DE2331248B2 - Legierungsverfahren zur Herstellung eines Kontaktes - Google Patents
Legierungsverfahren zur Herstellung eines KontaktesInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Legierungsverfahren
der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Gattung.
Aus der DE-OS 1639 366 ist ein Verfahren zur
Herstellung des Kontaktes zwischen einer Metallelektrode und einem Halbleiter bekannt, bei dem vor dem
Verschmelzen direkt auf die Kontaktfläche des Halbleiters eine höchstens 0,1 μίτι dicke Schicht eines Metalls
aufgetragen wird, das mit dem Elektrodenmetall nicht identisch ist und eine große Menge freier Oxidhildungsenergie
besitzt, wobei diese Schicht bei einer Temperatur aufgetragen wird, bei der die Oxide an
der Halbleiteroberfläche reduziert werden. Danach wird auf den Halbleiter noch eine weitere Schicht aus
korrosionsfestem Metall und eine Elektrodenmetallschicht aufgebracht und die erhaltene Mehrschichtenstruktur
bis auf eine Temperatur oberhalb der Eutektikumtemperatur der beteiligten Materialen erwärmt,
um auf der Halbleiteroberfläche eine homogene Schmelze zu erzeugen, die danach abgekühlt wird.
Aus der DE-AS 1514806 ist ein Verfahren zur Herstellung einer sperrenden oder nichtsperrenden
Elektrode an einem Halbleiterkörper sowie einer diese Elektrode kontaktierenden Leitbahn, die zumindest
teilweise auf einer auf dem Halbleiterkörper befindlichen Isolierschicht verläuft, bekannt, bei dem
auf die für die Elektrode und die Leitbahn vorgesehene Fläche eine erste 10 bis 30 nm dicke Schicht aus
Chrom, Nickel oder Titanmonoxid aufgebracht wird und auf diese Schicht eine weitere mit dem Halbleiterkörper
einen sperrenden oder nichtsperrenden Kontakt bildende Schicht aufgebracht und durch die erste
Schicht durchlegiert oder durchdiffundiert wird. Dabei ist weiter vorgesehen, auf die zweite Schicht eine
Trennschicht und auf die Trennschicht eine elektrisch gut leitende Schicht aufzubringen, wobei die Trennschicht
ein Eindringen des Materials der elektrisch gut leitenden Schicht in den Halbleiterkörper verhindern
soll. Auf diese Weise wird eine sogenannte »Sandwichstruktur« erhalten und sichergestellt, die jedoch
ebenso wie der eine solche aus drei verschiedenen übereinanderliegenden Metallschichtcn bestehende
Struktur aufweisende metallische Kontakt an einem Halbleiterbauelement nach der DE-AS 1 283 970 den
Nachteil hat, daß dabei kein homogener großflächiger Legierungskontakt ohne Verzerrungen der Einschmelzform
und mechanische Spannungen im Halbleiterkörper erzielt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zugleich mit der Herstellung eines großflächigen Legierungskontaktes, bei dem Verzerrungen der Einschmelzfront
und mechanischen Spannungen im Halbleiterkörper vermieden werden und eine Homogenität der
Legierung erzielt wird, die gleichmäßige Kenndaten gewährleistet, Dotierungsstoffe in den Halbleiterkörper
bei relativ niedriger Temperatur einzuführen, wobei die Oberfläche des Halbleiterkörpers saubergehalten
wird.
Dies wird erfindungsgemäß erreicht durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Mit der Erfindung wird so die Herstellung eines großflächigen Legierungskontaktes ohne Verzerrungen
der Einschmelzfront und mechanische Spannungen im Halbleiterkörper erzielt und die Homogenität
der Legierung gewährleistet gleichmäßige Kenndaten, wobei die Dotierungsstoffe in den Halbleiterkörper
bei relativ niedriger Temperatur eingeführt werden können und die Sauberhaltung der Oberfläche des
Halbleiterkörpers sichergestellt ist.
Bei Verwendung von Dotierungstoffen mit verschiedenen Diffusionsgeschwindigkeiten im Halbleiter
läßt sich durch Diffusion eine Struktur mit fallendem Konzentrationsgradienten der Dotierungsstoffe
erzielen, welche die Herstellung von Kapazitätsdioden ermöglicht.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen erläutert.
Das erste Beispiel betrifft die Herstellung eines
Kontaktes bei der Fertigung einer Kapazitätsdiode mit fallendem Gradienten der Dotierungsstoffkonzentration
in der Basis des Übergangs und mit einem ohmschen Dotierungskontakt.
