DE2512951A1

DE2512951A1 - Verfahren zur herstellung eines halbleiterbauelementes

Info

Publication number: DE2512951A1
Application number: DE19752512951
Authority: DE
Inventors: Osamu Asai; Moriaki Fuyama; Masanobu Hanazono; Masao Iimura; Masahiro Okamura; Hideyuki Yagi
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1974-03-25
Filing date: 1975-03-24
Publication date: 1975-10-02
Also published as: NL7503480A; US3968019A; JPS542066B2; JPS50132865A

Description

PATENTANWÄLTE 13 f. MÜNCHEN OO

MARIAHILFPLATZ 2 ft 3

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K. L. SCHIFF D-8 MÜNCHEN OS

du. A. v. FÜNER 2512951 Postfach osmeo

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dr. TJ. SCHÜBfiL-HOPF telkgis. auhomahcpat München

DIPL. INO. D. ERBINGHAUS TELEX 5-23 3«5 AVHO O

HITACHI, LTD. 24. März 1975

DA-11 672

Priorität: 25. März 1974, Japan, Nr. 32 574/74

Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelementes

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelementes mit niedrigem Leistungsverlust, insbesondere zur Herstellung eines Halbleiterbauelenierxtes iTiit geringem Leistungsverlust in Durchlassrichtung in Bereichen mit hoher Stromdichte bei hoher Schaltgeschwindigkeit,

Halbleiterbauelemente für niedrige Betriebsspannungen und hohe Schaltgeschwindigkeiten bestehen üblicherweise aus einem Halbleitersubstrat, das unter Ausbildung einer Schottky-Sperrschicht mit einem dünnen Metallüberzug beschichtet ist. Der Metallüberzug wird galvanisch oder durch Aufdampfen aufgebracht. Nach den bekannten Verfahren gelingt es jedoch nicht, die Substratoberfläche vollkommen von Verunreinigungen, insbesondere von Oxiden, zu befreien. Weiterhin ist bekannt, die Metallüberzüge durch Kathodenzerstäubung niederzuschlagen. Nach diesem Verfahren v/erden jedoch nur geringe Niederschlagsgeschwindigkeiten auf der Substratoberfläche erzielt. Die dadurch erforderliche längere Verarbeitungsdauer führt zu einer Verschlechterung

t
der Kenndaten der Halbleiterbauelemente durch Verunreini-

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gungen, durch V7ärmeeinfliisse und durch die entstehenden Baufehler im Halbleitergitter, die beim Beschuss mit geladenen Teilchen während der Kathodenzerstäubung erzeugt werden.'Als weiteres Verfahren zum Niederschlagen der Metallschichten wird die chemische Reaktion aus der Dampfphase verwendet. Bei diesem Niederschlagsverfahren werden jedoch relativ hohe Temperaturen benötigt, so dass auch dadurch die Qualität des Halbleitersubstrats ungünstig beeinflusst wird. Ausserdem wird das Niederschlagen von Überzügen durch Reaktion aus der Dampfphase in aller Regel in der Gegenwart von Halogenen durchgeführt, die das Maskenmaterial«, in der Regel Oxidschichten, angreifen. Zur Herstellung von Metallüberzügen auf Halbleitersubstraten hat sich das Niederschlagen aus der Dampfphase für Metallschichten daher nicht bewährt. Bewährt haben sich die zuvor beschriebenen bekannten Verfahren nur dort, wo die Metallüberzüge auf HaIbleitersubstraten winzige Flächenabmessungen aufweisen, beispielsweise zur Herstellung von Kontakten auf Dotierungsbereichen. Diese Verfahren sind jedoch unbrauchbar, wenn sie für die Herstellung von hoch lastfesten Halbleiterbauelementen im industriellen Produktionsmassstab eingesetzt werden sollen.

Zur Modifizierung von Halbleiteroberflächen ist weiterhin das Verfahren der Ionenimplantation bekannt. Dabei wird ein Ionenstrahl mit dem Ziel auf eine Halbleiteroberfläche gerichtet, eine Diffusionsschicht auf bestimmten Oberflächenbereichen mit einer bestimmten Konzentration herzustellen. Aufgrund der regelmässig hohen Energie, mit der die Ionen des Strahls auf die Halbleiteroberfläche geschossen werden, werden auf diese Weise Diffusionsschichten hoher Konzentration und mit einer Dicke von weit über 1000 Ä erhalten. Zwischen dem Halbleitersubstrat und der Prontjdieser Diffusionsschicht entsteht ein pn-übergang. Zwangsläufig wird durch diese Ausbildung des pn-Überganges beim Betrieb dieser Elemente ein hoher Spannungsabfall in Durchlassrichtung erzeugt.

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Auch kann entsprechend durch das Verfahren der Ionenimplantation auf der Diffusionsschicht kein ohmscher Kontakt hergestellt v/erden. Auf den so durch Implantation hergestellten Diffusionsschichten müssen ohmsche Kontakte nach anderen Verfahren, in der Regel galvanisch oder durch Aufdampfen, hergestellt werden.

Schliesslich ist bereits vorneschlagen worden, Halbleiterbauelemente mit hohen Schalt.geschwindigkeiten durch Eindiffundieren von Gold herzustellen. In einem Siliciumhalbleitersubstrat wird durch Eindiffundieren von Gold ein pn-iJbergan g hergestellt. Anschliessend wird unter Ausbildung eines ohiaschen Kontaktes eine Elektrode aufgebracht. Durch die Golddotierung wird die Lebensdauer der Minoritätsladungsträger im Halbleiter verkürzt. Beim Anlegen einer Spannung in Sperrichtung wird daher auch die Konzentration der verbleibenden Minoritätsladungsträger vermindert. Der Einfluss der Minoritätsladungsträger auf die Kenndaten wird auf diese Weise weitgehend unterdrückt. Mit der so erhältlichen höheren Schaltgeschwindigkeit wird jedoch eine Verringerung der Konzentration der Minoritätsladungsträger in Kauf genommen. Zusätzlich stellt der pn-übergang naturgemäss eine hohe Ladungsträgerdiffusionsschwelle dar, wodurch hohe Spannungsverluste in Durchlassrichtung herbeigeführt werden.

Ein Ziel der Erfindung ist daher die Schaffung eines auch in der Technologie neuen Verfahrens zur Herstellung eines Halbleiterbauelementes mit geringen Leistungsverlusten auch im Bereich hoher Stromdichten und schneller Schaltgeschwindigkeiten.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Ionenplattierungsverfahrens zur Herstellung eines Metall-Halbleiterkontaktüberganges auf einem Halbleitersubstrat,

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wobei der Kontaktübergang einen verringerten Leistungsverlust in Durchlassrichtung bei hohen Stromdichten oder im Bereich hoher Spannungen sowie hohe Schaltgeschwindigkeiten im Vergleich zu Halbleiterbauelementen ermöglicht, deren pn-Übergänge durch Diffusion hergestellt sind.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens 2ur Ionenplattierung von Halbleitersubstraten zur Herstellung von Metall-HalbleiterÜbergängen.

Schliesslich ist es nach einem anderen Aspekt Ziel der Erfindung, ein industriell auch für die Produktion im grossen Massstab einsetzbares Verfahren zur Herstellung technisch verwertbarer Halbleiterbauelemente zu schaffen, das auf dem Prinzip der Ionenplattierung arbeitet.

