DE4342527A1 - Verfahren zum elektrischen Kontaktieren von porösem Silizium - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Kontaktelektrode auf einer Siliziumoberfläche, bei dem auf der Siliziumoberfläche Elektrodenmaterial aufgebracht und auf diese Weise die Elektrode gebildet wird.

Es ist bekannt, daß poröses Silizium Elektrolumineszenz zeigt. Damit ist dieses Material im Bereich der Siliziumtechnologie zur Herstellung von Leuchtdioden oder auch anderen mikroelektronischen Bauelementen ge­ eignet. Dabei kann es erforderlich sein, mit der Schichtoberfläche des porösen Siliziums eine Kontakt­ elektrode zur Stromversorgung vorzusehen.

Es ist aus A. Richter et al.: "Current-Induced Light Emission from a Porous Silicon Device", IEEE Electron Device Letters, Vol. 12 (1991), pp. 691-692, bekannt, auf der porösen Siliziumschichtoberfläche zur Bildung von Metallkontakten Kontaktmaterial aufzudampfen. Nach­ teilig ist, daß solche Metallkontakte durch die nano­ kristalline Oberfläche des porösen Siliziums bedingt, hohe Kontaktwiderständen haben. Zudem nachteilig ist, daß im Falle einer photolithographischen Strukturierung nach dem Porösidieren des Siliziums dazu führt, daß der dabei eingesetzte Photolack nicht vollständig aus den Poren des nanokristallinen Materials entfernt werden kann und damit die Eigenschaften der Schichtstruktur nachteilig beeinträchtigt werden. Erfahrungsgemäß er­ möglichen aufgedampfte Goldkontakte auf der porösen Siliziumoberfläche erst bei elektrischen Spannungen von wenigstens 20 V die für die Siliziumtechnologie bedeut­ same Elektrolumineszenz.

Demgegenüber ist aus A. Bsiesy et al.: "Voltage-tunable electroluminescence of porous silicon", Optical Proper­ ties of Low Dimensional Silicon Structures, NATO ASI Series, Kluwer Academic Publishers, 1993, Dordrecht/Boston/London, als verbesserte elektrische Kontaktierung bekannt, flüssige Elektrolyten einzuset­ zen. Nachteilig sind jedoch mit dieser Phase verbundene Eigenschaften solcher Kontraktelektroden.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Her­ stellung einer Kontaktelektrode auf einer Siliziumober­ fläche zu schaffen, bei dem die Kontaktierung verbes­ sert, der Kontaktwiderstand verringert und die im Stand der Technik aufgezeigten Nachteile unterbleiben, zumin­ dest jedoch reduziert werden.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1.

Es wurde erkannt, daß die Porösidierung des Siliziums nach der Bildung der Kontaktelektrode gegenüber den bisherigen Metallelektroden eine stark verbesserte elektrische Kontaktierung mit dem porösen Silizium er­ gibt. Damit wird verhindert, daß das poröse Silizium zwischen sich und der Elektrode eine für die Haftung der Elektrode nachteilige Oxyd-Oberflächenschicht bildet, wie es dann erfolgt, falls die Elektrode aufge­ bracht wird zu einem Zeitpunkt, wo das Silizium bereits porosidiert worden ist.

In einer verbesserten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß Anspruch 2 wird vorgeschlagen, daß das Silizium bis in den Bereich der Grenzschicht zwischen sich und der Kontaktelektrode porösidiert wird. Damit wird die Möglichkeit der Elektrolumineszenz des porösen Siliziums optimal genutzt.

Eine weitere vorteilhafte Variante des erfindungsge­ mäßen Verfahrens gemäß Anspruch 3 sieht vor, daß vor der Porösidierung des Siliziums die Kontaktelektrode strukturiert wird. Es wurde erkannt, daß damit die pho­ tolithographische Strukturierung des Kontaktmaterials nicht durch die Eigenschaften des porösen Siliziums be­ schränkt werden. Insbesondere können die für eine opti­ malen ohmschen Kontakt erforderlichen Temperungen ohne Rücksicht auf das sehr temperaturempfindliche poröse Silizium durchgeführt werden. Es ist dabei vorteilhaft, gemäß Anspruch 4 die für das insgesamt herzustellende mikroelektronische Bauelement benötigten Isolations­ schichten vor dem Porösidieren des Siliziums aufzubrin­ gen. Diese Schichten können teilweise oder auch voll­ ständig bestimmte Oberflächen isolieren. Allerdings kann auch alternativ oder kumulativ eine zumindest teilweise Strukturierung bestimmter Schichten erfolgen.

Für den Fall, daß die metallische Kontaktelektrode als feine siebförmige Struktur ausgebildet wird, kann der Siliziumbereich nahe der Grenzschicht mit der Kontakt­ elektrode vollständig porösidiert werden.

Im folgenden wird anhand eines Ausführungsbeispiels die Erfindung näher erläutert:

Es zeigen:

Fig. 1 eine poröse Siliziumschichtstruktur mit elektrischen Kontakten außerhalb des porösen Bereichs;

Fig. 2 Kontaktierung einer porösen Silizium­ schicht mit ohmschen Kontakten auf p- dotiertem Silizium;

Fig. 3 mehrere metallische Kontakte auf n- dotiertem Silizium, teilweise durch Metallisierung mittels der Schatten­ maskentechnik miteinander verbunden;

Fig. 4 Schichtstruktur mit ohmschen Kontak­ ten auf p-dotiertem Silizium mit n- dotierter poröser Siliziumoberflä­ chenschicht;

Fig. 5 schematische Darstellung des Herstel­ lungsverfahrens mit mehreren Kontakt­ elektroden auf porösem Silizium.

