DE2856214A1 - Verfahren zur herstellung eines metall- halbleiterkontakts - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines metall- halbleiterkontakts

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DE2856214A1 DE19782856214 DE2856214A DE2856214A1 DE 2856214 A1 DE2856214 A1 DE 2856214A1 DE 19782856214 DE19782856214 DE 19782856214 DE 2856214 A DE2856214 A DE 2856214A DE 2856214 A1 DE2856214 A1 DE 2856214A1
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Description

Verfahren zur Herstellung eines Metall-Halbleiterkontakts
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines "Metall-Halbleiter"-Kontakts mit einer Potentialschwelle vorherbestimmter Höhe. Darunter versteht man entweder einen Schottky-Kontakt, dessen Potentialschwelle bei 0,5 bis 0,8 eV liegt, oder einen ohmschen Kontakt mit einer Schwellenhöhe von Null.
Für die ohmschen Kontakte sind mehrere technologische Verfahren bekannt, insbesondere diejenigen, welche auf der Schaffung einer sehr stark dotierten Schicht des Halbleiters (n+ leitend im Fall eines η leitenden Halbleiters) zwischen dem Metall und dem Halbleiter basieren. Diese Schicht wird auf eine der folgenden Weisen erhalten:
Dr.Ha/Ma
28562U
- epitaktische Abscheidung der Schicht;
- Ionenimplantation von dotierenden St.nrstoffen in eine Oberflächenschicht des Halbleiters;
- oberflächliche Eindiffusion von dotierenden Störstoffen, ausgehend von der betreffenden Oberfläche des Halbleiters;
- Eindiffusion von Störstoffen, welche durch das auf dem Halbleiter abgeschiedene Metall beigebracht werden;
- Bildung einer Legierung zwischen dem Metall und dem Halbleiter, indem man zuerst die aus dem Metall und dem Halbleiter bestehende Einheit bis zum Schmelzen des Metalls (z.B. ein Eutektikum aus Gold, Germanium und Nickel) erhitzt und anschließend einen Anteil des Halbleiters in dem geschmolzenen Metall auflöst, worauf man das Ganze abkühlt, wobei eine Rekristallisation des Halbleiters eintritt.
All diese Methoden besitzen einen Nachteil, der auf den überragenden Einfluß des vorherigen Reinheitszustands der Halbleiteroberfläche auf die Reproduzierbarkeit und die Zuverlässigkeit des ohmschen Kontakts zurückzuführen ist.
Die letzte Methode, welche ausgezeichnete ohmsche Kontakte ergibt, besitzt jedoch für bestimmte Anwendungen einen besonderen Nachteil, der auf die Entstehung von kristallographischen Fehlstellen In dem Halbleitermaterial bei der Rekristallisation zurückzuführen ist. Für die Schottky-Kontakte kennt man kein Verfahren, bei welchem sich die Höhe der Potentialschwelle feststellen läßt.
9S9828/0760
28562H
Die Erfindung beseitigt diese Nachteile, insbesondere im Fall eines aus einer chemischen Verbindung von zwei Elementen der III. und V. Gruppe des Periodischen Systems bestehenden Halbleiters, der mit Störstoffen dotiert ist, welche ihn η leitend machen.
Die Erfindung erlaubt die Erzielung entweder eines ohmschen Kontakts oder eines Schottky-Kontakts mit vorherbestimmter Schwellenhöhe.
Im Fall des ohmschen Kontakts geht der Metallabscheidung eine Vorstufe voraus, während welcher das zuvor von jeder Spur von Sauerstoff befreite Halbleitermaterial entweder chemisch in wäßriger Lösung oder physikalisch unter reduziertem Druck so behandelt wird, daß die Halbleiteroberfläche sich mit Schwefel oder Selen bedeckt, um die spätere Adsorption von Sauerstoff und/oder anderen chemischen Stoffen während der Metallabscheidung zu verhindern.
Im Fall des Schottky-Kontakts geht der Metallabscheidung eine Vorstufe voraus, während welcher das Halbleitermaterial zuerst von jeder Spur Sauerstoff befreit und dann entweder chemisch in wäßriger Lösung oder physikalisch unter vermindertem Druck so behandelt wird, daß an der Halbleiteroberfläche Schwefel oder Selen absorbiert wird, worauf man eine vorherbestimmte Menge Sauerstoff zuführt.
