DE2754861C2 - Schottky-Sperrschichtkontakt für Halbleitervorrichtung und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Schottky-Sperrschichtkontakt für Halbleitervorrichtung und Verfahren zu dessen Herstellung

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DE2754861C2 DE2754861A DE2754861A DE2754861C2 DE 2754861 C2 DE2754861 C2 DE 2754861C2 DE 2754861 A DE2754861 A DE 2754861A DE 2754861 A DE2754861 A DE 2754861A DE 2754861 C2 DE2754861 C2 DE 2754861C2
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Description

30
55
Die Erfindung bezieht sich auf einen Schottky-Sperrschichtkontakt nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und Verfahren zu dessen Herstellung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 2. Beide, Schottky-Sperrschichtkontakt und Herstellungsverfahren sind bereits aus der DE-OS 19 58 082 bekannt.
Beschreibung des Standes der Technik
Ein Scholtky-Sperrsphichtübergang besteht aus einem gleichrichtenden Übergang zwischen einem Metall und einem Halbleiter, welcher beispielsweise durch Aufpisttieren, Aufdampfen oder durch Kathodenzerstäubung eines Metalls auf N-leitenden oder P-leitenden Halbleitermaterialien hergestellt wird. Die häufig benutzten Metalle sind die Elektrodenmetalle, wie z. B. Molybdän, Wolfram oder Aluminium oder eine Aluminiumlegierung mit Kupfer. Der am meisten verwendete Halbleiter ist Silizium. Die elektrischen Eigenschaften solcher Schichtübergänge zwischen Metall und Halbleiter hängen von der Austritt«arbeit des Metalls, wie auch von der Elektronenaffinität des Halbleiters ab. Außerdem wird die von einem Elektron für eine Bewegung in Sperrichtung über die Sperrschicht benötigte Energie weitgehend durch die Höhe des Potentialwalls des Schichtübergangs bestimmt, wobei die Höhe gleich der Differenz zwischen der Austrittsarbeit des Metalls und der Austrittsarbeit eines Halbleiters ist Aus dieser Beziehung folgt als wesentliche Voraussetzung für die Bildung eines Diodenüberganges, daß die Austrittsarbeit des Metalls größer ist als die gleiche Eigenschaft des Halbleiters, damit eine Sperrschicht auftreten kann. Ist dies nicht der Fall, dann liegt ein ohmscher Xontakt vor. Im Fall von Aluminium, Wolfram und Molybdän fand man, daß sich Schottky-Sperrschichtübergänge unter Verwendung von n-Ieitendem Silizium mit einer Dotierung von weniger als 8 xlO16 Atomen je cm3 erzielen lassen. Es ist ferner anerkannt daß andere Metalle, wie z. B. Hafnium, mit P-Ieitendem Silizium mit dem oben erwähnten Dotierungsniveau zur Bildung von Schottky- Sperrschichtübergängen eingesetzt werdei. können. Bei den üblichen Aluminium-Siliziumsperrschichten ist eine Höhe des Potentialwalls in der Größenordnung von 0,fi8 bis 0,72 Elektronenvolt möglich, wenn nach dem Abklingen des dafür verwendeten Herstellungsvorgangs am Übergang reines Metall vorhanden ist.
Gemäß dieser Parameter hergestellte Schottky-Sperrschichtübergänge sind für viele Zwecke brauchbar. Trotzdem besteht bei Schottky-Sperrschichtübergängen ein Bedarf an einem Aufbau und einem Verfahren zur Herstellung von Vorrichtungen mit gleichförmigen temperaturstabilen Eigenschaften. Ferner besteht ein Bedarf für ein Verfahren zum Herstellen von Schottky-Sperrschichtübergängen mit einstellbaren und im hohen Maße voraus bestimmbaren Höhen des Potentialwalls, welche gleichzeitig gute elektrische Eigenschaften aufweisen. Schließlich besteht auch Bedarf für ein Herstellungsverfahren für solche Schottky-Sperrschichtübergänge, bei der Vorrichtungen mit guter ebener Oberfläche an der Metall-Siliziumtrennfläche erzeugt werden können.
Die Erfinder haben nunmehr herausgefunden, daß Schottky-Sperrschichtübergänge mit den erwähnten wünschenswerten Eigenschaften unter Einsatz verschiedener Verfahren mit bestimmten intermetallischen Verbindungen einer bestimmten Gruppe von Übergangsmetallen mit Aluminium hergestellt werden können. Die Verwendung intermetallischer Verbindungen einiger Übergangsmetalle mit Aluminium ist in der DE-OS 26 47 566 offenbart.
Zusammenfassung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, Schottky-Sperrschichtkontaktc anzugeben, welche eine hohe thermische
Stabilität und vorher bestimmbare Höhe des potentialwalls aufweisen.
