DE3135007A1

DE3135007A1 - Mehrschichtenkontakt fuer eine halbleiteranordnung

Info

Publication number: DE3135007A1
Application number: DE19813135007
Authority: DE
Inventors: Guenter Dr Goldbach
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Priority date: 1981-09-04
Filing date: 1981-09-04
Publication date: 1983-03-24
Also published as: DE3135007C2

Description

Mehrschichtenkontakt für eine Halbleiteranordnuns
Die Erfindung betrifft einen Mehrschichtenkontakt für eine Halbleiteranordnung mit mindestens zwei Schichten, die aus unterschiedlichen Metallen oder Metallegierungen bestehen.
Es ist bekannt, daß elektrische Flächenkontakte an Halbleiterbauelementen heute nicht nur aus einem einzigen Metall, sondern je nach den geforderten elektrischen, mechanischen oder technologischen Eigenschaften teilweise auch aus einer Folge von Schichten unterschiedlicher Metalle hergestellt werden. Für die verschiedenen Halbleitermaterialien wie Silicium, Germanium oder die Verbindungshalbleiter ist eine Reihe unterschiedlich zusammengesetzter Kontaktsysteme in Gebrauch. Allen diesen Systemen ist gemeinsam, daß sie ausschließlich aus unterschiedlichen Metallen aufgebaut sind. Für eine Reihe von Metallkombinationen sind aber die für den Gesamtkontakt gewünschten Eigenschaften nicht befriedigend erzielbar oder nur durch eine Erweiterung des Systems durch zusätzliche Zwischenschichten. Dieser Maßnahme stehen-aber in den meisten Fällen technologische und fertigungstechnische Schwierigkeiten entgegen, da insbesondere bei Schichten, die im Vakuum aufgedampft werden, eine Zwischenbelüftung zwischen zwei Schichtabscheidungen sowohl aus physikalischen als auch aus fertigungstechnischen Gründen vermieden werden muß. Andererseits läßt sich in einer Aufdampfanlage nur eine begrenzte Zahl von unterschiedlichen Aufdampfquellen unterbringen. Unabhängig von der Problematik einer Begrenzung der Schichtenzahl aus verfahrenstechnischen Gründen existieren oft nicht die geeigneten Metallkombinationen, um gewünschte Eigenschaften eines Kontaktsystems zu erreichen. Insbesondere ist es oft schwierig, bei einem aus bestimmten technischen Gründen vorgegebenen Kontaktsystem zusätzlich noch eine ausreichende Korrosionsfestigkeit oder andere wichtige Nebenbedingungen zu erfüllen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Mehrschichtenkontakt ohne diese Nachteile anzugeben, der einerseits nur aus wenigen Schichten besteht, andererseits aber die technischen Kombinationsmöglichkeiten erweitert und dadurch verbesserte Eigenschaften hinsichtlich Korrosionsfestigkeit und Hemmung der Interdiffusion angrenzender Metallschichten gegenüber bekannten technischen Kontaktsystemen aufweist. Diese Aufgabe wird bei einem Mehrschichtenkontakt der eingangs erwähnten Art nach der Erfindung dadurch gelöst, daß sich zwischen mindestens zwei Metallschichten mindestens eine Halbleiterschicht befindet.
In die metallische Schichtenfolge des Kontaktes bzw. der Elektrode wird also mindestens eine halbleitende Schicht eingefügt, und zwar vorzugsweise eine Schicht aus dem Halbleitermaterial, welches kontaktiert werden soll. Die Halbleiterschicht befindet sich vorzugsweise auf der ersten, auf dem Halbleitersubstrat befindlichen Metallschicht, kann aber auch an jede beliebige andere Stelle der Kontaktschichtenfolge eingefügt werden. Der Einbau einer geeigneten Halbleiterschicht erfolgt insbesondere an der oder den Stellen, wo entweder eine elektrochemische Elementbildung der angrenzenden Metallschichten oder eine Interdiffusion der beiden Metalle verhindert werden soll, ohne für diesen Zweck der Schichttrennung eine eigene Metallschichtenfolge zu benötigen.
Die Erfindung wird im folgenden an Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Das erste Ausführungsbeispiel befaßt sich mit der Kontaktierung von Solarzellen. Es ist bekannt, den Wirkungsgrad von Solarzellen dadurch zu erhöhen, daß die Reflexion des in die Zelle einfallenden Lichtes, die am Rückseitenkontakt der Solarzelle stattfindet, durch entsprechende Wahl des Materials für die erste Metallschicht des Rückseitenkontaktes, die unmittelbar mit dem Halbleiterkörper der Solarzelle in Verbindung-steht, erhöht wird. Als Material für die erste Metallschicht des Rückseitenkontaktes einer Solarzelle hat sich vor allem Aluminium bewährt.
