DE2363061A1

DE2363061A1 - Schottky-grenzschichtkontakte und verfahren zur herstellung

Info

Publication number: DE2363061A1
Application number: DE19732363061
Authority: DE
Inventors: Linus Francis Cordes; Marvin Garfinkel
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1972-12-26
Filing date: 1973-12-19
Publication date: 1974-07-04
Also published as: FR2211756A1; JPS5714029B2; GB1444000A; JPS4998179A; NL7317158A; IT1002232B

Description

Schottky-Grenzschichtkontakte und Verfahren zur Herstellung

Die vorliegende Erfindung betrifft Schottky-Grenzschichtkontakte aus Platinsilizid auf Silizium-Halbleitermaterial und Verfahren, zur Herstellung solcher Kontakte.

Schottky-Grenzschichtkontakte, d.h. Kontakte zwischen .Metall-Halbleiter und metallis.cher Verbindungs-Halbleiter,- werden in Halbleitereinrichtungen verwendet, um eine Strom-Spannungs-Kennlinie mit gleichrichtenden und mit nicht-gleichrichtenden Eigenschaften zu erhalten. Der Halbleiter kann dabei ein Material wie Silizium sein und das Leiterteil könnte ein

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_ ο —

Metall oder eine metallische Verbindung wie beispielsweise Platinsilizid sein·. Sowohl die Gleichrichtereigenschaften ■ als auch die Nicht-Gleichrichtereigenschaften von solchen Schottky-Grenzschichtkontakten sind abhängig von der Grenzschichthöhe (0_ß) , obwohl im Falle von nicht-gleichrichtenden Kontakten die Komponente des Stromflusses durch den Kontakt infolge Elektronentunneleffekt vorherrschend ist gegenüber der Komponente des Stromflusses infolge thermionischer Emission über die Schottky-Grenzschicht.

In einem Schottky-Grenzschicht-Gleichrichterkontakt vermindert sich der Spannungsabfall mit Verminderung der Grenzschichthöhe und der Strom in Rückwärtsrichtung steigt mit Verminderung der Grenzschichthöhe an. Der Aufbau von Halbleitergleichrichtereinrichtungen einschließlich solcher Kontakte zum optimalen Betriebsverhalten als Leistungsgleichrichterelement beinhalten einen Kompromiß zwiscnen geringem Spannungsabfall in Vorwärtsrichtung und geringem Strom in Rückwärtsrichtung. Die hierzu bisher vorhandenen Kompromißlösungen waren in starkem Maße beschränkt durch die verfügbaren Materialien, da die Höhe der Grenzschicht eine Eigenschaft der verwendeten Materialien ist.

Normalerweise wird für gleichrichtende Schottky-Grenzschichtkontakte ein Halbleitermaterial des N-Typs verwendet, da die "Grenzschichthöhen" von Metall-Halbleiter-Kontakten wesentlich höher sind als für Halbleitermaterial des P-Typs. Wenn ein Kontakt eines Leiters zu einem Halbleiter zu einem solchen Halbleiter des Leitfähigkeitstyps P hergestellt wird, dann wird auch eine Schottky-Grenzschicht ausgebildet, bei welcher die Grenzschichthöhe im wesentlichen gleich der Differenz zwischen der Bandabstandsenergie des Halbleiters und der Grenzschichthöhe für Silizium des N-Typs ist.· Bei der üblichen Herstellungsweise besitzen Schottky-Grenzschichtkontakte von Platinsilizid auf Silizium des N-Typs einen Nennwert der Grenzschichthöhe von 0,85 eV (Elektronen-Volt), und solche Kontakte auf einem Silizium des P-Typs würden eine Grenzschichthöhe von etwa 0,25 eV besitzen

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und wären nicht wirkungsvoll zur Sperrung von Strömen in Rückwärtsrichtung und wären daher als ein gleichrichtender Kontakt nicht sehr wirksam. Wenn jedoch solche Kontakte auf einem Halbleitermaterial mit hoher resultierender Aktivatorkonzentration

19 3 gebildet werden (beispielsweise mehr als etwa 10 ^J Atome/cm ), dann wird der Stromdurchlaß über die Grenzschicht hauptsächlich abhängig von der Feldemission (Tunnelwirkung) und ist weniger abhängig von einer thermionischen Emission und daher werden nicht-gleichrichtende oder Ohm'sche Kontakte gebildet. Der Kontaktwiderstand oder die Steigung der Stromspannungskennlinie des Kontaktes einer solchen Struktur ist auch eine Funktion der Grenzschichthöhe. Eine Verringerung der Grenzschichthöhe in der Größenordnung von 0,1 eV kann eine Verringerung des Kontaktwiderstandes um mehrere Größenordnungen erzeugen (s. Solid State Electronics, Juli 1971,·Aufsatz "Specific Contact Resistance of Metal-Semiconductor Barriers" von C.Y.Chang, Y.K.Fang und S.M.Sze, insbesondere Figur 7).

