines leitenden Drahtes z.B. mit einem Haarkontakt
(whisker contact) versehen werden. Wird jedoch bevorzugt, den erfindungsgemäss
gebildeten Kontakt durch einen auf der Isolierschicht liegenden Metallstreifen» wie es bei integrierten Schaltungen üblich ist,
anzuschliessen, so lässt sich vor dem Anbringen der Metallschicht,die den
erwähnten Metall-Halbleiterkontakt bilden soll, auf der Isolierschicht
durch bekannte Verfahren ein Streifen aus einem Metall anbringen, das so steif an der Isolierschicht haftet, dass es bei der Vibrierbehandlung
nicht entfernt wird. Eine solche Haftung kann z.B. bei Verwendung von Chrom auf Siliciumoxyd erzielt werden.
Die Erfindung betrifft auch eine Halbleitervorrichtung mit einem Kontakt, hergestellt nach dem beschriebenen Verfahren·
Die Erfindung wird nachstehend an Hand einiger AusfQhrungsformen
und der Zeichnung näher erläutert, in der
die Fig. 1 bis 5 schematisch im Querschnitt die Herstellung einer Halbleitervorrichtung in aufeinanderfolgenden Stufen des Verfahrens
nach der Erfindung und
die Fig. 6 bis 10 schematisch im Querschnitt die Herstellung
einer anderen Halbleitervorrichtung in aufeinanderfolgenden Stufen des Verfahrens nach der Erfindung zeigen.
Die Figuren sind sohematisch und nicht masstäblich gezeichnet
und insbesondere sind die Abmessungen in der Diokenrichtung deutlichkeitshalber in übertriebenem Masβtab angegeben»
Die Fig· 1 bis 5 veranschaulichen das Verfahren nach der
Erfindung an Hand der Herstellung einer sogenannten HMixer"-Diod·· Es
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wird von einer Scheibe η-Typ Silicium mit einem Durchmesser von 30 mm und
einer Dicke von etwa 100^m ausgegangen. Diese Scheibe (siehe Fig. 1)
besteht aus einem η-Typ Substrat 1 mit einem spezifischen Widerstand von 0,01 Ohm.cm, auf dem eine epitaktisch angewachsene Schicht 2 aus n-Typ
Silicium mit einem spezifischen Widerstand von 0,2 Ohm.cm und einer Dicke
von 2yUm angebracht ist. Auf dieser Scheibe kann eine grosse Anzahl von
Mischdioden hergestellt werden; die Fig. 1 bis 4 zeigen schematisch im ψ Schnitt nur einen Teil der Scheibe in aufeinanderfolgenden Herstellungsstufen.
Die Scheibe wird durch thermische Oxydation bei 1200eC in
feuchtem Sauerstoff mit einer 0,3^m dicken Schicht 3 aus Siliciumoxyd
versehen. Nach dieser Oxydation wird das Oxyd von der von der epitaktischen Schicht 2 abgewandten Seite der Scheibe durch Schleifen entfernt,
worauf (siehe Fig. 1) auf dieser Seite auf chemischem Wege (electro-less)
eine Nickelschicht 4 angebracht-wird, die darauf auf eine Temperatur von
600°C erhitzt wird, um einen guten niederohmigen Kontakt zwischen dem
Nickel und dem Silicium zu erhalten.
In der Oxydschicht 3 werden darauf durch in der Halbleiter»
technik allgemein verwendete Photomaskierungsverfahren quadratisohe Löcher
5 (siehe Fig. 2) mit Seiten von 5yUm und einem Stich von 7/ta in der
Richtung der Seiten geStzt. Darauf wird über die ganze Oberfltohe eine
Nickelschicht 6 mit einer Dicke von 0,1 /cm aufgedampft. Diese Niokelschicht
6 liegt somit teilweise auf der Oxydschicht 3ι aber befindet sich innerhalb
der Fenster 5 auf der epitaktischen Siliciumschioht 2 mit der das Nickel einen gleichrichtenden Kontakt (Schottky-Kontakt) bildet.