Die Erfindung wird anhand der folgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert
In der Zeichnung zeigen:
919828/0760
28562H - β -
Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer beispielsweisen Struktur für einen ohmschen Kontakt gemäß der Erfindung;
Fig. ?. eine schematische Schnittansicht einer beispielsweisen Struktur eines erfindungsgemäßen Schottky-Kontakts.
Als erstes Beispiel wird nachstehend das erfindungsgemäße Verfahren, ausgehend von dem Halbleiterteil der in Fig. 1 dargestellten Struktur, beschrieben.
Eine Probe 1 aus Galliumarsenid umfaßt ein ρ dotiertes Substrat 10 und eine η dotierte Schicht 11. Auf der Oberfläche der η leitenden Schicht soll ein ohmscher Kontakt gebildet werden. Gemäß der Erfindung geht man wie folgt vor:
(a) in einer Vorstufe bewirkt man an der Stelle des Kontakts auf der η leitenden Schicht ein "Adsorbat" aus Schwefel oder Selen;
(b) während der folgenden Stufe scheidet man eine Metallschicht 2 ab;
(c) zum Schluß folgt eine Gluhungsbehandlung.
Die Stufe (a) erfordert eine extrem weitgehende vorherige Reinigung der Probe. Sie erfolgt z.B. in einem Vakuumbehälter, der zur Durchführung des energiearmen Ionenbombardements (z.B. mit Argonionen von 500 eV) mit einem Target, z.B. der Oberfläche der zu reinigenden η leitenden Schicht, ausgestattet ist. Man beginnt mit einem leichten Dekapieren der Oberfläche der η leitenden Schicht, beispiels-
989828/0760
weise unter Verwendung einer Ioneribeschußdichte von
4 iuA/cm während etwa 10 Minuten. Dann erzeugt man in dem Behälter ein Ultravakuum, beispielsweise mit einem
-10
Restdruck von höchstens 10 Torr. Man führt dann in den Behälter Schwefelwasserstoff oder Selenwasserstoff ein, was die Einführung eines S- oder Se-Dotierungsmittels in gasförmiger Form bedeutet.
Man stoppt die Zuführung des Gases, wenn der Druck wieder auf mindestens 10" Torr angestiegen ist und man läßt das Dotierungsmittel bis zur vollständigen Adsorption einwirken, was beispielsweise 5 Minuten dauert.
Bei einer abgeänderten Ausführungsform der Stufe (a)
geht man auf chemischem Wege unter Verwendung einer wäßrigen Lösung vor. Vor der Dotierung mit S oder Se befreit man die zu behandelnde Oberfläche von jeder Spur Oxid oder Verunreinigungen, indem man beispielsweise wie folgt vorgeht:
- nacheinander erfolgende Reinigungen mit Ultraschall in verschiedenen, sehr reinen Lösungsmitteln während 5 Minuten für jedes Lösungsmittel;
- Dekapieren in einer einen chemischen Angriff bewirkenden Lösung, entweder im Fall von GaAs in einer Lösung von 10 ecm H2O, 10 ecm H2O,,, 60 ecm H2SO^, bei 105 oder 1100C während 2 Minuten;
- aufeinanderfolgendes Spülen mit verschiedenen sehr reinen Lösungsmitteln unter Ultrabeschallung während 5 Minuten pro Lösungsmittel.
§§9 82 8/0760
28562U
Die Dotierung mit S oder Se erfolgt durch Eintauchen der Probe während einer ausreichenden Zeit von beispielsweise 5 Minuten in eine Lösung von HpS oder H2Se. Diese Lösung erhält man, wenn man das Gas durch entionisiertes Wasser perlen läßt.
Nach einer erneuten Reinigung (ohne Dekapieren) der Probe ist diese für die folgende Stufe bereit.
Die Stufe (b) umfaßt eine Metallabscheidung nach einer klassischen Methode, z.B. durch Vakuumaufdampfung eines Metalls, z.B. Gold oder Silber, gegebenenfalls auch einer Legierung. Man kann auch die Katodenzerstäubung oder eine elektrochemische Abscheidungsmethode anwenden.