Diese Aufgabe wird bei einem Schottky-Sperrschichtkontakt nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. bei einem Verfahen zu dessen Herstellung nach Anspruch 2 jeweils durch die im kennzeichnenden Teil des betreffenden Anspruchs enthaltenen Merkmale gelöst
In einer Ausführungsform wird eine Tantal-Aluminiumschicht unmittelbar auf einem Halbleitersubstrat niedergeschlagen. Dabei soll die Tantal-Aluminfumschicht vorzugsweise aus einer intermetallischen Verbindung von Tantal und Aluminium bestehen, obgleich dies nicht unbedingt erforderlich ist. In anderen Ausführungsformen werden intermetallische Verbindungen von Aluminium mit anderen Metallen aus der Tantal, Zirkon, Hafnium, Niob, Titan und Nickel enthaltenden Gruppe zur Bildung einer sich an die Halbleiterobsrfläche anschließenden Schicht verwendet
Sollte die Zerstäubung durch ein Kaltzerstäubungsverfahren durchgeführt werden, dann ist das Anlassen unbedingt erforderlich, um die Gitterstruktur der intermetallischen Verbindung herzustellen. Wird für das Niederschlagen der intermetallischen Verbindung- aus Aluminium und Metall ein Zerstäubungsverfahren bei erhöhter Temperatur benutzt dann wird das Anlassen die intermetallische Struktur verbessern oder voll erreichen, obgleich hier das Anlassen nicht unbedingt erforderlich ist.
In den Zeichnungen zeigt
F i g. 1 schematisch eine dreidimensionale Teilschnitt-Tabelle 1
ansicht eines Schottky-Sperrschichtübergangs,
F i g. 2 ein Flußdiagramm eines bevorzugten Verfahrens zur Bildung des in F i g. 1 gezeigten Schottky-Sperrschichtübergangs und
F i g. 3 ein Flußdiagramm eines anderen bevorzugten Verfahrens zur Bildung des in F i g. 1 dargestellten Schottky-Sperrschichtübergangs.
Einzelbeschreibung der Erfindung
In einer bevorzugten Ausführungsform wurde eine intermetallische Verbindung aus Aluminium und Tantal ausgewählt In der nachfolgenden Beschreibung soll der Ausdruck intermetallische Verbindung mehr für eine einfache Mischung als für eine Legierung verwendet werden. Der Ausdruck bezieht sich dabei vielmehr auf eine Substanz, die aus Atomen zweiter verschiedener Elemente in bestimmten Proportionen der Atome der Einzelelemente zusammengesetzt ist, die sich am besten durch eine chemische Formel darstellen lassen.
Eine Definiiion der intermetallischen Verbindung ist: Phasen, deren chemische Zusammensetzung zwischen den beiden reinen Metallen liegen and deren Kristallstrukturen sich von denen der reinen Metalle unterscheiden. Dieser Unterschied in der Kristallstruktür unterscheidet die Zwischenphasen von primären festen Lösungen, die das reine Metall zur Grundlage haben.«
»Einige Zwischenphasen können exakt als intermetallische Verbindungen bezeichnet werden, wenn sie wie Mg2Pd ein feststehendes einfaches Verhältnis der zwei Atomarten aufweisen.«
ASTM Karte Nr. Band Nr. 1
Kristallstruktur
Referenz
Al3Hf 17- 419 Tetragonal
Al3Ta 2-1128 Tetragonal
Al3Zr 2-1093 Tetragonal
AI3Ti 2-1121 Tetragonal
Al3Ni 2- 416 Orthorhombisch
Al-Nb 13- 146 Tetragonal
Tabelle II
Element
Struktur
kubisch-flächenzentriert
kubisch-raumzentriert
hexagonal eng gepackt
hexagonal eng gepackt
hexagonal eng gepackt
kubisch-raumzentriert
kubisch-flächenzentriert
60
Die Tabelle I gibt dabei die intermetallische Verbindung und ihre Kristallstruktur und einen Hinweis auf die Literatur, und Tabelle II gibt die entsprechende Kristallstruktur für die verschiedenen, bei der vorliegenden Erfindung verwendeten reinen Metalle an. Demgemaß sollte es einleuchten, daß die hier beschriebenen intermetallischen Verbindungen von Aluminium mit Übereanesmetallen echte intermetallische Verbindun-Boller u. a. Monatsh Chem. 91, 1174 (60)
Brauer, Z. Anorg. Chem. 242, 9 (1939)
Brauet, Z. Anorg. Chem. 242, 15 (1939)
Brauer, Z. Anorg. Chem. 242, 4 (1939)
Bradley u. a. Phil. Mag 23, 1049 (37)
Brauer, Z. Anorg. Chem. 242, 1 (1939)
gen und keine Legierungen sind. Dies ergibt sich aus der Tatsache, daß die KristaMstrukturen, d. h. die dreidimensionalen räumlichen Anordnungen der Atome, in der kristallinen Festphase dieser Verbindungen sich von denen der reinen Metalle oder der Legierungen unterscheiden.