Die Kombination einer Aluminiumschicht als erste Metallschicht mit weiteren bewährten Metallschichtsystemen zur Kontaktierung von Silizium-Solarzellen wird bezüglich Korrosionsfestigkeit erfindungsgemäß durch Einfügen einer Zwischenschicht aus Silicium zwischen der ersten Metallschicht aus Aluminium und der nachfolgenden Metallschichten- kombination verbessert. Die Verwendung einer Zwischenschicht aus Silicium bei einer Elektrode mit einer Aluminiumschicht als erste Metallschicht und einer nachfolgenden Metallschichtenkombination hat außerdem bei Silegierten Al-Schichten den verfahrenstechnischen Vorteil, daß der Aufdampfprozeß für die ohnehin zur Herstellung der Al:Si-Schicht benötigten Aufdampfkomponenten Al und Si nur in geeigneter Weise zeitlich gesteuert werden muß, um die gewünschte Schichtenfolge zu erhalten.
Zur Kontaktierung von Silicium-Solarzellen eignen sich nach der Erfindung in besonderer Weise folgende Schichtkombinationen: Si-Substrat/A1/Si/Ti/Pd/Ag oder auch Si-Substrat/A1+1Si/Si/Ti/Pd/Ag Beide Kontaktsysteme enthalten die bewährte Schichten folge Ti/Pd/Ag, die in idealer Weise zur Kontaktierung von Silicium und damit auch zur Kontaktierung der nach der Erfindung vorgesehenen Zwischenschicht aus Silicium geeignet ist.
Für die Herstellung der erfindungsgemäßen Schichtenfolge als Kontakt für einen Halbleiterkörper aus Silicium mit einer ersten Schicht aus einer AI/Si-Legierung findet mit Vorteil gemäß einer Weiterbildung der Erfindung das nachfolgend beschriebene Verfahren Anwendung. Bei diesem Verfahren werden - beispielsweise zur Herstellung des Rückseitenkontaktes einer Silicium-Solarzelle - in einer Hochvakuum-Aufdampfanlage, die fünf Aufdampfquellen für Al, Si Ti, Pd und Ag enthält, die zu beschichtenden Silicium-Solarzellenscheiben zunächst mit Aluminium und gleichzeitig mit Silicium in geeignet gewählten Dampfdruckverhältnissen so bedampft, daß eine mit etwa 1 % Silicium angereicherte Aluminiumschicht von z. B. 0,5 um Dicke entsteht. Bei Erreichen der gewünschten Schichtdicke -das Schichtwachstum kann in üblicher Weise mittels eines Schichtdickenmeßgerätes verfolgt werden - wird die Aluminium-Quelle abgeschaltet und nur noch die Silicium-Quelle so lange betrieben, bis eine zusätzliche Silicium-Schicht von etwa 0,02 um Dicke entstanden ist. Danach werden nacheinander die Titan- und Palladium-Quellen eingeschaltet, um auf der Al/Si-Schichtkombination etwa 0,3 um Titan und darauf etwa 0,03 um Palladium abzuscheiden. Ohne Unterbrechung des Vakuums wird sodann Silber als letzte Deckschicht des Kontaktsystems in einer Dicke von etwa 10 um auf die Palladiumschicht aufgedampft. Das so hergestellte Kontaktsystem weist sowohl das angestrebte verbesserte Reflexionsverhalten an der Grenze Siliciumsubstrat/Aluminium als auch ein gutes Korrosionsverhalten auf.
Die Figur 1 zeigt eine Silicium-Solarzelle mit einem Silicium-Halbleiterkörper 1, in dem sich der pn-Übergang 2 befindet. Der Rückseitenkontakt 3 der Solarzelle weist die erfindungsgemäße Schichtenfolge Aluminiumschicht 4, Siliciumschicht 5, Titanschicht 6, Palladiumschicht 7 und Silberschicht 8 auf. Die Aluminiumschicht 4 kann einen Siliciumanteil enthalten.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft die zuverlässige Kontaktierung von Galliumarsenid. Hierbei handelt es sich um ein Beispiel, bei dem die Halbleiterzwischenschicht des Kontaktsystems aus einem anderen Material besteht als der zu kontaktierende Halbleiterkörper.
Galliumarsenid kann beispielsweise mittels einer Gold-Germanium-Legierung sperrfrei kontaktiert werden. Die weitere Kontaktierung der Gold-Germanium-Legierung stößt jedoch im Falle einer Weichlotverbindung auf Schwierigkeiten und bedarf zum Teil komplexer Metallschichtenkombinationen, da die für eine Weichlötung geeigneten Metalle Sn oder In beispielsweise mit Gold in unerwünschtem Maße legierende Verbindungen ergeben. Ist die erste Schicht des Kontaktsystems beispielsweise eine Au/Ge-Schicht, so verhindert eine auf diese erste Kontaktschicht nach der Erfindung aufgebrachte Ge-Schicht mit einer Dicke bis zu etwa 0,2 um eine unerwünschte Legierungsbildung und ermöglicht andererseits eine gute Lötverbindung mit Sn oder In, d. h. mit Metallen, die mit Germanium gute sperrfreie Kontakte ergeben.
Die Figur 2 zeigt die soeben beschriebene Kontaktierung eines Halbleiterkörpers aus Galliumarsenid. Wie die Figur 2 zeigt, erfolgt die Kontaktierung des Galliumarsenidsubtrats 7 durch eine Schicht 8 aus einer#Gold-Germanium-Legierung, auf der sich eine Germaniumschicht 9 befindet.
Auf der Germaniumschicht 9 befindet sich als Abschlußschicht eine Schicht 10, die beispielsweise aus Sn oder In besteht.
Die Kontaktsysteme nach der Erfindung eignen sich sowohl zur nichtsperrenden als auch zur sperrenden Kontaktierung von Halbleiterkörpern. Dabei kann die erfindungsgemäße Halbleiter-Zwischenschicht auch als Verbindungs- bzw.
Trennschicht zwischen zwei Metallschichten eingesetzt werden, die bereits durch zwei oder mehr Metallschichten vom Halbleitersubstrat getrennt sind.