Angesichts des beschriebenen Standes der Technik liegt der Erfindung also die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelementes mit niedrigem Leistungsverlust im Bereich hoher Lasten für hohe Schaltgeschwindigkeiten zu schaffen, das die Herstellung solcher Halbleiterbauelemente mit ausgezeichneten Kenndaten im Rahmen der industriellen Produktion mit hohen Stückzahlen wirtschaftlich ermöglicht.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren der eingangs genannten Art vorgeschlagen, das erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet ist, dass man ein Halbleitersubstrat in einer Inertgasatmosphäre unter vermindertem Druck auf einer Kathode haltert und dass man das Substrat mit Metallteilchen beschiesst, die man in einem Glimmentladungsbereich ionisiert hat, und dass man so auf dem Substrat einen Metallüberzug unter Ausbildung eines Halbleiter-Metallkontaktüberganges niederschlägt.

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Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird das Verfahren

-1 -4

bei einem Druck von 1,33 * 10 bis 1,33 * 10 iribar

— 1 —4
(entsprechend 10 bis 10 Torr) in einer Inertgasatmosphäre in der Weise ausgeführt, dass unmittelbar unter dem Metallüberzug in der Oberfläche des HalbleiterSubstrats eine 1 bis 100 nm dicke Metalleinschußschicht gebildet wird.

Die Erfindung schafft also ein Verfahren zur Herstellung eines Metallüberzuges auf einer hinreichend gesäuberten Halbleitersubstratoberflache durch Ionenpiattierung, wobei ein Halbleiterbauelement bzw. eine Halbleiterstruktur erhalten wird, die sich durch einen ausserorderitlich geringen Leistungsverlust und durch eine ausserordentlich schnelle Schaltbarkeit auszeichnet. Hinsichtlich seines Aufbaues und seiner Kenndaten unterscheidet sich das so erhaltene Bauelement wesentlich von ähnlichen Bauelementen, deren pn-Übergänge durch die Grenzen von Diffusionsschichten gebildet werden. Das Verfahren wird dabei vorzugsweise so geführt, dass in der Grenzfläche zwischen dem Metallüberzug und dem Halbleitersubstrat eine sehr dünne Metalleinschußschicht ausgebildet wird, die sich von der Phasengrenzfläche der Metallschicht aus in den Halbleiter hinein erstreckt.

Die Erfindung ist im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine

Vorrichtung zur Ionenpiattierung;

Fig. 2 in graphischer Darstellung Strom

dichte-Spannungskennlinien für Bauelemente der Erfindung und Vergleichsbauelemente;

B f) S a L Π / Π 7 9 3

Figuren 3a bis

3f im Querschnitt sechs Herstellungs

stadien eines Bauelementes zur Erläuterung des Verfahrens der Erfindung;

Fig. 4 in graphischer Darstellung Strom

dicht e-Spannungskennlinien für Bauelemente, die bei verschiedenen' Kathodenspannungen hergestellt sind;

Fig. 5 in graphischer Darstellung Strom

dichte-Spannungskennlinien für Bauelemente, die bei verschiedenen Drücken hergestellt sind;

Fig. 6 in schematischer Darstellung eine

Vorrichtung zur Ionenpiattierung zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung;

Fig. 7 ' . Stromdichte-Spannungskennlinien für

Bauelemente, die in der in Fig. 6 gezeigten Vorrichtung bei verschiedenen Kathodenspannungen hergestellt sind;

Fig. 8 in graphischer Darstellung Strom

dichte-Spannungskennlinien für Bauelemente, die in der in Fig. 6 gezeigten Vorrichtung bei verschiedenen Drücken hergestellt sind;

Fig. 9 Stromdichte-Spannungskennlinien für

nach dem Verfahren der Erfindung

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_ 7 —

hergestellte Bauelemente, die verschiedenen Wärmebehandlungen unterzogen wurden;

Figuren 10a

bis 10d im Querschnitt vier Herstellungsstadien eines Bauelementes zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung und

Fig. 11 im Querschnitt ein weiteres erfin-

dungsgemäss hergestelltes Bauelement.

Die Erfindung schafft ein Verfahren zur Herstellung einer dünnen Metallschicht auf einem Halbleitersubstrat durch Ionenpiattierung. Dabei wird eine Gleichrichterstruktur erhalten, die durch einen geringen Spannungsabfall in Durchlassrichtung bei hoher Stromdichte, hoher Durchschlagfestigkeit und hoher erzielbarer Schaltgeschwindigkeit ausgezeichnet ist. Die Struktur weist vorzugsweise eine Metalleinschußschicht in der Oberfläche des Halbleitersubstrats auf, die von einigen bis zu 100 Nanometer tief ist. Auf dieser Metalleinschußschicht ist eine Kontaktschicht mit ohmschen Kenndaten ausgebildet. Die ohmsche Kontaktschicht besteht aus demselben Metall, das auch die Metalleinschußschicht bildet. Die Metalleinschußschicht ist im Rahmen dieser Beschreibung als ein Bereich im Halbleiter definiert, in dem das Bezugsmetall in einer atomaren Konzentration von mindestens

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10 cm vorliegt. Die im Rahmen dieser Beschreibung angegebenen Analysendaten für die Metalleinschußschicht einschliesslich der Angaben ihrer Dicke v/erden nach Entfernen des Metallüberzuges mittels einer Ionenmikrosonde gemessen.

Die Gleichrichtereigenschaften des Halbleiterbauelementes

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werden durch eine mit dieser Metalleinschußschicht identischen Sperrschicht bestimmt. Für die Stromdichte-Spannungskennlinien gelten die folgenden Funktionen:

J = JgtexpCqV/nkT)"¹) (1)

J₅ = AT²exp(-q0_B/kT) ' (2)

In diesen beiden Gleichungen bedeuten:

B
V

Stromdichte

Sättigungsstromdichte

Ladung des Elektrons

Boltzmann-Konstante

absolute Temperatur

Richardson-Konstante

Schwellenhöhe der Sperrschicht an der Sperrschicht liegende Spannung aus dem Gradienten der Durchlassspannungs-Durchlassstrom(im logarithmischen Maßstab)-Kennlinien abgeleiteter Koeffizient

Je dichter in der Gleichung 1 also der Wert des Koeffizienten η bei Eins" liegt, desto idealer ist die Sperrschicht. Eine ideale Sperrschicht ist wiederum die Voraussetzung für einen Gleichrichter mit niedrigem Leistungsverlust.

Nach dem Ionenpiattierungsverfahren werden die verdampften Teilchen in einer Glimmentladung ionisiert. Die so ionisierten Teilchen werden dann durch elektrostatische Anziehungskräfte auf das zu beschichtende Substrat gezogen. Dieses Substrat ist auf einer als Kathode geschalteten Elektrode gehaltert. Dieses Verfahren der Ionenpiattierung ist dem bekannten Verfahren der Kathodenzerstäubung insbesondere durch wesentlich grössere Adhäsionskräfte überlegen.

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Durch die wirkenden elektrostatischen Anziehungskräfte wird ein wesentlich grösserer Wirkungsgrad der Niederschlagsbildung erzielt.

Ein einfaches, den prinzipiellen Aufbau zeigendes Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung zur Durchführung der Ionenplattierung ist in Fig. 1 gezeigt. Die unter der Vakuumhaube 1 liegende Kammer kann durch ein in der Figur nicht dargestelltes System evakuiert v/erden. Auf der Kathode wird das zu beschichtende Substrat gehaltert. Das Schiffchen 3, das das zu verdampfende und niederzuschlagende Material aufnimmt, kann durch eine Stromquelle 4 erhitzt werden. Die Kathode 2 ist durch eine Spannungsquelle 5 beaufschlagbar. Druck und Zusammensetzung der Atmosphäre in der Vakuumkammer sind regelbar. Zwischen der das zu beschichtende Halbleitersubstrat tragenden Kathode 2 und der als Anode geschalteten Quelle 3 wird eine Glimmentladungszone aufgebaut. Die aus der Quelle 3 verdampfenden MetaIlteilchen treten durch diese Glimmentladungszone, werden dort ionisiert und aufgrund ihrer in der Glimmentladungszone erteilten elektrischen Ladung zur Kathode gezogen.