Man hut festgestellt, daß die Verwendung intermetallischer Verbindungen insbesondere bei der hier beschriebenen Bildung ^on Schottky-Sperrschiciitübergängen von besonderem Vorteil ist, da intermetallische Verbindungen sowohl der aluminiumreichen Phasen wie der an Übergangsmetall reichen Phasen zur Verfügung stehen. Wählt man entweder die an Aluminium reiche Phase oder die an Übergangsmetall reiche Phase aus, dann läßt sich ein Schottky-Sperrschichtübergpjig mit einer nahe an die Höhe des Potentialwalles von Aluminium oder nahe an die Höhe des Potentialwalls von dem Übergangsme'all herankommende Höhe des Potentialwalls vorherbestimmen, wobei der Übergang Kennwerte aufweist, die viel besser sind, als die normalerweise bei der Bildung von Übergängen
erzielbar sind, die entweder reines Aluminium oder das reine Übergangsmetall oder deren Legierungen benutzen.
In der bevorzugten Ausführungsform war die ausgewählte intermetallische Verbindung die an Aluminium reiche Phase von Tantal, die durch die chemische Formel TaAl3 dargestellt ist. Mindestens eine weitere aus Tantal-Aluminium bestehende intermetallische Verbindung ist dabei anerkannt, d. h. die durch die chemische Formel Ta2Al gekennzeichnete Verbindung, die der an Tantal reichen Phase entspricht.
Bei der Herstellung einer Halbleitervorrichtung, wie sie beispielsweise in Fig. 1 dargestellt ist, wird ein Siliziumsubstrat aus N-leitendem Silizium mit einem Dotierungsniveau von etwa 3xlO16 Atomen je cmJ benutzt. Die Auswahl des richtigen Dotierungsniveaus ist von wesentlicher Bedeutung, da dies bestimmt, ob sich ein ohmscher Kontakt oder ein Schottky-Sperrschichtkontakt bildet.
Gemäß Fig. 1 und 2 wird nach der üblichen Reinigung auf dem Siliziumsubstrat 12 durch ein entsprechendes Verfahren eine Schicht aus Siliziumdioxid 14 und daran anschließend eine Schicht aus Siliziumnitrid 16 gebildet. An den entsprechenden Orten für die gewünschten Schottky-Sperrschichtkontakte werden zum Freilegen des Siliziums in diesen Bereichen in üblicher Weise durch Ätzen Bohrungen in der Siliziumdioxidschicht hergestellt.
Das Substrat oder die Substrate werden dann in eine Vakuumkammer eingebracht, wie dies bei 30 in Fig.2 angedeutet ist. Das System wird ausgepumpt, wobei besonders darauf zu achten ist, daß die Seitenwände der Vakuumkammer gasfrei gemacht werden, um während der Verdampfung eine mögliche Verunreinigung durch Sauerstoff zu vermeiden. Eine Verunreinigung durch Sauerstoff während der Verdampfung kann Schwierigkeiten ergeben, da eine Oxidation des Aluminiums oder des Übergangsmetaiis die Geschwindigkeit der Bildung einer intermetallischen Verbindung herabsetzen oder diese Bildung sogar verhindern kann. Die Verdampfungsquellen für das Aluminium und das ausgewählte Übergangsmetall sollten von höchster Reinheit sein.
Die Vakuumkammer wird dann auf einen sehr kleinen Druck beispielsweise auf 6.6 χ 10"5Pa ausgepumpt. Drucke höher als o.oxlO-^Pa sind wegen der Möglichkeit einer Sauerstoff-Verunreinigung im allgemeinen nicht zufriedenstellend.
Im Schritt 32 wird anschließend eine aus einem Übergangsmetal! wie Tantal bestehende 100 nm dicke Schicht auf das Substrat aufgedampft, während gleichzeitig der Druck auf etwa 6,6 χ 10—' Pa gehalten wird. Es ist dabei vorzuziehen, daß das Übergangsmetall recht langsam aufgedampft wird, so daß man eine ziemlich feine Kornstruktur erhält. Die bevorzugte Aufdampfgeschwindigkeit für Tantal liegt bei etwa 2 nm je Sekunde. Die Tantalschicht ist eine Zwischenschicht, die durch das später zu beschreibende Aniaßverfahren in den intermetallischen Zustand Aluminium-Tantal umgewandelt wird. Demgemäß ist die Tantalschicht in F i g. 1 nicht dargestellt
Nach Niederschlag der Tantalschicht wird eine etwa 1000 nm starke Schicht aus Aluminium, wie etwa die Schicht 20 in Fig. 1, ohne Unterbrechen des Vakuums auf das Substrat aufgedampft. Die bevorzugte Aufdampfungsgeschwindigkeit für die Aluminiumschicht 20 liegt bei 6 nm je Sekunde. Auch dies ist wichtig, damit man eine feinkörnige Struktur der Aluminiumschicht erzielt.