Dazu wird eine mit Bor dotierte Siliziumplatte von P +-Leitfähigkeit mit einem spezifischen Widerstand
von 0,01 Ohm-cm benutzt. Die zur Herstellung des Kontaktes bestimmte Oberfläche wird geschliffen und
poliert. Dann wird auf diese Fläche mit einem beliebigen bekannten Verfahren ein p-leitender und mit Bor
bis zu einem spezifischen Widerstand von etwa 20 Ohm cm dotierter, 6±0,5μιη dicker Siliziumfilm
aufgetragen.
Auf diese so erhaltene Platte von ρ'-p-Leitfähigkeit
wird durch Vakuumverdampfung bei einem Unterdruck von 1 X K)"4 bis I X K)"5 mmHg und einer
Substrattemperatur von 200-600° C eine Titanschicht von etwa 30 nm aufgetragen.
Danach werden unter den gleichen Bedingungen nacheinander folgende Schichten aufgetragen: eine
Silberschicht von etwa 2 μηι Dicke als Elektrodenmetall;
eine Aluminiumschicht von etwa 100 nm Dicke als Akzeptorstoff, welche die Bildung eines fallenden
Gradienten der Akzeptorkonzentration gewährleistet; eine Silberschicht von etwa 1 μίτι Dicke, welche
die Tropfenbildung des Aluminiums sowohl beim Einschmelzen als auch während der Einführung eines
anderen Dotierungsstoffs beseitigt; eine Antimonschicht von etwa 150 nm Dicke als Donatorstoff, welche
die Bildung eines pn-Übcrganges gewährleistet, und schließlich eine Silberschicht von etwa 1 μηι
Dicke, welche die Verdampfung und die Tropfenbildung des Antimonfilms während des Einschmelzens
bzw. Einlegierens verhindert. Damit ist die Gestaltung der Mehrschichtenstruktur, aus welcher die nachfolgende
Einschmelzung des Elektrodenmetalls und der Dotierungsstoffe erfolgt, als abgeschlossen zu betrachten.
Nun wird die Mehrschichtenstruktur bis auf 950-1200° C erwärmt, wodurch auf der Halbleiteroberfläche
ein eutektischer Schmelzfluß entsieht, der das Elektrodenmetall, die Dotierungsstoffe sowie die
Reaktionsprodukte von Titan und Halbleiteroxiden enthält, wobei diese Produkte sich als Schlacke an der
Oberfläche des Schmelzflusses ablagern. Auf den genannten Temperaturen wird der Schmelzfluß während
einer für die Diffusion der Dotierungsstoffe aus der Schmelze in den Halbleiter ausreichenden Zeit gehalten,
wobei die Diffusion die Bildung eines fallenden Konzentrationsgradienten der Dotierungsstoff und
des pn-Übergangs gewährleistet. Schließlich wird die so erhaltene Platte auf Zimmertemperatur abgekühlt.
Zur Bildung eines ohmschen Kontakts an der Rückseite der Halbleiterplatte wird deren Oberfläche
auf eine beliebige bekannte Weise gereinigt, wonach folgende Schichten nacheinander aufgetragen werden:
Titan - 30 nm dick, Nickel aus der Dampfphase - 60 nm, Silber - 1 μΐη, Aluminium - etwa 100 nm
zum Dotieren des Kontakts sowie eine Silberschicht von etwa 1 μιη Dicke. Die se erhaltene Mehrschichtenstruktur
erwärmt man auf 830 bis 950° C, hält sie bei dieser Temperatur etwa 15-20 min lang und kühlt
sie dann ab.
Die Aufteilung der Platte in einzelne Kristalle wird durch chemisches Ätzen unter Bildung von Mesen
(Mesastrukturen) durchgeführt. Für diesen Zweck wird die Platte an der Seite mit dem ohmschen Kontakt
auf eine Scheibe aus Tetrafluoräthylen aufgeklebt, und von der entgegengesetzten Seite wird durch
eine Maske mit runden Öffnungen von 1 mm Durchmesser zum Schutz der Kristalloberfläche ein-; Bitumenschicht
aufgetragen. Das Ätzen der Struktur erfolgt zuerst in Salpetersäure, um einen Teil der
' Schmelze zu entfernen, dann in einem Gemisch von Fluß-, Salpeter- und Essigsäure im Verhältnis 2:9:4.
um eine über 8 bis 10 μπι dicke Siliziumschicht zu entfernen
und Mesen zu bilden. Schließlich wird die Platte in Wasser und Toluol gewaschen und getrocknet.
Der Schutz der so gebildeten pn-Ubergänge erfolgt
durch Fällung von Siliziumoxid- und Siliziumnitratfilmen (SiO, Si(NO,),), welche mit Hilfe von Plasma-Zerstäubung
gebildet werden, wonach die endgültige ι' Aufteilung der Platte in einzelne Kristalle durch Ritzen
durchgeführt wird. Die erhaltenen Kristalle werden mit Anschlüssen in einem Gehäuse verlötet, an
welches durch Kaltschweißen eine Kapsel angebracht wird.