Die Glimmentladung wird durch Anlegen einer Spannung zwischen der Kathode 2 und der Anode 3 in der Vakuumkammer erzeugt. Alternativ kann die Glimmentladungszone jedoch auch durch ein spezielles Glimmelektrodenpaar aufgebaut werden, das zwischen der Anode und der Kathode der Kammer angeordnet ist. Die Ionenplattierung wird vorzugsweise bei einer Kathodenspannung im Bereich von 0,5, bis 10 kV und einem Inertgasdruck im Bereich von 1,33 * 10 bis 1,33 ♦ 10 mbar,

-1 -4

entsprechend 10 bis 10 Torr, durchgeführt. Zur Verbesserung des Wirkungsgrades der Ionisierung der verdampften bzw. verdampfenden Metallteilchen sind möglichst niedrige Drücke vorzuziehen. In diesem Fall wird die angelegte Gleichspannung vorzugsweise entwede"r mit einer Radiofrequenz-

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Wechselspannung überlagert oder in Verbindung mit einer nicht fokussierten Elektronenkanone eingesetzt. Unter diesen Bedingungen wird in der Halbleitersubstratoberfläche eine Metalleinschußschicht gebildet, die von einigen bis zu 100 lim dick ist, gemessen von der Substratoberfläche aus. Auf dieser Metalleinschußschicht ist vorzugsweise, jedoch nicht notwendigerweise, eine'Kontaktschicht mit ohmscher Charakteristik ausgebildet, die dasselbe Metall enthält, aus dem die Meta11einschußschicht aufgebaut ist.

Als Substratmäterial werden vorzugsweise verwendet: Undotiertes Siliciuineinkristallmaterial, p-dotiertes oder-η-dotiertes Siliciumeinkristallmaterial, Galliumarsenid, Galliumphosphid oder kristallines Germanium. Das Substrat kann in an sich bekannter Weise nach den Erfordernissen des Einsatzgebietes dotiert sein. Vorzugsweise ist das Substrat dabei in der Weise dotiert, dass der spezifische elektrische Widerstand des Substrats im Bereich der mit dem Metall zu beschichtenden Oberfläche grössenordnungsmässig 10 bis 0,1 Ohm«cm beträgt. Die Störstellenkonzentration im Substrat richtet sich dabei nach diesen vorzugsweise eingestellten Werten des spezifischen elektrischen Widerstandes.

Für die Herstellung.von Metall-Halbleiterübergängen mit gezielt und reproduzierbar einstellbaren Kenndaten muss das Halbleitersubstrat zumindest auf der zu beschichtenden Oberfläche zumindest so weit gereinigt sein, dass diese keine substratfremden Verbindungen mehr trägt. Zur Herstellung solcher Oberflächen werden nach dem Stand der Technik die Halbleitersubstrate in üblicher Weise chemisch gereinigt und unmittelbar anschliessend in die Zerstäubungsvorrichtung eingebracht, wo sie durch eine Kathodenzerstäubung bei etwa 1 bis 2 kV beschichtet werden.

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Im Gegensatz dazu wird im Rahmen der Erfindung vorzugsweise ein Verfahren zur Reinigung der Substratoberfläche angewendet, nach dem die zu plattierende Substratoberfläche in der Vorrichtung zur Durchführung der Ionenpiattierung selbst als Kathode geschaltet der Kathodenzerstäubung und damit der intensiven Oberflächenreinigung unterzogen wird. Dazu wird das Substrat auf der Kathode'innerhalb der Vakuumkammer der Ionenpiattierungsvorrichtung gehaltert. In der Kammer

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wird ein Druck von 1,33*10 bis 1,33*10 mbar eingestellt, wobei als Inertgas die relativ schweren Edelgase Argon und Xenon bevorzugt werden. Ohne dass die bereits gefüllte Verdampfungsquelle erhitzt wird, wird zwischen der Anode und der Kathode eine Spannung angelegt, die eine Glimmentladung aufbaut. Unter dem Einfluss der Glimmentladung werden die Inertgasatome ionisiert und zur Kathode hin beschleunigt. Durch die aufschlagenden Inertgasionen wird die Substratoberfläche nach Art des Kathodenzerstäubungseffektes gereinigt. Dabei werden insbesondere auf der Substratoberfläche haftende Oxidschichten, Ätzmittelreste und Photolackreste vollständig abgetragen. Auf diese Weise werden gereinigte Halbleitersubstratoberflächen erhalten, deren Reinheitsgrad dem Reinheitsgrad nach bekannten Verfahren gereinigter und für die Kathodenzerstäubung vorbereiteter Substratoberflächen weit überlegen ist. Durch diese Reinigung der Substratoberfläche wird eine gleichmässige und feste Haftung des anschliessend aufgebrachten Metallüberzuges auf der Substratoberfläche bewirkt. Wenn dagegen nach chemischer Reinigung die Substratoberflächen nach dem Stand der Technik anschliessend kathodisch abgestrahlt werden, müssen die so gereinigten Oberflächen dann anschliessend aus der Vakuumkammer entnommen und in die Aufdampfvorrichtung überführt werden. Dadurch treten erneut Verunreinigungen auf. Dieser Schritt entfällt im Verfahren der Erfindung. Dadurch können grössere fehlerfreie Metall-Halbleiterübergangsgrenzflächen nach dem Verfahren der

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Ionenpiattierung hergestellt werden. Das Verfahren der Erfindung ermöglicht also die industriell wirtschaftliche Herstellung von Halbleiterbauelementen mit grossen und sehr grossen effektiven Metall-Halbleiterübergangsflächen.

Zur Durchführung des Verfahrens werden zunächst das Halbleitersubstrat an der Kathode gehaltert und das zu verdampfende Material in das Schiffchen eingetragen. An-

*' —5 schliessend wird die Vakuumkammer verschlossen und auf 1,33-10

—S

bis 1,33*10 inbar evakuiert. Durch Einlassen des Inertgases wird dann in der Kammer schliesslich ein Druck .

— 1 —4

von 1,33*10 bis 1,33*10 mbar eingestellt. Anschliessend wird die Verdampfungsquelle erhitzt und wird an die Kathode die zur Durchführung der Ionenpiattierung erforderliche Spannung angelegt.

Zur Herstellung der Metallüberzüge auf dem Halbleitersubstrat können prinzipiell beliebige Metalle, Metallgemische und Metallegierungen eingesetzt werden. Vorzugsweise werden Nickel, Kupfer, Gold, Silber, Zinn, Blei, Aluminium, Indium, Platin, Gallium, Wolfram, Molybdän und deren Legierungen verwendet, mit denen die besten experimentellen Ergebnisse erhalten wurden.

Als Inertgase für die Atmosphäre in der Unterdruckkammer der Ionenpiattierungsvorrichtung dienen vorzugsweise Helium, Neon, Argon, Krypton, Xenon und Gemische dieser Gase. Bei Verwendung einer Gleichspannungsquelle wird der Inertgasdruck auf 1,33·10~¹ bis 1,33*10~³ mbar eingestellt. Bei höheren Inertgasdrücken nimmt der spezifische elektrische Widerstand der Überzüge zu. Ausserdem werden merkliche Mengen Inertgas im Überzug eingeschlossen. Beim Absenken

-4 des Inertgasdruckes in den Grossenordnungsbereich von 1,33*10

-4
mbar entsprechend 10 Torr werden zwar die Eigenschaften des erhaltenen Metallüberzuges verbessert, nimmt jedoch

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auch die mittlere freie Weglänge der verdampften Metallteilchen zu, so dass der Ionxsierungswirkungsgrad, also die Wahrscheinlichkeit der Ionisierung der Teilchen, spürbar vermindert wird. Beim Arbeiten mit sehr geringen Inertgasdrücken müssen also Massnahmen zur Erhöhung der Ionisierungswahrscheinlichkeit getroffen werden. Zu diesem Zweck kann insbesondere eine Hochfrequenz- oder Radiofrequenzüberlagerung eingesetzt werden.