Das hier verwendete Aufdampfungsverfahren kann eines der bekannten Verfahren unter Verwendung eines Elektronenstrahls und/oder der Verdampfung eines aufgeheizten Heizdrahtes sein. Die Verdampfung wird üblicherweise ohne Aufheizung des Substrats durchgeführt.
Nach dem Aufdampfvorgang wird in üblicher Weise auf dem Substrat eine Fotolackschicht aufgebracht, und zur Bestimmung leitender Flächen für die einzelnen
ίο Schottky-Kontaktbereiche wird ein Ätzverfahren eingesetzt.
Dabei wird das Aluminium unter Verwendung von HjPO.1 und HNO] zur Freilegung der Tantalschic;it abgeätzt. Die Tantalschicht wird dann mit einem chemischen Ätzmittel aus HNO]- Hf- H2O in üblicher Weise abgeätzt. Dann wird der Fotolack zur Vorbereitung für das Anlassen entfernt.
Das Anlassen wird bei 36 in Fig. 2 in einem geschlossenen Ofen, beispielsweise in einer Stickstoffatmosphäre durchgeführt. Bei diesem Anlassen erfährt das Halbleiterplättchen eine Wärmebehandlung mit einer für die Bildung einer intermetallischen Verbindung aus Aluminium und Übergangsmetall ausreichenden Kombination aus Zeit und Temperatur. Die erforderliehe Temperatur und die benötigte Zeit hängt dabei von dem ausgewählten Übergangsmetall und der besonderen, hier gewünschten, aus Aluminium und Übergangsmetall bestehenden intermetallischen Verbindung ab. Die unterste zur Erzeugung dieser Verbindung erforderliehe Temperatur kann aus dem Schmelzpunkt der verschiedenen Phasen abgeleitet werden.
Versuche haben gezeigt, daß die Bildung der intermetallischen Verbindung bei etwa 1/3 bis 1/4 des Schmelzpunktes der ausgewählten Übergangsmetallverbindung beginnt. Es sei fer.ier darauf verwiesen, daß in der bevorzugten Ausführungsform beim Anlassen eine ausreichende Menge Aluminium durch die Metallschicht ditfundiert, so daß die gesamte Schicht aus dem Übergangsmetall verbraucht, d.h. zu einer
■«0 intermetallischen Verbindung umgewandelt wird. Was jedoch zur Erzeugung eines brauchbaren Übergangs erforderlich ist, ist die Umwandlung einer ausreichenden Menge des Übergangsmetalls, so daß sich auf der Siliziumoberfläche mindestens eine einatomige Schicht einer intermetallischen Verbindung aus Aluminium und Übergangsmetall bildet. Im Falle von Aluminium-Tantal könnte diese Schicht beispielsweise 5 nm stark sein, vorausgesetzt, daß sie keine Unstetigkeitsstellen enthält. In der bevorzugten Ausführungsform beträgt die Dicke der aus Aluminium-Tantal bestehenden intermetallischen Schicht etwa 10 bis 100 nm.
In der bevorzugten Ausführungsform wird eine Schichtdicke der intermetallischen Schicht von 10 nm oder mehr durch Anlassen bei 500° C für eine Stunde erzielt. Versuche haben gezeigt, daß bei einer länger dauernden Erwärmung auf etwas niedrigerer Temperatur das Tantal voll in die gewünschte intermetallische Verbindung umgewandelt wird. Wenn man beispielsweise das Anlassen bei 450° C für drei Stunden durchführt, würde man im wesentlichen die gleiche Umwandlung erzielen. Demgemäß liegt der Arbeitsbereich für die Anlaßzeit gegenüber der Anlaßtemperatur zum Anlassen von Tantal wie folgt: Bei 400° C Anlaßtemperatur für eine Stunde oder mehr wird eine feststellbare Menge TaAl3 gebildet, was aus einer beobachteten Verschiebung der Höhe des Potentialwalls ableitbar ist Die untere Grenze für die Anlaßtemperatur wird bei etwa 300° C angenommen.
bei der keine Änderungen der Höhe des Potentialwalls von Tantal bei der Bildung von TaAIj erwartet werden kann.
