DE2058554B2 - Verfahren zur herstellung von chrom-halbleiterkontakten - Google Patents

Description

Flußsaure, 5 Teilen Ammoniumfluorid und 7 Teilen Wasser zu verwenden. Von diesen genannten Ätzmitteln wird die Chromschicht nicht angegriffen.

Die Aufbringung der Chromschicht erfolgt vorzugsweise durch Aufdampfen, und zwar bei einem Vakuum von etwa 10-« Torr. Für den abgegebenen Verwendungszweck sind Schichtdicken von etwa 20 bis 100 nm und insbesondere eine Dicke um 50 nm bevorzugt. Die für die Durchführung des Verfahrens zu. verwendende Isolatorschicht wird vorzugsweise durch Aufstäuben mit anschließendem Tempern aufgebracht, und zwar mit einer der Chromschicht entsprechenden Schichtdicke zwischen etwa 100 und 500 nm, vorzugsweise etwa 200 nm. Die für die Isolatorschicht im Einzelfall zu wählende Schichtdicke ist abhängig von der vorgegebenen Dicke der Chromschicht und ist so groß zu machen, daß sie ein mehrfaches, vorzugsweise wenigstens das 3fache der Dicke der Chromschicht beträgt.

Das Verfahren geht davon aus, daß sich Chrom ganz besonders für die Herstellung von MetaH-Halbleiterkontakten, insbesondere auf AjB.-Verbindungen und darunter vorzugsweise auf Galliumarsenid, gut eignet. Bei Metall-Halbleiterkontaktcn — sogenannten Schottky-Kontakten — kommt es darauf an, daß zwischen dem Halbleitermaterial und dem darauf aufgebrachten Metall keinerlei Zwischenschicht, z. B. Saiiersioffbelegung des Halbleiters, vorhanden ist. Solche Schichten würden nämlich die quantcnmechanischen Verhältnisse an einem derartigen Kontakt in ganz entscheidender Weise verändern. Gegenüber anderen Kontaktmctallen, die für Schottky-Kontakte bei einem Vakuum in der Größenordnung von 10~^!)Torr aufgebracht werden müssen, hat die Verwendung von Chrom den Vorteil, daß man in diesem Fall schon mit einem Vakuum von etwa 10~⁽ⁱ Torr auskommt. Der wesentliche Grund für diese Besonderheit ist darin zu sehen, daß Chrom eine außerordentlich hohe Affinität insbesondere zu Sauerstoff hat und die bei einem Vakuum von 1O^-" Torr auch nach dem Ausheizen stets noch vorhandene Belegung der Oberfläche des Halbleitermaterials von Chrom aufgenommen wird.

So vorteilhaft Chrom für die Herstellung von Schottky-Kontakten ist, so schwierig lassen sich mit Chrom flächenhaft scharf begrenzte, insbesondere sehr kleinflächige bzw. streifenförmig eng benachbarte Kontakte herstellen. Metall-H^lbleiterkontakte einer derartigen Struktur werden aber z. ß. vorzugsweise in der Technik integrierter Schaltkreise benötigt. In dieser Technik werden beispielsweise Abstände zwischen den Kanten der Flächen zweier Metall-Halbleiterkontakte bis zur Größe von etwa 1 μηι herab verlangt. Dies läßt erkennen, welche hohen Anforderungen bezüglich einer scharfen Begrenzung der Kontaktflächen gestellt werden.

Man erhält scharf begrenzte Flächen dieser Art mit einem fotolithografischen Ätzverfahren, bei dem in einer fotoempfindlichen Abdeckschicht ein Muster der in einer darunterliegenden Schicht gewünschten Struktur durch Belichtung und teilweise Auflösung hergestellt und daraufhin die nicht mehr abgedeckten Teilflächen der darunterliegenden Schicht abgeätzt werden. Diese üblicherweise angewandte Methode versagt aber, uenii solciie Strukturen aus Chrom hergestellt weiden aollen, da sich aufgedampftes Chrom nicht definiert ätzen läßt.