Die Ionisationswahrscheinlichkeit der verdampften Metallteilchen ist weiterhin eine Funktion der Kathodenspannung. Deren Wert wird jedoch wesentlich durch die Konfiguration des auf der Kathode gehalterten Halbleitersubstrates bestimmt. Bei sehr geringen Kathodenspannungen werden keine Meta11einschußschichten gebildet. Bei beabsichtigter Bildung von Metalleinschußschichten und zu geringen Kathodenspannungen werden in der Substratoberfläche nur unzureichend tiefe und ungleichmässige Metalleinschußschichten erhalten. Auf der anderen Seite tritt bei einer zu hohen Kathodenspannung ein zumindest teilweises Schmelzen der Substratoberfläche auf und können Funkenüberschlage zur Substratbeschädigung führen. Vor dem Erreichen dieser Grenzspannungen liegt jedoch bereits ein Bereich der Kathodenspannung, bei der die Metallteilchen unerwünscht tief in das Halbleitersubstrat eindringen. Dabei entstehen über 100 nm dicke Implantationsschichten, die pn-Übergänge ausbilden und im Betrieb solcher Halbleiterelemente zu den eingangs beschriebenen unerwünschten hohen Spannungsabfällen führen. Dem Fachmann ist es ohne weiteres möglich, anhand weniger Versuche diejenige Kathodenspannung zu ermitteln, bei der er die erwünschte, weniger als 100 nm dicke Metalleinschussschicht erhält.

Mitunter werden Substrate nach dem Verfahren der Ionenplattierung zu beschichten sein, deren Oberfläche teilweise

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mit Isolatorschichten, beispielsweise mit Oxidschichten, bedeckt ist oder Isolatorbereiche, beispielsweise elektrostatische Schutzringe, aufweist. Beim Niederschlagen der Metalle nach dem Ionenplattierungsverfahren auf diese Schichten oder Bereiche können in diesen elektrische Ladungen angesammelt werden, die die Durchschlagschwelle überschreiten. Solche unerwünschten Entladungen können mitunter zu störenden Baufehlern im Halbleitersubstrat führen. Zur Vermeidung dieser unerwünschten Entladungen ist es empfehlenswert, das Substrat mit einer dünnen, elektrisch leitenden Schicht zu überziehen. Die auf die Substratoberfläche aufgebrachte Ladung kann dann,ohne sich anzusammeln, über die elektrisch leitende Schicht gleichmässig durch das Substrat auf die Kathode abfliessen. Nach Abschluss der Ionenpiattierung wird der unerwünschte Leiterüberzug entfernt. Die Dicke dieses elektrisch leitenden HilfsÜberzuges wird dabei so gewählt, dass sie dünn genug ist, um die Ausbildung der Metalleinschußschicht im Halbleitersubstrat unterhalb der elektrisch leitenden Schicht durch die auftreffenden Metallteilchen nicht zu behindern, dass sie aber auf der anderen Seite ausreichend gross ist, um eine Ladungsanhäufung zu verhindern. Die Dicke dieser zusätzlichen elektrisch leitenden Hilfsschicht liegt vorzugsweise in der Grössenordnung von 5 bis 50 nm.

Als Maskenmaterial zur Herstellung von Metallbeschichten bestimmter Konfiguration auf und in der Halbleitersubstratoberfläche dient vorzugsweise ein Photolack. Unter den Bedingungen der Ionenpiattierung treten die auf die Substratoberfläche auftreffenden Metallteilchen ungehindert durch die entwickelten Bereiche des Photolacks hindurch, während sie die nicht entwickelten Bereiche nicht durchdringen können. Das Substrat kann daher unter Verwendung einer verfahrenstechnisch einfachen Photolackmaske ausserordentlich genau nach einem vorgegebenen Muster

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— 1 D —

plattiert werden. Dabei ist ein Entfernen der Entwicklungsrückstände der Maske aus der Photolackschicht nicht erforderlich. Im Gegensatz dazu ist jedoch bei den herkömmlichen Aufdampfverfahren die Entfernung der nach der Entwicklung verbleibenden Photolackreste aus der Maske unbedingt erforderlich, da diese Rückstände die Haftung der aufgedampften Metallschicht auf der Substratoberfläche negativ beeinflussen. Die entwickelten Photolackreste werden in gebräuchlicher Weise aus der Maske durch ein Atzmittel herausgelöst. Dabei wird jedoch stets auch die nicht entwickelte Maske angegriffen, und zwar zumindest in einem Mass, dass die Schärfe und Genauigkeit der Maskengeometrie beeinträchtigt wird. Da beim Verfahren der Ionenpiattierung dagegen die nach der Entwicklung stehen gebliebenen Photolackreste nicht aus der Maske ausgeätzt werden müssen, ist nach dem Verfahren der Erfindung mit einer einfachen Photomaske unter Auslassung eines nach dem Stand der Technik erforderlichen Verfahrensschrittes eine wesentlich höhere geometrische Genauigkeit der Metallbeschichtung erzielbar.

Die Eigenschaften des durch Ionenpiattierung hergestellten Halbleiterbauelementes werden durch eine an die Plattierung anschliessende in der Vakuumkammer der Plattierungsvorrichtung erfolgende Wärmebehandlung weiter verbessert. Die erhaltene, in der Ionenplattierungsvorrichtung gehalterte Struktur wird in der Inertgasatmosphäre durch Anlegen einer Spannung zwischen der Anode und der Kathode der Vorrichtung durch eine Glimmentladung auf die gewünschte Temperatur erhitzt. Für die nach der Ionenpiattierung erfolgende Wärmebehandlung wird vorzugsweise eine Temperatur eingestellt, die im Bereich von über 350 C für einen Siliciumhalbleiter, jedoch unterhalb derjenigen Temperatur liegt, bei der das Silicium und das niedergeschlagene Metall chemische miteinander reagieren.

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Beispiel 1

Ein 200 /Um dickes η -Siliciumeinkristallsubstrat wird in Wasser gewäsehen, zunächst alkalisch gereinigt, dann sauer gereinigt und schliesslich in Wasser mit Ultraschall gereinigt. Das so in an sich bekannter Weise gereinigte Substrat wird in eine Vorrichtung zum Aufbringen epitaktischer Schichten eingebracht. Nach Ätzen mit Wasserstoff wird auf der Substratoberfläche epitaktisch ein 8 /um dicker n-Siiiciumeinkristall mit einem spezifischen elektrischen Widerstand von 0,5 Ohio·cm aufgewachsen. Das so hergestellte Substrat wird in der in Fig. 1 gezeigten Ionenpiattierurigsvorrichtung auf der Kathode 2 so gehaltert, dass die epitaktisch aufgewachsene n-Siliciumeinkristalloberflache der Verdampfungsquelle 3 zugekehrt ist. Das Schiffchen der Verdampfungsqueile ist mit Aluminium beschickt. Nach

— 8 Schliessen der Vakuumkammer wird auf 1,33*10 mbar evakuiert.