Obwohl die bisher beschriebene Ausführungsform aus einer aus Aluminium-Tantal bestehenden intermetallischen Verbindung bestand, so sollte doch ohne weiteres klar sein, daß andere Übergangsmetalle, wie z. B. Zi-Jon, Hafnium, Niob, Titan und Nickel, in gleicher Weise brauchbar sind. Somit stellen also intermetallische Verbindungen jedes dieser Metalle mit Aluminium Strukturen mit hohem Schmelzpunkt und hoher Stabilität dar. Das schließt ein. daß die beim Anlassen eintretende intermetallische Reaktion bei diesen Metallen normalerweise auf die Korngrenzen beschränkt ist. da die Gilterdiffusion für Verbindungen mit hohem Schmelzpunkt gering ist.
Versuche haben gezeigt, daß die Höhe des Potentialwalls von mit diesen Übergangsmetallen erzeugten Srhniiky-Snerrsohichtiihergangen im allgemeinen der Höhe des Potentialwalls des Übergangsmetalls vor dem Anlaßvorgang entspricht und nach dem Anlassen nahe an der Höhe des Potentialwalls von Aluminium liegt, wenn die an Aluminium reiche Phase der intermetallischen Verbindung ausgewählt wurde. Die thermischen Stabilitäten dieser Schottky-Sperrschichtübergänge entsprechen im allgemeinen der thermischen Stabilität hochschmelzender Verbindungen.
Die Auswahl dieser bestimmten sechs Übergangsmetalle, die sich für die Bildung von Schottky-Sperrschichtübergängen mit intermetallischen Verbindungen eignen, basierf α auf einer nach der Raynorschen Formel berechneten Stabilitätsindex, die sich berechnet aus
(I) /= Tx IOV(1007p+/T0- 7p) · X)
wobei Tq> Tp der Schmelzpunkt von reinem Q und P sind und 7 der Schmelzpunkt der Verbindung und X gleich der mittleren Atomzusammensetzung in % von Q ist.
Die folgende Tabelle III gibt den Stabilitätsindex für die sechs für Schottky-Sperrschichtübergänge sehr gut geeigneten Verbindungen. Es sollte dabei klar sein, daß andere übliche Schottky-Materialien, wie z. B. Platin und Chrom, geringe Gütefaktoren haben und daher für Schottky-Sperrschichtübergänge mit intermetallischen Verbindungen zwischen Aluminium und einem Übergangsmetall weniger geeignet sind.
Tabelle III Schmelzpunkt Stabilitätsindex
Metallphase 7° K (/)
1613 134
TlAl3 1973 135
TaAl3 1853 150
ZrAl3 1700 140
HfAl3 1750 135
NbAl3 1127 119
NiAl3
Ein weiteres Herstellungsverfahren für die Erzeugung von Schottky-Sperrschichtübergängen besteht in dem Aufbringen einer vorbestimmten intermetallischen Verbindung aus einem Übergangsmetall und Aluminium auf einer Halbleiteroberfläche durch Kathodenzerstäubung.
In F ig. 3 ist ein bestimmtes Verfahren zum Niederschlagen intermetallischer Verbindungen aus Tantal und Aluminium durch Hochfrequenzkathodenzerstäubung schematisch als Flußdiagramm dargestellt. Nach dem Reinigen wird das Substrat in eine Hochfrequenz-Zerstäubungskammer geladen, die auf 3,9 χ 10-5 Pa ausgepumpt wird. Es ist dabei wichtig, daß die Kammer bis zu diesem Druck ausgepumpt wird. Die Kammer wird dann erneut bis zu einem Druck von 6,665XlO"2 Pa mit ultrareinem Argon oder einer ähnlichen Atmosphäre gefüllt. Dann wählt man eine
ίο Auffangelektrode aus der gewünschten, aus einem Übergangsmetall und Aluminium bestehenden intermetallischen Verbindung aus. Im Schritt 42 wird dann eine aus TaAIi hohen Reinheitsgrades bestehende Elektrode ausgewählt, und innerhalb der Kammer wird mit einer
Auftragsgeschwindigkeit von 10 nm je Minute in einem kalten Hochfrequenzkathoden-Zerstäubungsverfahren gearbeitet, bis eine etwa 100 nm dicke Schicht aus der intermetallischen Verbindung TaAI3 auf dem Substrat niedergeschlagen ist.
Im Schritt 44 wird dann das Substrat für den Niederschlag einer Aluminiumschicht in den Verdampfer eingebracht. Der Verdampfer wird wie zuvor auf 6,665 χ 10-4 Pa ausgepumpt, und anschließend wird mit einer Niederschlagsgeschwindigkeit von 3 bis 6 nm je Sekunde eine etwa 1000 nm dicke Aluminiumschicht niedergeschlagen.