In einem Aspekt ist die vorliegende Erfindung darauf gerichtet, für bestimmte Materialien, Silizium und Platin-Silizium-Verbindungen, Grenzschichthöhen zu schaffen, welche sich bedeutungsvoll von konventionell hergestellten bzw. verarbeiteten Platinsilizidkontakten auf Silizium-Halbleitermaterial unterscheiden. In einem der Anwendungsfälle bieten solche Kontakte neue Werte für die Grenzschichthöhe an sich für den Konstrukteur und auch neue Werte für eine bestimmte Kombination von Materialien, um Halbleitereinrichtungen zu entwerfen, welche ein optimaleres Verhalten aufweisen.

In einem weiteren Aspekt ist die vorliegende Erfindung auf die Schaffung eines Ohm'schen Kontaktes mit geringem Widerstand von Platinsiliziumverbindungen zu Halbleitermaterial des P-Typs zu schaffen.

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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, Schottky-Grenzschichtkontakte von Platinsilizid auf Silizium mit einem Bereich für die Grenzschichthöhen zu schaffen.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist darauf gerichtet, Schottky-Grenzschichtkontakte aus Platinsilizid auf Silizium zu erhalten, welche einen Idealitätsfaktor von nahezu 1 besitzen und mit hoher Gleichförmigkeit und guter Ausbeute hergestellt werden können.

Bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung in einer Ausführungsform, wird ein Halbleiterkörper aus Silizium mit dem Leitfähigkeitstyp N vorgesehen, welcher eine Substratschicht von geringem Widerstandswert und eine dünne Schicht mit hohem Widerstandswert besitzt, die epitaxial auf der Substratschicht so aufgewachsen ist, daß eine freiliegende Fläche parallel zur kristallographischen Ebene "ζ 111*> des Halbleiterkörpers liegt. Ein Kontakt aus Platinsilizid wird auf der freiliegenden Fläche dadurch gebildet, daß während einer ausreichend langen Zeit dort Platin aufgebracht wird, während der Halbleiterkörper auf einer Temperatur von weniger als etwa 700 C und mehr als etwa 400°C gehalten wird, um auf dieser Fläche eine genügend dicke Schicht aus Platinsilizid zu bilden. Der Oberflächen-Grenzschichtkontakt, welcher auf diese Weise gebildet wurde, besitzt eine Grenzschichthöhe von etwa 0,78 eV und einen "Idealitätsfaktor" von nahezu 1.

Ein besseres Verständnis der Erfindung und ihrer Durchführung ergibt sich aus der nachstehenden ausführlichen Beschreibung im Zusammenhang mit den Abbildungen.

Figur 1 zeigt eine Draufsicht einer Halbleitereinrichtung als Ausführungsform der Erfindung.

Figur 2 zeigt eine Seitenansicht der Einrichtung nach Figur 1 im Schnitt.

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Figur 3 ist eine schematische Darstellung eines Triodengerätes für kathodische Zerstäubung, welches zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung und zur Bildung der Schottky-Grenzschichtkontakte verwendet wird.

Die Figuren 1 und 2 zeigen eine Gleichrichtereinrichtung oder Diode 10 als Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Diese umfaßt ein Plättchen 11 mit einer Substratschicht 12 aus Silizium mit dem Leitfähigkeitstyp N und niedrigem Flächenwiderstand, beispielsweise 0,002 0hm-cm und eine Schicht 13 aus Silizium des Leitfähigkeitstyps N mit einem wesentlich höheren Flächenwiderstand, beispielsweise 1 Ohm-cm, welche dort epitaxial aufgewachsen ist. Die Verfahren zum epitaxialen Aufwachsen von Schichten von Halbleitermaterialien wie Silizium auf geeigneten Halbleitersubstraten mit erwünschten Aktivatoroder Verunreinigungskonzentrationen sind an sich bekannt. Die Epitaxialschicht 13 besitzt ein Paar von gegenüberliegenden Hauptoberflächen 14 und 15. Ein leitendes Teil 22 aus Platinsilizid ist auf der Fläche I¹I in einer noch nachstehend beschriebenen Weise gebildet worden und ergibt eine Schottky-Grenzschicht mit der darunterliegenden Siliziumoberfläche. Die Oberfläche oder Fläche 14 der Schicht 13 liegt parallel zu einer bestimmten kristallografiechen Ebene, welche für die Oberfläche des Substrats ausgewählt wurde. Die bestimmte ausgewählte kristallografische Ebene bestimmt dabei die Grenzschichthöhe des erhaltenen Schottky-Grenzschichtkontaktes. Die Wahl der kristallografischen Ebene wird bestimmt durch die erwünschte Grenzschichthöhe. Das Substrat 12 liefert eine nicht-gleichrichtende Verbindung zur epitaxialen Schicht 13 an der Fläche 15-Ein dünner Metallfilm 16 aus einem Metall, beispielsweise Molybdän, ist auf dem Substrat aufgebracht und ergibt einen nichtgleichrichtenden Kontaktanschiuß zum Substrat und damit zur epitaxialen Schicht 13. Die Schicht 13 ist hier abgeätzt dargestellt, wodurch ein Oberflächenbereich 17 mit relativ großem Radius erhalten wird, um zu gewährleisten, daß beim Betrieb