Nachdem es nicht gelang, Chromschichten mn ausreichender Genauigkeit und genügender Schärfe ihrer flächenmäßigen Begrenzung nach den bekannten Verfahren zu ätzen., wurde der Weg beschritten. die zu entfernenden Teile der Chromschicht von dem Halbleitermaterial abzuheben, indem man eine an diesen Stellen vor Aufbringung der Chromschicht aufgebrachte Zwischenschicht wegätzt. Es wurde festgestellt, daß Siliziumdioxid und Aluminiumoxid für eine derartige Zwischenschicht besonders gut geeignet sind, da sie mit Mitteln aufgelöst werden können, die Chrom nicht angreifen. Wesentlich für die Ausführung der Erfindung ist es, die Schichtdicke der Isolatorschicht im Verhältnis zur Schichtdicke des Chroms groß zu machen. Dann ist die später aufgebrachte Chromschicht an den Kanten des auf dem Halbleitermaterial verbliebenen Negativmusters aus dem MaieriaJ der Isolaiorschicht bei den für das Chrom vorgegebenen Schichtdicken so dünn, daß sie nicht mehr vollständig dicht ist und daß es dem Ätzmittel für die Isolatorschicht gelingt, an den Kanten in die Isolaiorschicht einzudringen. Ist einmal das Ätzmittel an einer Stelle der Kante in das Material der Isolatorschicht eingedrungen, so geht die Entfernung des nach dem ersten Ai/prozeß verbliebenen Materials der Isolatorschicht und damit das Abheben der an diesen Stellen vorhandenen Chromschicht in diesem zweiten Ätzprozeß sehr rasch voran. Daß die Ränder der auf dem Halbleiter verbleibenden Chromschicht sehr scharf sind, ist eine Folge der geringen Dicke der Chromschicht. Bei den angegebenen, für Schottky-Kontakte vorgesehenen Dicken der Chromschicht, tritt es nicht ein, daß direkt aiii dem Halbleiter aufliegende Mächenteile der Chromschicht mit abgehoben werden.

Ergänzende Erläuterungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und seiner bevorzugten Weiterbildung geben die Figuren und deren Beschreibung.

In Fig. 1 ist mit 1 ein Teil eines Halbleiterkörpers, etwa einer Scheibe, bezeichnet, Auf der Oberfläche dieses Halbleiterkörpers befindet sich eine beispielsweise durch Aufstäuben und Tempern aufgebrachte, feslhaftende Isolatorschicht 2 aus beispielsweise Aluminiumoxid. Um diese Schicht nach dem bevorzugten Fotoätzverfahren zu ätzen, wird auf diese Schicht 2 eine Schicht 3 aus fotoempfindlichem Abdecklack aufgebracht.

Fig. 2 zeigt den Halbleiterkörper 1 mit den darauf befindlichen Schichten nach Durchführung des ersten Ätzprozesses. Bei diesem Verfahrensschritt sind in die Schicht 2.an den Stellen, an denen die Schicht 3 nach der Belichtung weggclöst worden ist. Löcher geätzt worden. Der Schnitt ist so gelegt, daß er durch eine Reihe von Löchern hindurchgeht, so daß Schnittflächen 21 der Aluminiumoxidschichl zwischen den Löchern sichtbar bleiben.

Fig. 3 zeigt den Halbleiterkörper 1, nachdem die Abdeckschicht 3 entfernt und die erfindungsgemäße dünne Chromschicht 31 durch Aufdampfen aufgebracht worden ist. An den Stellen, an denen das Aluminiumoxid weggeätzt worden ist, entsteht der gewünschte unmittelbare Kontakt zwischen dem Halbleiterkörper und der Chromschicht.

F i g. 4 zeigt den Halbleiterkörper 1 mit den nach dem zweiten Ätzprozeß zurückgebliebenen Flächen 33 der Chromschicht 31. Überall dort, wo die Chromschicht 31 (siehe Fig. 3) das Aluminiumoxid überdeckte, d. h. nicht unmittelbar auf dem Halbleiterkörper auflag, ist die Chromschicht 31 infolge des

Herausälzens der Aluminiumoxidschicht 2, von der in der Fig. 3 nur noch die Schnitte 21 zu sehen sind, entfernt worden. Auf dem Halbleiterkörper 1 befinden sich in dem entsprechend F i g. 4 dargestellten Verfahrensstadium flächenmäßig scharf begrenzte Beschichtungen aus Chrom. In dem Fall, in dem, wie in F i g. 2 angedeutet, in die Aluminiumoxidschicht 2 räumlich voneinander getrennte Löcher eingeätzt worden sind, verbleiben auf dem Halbleiterkörper 1, wie Fig. 4 zeigt, voneinander isolierte Inseln 33 der ursprünglichen Chromschicht 31.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird, wie F i g. 5 zeigt, auf dem Halbleiterkörper 1 und die darauf befindlichen Chromschichten 33, eine Isolatorschicht 51 aus Siliziumdioxid aufgebracht. Säliziumdioxid eignet sich hierfür wegen seiner niedrigen Dielektrizitätskonstanten besonders.