Die geschichtete Struktur wird dann zur Bestimmung leitender Flächen für die einzelnen Schottky-Kontakte dadurch weiterbearbeitet, daß man einen Fotolack aufbringt und in üblicher Weise bearbeitet. Beispielsweise wird das Aluminium unter Verwendung von H3PO4 und HNOj zum Freilegen der Tantal-Aluminiumschicht chemisch geätzt. Die Tantal-Aluminiumschicht wird dann mit einem aus HNO3-HF-H2O bestehenden Ätzmittel bis auf die Siliziumsubstratoberfläche abgeätzt. Zur Vorbereitung des Anlassens wird dann die Fotolackschicht entfernt.
In der bevorzugten Ausführungsform wird das Anlassen in einem Ofen bei 4500C für eine Stunde durchgeführt. Dies ist notwendig, da die Beschichtung mit Kathodenzerstäubung kalt durchgeführt wurde. Das Anlassen soll sicherstellen, daß die Tantal-Aluminiumschicht voll in eine intermetallische Verbindung umgewandelt wird. Es wird angenommen, daß bei einem
•*5 mit erhöhter Temperatur betriebenen Kathodenzerstäubungsverfahren zum Niederschlagen der intermetallischen Schicht das Anlassen überflüssig werden kann. Es wäre jedoch auch bei einem bei erhöhter Temperatur durchgeführten Niederschlag durch Kathodenzerstäu-
bung besser, bei dem Herstellungsverfahren auch ein Anlassen vorzunehmen, um eine vollständige Umwandlung der Aluminium-Tantalschicht in die intermetallische Gitterstruktur herbeizuführen, wodurch eine besonders gute Übergangszone hergestellt wird.
Das soeben beschriebene Verfahren könnte auch mit den anderen bereits erwähnten Metallen durchgeführt werden und ergäbe eine Struktur wie in Fig. 1, wobei sichergestellt wäre, daß oberhalb der intermetallischen Schicht kein nichtumgewandeltes Metall verbleiben würde. Das Herstellungsverfahren läßt sich auch bei Verwendung der Kathodenzerstäubung leichter überwachen und steuern, insbesondere in bezug auf die Dicke und die Zusammensetzung der intermetallischen Schicht und es ist dadurch möglich. Unstetigkeiten oder Unterbrechungen zu vermeiden.
Es sei darauf hingewiesen, daß anstelle von Aluminium bei der Bildung von ausgezeichneten Schottky-Sperrschichtkontakten mit dem erfindungsge-
mäßen Verfahren auch Gold eingesetzt werden kann.
Die folgenden Beispiele sollen nur dem besseren Verständnis der Erfindung dienen, und Abweichungen von diesen Beispielen sind durchaus möglich, ohne dabei vom Anwendungsbereich und Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.
Beispiel 1
Es wurden mit dem zuvor beschriebenen Verdampfungsverfahren 60 Schottky-Sperrschichtübergänge aus ι ο der intermetallischen Verbindung TaAb hergestellt. Das verwendete Substrat war N+ -leitendes Silizium mit einer darauf niedergeschlagenen Epitaxieschicht, die auf ein Dotierungsniveau von 3 χ 1016 Atomen je cm3 dotiert war.
Nach dem Reinigen wurde eine aus aufeinanderfolgenden Schichten aus Siliziumdioxid und Siliziumnitrid bestehende Isolierschicht durch übliche Verfahren aufgebracht. Das Substrat wurde dann in einen Verdampfer eingebracht, der anschließend auf einen Druck von 6,665XlO-5Pa ausgepumpt wurde. Dann wurde durch Verdampfung eine 100 nm dicke Schicht aus elementarem Tantal unter Beibehaltung des Druckes in der Kammer bei 6,665 χ 10-< Pa niedergeschlagen. Nach dem Niederschlag der Tantalschicht wurde im gleichen Vakuum eine 1000 nm dicke Aluminiumschicht niedergeschlagen.
Nach diesen beiden Niederschlagsverfahren wurde das Siliziumsubstrat aus der Unterdruckkammer herausgenommen, und eine Fotolackschicht wurde aufgebracht und zur Bestimmung leitender Flächen für die einzelnen Schottky-Übergänge bearbeitet. Das Aluminium wurde mit H3PO4 und HNO3 zum Freilegen der darunter liegenden Tantalschicht abgeätzt. Die Tantalschicht wurde dann mit einem Ätzmittel aus HNO3-HF-H2O bis auf das Silizium herab abgeätzt. Anschließend wurde für das anschließende Anlassen der Fotolack entfernt.