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der Diode unter Verhältnissen mit Vorspannung in Rückwärtsrichtung kein elektrischer Durchbruch längs der Randteile der Diode stattfindet. Eine relativ dicke Schicht 18 aus Siliziumdioxyd bedeckt den abgeätzten Teil und schützt nicht nur die Oberfläche der Schicht 13, sondern dient auch zusammen mit einem Metallfilmteil 21 aus einem Metall wie beispielsweise Molybdän, welches sich über die Oxydschicht 18 erstreckt, zur Ausbreitung der elektrischen Feldlinien und zur weiteren Vermeidung von hohen elektrischen Feldstärken in den Umfangs- oder Randteilen der Diode. Die Metallschichten 16 und 21 bilden Anschlüsse zur Verbindung der Diode mit einer geeigneten Kopfstück- oder Halterungsanordnung (nicht gezeigt) zur späteren Verwendung der Diode.

Eine Vielzahl von Dioden gemäß den Figuren 1 und 2 kann leicht auf einem großen Plättchen aus Silizium einschließlich einer Substratschicht mit geringem Flächenwiderstand gebildet werden, auf dem eine epitaxiale Schicht aus Silizium mit einem bedeutend höheren Flächenwiderstand aufgewachsen worden ist, welche wiederum geeignet ist für den beabsichtigten Anwendungsfall der Diode. Die Substratschicht kann üblicherweise eine Dicke von etwa 0,25 mm (0,010 Zoll) und die Epitaxialschicht gemäß den Erfordernissen der Konstruktion eine Dicke in der Größenordnung von 10 Mikron besitzen. Zunächst wird das Plättchen gereinigt und dann oxydiert, um eine dünne Schicht aus Siliziumdioxyd, beispielsweise mit einer Schichtdicke von ilOO X, auf der freiliegenden Oberfläche der epitaxialen Schicht zu bilden, welche dazu dient, eine Oberflächenbeschädigung des Siliziums durch eine Schicht von Siliziumnitrid zu verhindern, welche anschließend mit einer Dicke von etwa 2000 8 dort aufgebracht wird.

Das Siliziumdioxyd wird dann als nächstes als Übertragungsmaske zur Einätzung eines Musters auf der Siliziumnitridschicht zur Bildung einer Vielzahl von Flächen verwendet, an denen Oberflächengrenzschichtkontakte hergestellt werden sollen, wie beispielsweise der Kontakt 22. Die diese Bereiche umrandenden

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Teile der Siliziumoberfläche werden auf eine geringe Dicke oder Tiefe weggenommen, um eine Vielzahl von Mesastrukturen zu bilden, welche durch Oberflächenbereiche mit großem Radius begrenzt werden, wie beispielsweise den Oberflächenbereich 17. Eine weitere Oxydschicht, welche beispielsweise eine Dicke von 5000 Ä besitzen kann, wird auf diesen Umfangsbereichen aufgewachsen und bildet die Oxydschicht 18 der Figur 2, welche das endgültige isolierende und passivierende Oxyd auf der Oberfläche der Siliziumschicht 13 ergibt. Danach wird auf der freiliegenden Siliziumoberfläche Platinsilizid dadurch gebildet, daß in einem geeigneten Gerät Platin kathodisch auf die Oberfläche 14 zerstäubt wird. Ein solches Gerät wird noch im Zusammenhang mit Figur 3. erläutert, und bei dem Vorgang wird das Plättchen 11 auf einer hohen Temperatur von weniger als etwa 700 C und mehr als etwa ^00⁰C für einen solchen Zeitraum gehalten, beispielsweise für mehrere Minuten, der zur Bildung einer Schicht von Platinsilizid mit einer Dicke von etwa 600 S ausreichend ist. Anschließend läßt man das Plättchen auf Zimmertemperatur abkühlen. Das überschüssige Platin wird entfernt und die endgültigen Metallisierungsfilme 21 und Io werden aufgebracht. Das so verarbeitete Siliziumplättchen wird dann In Teile zerlegt und die einzelnen Plättchen werden dann auf geeigneten Kopfstücken zur weiteren Verwendung gehaltert.