Claims

Patentansprüche S Mehrschichtenkontakt für eine Halbleiteranordnung mit mindestens zwei Schichten, die aus unterschiedlichen Metallen oder Metallegierungen bestehen: dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen mindestens zwei dieser Schichten eine Halbleiterschicht befindet.
2) Mehrschichtenkontakt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterschicht die gleiche stoffliche Zusammensetzung wie der Halbleiterkörper aufweist.
3) Mehrschichtenkontakt nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterschicht auf derjenigen Metall- oder Metallegierungsschicht angeordnet ist, die unmittelbar mit dem Halbleiterkörper in Kontakt steht, und daß die weiteren Schichten, die ihrerseits auf der Halbleiterschicht angeordnet sind, ausschließlich Metallschichten sind.
4) Mehrschichtenkontakt nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterschicht dünner als 200 nm ist.
5) Mehrschichtenkontakt nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterschicht dicker als 10 nm ist.
6) Mehrschichtenkontakt nach einem der Anssprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterschicht den p-oder den n-Leitungstyp aufweist.
7) Mehrschichtenkontakt nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterschicht eine Störstellenkon-18 zentration aufweist, die größer als 5 . 10 cm ist.
8) Mehrschichtenkontakt nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterschicht eine röntgenamorphe Struktur aufweist.
9) Mehrschichtenkontakt nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterschicht eine polykristalline Struktur aufweist, deren Kristallitgrößen mindestens 10 nm betragen.
10) Mehrschichtenkontakt nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines Halbleiterkörpers aus Silicium die erste auf dem Halbleiterkörper befindliche Metallschicht aus Aluminium und die auf der ersten Metallschicht befindliche Halbleiterschicht aus Silicium bestehen und daß auf der Halbleiterschicht noch unterschiedliche Metallschichten angeordnet sind.
11) Mehrschichtenkontakt nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines Halbleiterkörpers aus Silicium die erste Metallschicht aus einer Si-Al-Legierung und die Halbleiterschicht aus silicium bestehen.
12) Mehrschichtenkontakt nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Siliciumschicht die Schichtenfolge Ti-Pd-Ag angeordnet ist.
13) Verfahren zum Herstellen eines Mehrschichtenkontaktes nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Schichten durch Aufdampfen im Vakuum oder mittels einer Gasentladung hergestellt werden, wobei mindestens die erste Metallschicht, die Halbleiterschicht und die darauf abzuscheidende zweite Metallschicht in einer ununterbrochenen Prozeßfolge aufgebracht werden, bei der keine Zwischenbelüftung der Abscheidungsanlage erfolgt.
14) Verfahren zum Herstellen eines Mehrschichtenkontaktes für Solarzellen nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst eine Si-Al-Legierung durch Verdampfen der Einzelkomponenten aus getrennten Verdampfungsquellen hergestellt wird und daß nach Erreichen der gewünschten Schichtdicke der Si-Al-Legierungsschicht nur die Al-Quelle abgeschaltet wird, während die Si-Quelle so lange kontinuierlich weiter betrieben wird, bis auch für die reine Siliciumschicht die gewünschte Schichtdicke erreicht ist.