F i g. 6 zeigt den Zustand, nachdem in die Schicht 51 Löcher hereingeätzt worden sind. Diese Löcher befinden sich an Stellen, an denen der Halbleiterkörper mit einer Chromschicht 33 bedeckt ist und sind in ihrer Fläche höchstens so groß, wie die Fläche der Chromschicht selbst und greifen über die Chromschicht nicht hinaus. Diese Löcher werden vorzugsweise nach dem Fotoätzverfahren hergestellt, indem auf die Schicht 51 eine nicht dargestellte Schicht aus Fotolack aufgebracht worden war, die nach Belichtung teilweise weggelöst worden ist, wodurch die Stellen der Schicht 51 für den Angriff eines Ätzmittels freigelegt worden sind, an denen die darunterliegende Chromschicht freigelegt werden soll.

Die Belichtung erfolgt unter Verwendung eine Maske, wobei deren Justierung mit Rücksicht darauf daß die Löcher nur einen Teil der Fläche der Chrom schichten zu erfassen brauchen, keine besondere Gc nauigkeit aufweisen muß.

Fig. 7 zeigt den Halbleiterkörper mit den Chrom schichten 33 und der geätzten Siliziumdioxidschiclu in deren Löcher eine Beschichtung 71 mil Aluminum eingefügt ist. Dieses Aluminium gibt einen fcstei

ίο Kontakt auf der Chromschicht 33. Die Aluminium schicht wird vorzugsweise mit Hilfe einer Maske, ζ. Β durch Aufdampfen, aufgebracht. Mit den gestrichel ten Linien 72 ist angedeutet, daß der Halbleiterkör per 1 an diesen Stellen in einzelne Teile mit je eine:

oder mehreren wie vorangehend beschriebenen Me tall-Halbleiterkontakten zerteilt wird.

Die Aluminiumschicht ist so dick gewählt, dal darauf ein Anschlußd'aht nach dem Thermokom pressions- oder nach dem Ultraschallbondung-Ver fahren befestigt werden kann. Zahlenmäßig betrag diese Dicke etwa 50 bis 150 nm.

F i g. 8 zeigt im Schnitt ei:nen nach der Erfindung hergestellten Schottky-Barrier-Kontakt mit einen Halbleiterkörper 11, der ein Teilstück des Halb leiterkörpers 1 ist. Auf diesem Halbleiterkörper be finden sich die Chromschicht 33, die Siliziumdioxid schicht 51, die Aluminiumschicht 71 und ein durcl Thermokompression oder Ullraschallbonding be fcstigter Zuleitungsdraht 81. Siliziumdioxid eigne

sich wegen seiner niedrigen Dielektrizitätskonstanter an dieser Stelle besonders. Ein solcher Kontakt wire vorteilhaft als Diode verwendet.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Die Erfindung bezieht sich auf ein wie im uber- Patentansprüche: begriff des Anspruches 1 angegebenen Verfahrens zum Aufbringen von metallischen Kontakten aut eier

1. Verfahren zum Aufbringen von metallischen Oberfläche einesί Halbleite körpers.
Kontakten auf einer Oberfläche eines Halbleiter- 5 Aus der DT-OS 15 39 078 ,st ein Verfahren zum körpers, wobei diese Oberfläche zuerst mit einer Herstellen von Metall-Ha.ble.terkontakien bekannt, ersten Isolatorschicht und diese Isolatorschicht bei dem eine Sihziumoxidschicht auf die Oberfläche mit einer fotoempfindlichen Schicht überzogen eines Halbleiterkörpers aufgebracht witu aus d.eser wird, sodann die fotoempfindlicht Schicht belich- Schicht in einem Atzverfahren Fiachcntcile eintretet und entwickelt wird und an den von der foto- ίο chend den vorgegebenen Kontaktflachen herausgeempfindlichen Schicht befreiten Zonen Löcher in ätzt werden, und bei dem dann eine Chromstahl die Isolatorschichi geätzt werden, und daran an- aufgedampft wird, die sowohl die Siliziumoxidschicm schließend auf der so behandelten Oberfläche eine als auch die freigelegten Teile der Halbleitcroberlusammenhängende Metallschicht aufgebracht fläche bedeckt. In einem zweiten Atzpr^eli v.iru die wird, die anschließend durch Entfernen einer un- 15 Chromschicht mit einem das Chrom angreitenc.cn ter der Metallschicht befindlichen Schicht teil- Ätzmittel zum Teil wieder entfernt (b. 4, Abs. _). Die weise mitabgehoben wird, so daß die Metall- Oxidschicht bleibt bei diesem zweiten Atzprozeß au· schicht auf den von der Isolatorschicht befreiten der Halbleiteroberfläche erhalten.
Gebieten der Halbleiteroberfläche verbleibt, da- In der DT-AS 12 46 127 wird ein Verfahren bedurchgekennzeichnet.daß zum Aufbrin- 20 schrieben, bei dem zum Aufbringen von metallischen gen von flächenhaft scharf begrenzten, insbeson- Kontakten auf der Oberfläche eines Halbleiterkörpern dere kleinflächigen Metall-Halbleiterkontakten mittels Fototechnik in eine auf der Halbleiterober-(Schottky-Kontakten) mit Chrom im Anschluß an fläche aufgebrachte Oxidschicht ein der Kontaktdas Ätzen der Löcher in der Isolatorschicht (2) fläche entsprechendes Fenster geätzt wird; daran anfolgende weitere Verfahrensschritte durchgeführt 25 schließend wird eine Metallschicht ganzflächig so werden: wohl auf die von der Oxidschicht befreite Kristall-