Bisher war es üblich, beim Herstellen von Kontakten von Platinsilizid auf Silizium zunächst das Platin auf einer freiliegenden Oberfläche eines Siliziumsubstrats aufzubringen und dieses danach auf eine Temperatur von weniger als 700⁰C während einer ausreichenden Zeitdauer zu erhitzen, um die Grenzschicht von Platinsilizid auf Silizium auszubilden. Die Schottky-Grenzschichtkontakte aus Platinsilizid, welche auf einem Silizium des Leitfähigkeitstyps N mit hohem spezifischem Widerstand durch ein solches Verfahren erhalten wurden, ergaben Grenzschichthöhen von etwa 0,85 eV.

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Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Aufbringung von Platin bewerkstelligt während das Siliziumsubstrat auf einer im wesentlichen festen Temperatur im Bereich von etwa ²JOO⁰C bis 7OO°C gehalten wird. Bei diesem Verfahren wird Platinsilizid im wesentlichen gleichzeitig mit der Abscheidung des Platins gebildet. Eine solche Bildungsweise erzeugt Kontakte mit einem guten "Idealitätswert" η mit guter Ausbeute (die Werte für η liegen dabei in der Nähe der Größe 1, wobei η ein empirischer Steigungsfaktor in der Gleichung für den Stromdurchlaß des Schottky-Grenzschichtkontaktes in Vorwärtsrichtung ist). Neben der Auswahl der Orientierung der freiliegenden Oberfläche, auf der Platinsilizid gebildet wird, können, wie nachstehend erläutert, Kontakte mit in starkem Maße unterschiedlichen Grenzschichthöhen erhalten werden.

Es wird Bezug genommen auf die Figur 3, welche eine typische kathodische Triodenzerstäubungsanlage 25 zeigt, die zur Bildung der Schottky-Grenzschichtkontakte gemäß der vorliegenden Erfindung geeignet ist. Die Anlage enthält allgemein eine evakuierbare Kammer 30 mit allgemein zylindrischer Form und einer kreisförmigen Basis oder Grundplatte 31 mit einem geeigneten Dichtungsmittel, beispielsweise einem Dichtungsring 32, welcher zwischen dem Boden der evakuierbaren Kammer 30 und der kreisförmigen Basis 31 zur Gewährleistung einer Isolation der Kammer von den Umgebungsbedingungen vorgesehen wird. Die Evakuierung der Kammer erfolgt über eine Öffnung 33 ₃ welche etwa in der Mitte in der Basis 31 angebracht ist und mit einem Vakuumsystem 3^ über eine Auslaßleitung verbunden ist. Das Vakuumsystem umfaßt beispielsweise eine Unterdruckpumpe und eine Kühlfalle mit flüssigem Stickstoff, um eine Verunreinigung der Kammer 30 durch Rückkopplung über die Gasauslaßleitungen während der Evakuierung der Kammer 30 zu vermeiden. Eine zweite Öffnung 38 ist im Innern der Basis 31 angeordnet und gestattet den Einlaß eines Inertgases, beispielsweise Argon, in die Kammer 30 über eine Leitung 39 und