-" Die auf diese Weise erhaltene Kapazitätsdiode
zeichnet sich durch folgende elektrische Parameter aus:
Überlappungskoeffizient 18 bei Vorspannung von 1-25 V;
-"· Durchschlagsspannung: 30 V;
-"· Durchschlagsspannung: 30 V;
Reststrom: unter 1 A bei 30 V; Güte: mindestens 100 bei 1 V Vorspannung und
der Frequenz 1 MHz.
Betrachtet sei nun das Verfahren zur Herstellung eines Dotierungskontaktes.
Nach der Herstellung der Epitaxialstruktur mit ρ' -p-Leitfähigkeit wird auf die Arbeitsfläche des Epitaxialfilms
im Vakuum von 1 · 10 4 bis 110 ' mmHg
bei einer Substrattemperatur von 200 bis 600° C eine i' Niob-Titan-Schicht von 300 A und darauf eine Nikkeischicht
von 3000 A aus der Dampfphase aufgetragen, dann folgen die Schichten des Elektrodenmetalls
(Zinn) und der Dotierungsfremdstoffe. Weiter verläuft das Herstellungsverfahren der Kapazitätsdiode,
■tu wie'oben beschrieben wurde.
Betrachtet sei nun die Herstellung einer Hochspannungs-Kapazitätsdiode
mit .einem scharf abgegrenzten pn-Ubergang.
Dazu nimmt man eine Siliziumplatte mit η ' -Leitfä-
■*'< higkeit, dotiert mit Phosphor von einem spezifischen
Widerstand 0,01 Ohm-cm und mit entsprechend vorbereiteter
Oberfläche, auf welcher durcii epitaxiale Züchtung ein Silizium von η-Leitfähigkeit gebildet
wird, dotiert mit Phosphor bis zu einem spezifischen "><>
Widestand von etwa 6 Ohm ■ cm und einer Dicke von etwa 25 μπΊ.
Auf die so erhaltene Siliziumplatte mit n'-n-Leitfiihigkeit
werden durch Vakuumverdampfung bei einem Unterdruck von 1 · K)"4 bis I · K) "s mmHg und
■">■■) einer Temperatur von 200—600° C nacheinander folgende
Schichten aufgetragen: Zirkon - etwa K) nm dick, Silber - etwa 2 μιτι, Aluminium - etwa 150 nm
und abermals eine Silberschicht von 1 μηι Dicke.
Der auf diese Weise hergestellte Mehrschichtenfilm bo wird auf 950 bis 1200° C erwärmt, dann bei dieser
Temperatur eine zum Durchmischen des Schmelzflusses ausreichende Zeit lang gehalten und schließlich
abgekühlt. Während des Abkiihlens erfolgt ein Aufwachsen der Epitaxialschicht auf das n-leitendc SiIihi
zium-Ausgangssubstrat aus der mit Aluminium dotierten Schmelze, wodurch eine ρ'-n-Übergang
gebildet wird. An der entgegengesetzten Seite der Platte wird ein ohmscher Kontakt nach einem Verfall-
rc η erzeugt, das im folgenden Beispiel erläutert wird:
Durch die Aufteilung der Platte in einzelne Kristalle wird durch chemische Ätzung des ungeschützten
Halbleitennaterials unter Mesenbildung durchgeführt.
Dazu wird auf die Platte mit Hilfe des bekannten Fotolithografieverfahrens ein säurefester Schutzüberzug
aufgetragen, und von den freien Flächen wird die Schmelze entfernt. Dann wird ein Schutzüberzug wieder
aufgetragen, wonach ein Ätzen des Siliziums in einem Gemisch von FIuB-, Salpeter- und Essigsäure
im Verhältnis 2:lJ:4 etwa 15 μηι tief zur Mesenbildung
durchgeführt wird. Die erhaltenen pn-Übcrgänge werden durch das Fällen von Filmen geschützt,
welche mit Hilfe von Plasma-Zerstäubung erhalten werden, wonach die endgültige Aufteilung der Platte
in einzelne Kristalle durchgeführt wird. Die Kristalle werden in einem Gehäuse montiert und nach bekannten
Verfahren hermetisch verschlossen.
Betrachtet sei nun ein Beispiel für die Herstellung eines ohmschen Dotierungskontakts mit Silizium von
n-Leitfähigkeit.