Dann wurde in einem Ofen ein Anlaßvorgang bei einer Temperatur von 500° für eine Stunde durchge- *o führt, damit das Aluminium und das Tantal zur Bildung einer intermetallischen Verbindung miteinander reagieren können. Die 60 Schottky-Sperrschichtübergänge wurden vor und nach dem Anlassen gemessen, und es wurde festgestellt, daß die mittlere Höhe des Potential- ■»ä walles sich von etwa 0,5 Elektronenvolt nach etwa 0,67 eV verschob. Andere elektrische Eigenschaften der Schottky-Übergänge waren zufriedenstellend, und diese Übergänge zeigten nach dem Anlassen eine gute thermische Stabilität.
Beispiel 2
Durch das bereits beschriebene Verdampfungsverfahren wurden 60 Schottky-Sperrschichtübergänge aus einer Zirkon-Aluminium intermetallischen Verbindung der Formel ZrAl3 hergestellt Die Vorrichtungen wurden dabei nach dem gleichen Verfahren wie im Beispiel 1 hergestellt, jedoch mit dem Unterschied, daß das Anlassen wegen der unterschiedlichen Schmelztemperaturen von Zirkon und Tantal für eine vollständige Umwandlung der Aluminium-Zirkon-Struktur in das gewünschte intermetallische Gitter aus ZrAl3 für eine Stunde bei 450° durchgeführt wurde. Elektrische Messungen wurden vor und nach dem Anlassen durchgeführt und ergaben, daß die Höhe des Potential- ts walls vor dem Anlassen unstabil war und daß die Höhe des Potentialwalls nach dem Anlassen für eine Stunde einen Wert von 053 eV erreichte. Weiteres Anlassen bei 450° für eine Stunde ergab eine Verbesserung in der Höhe des Pote'tialwal'is auf 0,68 eV, während die anderen elektrischen Eigenschaften zufriedenstellend waren. Die Halbleitervorrichtungen gemäß Beispiel 2 waren denen gemäß Beispiel 1 insoweit ähnlich, daß in beiden Fällen nach dem Anlassen die Höhe des Potentialwalls den Wert eines Übergangs aus reinem Aluminium erreichte. In beiden Fällen zeigten jedoch die intermetallischen Übergänge eine bessere thermische Stabilität.
Beispiel 3
Mit dem gleichen Verdampfungsverfahren wie zuvor wurden 60 Schottky-Sperrschichtübergänge mit einer aus Titan-Aluminium der Formel TiAl3 bestehenden intermetallischen Verbindung hergestellt. Die Halbleitervorrichtungen wurden bei einer Temperatur von 400°C für eine Stunde angelassen. Vor dem Anlassen wurde festgestellt, daß die Halbleitervorrichtungen thermisch unstabil waren und daß die Höhe des Potentialwalls ungefähr 0,5 eV betrug. Nach dem Anlassen wurde die Höhe des Potentialwalls zu 0,68 eV bei guter thermischer Stabilität gemessen. Die aus Titan hergestellten Halbleitervorrichtungen waren jedoch etwas weniger gut brauchbar als die aus Tantal hergestellten Halbleitervorrichtungen und zwar wegen der hohen, nach dem Anlassen zu beobachtenden, in Sperrichtung fließenden Leckströme. Es wird angenommen, daß diese Leckströme auf den Einbau von Titanoxid an der Trennfläche zwischen Silizium und Metall während des Metallniederschlags zurückzuführen sind.
Beispiel 4
60 Schottky-Sperrschichtübcrgänge wurden mit dem bereits beschriebenen Verdampfungsverfahren aus Nickel und Aluminium als intermetallische Verbindung der Formel NiAi3 hergesteiit. Die Halbleitervorrichtungen wurden für eine Stunde bei einer Temperatur von 400° und für eine weitere Stunde bei einer Temperatur von 500° angelassen. Vor dem Anlassen waren die Halbleitervorrichtungen relativ thermisch stabil mit einer Höhe des Potentialwalls in der Größenordnung von 0,58 eV. Nach dem ersten Anlaßintervall wurde die Höhe des Potentialwalls gemessen zu 0,66 eV, und nach dem zweiten Anlaßintervall hatte die Höhe des Potentialwalls weiter auf 0,74 eV zugenommen, mit der gleichen thermischen Stabilität. Die mit Nickel hergestellten Halbleitervorrichtungen waren gegenüber denen mit den anderen Übergangsmetallen hergestellten Halbleitervorrichtungen vorzuziehen, da die Abweichung der Kennwerte von der idealen Diode kleiner waren als die bei anderen intermetallischen Strukturen beobachteten Abweichungen. Das zeigt ah, daß Nickel-Aluminiumdioden für bestimmte Anwendungsgebiete vorzuziehen sind.