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ein geeignetes Ventil 40. Hierzu kann ein Ventil mit Motorantrieb und variablem Gasdurchlaß verwendet werden, um kontinuierlich den Gasdruck im Innern der Kammer auf einem erwünschten Wert zu halten. Im Innern der evakuierbaren Kammer 30 ist ein Halterungstisch 4l aus einem metallischen Material, beispielsweise aus Molybdän, vorgesehen, welcher auf der Basis 31 aufliegt. Ein großes Plättchen 42 aus Silizium einschließlich einer Substratschicht mit geringem spezifischem Widerstand und einer darauf aufgewachsenen epitaxialen Siliziumschicht mit einem bedeutend höheren spezifischen Widerstand wird auf den Haltetisch gelegt. Das große Plättchen wurde bereits so vorbereitet, wie dies vorstehend ausgeführt wurde, bis zur Preilegung der Flächen 14 der Schichten 13 zur Abscheidung von Platin auf denselben. Oberhalb des Plättchens 42 und im wesentlichen mit demselben ausgerichtet ist eine Kathodenelektrode angebracht. Diese kann beispielsweise einen kreisförmigen Basisteil 43 mit einem Kathodenstab 44 besitzen, welcher sich konzentrisch von dem Basisteil durch das Oberteil der Kammer 30 zur Verbindung mit einem ' Netzteil erstreckt. Der Netzteil kann beispielsweise eine selektiv variierbare Ausgangsspannung (-V) von 0 - 5 kV liefern. An dem Basisteil 43 ist durch Klammern 54 und 55 beispielsweise ein Block oder eine Scheibe 56 aus dem zu zerstäubenden Material, beispielsweise Platin, befestigt und wirkt als Kathode. Der Basisteil 43 und der Stab 44 sind von einer elektrischen Abschirmung 45 umgeben, welche sich in Längsrichtung über die Länge des Stabes erstreckt und in einer Ebene allgemein parallel zur Oberfläche des Basisteils 43 endet. Der Stab 44 und die elektrische Abschirmung 45 sind zur Halterung am Oberteil der Kammer 30 durch ein kreisringförmiges Teil 46 befestigt, welches eine elektrische Isolation von der evakuierbaren Kammer 30 ergibt und auch als Abdichtung dient, um das Vakuum in der Kammer aufrechtzuerhalten. Der Stab 44 isfi elektrisch von der Abschirmung 45 durch ähnliche Isolationsteile 47 und 48 isoliert , welche über die Länge des Stabes 44 im Abstand verteilt sind. Die elektrische Abschirmung 45 und der Haltetisch 4l sind elek-

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Das in Figur 3 dargestellte kathodische Zerstäubungssystem mit Triode, verwendet auch einen Elektronen-Plasma-Generator. Dieser umfaßt ein Paar Glühfäden 50 und 51, welche allgemein an entgegengesetzten Enden des Haltetisches 4l und in der Mitte zwischen dem Plättchen 42 und der Kathode 56 angebracht sind. Die Heizfäden 50 und 51 sind in mit öffnungen versehenen Abschirmungen 52 bzw. 53 eingeschlossen, welche ebenfalls elektrisch geerdet sind. Die Heizfäden können aus einer Spannungsquelle, beispielsweise aus einer Batterie oder einer Wechselstromversorgung beheizt/auch mit einem negativen Potential bezüglich Erde vorgespannt werden, beispielsweise mit -30 V. Bei Anlegen der Betriebspotentiale an den Heizfäden und an den Abschirmungen 52 und 53 wird ein Plasma aus Elektronen und Ionen gebildet. Einige der erzeugten Elektronen und Ionen gehen durch die öffnungen in jeder Abschirmung hindurch und erscheinen im Bereich zwischen der Kathode 56 und dem Plättchen H2. Dort werden sie im allgemeinen auf eine Ebene parallel zur Oberfläche der Kathode 5ö und des Plättchens 42 durch ein magnetisches Feld beschränkt, welches in der Abbildung schematisch mit dem Buchstaben H bezeichnet ist und eine Richtung gemäß dem Pfeil 49 besitzt.

An dem Tisch 4l ist ein Heizelement 57 befestigt, welches zur Erhitzung des Tisches 4l vorgesehen ist, der seinerseits das Plättchen 42 erhitzt. Das Heizelement 57 ist mit einer Kraftquelle 58 verbunden. Ebenfalls ist ein Thermo-Temperaturelement vorgesehen und an dem Tisch 4l befestigt und in eine Schaltung mit einem Meßinstrument 60 eingefügt, um eine Anzeige der Temperatur des Tisches 4l zu erhalten.

Bei der Durchführung des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung wird ein geeignetes Plättchen 42, beispielsweise das im Zusammennang mit den Figuren 1 und 2 beschriebene große Plättchen, zunächst zu dem Punkt in der Vorverarbeitung gebracht, an dem es bereit ist zur Aufbringung von Platinsilizidkontakten, und auf dem Haltetisch 4l aufgebracht. Die Platinkathode 56 wird in einem