.. Ab,ösc„ der ,„,oe_mp_fi„dUche„ Sehich, (3,, Jgg*^Ä^^

2. Aufbringen einer Chromschicht (31) auf die _{nach wird bei} j_enem Verfahren die Fotolackschicht Isolatorschicht (2) und die von der Isolator- _{30 und die} darauf befindliche Metallschicht mittels eines schicht befreiten Gebiete der Halbleiterober- _{den Foto}i_a:k ablösenden Stoffs entfernt. Die Oxidfläche· schicht bleibt auch bei diesem Verfahren auf der

3. Entfernen der Isolatorschicht (2) von der Halbleiteroberfläche bestehen. Bei der Durchführung Oberfläche des Halbleiterkörpers durch Ät- dieses Verfahrens kann auf Grund der Tatsache, daß zen, wobei die auf der Isolatorschicht be- ₃₅ a[_c Fotolackschicht bei der Bedampfung mit dem findlichen Teile der Chromcchicht (31) mit- Kontaktmetall erwärmt wird, die Fotolackschicht abgehoben werden und voneinander isolierte weich werden und fließen und dadurch zu ungenauen Inseln (33) der Chromschicht (31) auf der Strukturen führen. Bei zu starker Erwärmung kann Oberfläche des Halbleiterkörpers verbleiben, der Fotolack hart und schwer löslich werden, oder c^

4. Aufbringen einer zweiten Isolatorschicht (51) 40 können durch Schrumpfung in ihm Risse auftreten, auf die Oberfläche des Halbleiterkörpers und so daß das Kontaktmetall außer an den vorgeauf die auf dieser Oberfläche befindlichen sehenen Flächen auch in solchen Rissen abgelagert Inseln (33) der Chromschicht, wird.

5. Ätzen von Löchern in die zweite Isolator- Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum schicht (51) im Bereich der Inseln (33) der 45 Aufbringen von metallischen Kontakten auf einer Chromschicht Oberfläche eines Halbleiterkörpers anzugeben, das

6. Aufbringen einer Aluminiumschicht (71) je- ^zur, Herstellung von flächenhaft scharf begrenzten, weils auf den von der zweiten Isolatorschicht insbesondere klemflach.gen, Metall-Ha bleiterkontakbefreiten Teil einer Insel (33) der Chrom- \™ ¹^ ^Chrom geeignet ist. Diese Metall-Halbleiter-J₀J₁J₀J₁₁ 50 kontakte sollen nach bekannten technischen Verfahren, z. B. der Thermokompression oder des Ultra-

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- schallbonding, mit Zuleitungsdrähten versehen werlccnnzeichnet, daß für die Isolatorschicht Alumi- den können.

tiiumoxid mit einer Dicke zwischen 100 und Diese Aufgabe wird bei einem wie im Oberbegriff

500 mm, vorzugsweise etwa 200 mm, aufgebracht 55 des Anspruches 1 angegebenen Verfahren erfindungs-

tvird. gemäß nach der im Kennzeichen des Anspruches 1

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- angegebenen Weise gelöst.

kennzeichnet, daß für die Isolatorschicht Silizium- Als besonders vorteilhaft zur Ätzung des Siliziumdioxid verwendet wird. dioxids hat sich ein Ätzmittel aus einer Mischung

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- 60 von 250 ml 40%iger Flußsäure, 300 g Aluminiumkennzeichnet, daß die Isolatorschicht durch Auf- fluoric! und 250 ml Wasser erwiesen.

stäuben und nachfolgendes Tempern hergestellt Als besonders vorteilhaft zur Ätzung des Alumi-

wird. niumoxids hai: sich Phosphorsäure in einer bevorzug-

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 ten Konzentration von 30% und stärker, insbesonbis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Chrom- 65 dere von 85%, sowie vorzugsweise mit Ammoniumschicht (31) durch Aufdampfen aufgebracht wird. fiuorid gepufferter Flußsäure erwiesen. Günstig ist es

beispielsweise, gepufferte Flußsäure mit einem ungefähren Gewichtsverhältnis von 1 Teil 48°/oiger