Änschliessend wird durch Einlassen von Argon ein Druck

—2
von 1,33*10 mbar eingestellt. Nach der Stabilisierung des Druckes in der Kammer wird das Verdampfungsschiffchen durch die Stromquelle 4 vorsichtig so weit erwärmt, dass noch keine Atome der Beschickung aus der Quelle austreten. Unter diesen Bedingungen wird zwischen die Kathode und dem Verdampfungsschiffchen 3 eine Spannung von 4 kV angelegt, so dass zwischen beiden Elektroden eine Glimmentladung erzeugt wird. Unter diesen Bedingungen wird die Substratoberfläche durch Zerstäubung unter dem Auftreffen der Inertgasionen 10 min gereinigt. Anschliessend wird unter Aufrechterhaltung der Glimmentladung bei 1,33*10 mbar nach Erhöhung des Heizstromes der Quelle 3 Aluminium auf das Siliciumsubstrat in einer Dicke von 5 /um niedergeschlagen. Anschliessend wird das Substrat aus der Kammer genommen und die erhaltene Aluminiumschicht nach einer vorgegebenen Geometrie geätzt. Die η -Substratoberfläche wird mit einem Goldanschluss versehen. An dem so erhaltenen

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Bauelement werden der Spannungsabfall in Durchlassrichtung und die Stromdichte gemessen.

Zum Vergleich werden Prüflinge identischer Konfiguration in an sich bekannter Weise durch Ionenimplantation und
durch thermische Diffusion hergestellt und vermessen.

Die erhaltenen Messergebnisse sind in der Fig. 2 dargestellt. Die Kennlinie A wird für das nach Beispiel 1
hergestellte Element erhalten. Die Kennlinie B für das
durch Ionenimplantation hergestellte Element und die
Kennlinie C für das durch thermische Diffusion hergestellte Bauelement. Ein Vergleich der drei Kennlinien zeigt,
dass das erfindungsgemäss hergestellte Bauelement noch im Bereich einer Stromdichte von 100 A/cm eine nur ausserordentlich niedrige Durchlassspannung erfordert. Es kann also bei einer deutlich niedrigeren Betriebsspannung als die Vergleichselemente eingesetzt werden.

Beispiel 2

In der im Beispiel' 1 beschriebenen Weise wird eine epitaktische n-Siliciumeinkristallschicht mit einem spezifischen elektrischen Widerstand von 0,5 Ohm·cm auf einem η -Siliciumeinkristallsubstrat hergestellt. Auf der epitaktischen n-Einkrista 11 schicht wird ein Siliciurndioxidüberzug hergestellt. Die Oxidschichtdicke beträgt 2 ,um. Die Oxidschicht wird durch chemische Reaktion aus der
Dampfphase niedergeschlagen. Durch Ätzen wird in der Oxidschicht ein Fenster mit einem Durchmesser von 0,1 mm geöffnet, Die so erhaltene Struktur wird in der im Beispiel 1 beschriebenen Weise gründlich gereinigt. Anschliessend wird eine 3 ,um dicke Aluminiumschicht durch Ionenplattierung auf die Oberfläche der Struktur niedergeschlagen. Die
Kathodenspannung beträgt 2 kV, der Druck der Argonatmosphäre

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—2

1,33*10 mbar. Anschliessend wird die so plattierte Aluminiumschicht entsprechend einer vorgegebenen Konfiguration geätzt und das Substrat mit Goldanschlüssen versehen. Die Schwellenhöhe des so hergestellten Halbleiterhauelementes mit einen Metall-Halbleiterübergang beträgt 0,69 bis 0,75 eV.

Beispiel 3

Ein η -Siliciumeinkristall mit einer Dicke von 200 /urn wird mit Wasser gewaschen, alkalisch gereinigt, anschliessend in Säure gereinigt und dann mit Ultraschall in Wasser gereinigt. Das so gereinigte Substrat wird in eine Vor- richtung zum epitaktischen Aufwachsen eingebracht. Nach Atzen mit Wasserstoff wird in einer Dicke von 8 /um eine n-SiliciumeinKristallschicht mit einem spezifischen elektrischen Widerstand von 0,5 Ohm*cm aufgewachsen. In der im Beispiel 1 beschriebenen Weise wird das so hergestellte Substrat anschliessend durch Kathodenzerstäuben gereinigt. Auf das so gereinigte Substrat wird in einer Dicke von 5 /um eine Kupferschicht durch Ionenpiattierung aufgebracht. Auf die Kupferschicht wird eine Aluminiumschicht aufgebracht. Nach Ätzen der Metallschicht entsprechend einer vorgegebenen Konfiguration werden auf das η -Substrat Goldanschlüsse aufgelötet. An dem so hergestellten Halbleiterbauelement wird eine Schwellenhöhe von 0,80 bis 0,87 eV gemessen.

Beispiel 4

Ein Galliumarsenideinkristall mit einer Dicke von 200 /um wird in 5 mm · 5 mm grosse Stücke geschnitten. Diese Substrate werden chemisch und in Wasser mit Ultraschall in der im Beispiel 1 beschriebenen Weise gereinigt. In das Substrat wird Zink mit einer atomaren Oberflächenstör-

19 -3

Stellenkonzentration von 1 · 10 cm diffundxert. Dxe Dicke der so hergestellten ρ -Schicht beträgt 5 /um. In einer

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Vorrichtung zum Ionenpiattieren wird das Substrat durch Zerstäubungstechnik oberflächengereinigt. Auf die gereinigte Oberflache wird eine 3 /Uin dicke Indiumschicht durch Ionenplattierung bei 2 kV Kathodenspannung und einem Argondruck

-2
von 1,33 * 10 rnbar niedergeschlagen. Die an dem so hergestellten Halbleiterbauelement gemessene Schwellenhöhe beträgt 0,85 bis 0,93 eV.

Beispiel 5

Zur Untersuchung der Ionenplattierungsbedingungen wird ein Halbleiterbauelement mit einer in seiner Abmessung festgelegten Metallschicht hergestellt. Dazu wird ein η -Siliciumsubstrat 11 (Fig. 3a) mit einem spezifischen elektrischen Widerstand von 0,01 Ohm*cm verwendet. Auf diesem Substrat wird in einer Dicke von 10 bis 15 ,um epitaktisch eine n-Siliciumeinkristallschicht 12 mit einem spezifischen elektrischen Widerstand von 2 Ohm'cm aufgewachsen (Fig. 3b). Auf dieser ochicht wird mit einer Dicke von etwa 10 ,um eine Oxidschicht 13 (Fig. 3c) gebildet. Diese Oxidschicht wird durch Oxidation der epitaktischen n-Siliciumschicht in Wasserdampf bei 1050 ⁰C hergestellt. Alternativ kann der Oxidüberzug auch durch Niederschlagen durch eine chemische Reaktion aus der Dampfphase, durch Aufdampfen oder durch ein Kathodenzerstäubungsverfahren hergestellt werden. In der Oxidschicht 13 wird ein Fenster mit einem Durchmesser von 1,0 mm durch ein gebräuchliches Ätzverfahren geöffnet (Fig. 3d). Das Fenster 14 dient als Kontaktfenster. Durch dieses Fenster hindurch wird der elektrische Kontakt zur n-Siliciumschicht 12 hergestellt. Unter Anwendung verschiedener Kathodenspannungen und verschiedener Inertgasdrücke wird das Sperrschichtmetall 15, Aluminium, durch Ionenplattierung niedergeschlagen (Fig. 3e). Durch ein gebräuchliches Photoätzverfahren werden die nicht benötigten Bereiche der Aluminiumschicht unter Ausbildung der Aluminiumkontaktfläche entfernt. Dabei wird die in Fig. 3f

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gezeigte Diode erhalten, die einen sehr niedrigen Leistungsverlust aufweist.

In der Fig. 4 sind die Kennlinien für Prüflinge gezeigt, die auf diese Weise bei einem Druck von 2,66 bis 3,99 * 10 mbar erhalten werden. Die bei der Ionenplattierung zwischen Kathode und Anode angelegten Spannungen betragen 1, 1,5, 2, 3, 5 und 10 kV. Die an diesen Prüflingen gemessenen Stromdichte-Spannungskennlinion sind in der Fig. 4 mit der Kathodenspannung als Parameter dargestellt. Bei der Aufnahme der Kennlinien liegt am Aluminium das positive, am Substrat das negative Potential.