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- li - '

neeip;neten Abstand angebracht, d.h. 2 - 4 cm vom Substrat k2. Die Kammer wird dann auf einen relativ niedrigen Druck von etwa 1 χ 10~^b Torr evakuiert. Nach dem Ausspülen der Kammer wird ein Inertgas in die Kammer eingebracht, beispielsweise Argon. Durch das Heizelement 57 wird Wärme zugeführt, um den Tisch auf eine ausreichend hohe Temperatur zu erhitzen, welche jedoch unter einem Wert liegt, an dem die Fläche 1*1 der Schicht 13 eine Temperatur von etwa 700⁰C überschreiten würde. Ein Potential von -30 V wird beispielsweise an die Heizfäden 50 und 51 bezüglich der Abschirmung 52 und 53 angelegt, an die Platinkathode wird ein Potential von etwa -500 V, bezogen auf den Tisch,angelegt, es wird ein magnetisches Feld von etwa 100 Gauß angelegt und die Heizfäden 50 und 51 werden zugeschaltet. Das Plasma von Elektronen und positiven Ionen wird dann gemäß der vorstehenden Erläuterung gebildet und wird auf eine Ebene parallel zur und zwischen der Platinkathode 56 und dem Substrat durch das magnetische Feld H beschränkt. Da sich die Platinkathode auf einem.negativen Potential von 500 V bezüglich Erde befindet, werden die positiven Ionen in dem Plasma zur Platinkathode 56 hingezogen. Die positiven Ionen prallen auf die Platinkathode 56 auf und setzen Atome frei, welche die Kathode verlassen und auf dem Substrat 42 abgeschieden werden. Bei weiter erhitztem Plättchen wird die Abscheidung von Platin während einiger Minuten aufrechterhalten, bis ein dünner Film oder eine Schicht aus Platinsilizid mit einer Dicke von beispielsweise 600 8 auf den freiliegenden Oberflächen l des großen Plättchens ausgebildet ist. Danach läßt man das Plättchen auf Zimmertemperatur abkühlen. Bei diesem Verfahren reagieren die kathodisch zerstäubten, auf die freiliegende Oberfläche des Plättchens aufprallenden Platinatome im wesentlichen gleichzeitig mit den Siliziumatomen· zur Bildung von Platinsilizid. Eine solche Bildung von.Platinsilizid auf dem Siliziumplättchen besitzt die bereits oben erwähnten günstigen Eigenschaften-, welche auch noch nachstehend erläutert werden. Bei diesem Verfahren erfolgt die Platinsiliziumrekation im wesentlichen gleichzeitig

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nit der Abscheidung des Platinmetalls im Gegensatz zu den konventionellen Verfahren zur Bildung von Platinsilizid-Siliziumkontakten, bei denen das Platin zunächst als eine Platinschicht auf dem Siliziumplättchen aufgebracht wird und anschließend das Plättchen zur Bildung der Platinsilizidkontakte erhitzt wird.

Gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung erhält man eine Grenzschichthöhe des Kontaktes von 0,78 eV, wenn die freiliegende Oberfläche des Plättchens eine kristallografische Fläche ^lll^ ist und auf einer Temperatur von .500⁰C gehalten wird. . Wenn die freiliegende Oberfläche des Plättchens, auf der das Platin aufgebracht wird, eine kristallografische Orientierung <ΊΐΟ> besitzt, dann wird eine Grenzschichthöhe von 0,85 eV erhalten. Wenn die freiliegende Oberfläche des Plättchens, auf welcher das Platin abgeschieden wird, eine kristallografische Orientierung von ClOO> aufweist, dann wird eine Grenzschichthöhe von 0,90 eV erhalten. Daher erzeugt das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung nicht nur neuartige Kontakte, die aus einer Platin-Silizium-Verbindung und Silizium bestehen, sondern auch neuartige Kontakte mit weitgehend unterschiedlichen Grenzschichthöhen für eine vorgegebene Kombination von Materialien. Weiterhin besitzen die Kennlinien der Dioden bezüglich des Stroms in Vorwärtsrichtung und der Spannung einen Idealitätsfaktor (n) von nahezu 1 mit nur geringfügigen Abweichungen (weniger als 5 %) von diesem Wert.

Die folgenden bestimmten Ausführungsbeispiele veranschaulichen das Verfahren der Erfindung und einige der auf diese Weise hergestellten Kontakte.