Nach der Erfindung wird dann die erhalten· in Pig. 3 dargestellte
Struktur in einem Wasserbad den akustisohen Hoohfrequeniiohwing-
10981 kl U71 ■
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ungen unterworfen· In diesem Beispiel betrug die Frequenz dieser Schwingungen
21 kHz und war die Leistung der abgegebenen Schwingungsenergie 3ϊ>
W. Infolgedessen 18sen sich von der Nickelschicht 6 die auf der Oxydschioht
3 liegenden Teile,von den scharfen Randern der Fenster 5 aus. Die in den
Fenstern auf dem Silicium liegenden Teile der Nickelschicht 6 haften
jedoch nach wie vor am Silicium. Es entsteht dadurch die Struktur nach
Fig. 4, bei der zum Verbessern der LStbarkeit auf der Nickelschicht 4
noch eine weitere Nickelschicht 7 auf gleiche Weise wie die Schicht 4 angebracht
wird.
Die Scheibe wird dann auf übliche Weise durch Ritzen und
Brechen in Teile von 700 χ 700/Um aufgeteilt, die» wie dies schematisch
in Fig. 5 angegeben ist, in einer Glashülle θ untergebracht werden· Dabei
wird mit der Hickelschicht 6 ein MolybdSnwhiskerkontakt 9 hergestellt,
wahrend der SiliciumkSrper auf der anderen Seite auf einea Metallfass 10
festgelötet wird.
Deutlichkeitshalber ist in Fig. 5 nur eine Diode dargestellt.
Tatsächlich enthalt die Halbleiterscheibe von 700 χ 700 JUn naturgemSss
eine sehr grosse Anzahl von Dioden, von denen der Whisker 9 nur eine kontaktiert,
wie dies bei Kontaktherstellung an solchen sehr kleinen Elementen üblich ist.
Die beschriebene Vibrierbehandlung laset sich auch auf andere
Weise durchfuhren; z.B. zum Vermeiden von Bruch kann die Halbleiterscheibe
wthrend dieser Behandlung auf einem TrSger festgekittet sein. Die Hochfrequenz
schwingungsenergie kann auch auf andere Weise als durch ein Wasserbad
zugeführt werden und auch andere Frequenzen und Leistungen lassen sich benutzen·
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Erfindung an Hand der Herstellung einer Schaltdiode. Es wird von einer
etwa 100/έπ dicken Siliciumscheibe ausgegangen, die aus einem Substrat 21
(siehe Fig. 6) aus η-Typ Silicium mit einem spezifischen Widerstand von 0,01 Ohm.cm besteht, auf dem eine η-Typ Siliciumschicht 2 mit einen spezifischen
Wideretand von 0,6 Ohm.cm und einer Dicke von 6jUm epitaktisch
angewachsen wird. Auf der Schicht 22 wird eine 0,3^m dicke Schioht 23
aus Siliciumoxyd durch Erhitzung auf etwa 400*C in einem Strom von 0,1
ψ Argon durch übliche Techniken angebracht. Nach dem Anbringen dieser Oxydschicht
wird auf gleiche Weise wie im vorhergehenden Beispiel auf der anderen Seite der Siliciumscheibe eine Nickelschicht 24 angebracht und
eingebacken.
In der Oxydschicht 23 werden dann quadratische Löcher 23
mit Seiten von 50>£m und einem Stich von ^OJim in den Richtungen der
Seiten (siehe Fig. 7) geStzt, worauf mit einer Lösung von 1 Volumenteil
48 % HF und 5 Volumentellen 65 % HNO3 das Silicium in den Fenstern 25 bis
zu einer Tiefe von 2^m veggeStzt wird, wobei auch ein Teil des Siliciums
unter der Oxydschicht 23 weggeStzt wird. Es entstehen dabei frei vorstehende OxydrSnder 26 (siehe Fig. θ).
Auf der ganzen Scheibe wird dann durch ZerstSubung in bekannter Weise eine Schioht 27 aus Platin mit einer Dicke von 0,1 /im (siehe
Fig. 9) angebracht. Um das Platin in den Fenstern gut am Silicium haften zu lassen, wird das Ganze in einem Gemisch aus Stickstoff und Wasserstoff
wShrend etwa 15 Minuten auf etwa 3000C erhitzt. Mit der epitaktieohert
Il
Darauf wird die Struktur auf gleiche Weise wie in dem vorhergehenden
Beispiel in einem Wasserbad den akustischen Hochfrequenz· schwingungen unterworfen. Dadurch wird nicht nur das Platin der Öxyd-
1098H/1/, " 1
2Ü43303 -
-9- PHN. 4528.
schicht 23 sondern auch die herausragenden Oxydränder 26 entfernt (siehe
Fig. 1O). Es werden auf diese Weise getrennte Platin-Schottky-Kontakte erhalten.