Aus den in Fig. 4 gezeigten Kennlinien wird der Koeffizient η aus den Gleichungen 1 und 2 bestimmt. Die Daten zeigen, dass bei einer Spannung zwischen der Kathode und der Anode beim Ionenplattieren von über 1,5 kV ein Koeffizient η erhalten wird, der ausreichend dicht bei Eins liegt.

In der Fig. 5 sind die an gleichartigen Prüflingen ebenfalls in Durchlass rich tun Cj gemessenen Stromdichte-Spannungskennlinien dargestellt, die bei einer Spannung zwischen der Anode und der Kathode bei der Ionenplattierung von 2 kV und dem Druck als Parameter erhalten werden. Die Inert-

— 3 —3

gasdrücke betragen 10,67 * 10 mbar (entsprechend 8*10 Torr),

12 · 10~³ mbar (entsprechend 9,10~³ Torr), 2,7 bis 4 · 10"² mbar

— 2 —2

(entsprechend 2 bis 3*10 Torr), 6,67 * 10 mbar (ent--

sprechend 5·1θ"² Torr) und 1,33 * 10~¹ mbar (T10~¹ Torr). Aus den in Fig. 5 gezeigten Kennlinien wird der Koeffzient η bestimmt. Die Daten zeigen, dass die Werte für den Koeffizienten η ausreichend dicht bei Eins liegen, wenn die Inertgasdrücke beim Ionenplattieren über 12 * 10 mbar (entsprechend 9*10 Torr) liegen.

ORIGINAL INSPECTPD

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Beispiel 6

Die im Beispiel 5 beschriebenen Ergebnisse zeigen, dass für einen Inertgasdruck von mindestens 12 · 10 mbar in einer einfachen Vorrichtung zur Durchführung der Ionen-plattierung gute Ercjebnisse erhalten werden. Aufcjrund der physikalischen Zusammenhänge sind bessere Ergebnisse für die Eigenschaften des Metallüberzuges, insbesondere eine verbesserte Durchschlagfestigkeit, zu erwarten, wenn die Ionenpiattierung bei niedrigeren Drücken erfolgt. In der Fig. 6 ist in vereinfachter Darstellung eine verbesserte Vorrichtung zur Durchführung der Ionenplattierung unter Anwendung von Radiofrequenzen dargestellt. Auf der Kathode in der Vakuumkammer 1 wird das Substrat gehaltert. Die Verdampfungsquelle 3 ist als Anode geschaltet. Die Verdampfung squelIe 3 wird von einer Heizstroinquelle 4 gespeist. Die Radiofrequenzwechselspannung wird von einer Quelle 5 erzeugt. Zwischen der Anode 3 und der Kathode 2 liegen eine ausschwenkbare Blende 6 und eine Radiofrequenzhilfselektrode 7,

Die Radiofrequenz-Ionenplattierungsvorrichturig wird auf 1,33 ·

—fi -—7

10~ bis 1,33 · 10 mbar evakuiert. Zur kathodischen Reinigung der Substratoberfläche wird Argon bis zu einem Druck

-2 -3

von 1,33 - 10 bis 1,33 · 10 mbar in die Kammer eingelassen. Die Reinigung der Substratoberfläche erfolgt durch Abstrahlen bei einer Kathodenspannung im Bereich von 1 bis 2 kV. Anschliessend wird in der Vakuumkammer konstant geregelt ein Druck von 6,67 · 10~ mbar (5'10~ Torr) eingestellt. Die Ionenplattierung erfolgt unter Verwendung von Aluminium bei einer Wechselspannung von 2 kV und von 13,56 MHz an der Radiofrequenzhilfselektrode. Die Prüflinge werden bei Kathodenspannungen von 0,5, 1, 2, 5 und 10 kV hergestellt. Es werden Dioden der im Beispiel 5 beschriebenen Struktur erhalten. Ihre Stromdichte-Spannungskennlinien in Durchlassrichtung sind in der Fig. 7 mit der Kathodenspannung

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bei der Ionenpiattierung als Parameter dargestellt.

Die entsprechenden Kennlinien für gleiche Prüflinge sind in der Fig. 8 für eine entsprechende Radiofrequenzspannung von 2 kV und eine Kathodenspannung von ebenfalls 2 kV für den Argondruck als Parameter dargestellt. Die Argon-

— 5 —5

drücke betragen 6,67 * 10 mbar (entsprechend 5*10 Torr), 1,33 * 10~⁴ rabar (entsprechend 1-10~⁴ Torr), 6,67 · 10~⁴ mbar (entsprechend 5*10 Torr), 6,67 * 10 mbar (entsprechend" 5*10"³ Torr) und 1,33 * 10~² mbar (entsprechend 1·10~² Torr).

Zur Erzeugung einer Glimmentladung ist eine Radiofrequenzspannung von etwa 1 bis 5 kV erforderlich. Selbst im Bereich von 2 bis 4 kV für die Radiofrequenzspannung bleibt der Wert für den Koeffizienten η unbeeinflusst.

Beispiel 7

Auf eine Halbleiterstruktur mit dem in Beispiel 5 beschriebenen Aufbau wird durch Ionenpiattierung eine Aluminiumschicht aufgebracht. Die Struktur wird anschliessend getempert. Die Ionenplattierung erfolgt bei einer Kathoden spannung von 2 kV und einem Druck der Argonatmosphäre

-2
von 2,67 * 10 mbar. Die Stromdichte-Spannungskennlinien in Durchlassrichtung für die so hergestellten Prüflinge werden gemessen und sind in Fig. 9 dargestellt, wobei die Temperatur der nach dem Niederschlagen des Aluminiums erfolgten Wärmebehandlung als Parameter dargestellt ist. Bei Temperungen unterhalb 350 ⁰C werden die Kenndaten der mit Aluminiumüberzügen versehenen Prüflinge nicht verändert. Bei Temperaturen für die Wärmebehandlung von 400, 450 und 500 °C wird der Wert für den Koeffizienten η praktisch nicht verändert, jedoch wird der Spannungsabfall in Durchlassrichtung weiter verkleinert, werden also die Kennlinien des Bauelementes weiter .verbessert. Bei Tempe-

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rungen der Prüflinge nach der IonenplattJerung bei Temperaturen über 520 °C treten plötzlich sehr hohe Spannungsabfä'lle in Durchlassrichtung auf. Dies wird darauf zurückgeführt, dans statt des Metall-Halbleiter-Kontaktüberqange^ ein normaler pn-übergang durch die Wärmebehandlung gebildet wird. Die bei unterhalb 500 °C getemperten Prüflinge zeigen eine Dicke der Metalleinschußschicht in der Phasengrenzfläche zwischen dem Metallüberzug und dem Halbleitersubstrat von 50 bis 90 nm, während die bei 520 C getemperten Prüf··? linge eine Tiefe der metallischen Diffusionsschicht von 120 bis 150 nm zeigen. Die Diffusionsschicht zeigt ausserdem eine unregelmassige Ausbildung (Konzentrationsverteilung). Zur Herstellung von Bauelementen mit Metall-Halbleiterkontaktübergängen mit guten Kenndaten ist daher die Ausbildung einer Metalleinschußschicht erforderlich, deren Dicke kleiner als etwa 100 nm ist.

Beispiel 8

Nach dem Verfahren der lonenplattierung können auch andere Halbleiterbauelemente als Dioden hergestellt werden. Der Metallüberzug kann durch die Verwendung einer Photolackmaske mit ausserordentlich genauer Geometrie und beliebigem Muster auf dem Substrat hergestellt v/erden. Auf der Substratrückseite kann ebenfalls ein Metallüberzug mit ohmscher Charakteristik als Kontaktschicht hergestellt werden.