3eispiel 1

Ein großes Plättchen aus Silizium einschließlich einer Substratschicht des Leitfähigkeitstyps N mit einer Dicke von etwa 0,25 mm (etwa 0,010 Zoll) und einem spezifischem Widerstand von etwa 0,002 Ohm-cm und einer epitaxial aufgewachsenen Schicht aus

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Silizium des Typs N mit einer Dicke von etwa IO Mikron und einem spezifischen Widerstand von etwa 1 Ohm-cm wird so hergerichtet, daß die freiliegende Oberfläche der epitaxialen Schicht parallel zur kristallografischen Ebene<111> des Plättchens ist. Das Plättchen wird dann auf den Haltetisch der Anlage nach Figur 3 so aufgelegt, daß die freiliegende Oberfläche nach oben weist. An der Kathodenhalterelektrode des Gerätes wird ein Platinblock in einem Abstand von etwa 3 cm vom Plättchen befestigt. Die Kammer wird dann auf einen Druck von etwa 1 χ 10~ Torr evakuiert und Argongas wird in die Kammer mit einem Druck von etwa 3 x ΙΟ"·⁵ -Torr eingeleitet. Das Plättchen wird auf eine Temperatur von etwa 500⁰C durch die Heizeinrichtung 57 erhitzt. Die Temperatur des Plättchens wird durch ein Thermoelement 59 überwacht, welches mit dem Tisch 4l verbunden ist. Es· wurde abgeschätzt, daß der Wärmeabfall zwischen dem Tisch und dem Plättchen etwa 200 C beträgt. Demgemäß wird die Temperatur des Tisches auf etwa 700 C eingestellt, um.eine Plättchentemperatur von etwa 500⁰C zu erhalten. Die Heizfäden 50 und 51 werden zugeschaltet und auf eine Vorspannung von ■ -30 V bezüglich der Abschirmungen 52 und 53 gelegt, um ein Plasma zwischen der Platinkathode und dem Substrat zu erzeugen. Gemäß der Darstellung in Figur 3 wird ein magnetisches Feld von 100 Gauß angelegt und an die Kathodenelektrode wird ein Potential von etwa -500 V, bezogen auf den Tisch, angelegt. Die Heizfadenspannung wird so eingestellt, daß man eine Kathodenstromdichte von

etwa 0,5 mA/cm erhält. Man läßt dann die Abscheidung und Reaktion etwa 4 Minuten lang andauern, um einen Film oder eine Schicht aus Platinsilizid mit einer Dicke von etwa 600 8 zu erhalten. Nach der Abkühlung wird das Plättchen in Stücke zerlegt, um eine Vielzahl von Kontakten zu erhalten, welche in gewünschter Weise in Diodengleichrichtereinrichtungen zusammengefügt werden können. Elektrische Messungen wurden an den Einzelstücken ausgeführt und sie ergaben Grenzschichthöhen von 0,775 -0,005 eV mit einem Idealitätsfaktor η von 1,03 -0,025.

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Beispiel 2

Ein großes Plättchen aus Silizium wurde in gleicher V/eise wie das große Plättchen des Beispiels 1 vorbereitet mit der Ausnahme, daß die freiliegende Oberfläche der epitaxialen Schicht des Plättchens so ausgebildet wurde, daß sie parallel zur kristallofrafischen Ebene <1107der kristallinen Struktur des Plättchens lag. Das große Plättchen wurde in ähnlicher Weise wie das Plättchen nach Beispiel 1 verarbeitet, Es wurden dann elektrische Messungen an den einzelnen Stücken ausgeführt und alle Stücke zeigten Grenzschichthöhen von 0,855 - 0,005 eV mit einem Idealitätsfaktor η von 1,05 - 0,01.

Beispiel 3

Ein großes Plättchen aus Silizium wurde Io gleicher Weise wie das große Plättchen von Beispiel 1 vorbereitet mit der Ausnahme, daß die freiliegende Oberfläche der epitaxialen Schicht auf dem Plättchen so gebildet wurde_s daß sie parallel zur krlstallografischen Ebene ζ. 100y des Plättchens war. Das große Plättchen wurde dann in gleicher Weise wie das Plättchen nach Beispiel 1 weiterverarbeitet. An jedem der einzelnen Stücke wurden elektrische Messungen ausgeführt und sie zeigten alle Grenzschichthöhen von 0,90 - 0,005 eV mit einem Idealltätsfaktor von 1,015 - 0,01.

Vorstehend wurden zur Beschreibung der Erfindung Beispiele von Halbleiterplättchen des Leitfähigkeitstyps N mit relativ hohem spezifischem Widerstand angeführt, welche zur Erzielung von Gleichrichtereigenschaften nützlich sind. Die Erfindung 1st in gleicher V/eise anwendbar auf Kontakte einschließlich Halbleitermaterial des Leitfähigkeitstyps P mit hohem und auch mit niedrigem spezifischem Widerstand, um eine gleichrichtende und auch eine nichtgleianrichtende Stromspannungskennlinie zu erhalten. Um nichtgleichrichtende Eigenschaften zu erhalten, wird Material mit geringem.spezifischen Widerstand verwendet, vorzugsweise mit einem solchen Widerstand von weniger als 0,06 0hm-cm, entsprechend einer