Nach dem Anbringen einer weiteren Nickelschicht 28 auf der Schicht
24 ( siehe Fig. 10) zur Verbesserung der LStbarkeit werden die Dioden durch
Ritzen und Brechen voneinander getrennt und auf gleiche Weise wie im vorhergehenden
Beispiel in einer geeigneten HQlIe untergebracht.
In diesem Beispiel wurde die Schicht 25 bei niedriger Temperatur
angebracht, wodurch weniger Kristallfehler in der Schicht 22 entstehen. Die durch Abätzen der Schicht 22 in den Fenstern 25 entstandenen
fl
Höhlungen haben infolgedessen eine bessere OberflSche mit weniger Atzgrübchen.
Auch infolge des Verschwindens der herausragenden OxydrSnder 26 bei der Hochfrequenzschwingungsbehandlung wird die Wegnahme des Platins
der Oxydschicht 23 bei dieser Form des Verfahrene nach der Erfindung sehr
erleichtert.
Es wird einleuchten, dass die Erfindung eich nicht auf die
angegebenen Ausfflhrungsbeispiele beschränkt und dass innerhalb des Rahmens
der Erfindung dem Fachmann viele Abarten möglich sind. Es können auseer
Nickel und Platin andere Metalle wie z.B. Gold und Titan verwendet werden. Die Erfindung kann nicht nur zur Herstellung von Schottky Kontakten sondern
zur Herstellung nicht gleichrichtender Metall-Halbleiterkontakte vorteilhaft verwendet werden. An Stelle von Silicium kann ein anderes
Halbleitermaterial z.B. Germanium oder eine III-V Verbindung verwendet
werden, während an Stelle von Siliciumoxyd auch Isolierschichten aus anderen Materialien wie Siliciumnitrid oder Aluminiumoxyd anwendbar sind.
1 0 9 8 1 U I 1 A 7 1
Claims (7)
- 2U43303-10- PHN. 4528.PATEN TANSPRlJCHEt({ 1.y Verfahren zum örtlichen Anbringen eines Metallkontaktes auf einer Oberfläche eines Halbleiterkörper, wobei ein Teil der Oberfläche mit einer elektrisch isolierenden Schicht bedeckt wird, auf welcher Oberfläche darauf eine Metallschicht angebracht wird, die teilweise auf der Isolierschicht und teilweise auf dem Halbleiterkörper liegt und wobei darauf der auf der Isolierschicht liegende Teil der Metallschicht wenigstens teilweise entfernt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschicht nach deren Anbringung akustischen Hochfrequenzschwingungen ausgesetzt wird, wodurch der auf der Isolierschicht liegende Teil der Metallschicht praktisch vollkommen entfernt wird, während der auf dem Halbleiter körper liegende, als Kontaktschicht dienende Teil der Metallschicht nach wie vor an dem Halbleitermaterial haftet.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass eine Metallschicht mit einer Dicke angebracht wird, die kleiner ist als die Dicke der Isolierschicht.
- 3· Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass bevor die Metallschicht den akustischen Hochfrequenzschwingungen unterworfen wird der Halbleiterkörper mit der darauf angebrachten Metallschicht erhitzt wird.
- 4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurcn gekennzeichnet, dass vor dem Anbringen der Metallschicht der nicht von der Isolierschicht bedeokte Teil der Halbleiteroberfläche über eine Tiefe von mindestens 1 JUm weggeätzt wird.
- 5. Verfahren nach einen oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschicht auf eine isolierende Schicht aus Siliciumoxyd angebracht wird.
- 6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass eine Metallschicht aus Platin ange-10981 4/U71-11- · PHN. 4328.bracht wird.
- 7. Verfahren nach einen oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierschicht eine Dicke von mindestens 0,1/^m aufweist.θ. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die nicht von der Isolierschicht bedeckten Teile der Halbleiteroberfläche innerhalb Kontakfenster in der Isolierschicht mit Abmessungen von maximal 10^m liegen. 9· Halbleitervorrichtung mit einem Metallkontakt,hergestellt durch Anwendung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche1 0 9 8 U / U 7 1OfUQlNAL INSPECT»)
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