Zur Herstellung solcher Bauelemente wird eine Kathodenhalterung für das Halbleitersubstrat mit rahmenförrniger oder ringförmiger Struktur verwendet. Die mit dem gleichrichtenden Übergang ausgebildete Metallbeschichtung weist beim Einspannen des Substrats in den Kathodenrahmen nach oben, während die Rückseite des Substrats der als Anode geschalteten Verdampfungsquelle zugekehrt ist.

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Auf einem n-Siliciumsubstrat 12 (Fig. 1Oa) wird einseitig eine η -Schicht 11 aufgewachsen. Auf der gegenüberliegenden Substratseite wird eine Photolackschicht 16 aufgebracht. Der Photolack wird mustermässig belichtet und entwickelt, so dass Teilbereiche .14 der Substratoberfläche frei liegen. Dabei verbleiben in der Figur nicht dargestellte beim Entwickeln nicht entfernte Reste des Photolacks auf der freigelegten Oberfläche des Siliciumsubstrats in den Bereichen 14. Die Oberfläche dieser Struktur wird durch lonenplattierung mit einer Aluminiumschicht 15 überzogen. Die beschleunigten Aluminiumteilchen durchdringen dabei mühelos die auf den Oberflächenbereichen 14 des Siliciumsubstrates 12 verbleibenden Photolackreste.

Die Substratrückseite 11 wird gleichzeitig mit einem Aluminiumüberzug 17 (Fig. 10b) versehen. Anschliessend wird die Struktur in ein Bad getaucht, das den Photolack entfernt. Dabei werden gleichzeitig alle jene Bereiche der Aluminiumionenplattierungsschicht 15 entfernt, die nicht auf den Oberflächenbereichen 14 des Substrates 12 liegen, wobei die in Fig. 10c gezeigte Struktur erhalten wird. Nach dem Schneiden der Struktur entlang der in Fig. 10c angedeuteten unterbrochen gezeichneten Linien wird die in Fig. 1Od gezeigte Diode erhalten.

In diesem Ausführungsbeispiel ist gezeigt, dass selbst dann fest haftende und einen direkten Kontakt zwischen dem Metall und dem Substrat gewährleistende Metallüberzüge auf dem Halbleitersubstrat herstellbar sind, wenn die nach der Entwicklung des Photolacks auf den entwickelten Bereichen zurückbleibenden und schwer zu entfernenden Photolackreste nicht entfernt, sondern stehengelassen werden. Aufgrund dieser Vorteile eignet sich ein Photolack besonders gut zur Herstellung von Masken für die Ionenpiattierung. Darüber hinaus braucht bei der Verwendung eines Photolacks als Maskenmaterial für die lonenplattierung das Halbleiter-

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substrat nicht freigeä'tzt zu werden, so dass ausserordentlich vorlagengetreue Abmessungen des Metallüberzuges bei Verwendung des Photolacks als Maskenmaterial erhalten werden.

Bei dieser Art der Herstellung der Bauelemente enthält der auf der der Verdampfungsquelle abgekehrten Oberseite der Struktur, den Kontakt bildende Metallüberzug beim Aufdampfen wesentlich mehr ionisierte Teilchen als der auf der Substratunterseite, die der Verdampfungsquelle zugekehrt ist, ausgebildete Metallüberzug. Der Übergangszustand ist zwischen dem Halbleitersubstrat und dem Metall dement-« sprechend auf der Oberseite der Struktur besser als auf " der Unterseite der Struktur ausgebildet. Da die Substratunterseite beim Ionenplattieren der Verdampfungsquelle direkt zugekehrt ist, werden auf ihr prozentual mehr nichtionisierte Metallteilchen niedergeschlagen als auf der den Kontaktvibergemg bildenden Oberseite der Struktur. Der auf der Unterseite der Struktur gebildete Metallkontakt dient jedoch- der Herstellung von Anschlüssen mit ohmscher Charakteristik, so dass die höhere Konzentration der nichtionisierten Teilchen auf der Strukturunterseite gegenüber der auf der Strukturoberseite ausgebildeten Kontaktschicht unproblematisch ist.

Beispiel 9

In Gegenwart eines Schutzringes oder einer Oxidschicht auf Oberflächenbereichen des durch Ionenplattierung zu beschichtenden Halbleitersubstrats tritt häufig eine Ladungsakumulierung in den isolierenden Bereichen auf. Beim Überschreiten eines Schwellenwertes der angesammelten Ladungsmenge können insbesondere an der Phasengrenzfläche zwischen der Oxidbeschichtung und dem Abschirmring oder an schwächeren Bereichen der Oxidschicht unerwünschte Durchschläge erfolgen, die mitunter zur Zerstörung des

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Bauelementes führen können. Im folgenden Ausführungsbeispiel sind Mittel beschrieben, mit denen diese unerwünschten Durchschläge vermieden werden können.

Ein η -Siliciumsubstrat 11 (Fig. 11) wird mit einer n-Schicht 12 versehen. Durch Diffusionsdotierung wird in einem bestimmten Bereich der η-Schicht ein p-Abschirniring 18 ausgebildet. Auf dem Abschirmring wird in an sich bekannter Weise eine Oxidschicht 13 ausgebildet. Auf dieses Substrat wird eine dünne Metallschicht 19 aufgedampft. Die Aufdampfschicht 19 besteht aus demselben Metall, das auch für die Ionenplattierung verwendet wird. Um eine Überführung der Struktur während der Fertigung aus einem in ein anderes Gerät zu vermeiden, wird die Auf dampf schicht 19 vorzugsweise nicht in einem nur für die Aufdampfung benutzten Gerät, sondern in der Kammer durchgeführt, in der anschliessend die Ionenplattierung erfolgt. Dazu wird in der Ionenplattierungsvorrichtung lediglich die Verdampfungsquelle erhitzt, ohne dass an der Kathode und am Halbleitersubstrat eine Spannung liegen. Erst nach Herstellung der Aufdampfschicht 19 wird unter Anlegen der Kathodenspannung die Ionenplattierung durchgeführt. Da auf diese Weise das Aufdampfen und das lonenplattieren in derselben Kammer durchgeführt werden, werden zwischen beiden Schichten auch keine Oxidschichten gebildet, so dass ausgezeichnete Kontaktübergänge zwischen dem Halbleiter und dem Metall mit hervorragenden Kenndaten erhalten werden könne.

Die Dicke der Auf dampf schicht 19 muss dabei so bemessen sein, dass die beim lonenplattieren in der Oxidschicht 13 angesammelte elektrische Ladung sicher auf weitere Bereich der Halbleiterstruktur verteilt und gegebenenfalls über die Kathodenhalterung abgeleitet werden kann. In dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel erfüllen Aufdampfschicht.en mit einer Schichtdicke von über 2 nm diese

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Anforderung. Um ein ständiges Abfliessen der Ladung sicherzustellen, ist die Dicke der Aufdampfschicht vorzugsweise grosser als 5 ran.

Wenn, wie in dem hier beschriebenen Beispiel, die Aufdampfschicht auch jene Bereiche bedeckt, die ionenplattiert werden sollen, so wird die Plattierung vorzugsweise so durchgeführt, dass im Halbleitersubstrat eine Metalleinschussschicht gebildet wird. Bei den in Frage stehenden Aufdampfschichtdicken ist das aufgrund des Durchschlageffektes der beschleunigten ionisierten Teilchen beim lonenplattieren ohne weiteres bei entsprechender Einstellung der Ionenpiattierungsparameter erreichbar. Erst wenn die Dicke der Aufdampfschicht 19 grosser als etwa 700 nm wird, lassen sich die Metalleinscbußschichten nicht mehr mit ausreichender Güte herstellen. Aus diesen Gründen wird die Dicke der der Ladungsableitung dienenden Aufdampfschicht 19, die vorzugsweise aus demselben Metall besteht, das ionenplattiert werden soll, vorzugsweise auf eine Dicke im Bereich von 5 bis 500 nm begrenzt. Unter diesen Bedingungen kann dann die eigentliche Ionenplattxerungsschicht 15 (Fig. 11} mühelos aufgebracht werden. Dabei treten durch den Ableitungseffekt der Aufdampfschicht 19 keinerlei Durchschlagentladungen in den Halbleiterbauelementstrukturen auf.