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Netto-Aktivator-Konzentration von mehr als 10 Atomen pro cnr Im Zusammenwirken mit einem Kontakt, der eine niedrige Grenzschichthöhe ergibt, beispielsweise mit einem Plättchen aus Silizium-Halbleitermaterial des P-Typs mit einer kristallografischen Oberfläche der Orientierung < 100> , auf welcher Platinsilizid ausgebildet wird. ^:

Vorstehend wurde die Erfindung unter Bezugnahme auf ein Triodensystem zur kathodischen Zerstäubung beschrieben. Die Erfindung kann selbstverständlich auch unter Verwendung von anderen kathodischen Zerstäubungssystemen ausgeführt werden, beispielsweise durch Gleichstromdioden-Zerstäubung und Wechselstrom- oder Hochfrequenzdioden-Zerstäubung. Die Abscheidung des Platins kann auch durch Anwendung von anderen bekannten Verfahren erfolgen, beispielsweise durch Verdampfen aus einer erhitzten Quelle oder durch Pyrolyse von geeigneten platinhaltigen Medien.

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Claims

- 16 Patentansprüche

1.J Verfahren zur Bildung eines Kontaktes von Platinsilizid auf einem Körper aus Silizium-Halbleitermaterial, dadurch gekennzeichnet , daß es folgende Verfahrens schritte umfaßt:

der Körper wird auf eine Temperatur von mehr als 400°C und weniger als 700⁰C erhitzt und es wird auf der Fläche Platin zur Bildung'einer Schicht einer Platin-Silizium-Verbindung auf dieser Fläche abgeschieden.

2. Verfahren nach Anspruch!, dadurch gekennzeichnet , daß der Körper mit einer freiliegenden Oberfläche und einem Platinstück in eine evakuierbare Kammer eingebracht wird, die Kammer evakuiert wird und das Stück Platin aktiviert wird zur Verdampfung von Platin von diesem Platinstück und zur Abscheidung von Platin auf der freiliegenden Oberfläche, und eine Schicht aus einer Platin-Silizium-Verbindung auf derselben gebildet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Stück aus Platin während einer Zeitdauer aktiviert wird, um eine Schicht von Platinsilizid auf dem Halbleiterkörper zu bilden, und der Halbleiterkörper abgekühlt wird, nachdem eine ausreichende Dicke von Platinsilizid auf demselben gebildet worden ist.

4. Verfahren nach.Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Platinstück mit Ionen eines inerten Gases beschossen wird zur Atomisierung eines Anteils des Platins dieses Platinstückes.

5. Verfahren nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet, daß das Inertgas Argon unter einem niedrigen Druck im Bereich von etwa 1 bis 10 χ 10~ Torr 1st.

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6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Platinstück zur Verdampfung eines Teils des Platins des Platinstücks erhitzt wird.

7. Schottky-Grenzschichtkontakt; dadurch gekennzeichnet , daß er nach einem der Ansprüche 1-6 hergestellt ist.

8. Kontakt nach Anspruch 7, dadurch gekennze i chnet, daß der Körper aus Silizium-Halbleitermaterial den Leitfähigkeitstyp N besitzt.

9. Kontakt nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß· der Körper aus Silizium-Halbleitermaterial den Leitfähigkeitstyp P besitzt.

10. Kontakt nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper aus Silizium—Halbleiter-

material eine Netto-Aktivator-Konzentration von mehr als 10 • Atomen pro cm aufweist.

11. Kontakt nach Anspruch 8, dadurch. gekennzeichnet, daß der Körper aus Silizium-Halbleiter-* material eine resultierende oder Netto-Aktivator-Konzentration von weniger als 10 ⁷ Atomen pro cm besitzt.

12. Kontakt nach einem der Ansprüche 7-11, dadurch gekennzeichnet, daß die freiliegende Oberfläche des Körpers aus Silizium-Halbleitermaterial parallel zur kristallografischen Ebene <Clll^ ist.

13. Kontakt nach einem der Ansprüche. 7-11, dadurch gekennzeichnet, daß die freiliegende Oberfläche des Körpers aus Silizium-Halbleitermaterial parallel zur kristallografischen Ebene <100> ist.

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Kontakt, nach einem der Ansprüche 7 - H₁ dadurch gekennzeichnet, daß die freiliegende Oberfläche des Körpers aus Silizium-Halbleitermaterial parallel zur krxstallografischen Ebene <lio)> desselben ist.

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ORIGINAL INSPECTED