Die Stufe (c) besteht in einer Glühung bei einer Temperatur, welche die Eindiffusion des Schwefels oder des Selens in den Halbleiter begünstigt, ohne jedoch das Metall zu schmelzen. Im Fall von auf η dotiertem GaAs abgeschiedenem Gold mit einer Störstoffkonzentration von 10 Atome pro cm beträgt die Glühtemperatur 32O0C und die Glühdauer etwa 10 Minuten. Ganz allgemein erfolgt die Behandlung eines Au-GaAs-Kontakts zwischen 300 und 35O0C.
Im Fall von InP würde die chemische Dekapierung so erfolgen, daß man die Probe in zu 3 % bromiertem Alkohol 1 Minute auf der Umgebungstemperatur hält. Die Glühbehandlung würde unter den gleichen Bedingungen wie für GaAs erfolgen, wenn das Metall Gold ist.
Bei den angegebenen Glühtemperaturen wird das Metall nicht geschmolzen und infolgedessen tritt auch keine Rekristallisation ein.
099828/0760
Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß die η leitende Schicht nach der Behandlung einen stark n+ dotierten Anteil aufweist, der eine Zwischenfläche 12 zwischen dem Metall 2 und dem Galliumarsenid bildet. Diese zusätzliche Dotierung ist auf Basis von S oder Se.
In einem zweiten Beispiel wird liuchstehend da··""- erfindungsgemäße Verfahren, ausgehend von dem Halbleiterteil mit der in Fig. 2 dargestellten Struktur, beschrieben.
Eine Probe 20 aus Galliumarsenid umfaßt ein η dotiertes Substrat 21 und eine η dotierte Schicht 22. Auf der Oberfläche der η leitenden Schicht soll ein Schottky-Kontakt hergestellt werden. Gemäß der Erfindung geht man dann wie folgt vor:
(a1) während einer Vorstufe bewirkt man eine Abscheidung von Schwefel oder Selen und dann von Sauerstoff;
(b) man scheidet Metall ab;
(c) man glüht wie in der Stufe (c) des vorhergehenden Beispiels.
Die Stufe (a') umfaßt eine vorherige Reinigung, die der in Stufe (a) des ersten Beispiels gleicht. Dann erzeugt man in dem Behälter ein Hochvakuum, z.B. einen Restdruck
-10
von etwa 10 Torr. Man leitet in den Behälter Schwefelwasserstoff oder Selenwasserstoff, bis der Restdruck auf etwa 10" Torr angestiegen ist. Der Schwefelwasserstoff oder Selenwas-serstoff wird mit der Probe während einer Dauer At* in Kontakt gehalten, nach welcher Zeit man den Schwefelwasserstoff oder Selenwasserstoff abpumpt, um
-10
wieder auf den Druck von 10 Torr zu gelangen. Dann folgt eine analoge Stufe mit reinem Sauerstoff, wobei man dieses Gas mit der Probe während einer Dauer At^ in Kontakt hält.
■8*9 82 8/0760
28562U
- ίο -
Die Zeiten At* und at^ werden empirisch bei aufeinanderfolgenden Versuchen zur Herstellung von Schottky-Kontakten mit mehr oder weniger hohen Potentialschwellen ermittelt.
Eine mögliche Erklärung der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielten Ergebnisse ist die folgende. Sauerstoff ist ein starker Donator :i den Halbleitern vom Typ III-V, insbesondere in GaAs, wo seine Ionisierungsenergie 0,75 eV beträgt. Sein Diffusionskoeffizient in GaAs ist hoch und wahrscheinlich trifft dies auch für die anderen Halbleiter III-V zu. Wenn dpher Sauerstoff sich an der Zwischenfläche Metall-Halbleiter befindet, diffundiert dieser in das Innere des Halbleiters ein. Man hat dann eine Art von Übergang vorliegen, in welchem der durch Sauerstoff stark dotierte Teil ein höheres Ferminiveau aufweist als der nicht-dotierte Teil, mit einer ziemlich ausgedehnten Grenzfläche, wo kaum eine Möglichkeit zur Entstehung des Tunneleffekts besteht; somit liegt ein Schottky-Kontakt vor.