Um einen solchen ohmschen Dolierungskontakt zu erhalten, wird zunächst die Oberfläche der Halbleiterplatte
durch mechanische und chemische Bearbeitung vorgereinigt. Dann werden auf diese Oberfläche
im Vakuum durch Zerstäubung nacheinander folgende Schichten aufgestäubt: Titan-etwa K) nm und
Nickel - 50... 100 nm dick.
Nach dem Aufstäuben der genannten Schichten wird auf die Nickcloberfläche chemisch oder elektrochemisch
eine Goldschicht von 0,5 bis 1,5 μηι Dicke aufgetragen, auf welche dann durch thermische Verdampfung
im Vakuum von 1 · 10 J bis 1 ■ 10 Λ
mmHG bei einer Temperatur der Substratschicht von 200 bis 500° C eine Antimonschicht von etwa 200 nm
und eine Gold- bzw. Silberschicht von etwa 1 μηι Dicke aufgetragen wird.
Die auf diese Weise erhaltene Mehrsehichtenstruk-
r' tür wird bis auf 400 bis 600° C erwärmt, wodurch
ein Schmelzfluß entsteht, der Silizium, Gold und Antimon enthält. Beim Abkühlen dieses Schmelzflusses
entsteht ein mit Antimon dotierter ohmscher Kontakt, während die Titan- und Siliziumoxide sich als Schlacke
-'" im Bereich der Oberflächenschicht des Elcktrodenmetalls
ausscheiden, ohne die elektrischen Parameter des Bauelements zu beeinflussen, wobei Nickel sich
in der Schmelze vollständig auflöst und sich nicht als besondere Phase ausscheidet.
Claims (5)
1. Legierungsverfahren zur Herstellung eines Kontaktes zwischen einer Metallelektrode und einem
Halbleiterkörper, bei dem auf den Halbleiterkörper zunächst eine weniger als 0,1 μηι dicke
Schicht aus Titan, Niob, Zirkon oder einem anderen Halbleiteroxide reduzierenden Metall bei einer
Temperatur aufgetragen wird, bei der die Halbleiteroxide an der Halbleiteroberfläche reduziert
werden, danach eine erste und mindestens eine zweite Elektrodenmetallschicht aus Silber,
Gold oder einem anderen Metall aufgebracht werden, und in einem letzten Verfahrensschritt die
erhaltene Mehrschichtenstruktur bis auf eine Temperatur oberhalb der Eutektikumtemperatur
der beteiligten Materialien erwärmt wird, um auf der Halbleiteroberfläche eine homogene
Schmelze zu erzeugen, die danach abgekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß auf die erste
Elektrodenmetallschicht eine erste Dotierungsstoffschicht vor dem Aufbringen der zweiten
Elektrodenmetallschicht aufgebracht wird und gegebenenfalls in abwechselnder Folge weitere
Dotierungsstoff- und Elektrodenmetallschichten aufgebracht werden, und daß in jedem Falle die
Temperatur während einer für die Diffusion der Dotierungsstoffe aus der Schmelze in den Halbleiterkörper
ausreichenden Zeit oberhalb der Eutektikumtemperatur konstant gehalten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtdicke der Schichten
des Elektrodenmetalls 95 bis 99% der Gesamtstärke der ganzen Mehrschichtenstruktur beträgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten der Mehrschichtenstruktur
aus der Dampfphase aufgetragen werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Oberfläche
des Metalls, das die Halbleiteroxide reduzieren kann, zwischen diesem Metall und der Elektrodenmetallschicht
eine Nickelschicht aufgetragen wird, die zwei- bis zehnfach dicker als die Metallschicht ist, die die Halbleiteroxide reduzieren
kann.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Nickelschicht aus der
Dampfphase aufgetragen wird.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19732331248 DE2331248B2 (de) | 1973-06-19 | 1973-06-19 | Legierungsverfahren zur Herstellung eines Kontaktes |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19732331248 DE2331248B2 (de) | 1973-06-19 | 1973-06-19 | Legierungsverfahren zur Herstellung eines Kontaktes |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE2331248A1 DE2331248A1 (de) | 1975-01-09 |
| DE2331248B2 true DE2331248B2 (de) | 1978-10-19 |
Family
ID=5884474
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19732331248 Withdrawn DE2331248B2 (de) | 1973-06-19 | 1973-06-19 | Legierungsverfahren zur Herstellung eines Kontaktes |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE2331248B2 (de) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2817478C2 (de) * | 1978-04-21 | 1985-07-25 | Basf Farben + Fasern Ag, 2000 Hamburg | Vorrichtung zum Einführen mindestens eines Fadens in eine Texturierdüse |
-
1973
- 1973-06-19 DE DE19732331248 patent/DE2331248B2/de not_active Withdrawn
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE2331248A1 (de) | 1975-01-09 |
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