Beispiel 5
Mit dem zuvor beschriebenen Verfahren der Kathodenzerstäubung wurden 60 Schottky-Sperrschichtübergänge mit der intermetallischen Verbindung aus Tantal-Aluminium der chemischen Formel TaAl3 hergestellt Diese Halbleitervorrichtungen wurden auf einem N+-leitenden Siliziumsubstrat mit einer darauf abgelagerten epitaxialen Schicht mit einem Dotierungsniveau von 3 χ iO16 Atomen je cm3 hergestellt Wie zuvor wurde eine aus Siliziumdioxid und Siliziumnitrid bestehende Isolierschicht mit üblichen "^'erfahren
niedergeschlagen.
Anschließend wurden für die Schottky-Übergänge öffnungen geätzt, und das Substrat wurde in eine \s .kuumkammer eingegeben, die auf 3,99xlO-5Pa ausgepumpt wurde. Die Kammer wurde dann bis zu einem Druck von 6,665 χ 10~2 Pa mit ultrareinem Argon aufgefüllt. Durch Hochfrequenzkathodenzerstäubung wurde von einer Elektrode aus einer aus Tantal und Aluminium bestehenden intermetallischen Verbindung der an Aluminium reichen Phase ein Tantal-Aluminium der Formel TaAb aufgebracht. Dieser Niederschlag wurde mit einer Geschwindigkeit von etwa IO nm je Minute für etwa 10 Minuten durchgeführt. Nach der Kathodenzerstäubung wurde das Substrat in einen Verdampfer eingebracht, der für einen Aluminiumniederschlag auf 6,665 χ 10"4 Pa ausgepumpt wurde. Anschließend wurde eine etwa 1000 nm dicke Aluminiumschicht mit einer Geschwindigkeit von 3 bis 6 nm je
Sekunde niedergeschlagen. Nach dem Niederschlag des Aluminiums wurde das Substrat aus dem Verdampfer entnommen, eine Fotolackschicht wurde aufgebracht und zur Bestimmung leitender Flächen für die einzelnen
Schottky-Übergänge bearbeitet Die Aluminiumschicht wurde mit H3PO4 und HNO3 bis zur Freileg· :ng dor Aluminium-Tantalschicht abgeätzt. DiC Aluminium-Tantalschicht wurde anschließend in den gewünschten Bereichen mit einem aus HNO3 —HF—H2O bestehenden Ätzmittel abgeätzt, dann wurde zur Vorbereitung des Anlassens die Fotolackschicht entfernt.
Das Anlassen wurde für eine Stunde bei 5000C durchgeführt. Vor und nach dem Anlassen durchgeführte Messungen zeigten, daß die Höhe des Potentialwalls der Alurninium-Tantalschicht von 0,49 eV vor dem Anlassen auf 0,64 eV nach dem Anlassen anstieg. Die thermische Stabilität der Übergänge war vor und nach dem Anlassen im wesentlichen die gleiche.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

15 20 25 Patentansprüche:
1. Schottky-Sperrschichtkontakt für Halbleitervorrichtungen
— bestehend aus einem Siliziumsubstrat niedriger Dotierung
— auf dem sich zur Bildung des Schottky-Obergangs eine intermetallische Verbindung befin- w det
—' die mindestens ein Metall enthält, das aus der Gruppe der Metalle Aluminium, Tantal, Hafnium, Zirkon, Niob, Titan und Nickel ausgewählt ist
dadurch gekennzeichnet,
— daß die intermetallische Verbindung der chemischen Formel TaAl3, ZrAl3, HfAl3, TiAl3, NbAl3 oder NiAl3 entspricht
2. Verfahren zum Herstellen eines Schottky-Sperrschichtkontakts nach Anspruch I1 gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
— Herstellen einer ca. 100 nm dicken Schicht aus einem aus der Tantal, Zirkon, Hafnium, Niob, Titan und Nickel enthaltenden Gruppe ausgewählten Obergangsmetall auf der Oberfläche eines aus einkristallinem Silizium bestehenden Substrats, J0
— Herstellen einer aus Aluminium bestehenden ca. 1000 nn: dicken Schicht auf der erstgenannten Schicht und
— Anlassen dieser Struktur bei einer Temperatur oberhalb von 3000C für mindestens eine Stunde, wodurch das Übergangsmetall in eine Schicht aus einer intermetallischen Verbindung aus Aluminium und dem Übergangsmetall überführt wird.
3. Verfahren zum Herstellen eines Schottky- *o Sperrschichtkontakts nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
— Herstellen einer Aluminium-Tantalschicht auf der Oberfläche eines aus monokristallinem Silizium bestehenden Substrats und
— Anlassen dieser Struktur bei etwa 4000C für eine Stunde zur Bildung des Schottky-Kontakts und Herstellen eines elektrischen Anschlusses an diesen Kontakt.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
— daß auf der Oberfläche eines aus monokristallinem Silizium bestehenden Substrats durch Kathodenzerstäubung die aus Aluminium-Tantal bestehende intermetallische Verbindung niedergeschlagen wird.
60
45
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