In der Fig. 1 ist eine poröse Siliziumschichtstruktur gezeigt mit elektrischen Kontakten außerhalb des po­ rösen Bereichs. Dazu wurde auf einem p-dotierten Sili­ ziumsubstrat eine n-dotierte Siliziumschicht aufge­ bracht. An der Grenzschicht bildete sich die Raumla­ dungszone (dunkel schraffiert angedeutet). Auf der Oberfläche des n-dotierten Siliziums wurden zwei Kon­ takte gebildet und im Anschluß daran das Silizium im Bereich zwischen den Kontakten porosidiert im n-dotier­ ten als auch bis in den p-dotierten Bereich des Silizi­ umsubstrats.

In der Fig. 2 wurden auf einem p-dotierten Silizium­ substrat zunächst zwei ohmsche Kontakte gebildet. Da­ nach wurde das p-dotierte Silizium porosidiert unter­ halb der auf der Siliziumoberfläche gebildeten ohmschen Kontakte bis in den Bereich der Grenzschicht zwischen dem p-dotierten Silizium und der jeweiligen Kontakt­ elektrode.

In der Fig. 3 sind mehrere metallische Kontakte auf n- dotiertem Silizium dargestellt, dabei teilweise durch Metallisierung mittels der Schattenmaskentechnik mit­ einander verbunden. Während die Version A auf n-dotier­ tem Silizium gebildete ohmsche Kontakte zeigt, unter­ halb denen nur in begrenztem Maße anschließend das Si­ lizium porosidiert wurde im Bereich der Grenzschicht, zeigt die Fig. 3 B eine vollständige Porosidierung un­ terhalb der auf dieser n-dotierten Siliziumoberfläche gebildeten, relativ schmalen metallischen Kontaktfinger bis in den Bereich der Grenzschicht zwischen der jewei­ ligen Elektrode und dem Siliziumsubstrat. Andeutungs­ weise wird eine Möglichkeit gezeigt, in diesem Falle durch Schattenmaskentechnik eine Metallisierung über mehrere Kontakte zu bilden, so daß die einzelnen Kon­ taktfinger miteinander elektrisch verbunden sind.

In einer weiteren Variante ist in Fig. 4 eine p-do­ tierte Siliziumschicht mit aufgetragener n-dotierter Siliziumschicht gezeigt, auf deren Oberfläche darge­ stellt zwei ohmsche Kontakte gebildet sind. Während bei der nachfolgenden Porosidierung das n-dotierte Silizium unterhalb der ohmschen Kontakte relativ wenig porosi­ diert wird, hat das p-dotierte Silizium die Eigen­ schaft, trotz der vorhanden ohmschen Kontakte leicht vollständig porosidiert zu werden.

In den Fig. 5a-d ist eine schematische Darstellung des Herstellungsverfahrens mit mehreren Kontaktelektro­ den auf porösem Silizium gezeigt. Auf der Rückseite eines p-dotierten Siliziumsubstrats, das auf seiner oberen Seite mit einer n-dotierten Siliziumschicht ver­ bunden ist, wird zunächst ein ohmscher Kontakt aufge­ bracht. Mit Hilfe von weiteren, hier im einzelnen nicht dargestellten Schritten wird die n-dotierte Silizium­ schicht strukturiert und anschließend isoliert im Be­ reich der freigelegten Grenzschicht zwischen n- und p- dotiertem Silizium. (Fig. 5b). Im Anschluß daran wer­ den streifen- bzw. fingerförmige ohmsche Kontakte auf der n-dotierten Siliziumoberfläche gebildet. (Fig. 5b).

In einem nachfolgenden Schritt wird nunmehr, wie in Fig. 5 dargestellt, das n-dotierte Silizium wie auch der angrenzende Bereich des p-dotierten Siliziumsub­ strats porosidiert. Schließlich wird gemäß Fig. 5d mit Hilfe der Schattenmaskentechnik eine Metallisierung vorgenommen so, daß die einzelnen ohmschen Kontakte miteinander elektrisch verbunden sind.

Claims (5)

1. Verfahren zur Herstellung einer Kontaktelektrode auf einer, insb. für die Siliziumtechnologie ge­ eigneten Siliziumoberfläche, bei dem auf der Si­ liziumoberfläche Elektrodenmaterial aufgebracht und auf diese Weise die Elektrode gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß nach Bildung der Kontaktelektrode das Sili­ zium porösidiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Silizium bis in den Bereich der Grenz­ schicht zwischen sich und der Kontaktelektrode porösidiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß insbesondere vor der Porösidierung des Sili­ ziums die Kontaktelektrode strukturiert wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Porösidierung des Siliziums je nach den zur Herstellung des gewünschten Bauelementes gestellten Anforderungen die betreffenden Ober­ flächen zumindest teilweise isoliert und/oder strukturiert werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Grenzschichtbereich als Material der Ober­ fläche p-dotiertes Silizium gewählt wird.