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Claims

— /ο —

Patentansprüche

J Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelement es mit niedrigem Leistungsverlust, dadurch gekennzeichnet , dass man ein Halbleitersubstrat in einer Inertgasatrnosphäre unter vermindertem Druck auf einer Kathode haltert und dass man das Substrat, mit Metallteilchen beschiesst, die man in einem Glimrnentladungsbereich ionisiert hat, und dass man so auf dem Substrat einen Metallüberzug unter Ausbildung eines Halbleiter-Metallkontaktüberganges niederschlägt.
2. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelementes mit niedrigem Leistungsverlust, dadurch gekennzeichnet , dass man in einer Inertgasatmosphäre

-1 -4

unter einem Druck von 1,33*10 bis 1,33*10 mbar ein Halbleitersubstrat auf einer Kathode haltert und dass man das Substrat mit Metallteilchen beschiesst, die man in einem Glimmentladungsbereich ionisiert hat, und dass man so auf dem Substrat einen Metallüberzug unter Ausbildung einer 1 bis 100 nm dicken Metalleinschussschicht im Substrat unmittelbar unter dem Metallüberzug niederschlägt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , dass man an die Kathode eine Spannung von 1 bis 10 kV anlegt.

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4. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelementes mit geringem Leistungsverlust, dadurch gekennzeichnet , dass man das Halbleitersubstrat in
einer Inertgasatmosphäre unter vermindertem Druck auf
einer Kathode haltert, dass man das Halbleitersubstrat mit Meta11teilchen beschiesst, die zuvor in einem Glimmentladungsbereich ionisiert werden, und dass man so
unter Ausbildung einer Metalleinschußschicht mit einer Dicke von 1 bis 100 nm im Halbleitersubstrat einen-Metallüberzug unmittelbar auf der Metalleinschussschicht auf der Substratoberfläche herstellt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet , dass man den Metallüberzug durch eine Photolackmaske auf der Halbleiteroberfläche hindurch aufbringt.
6. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelementes mit geringem Leistungsverlust, dadurch gekennzeichnet , dass man das Halbleitersubstrat

in einer Inertgasatmosphäre mit einem Druck von 1,200*10

bis 1,333*1O^-4 mbar (9·10~³ bis 10~⁴ Torr) auf einer
Kathode haltert, dass man durch Verdampfen von Metallteilchen aus einer Metallverdampfungsquelle einen
Metallüberzug auf dem Halbleitersubstrat ausbildet und dass man zwischen der Kathode und der Metallverdampfungsquelle eine Radiofrequenz-Ionenplattierungsvorrichtung

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einschaltet, die man so betreibt, dass eine Radiofrequenzelektrode dieser Vorrichtung eine Plasmaentladung erzeugt.
7. Ein Verfahren zur Herstellung eines Halblexterbauelementes mit geringem Leistungsverlust, dadurch g e k e η η - »· zeichnet , dass man ein Halbleitersubstrat in einer Inertgasatmosphäre mit vermindertem Druck, auf einer Kathode haltert, dass man im Bereich der Kathode eine Glinimentladung erzeugt, dass man das Halbleitersubstrat mit den in der Glimrnentladung erzeugten ionisierten Inertgasatomen beschiesst, dass man das Halbleitersubstrat zum Niederschlagen eines Metallüberzuges auf dem Halbleitersubstrat mit ionisierten Metallteilchen beschiesst, und dass man das mit dem Metallüberzug beschichtete Halbleitersubstrat unter Aufrechterhaltung der Glimmentladung im Bereich der Kathode bei einer vorgegebenen Temperatur tempert.
8. Verfahren zur Herstellung eines Halblexterbauelementes mit geringem Leistungsverlust, dadurch gekennzeichnet, dass man ein Siliciumhalbleitersubstrat in einer Inertgasatmosphäre unter vermindertem Druck an einer Kathode haltert, dass man im Bereich der Kathode eine Glimmentladung erzeugt, dass man das Siliciumsubstrat mit den so erzeugten ionisierten

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Inertgasatomen beschiesst, dass man das so gereinigte Siliciumhalbleitersubstrat zum Niederschlagen eines Aluminiumüberzuges auf dem Siliciumhalbleitersubstrat mit ionisierten Aluminiumteilchen beschiesst, und dass man das mit dem Aluminiumüberzug versehene Siliciumhalbleitersubstrat unter Aufrechterhaltung der Glimm- " entladung im Kathodenraum bei einer Temperatur im Bereich von 400 bis 500 ⁰C tempert.
9. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelementes mit geringem Leistungsverlust, dadurch gekennzeichnet , dass man ein Halbleitersubstrat in einer Inertgasatmosphäre unter vermindertem Druck auf einer Kathode haltert, dass man das Halbleitersubstrat mit ionisierten Inertgasatomen beschiesst, dass man das Halbleitersubstrat mit elektrisch ungeladenen Metallteilchen unter Bildung eines Metallüberzuges mit einer Dicke von 5 bis 50 nm bedeckt, und dass man dann das so mit einer dünnen Metallschicht bedeckte Halbleitersubstrat mit ionisierten MetaIlteilchen beschiesst.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , dass das Halbleitersubstrat Isolatorbereiche und bzw. oder Isolatorschichten in Bereichen aufweist, die mit den ionisierten Metallteilchen beschossen werden.

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11. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelementes mit geringem Leistungsverlust, dadurch gekennzeichnet , dass man ein Siliciumhalbleitersubstrat in einer Inertgasatmosphäre unter vermindertem Druck auf einer Kathode haltert, dass man das Siliciumhalbleitersubstrat mit ionisierten Inertgasatomen beschiesst, dass man auf dem Siliciumhalbleitersubstrat in einer Dicke von 5 bis 50 nm unter Ausbildung eines Aluminiumüberzuges elektrisch ungeladene Aluminiumteilchen niederschlägt, dass man die auf dem Siliciumhalbleitersubstrat niedergeschlagene Aluminiumschicht unter Beaufschlagung der Kathode mit einer Spannung im Bereich von 1 bis 10 kV mit ionisierten Aluminiumteilchen bcschiesst und dass man anschliessend unter Aufrechterhaltung der Glimmentladung im Kathodenbereich das Siliciumhalbleitersubstrat auf eine Temperatur von 400 bis 500 C erwärmt.
12. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelementes mit geringem Leistungsverlust, dadurch gekennzeichnet , dass man ein Halbleitersubstrat in einer Inertgasatmosphäre unter vermindertem Druck in einer Kathodenhalterung haltert und dass man im Bereich der Kathodenhalterung eine Glimmentladung erzeugt, um so durch Ionenpiattierung einen Metallüberzug auf das Halbleitersubstrat aufzubringen, wozu man sich einer Metallquelle zum Verdampfen der auf dem Halbleiter-

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substrat durch, lonenplattierung niederzuschlagenden Metallteilchen bedient und wobei man ferner das Halbleitersubstrat in der Kathodenhalterung so haltert, dass die Oberfläche des Halblcitersubstrates der Metal !verdampfung squel Ie zugekehrt ist, die derjenigen Oberfläche des Halbleitersubstrats gegenüberliegt, auf·· der der Metall-Halbleiterkontaktübergang aufgebracht wird.

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