Wenn man einen ohmschen Kontakt herstellen will, wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren der an sich an der Materialoberfläche anwesende Sauerstoff entfernt, dann wird der Halbleiter vor einer späteren Dotierung durch Sauerstoff geschützt, indem man auf seiner Oberfläche Schwefel oder Selen abscheidet, welche weniger tief in das Material während der Glühung eindiffundieren. Die so erhaltene η leitende Si
neten ohmschen Kontakt.
erhaltene η leitende Schicht ergibt einen ausgezeich-
Wenn man einen Schottky-Kontakt herstellen will, begünstigt man die Adsorption einer begrenzten Menge Schwefel oder Selen und dann von Sauerstoff.
909828/0760
28562U
Man erhält so eine mehr oder weniger starke Sauerstoffdotierung und somit ein mehr oder weniger hohes Ferminiveau in dem η dotierten, als Träger Schicht dienenden Halbleitermaterial.
niveau in dem η dotierten, als Träger für die η leitende
Die erfindungsgemäß erhaltenen Kontakte können ein anderes Metall als Gold, z.B. Silber, Aluminium, Zinn, Indium oder deren Legierungen, aufweisen, wobei man dann die Glühtemperatur in Abhängigkeit vom Schmelzpunkt des gewählten Metalls variiert.
Mit Silber und η dotiertem Galliumarsenid kann man je nach der Vorbehandlung einen ohmschen Kontakt oder einen Schottky-Kontakt erhalten, dessen Potentialschwelle zwischen 0,55 eV und 0,80 eV liegt.
Die Erfindung ist auf die chemischen Verbindungen anwendbar, welche die Elemente der Gruppen III und V enthalten, z.B.:
GaAs, GaP, GaSb
itiAs, InP, InSb
GaAsxP1-x' GaxIn1-xAs' GaxAl1-xAs Ga In1 As P , wobei
y y
9G9828/0760
Leerseite

Claims (1)

  1. 28562ΊΑ
    Patentanwälte
    Dipl.-Ing. Dipl.-Chem. Dipl.-Ing.
    E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser
    Ernsbergerstrassn 19
    8 München 60
    THOMSON - CSF 22. Dezember 1978
    173, Bd. Haussmann
    75008 Paris / Frankreich
    Unser Zeichen: T 3198
    Patentansprüche
    Verfahren zur Fersteilung eines "Metall-Halbleiter"-Kontakts unter Abscheidung eines Metalls auf der Oberfläche eines η leitenden Halbleitermaterials, dadurch gekennzeichnet, daß man während einer Vorstufe das Halbleitermaterial in einen Behälter einbringt, diesen zuerst evakuiert und dann Schwefelwasserstoff oder Selenwasserstoff unter vermindertem Druck einführt.
    Verfahren zur Herstellung eines "Metall-Halbleiter"-Kontakts unter Abscheidung eines Metalls auf der Oberfläche eines η leitenden Halbleitermaterials, dadurch gekennzeichnet, daß man in einer Vorstufe das zuvor von Sauerstoff befreite Halbleitermaterial in eine wäßrige Lösung von Schwefelwasserstoff oder Selenwasserstoff einführt.
    . Ha/Ma 5 Θ 9 B 2 8 / 0 7 ß 0 ^^ lNSPECTED
    28562H
    3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man in einer weiteren Stufe den Schwefelwasserstoff oder den Selenwasserstoff durch reinen Sauerstoff unter vermindertem Druck ersetzt.
    4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das Halbleitermaterial erst in die wäßrige Schwefelwasserstoff- oder Selenwasserstofflösung und dann in eine wäßrige Lösung von Sauerstoff einbringt.
    5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2, 3 oder 4, gekennzeichnet durch die weiteren Stufen:
    - Abscheidung einer Metsllschicht auf der Oberfläche des Halbleitermaterials an der Stelle des herzustellenden Kontakts;
    - Wärmebehandlung des Materials ^-ei einer Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur des abgeschiedenen Metalls.
    6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das abgeschiedene Metall Gold, Silber, Aluminium, Indium oder eine Legierung dieser Metalle und das Halbleitermaterial eine der folgenden chemischen Verbindungen ist:
    Ga As, GaP, Ga Sb ;
    In As, InP, In Sb ;
    Ga Asx r!-x' Gax In1-X As' Gax Al1-x As '
    Asy Py , wobei _
    9G9fi?8/07ß0
DE19782856214 1977-12-29 1978-12-27 Verfahren zur herstellung eines metall- halbleiterkontakts Withdrawn DE2856214A1 (de)

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