DE7216763U - OHMSCHER CONTACT CONNECTION - Google Patents
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Description
Ohm'scher KontaktanschlussOhmic contact connection
Die Erfindung betrifft einen Ohm"sehen Kontaktanschluss für Halbleiterverbindungen der III.-V. sowie IV-IV. Gruppen.The invention relates to an ohmic contact terminal for semiconductor compounds of III.-V. as well as IV-IV. Groups.
Bisher bestanden erhebliche Schwierigkeiten um elektrische Kontakte an Halbleiterträgermaterialien anzubringen, die aus Verbindungen der III.-V. oder IV.-IV. Gruppen bestehen. Der Grund hierfür ist der verhältnismässig grosse Bandabstand bei derartigen Verbindungen. Dies trifft insbesondere zu, wenn das Kalbleiterträgermaterial leicht dotiert ist. Es wurden auch vielseitige Versuche unternommen um das Halbleiterträgermaterial mit einer eutektischen Mischung aus Gold und Germanium für Kontaktzwecke zu versehen. Die Hauptschwierigkeit bei der Verwendung eines Eutektikums für Kontakte ergibt sich ausSo far, there have been considerable difficulties in attaching electrical contacts to semiconductor carrier materials, the from compounds of III.-V. or IV.-IV. Groups exist. The reason for this is the relatively large band gap in such connections. This is particularly true to when the lead carrier material is lightly doped. Versatile attempts have also been made around the semiconductor substrate with a eutectic mixture of gold and germanium for contact purposes to provide. The main difficulty with using a eutectic for contacts arises from
Fs/baFs / ba
derthe
M262P/G-78O/1M262P / G-78O / 1
der Legierungsverschlechterung für das Halbleiterträgermaterial , wenn der Aufbau über eine kritische Temp ,ratur hinaus erhitzt wird. Die Verwendung von fremdartigen, eutekt^ischen Gemischen ist notwendigthe alloy deterioration for the semiconductor substrate if the structure is above a critical one Temp, rature is heated beyond. The use of strange, eutectic mixtures is necessary
HEgEII UCl fli I. UCl lialUlCl ICl « Cl UlIlUUIIgCII , UXC a X O Träger Verwendung finden. Bei den meisten Halbleitermaterialien werden Anreicherungszonen verwendet, um die Herstellung einer guten Ohm1sehen Kontaktverbindung zu erleichtern. Die Verwendung von Anreicheru.igszonen mit eutektischem Material fordern derartiges Material, das in gewisser Hinsicht an das für die Anreicherung verwendete Material angepasst ist. Unglücklicherweise ist es schwierig, bei Halbleiterverbindungen der III.-V. oder IV.-IV. Gruppen eine solche Anpassung zu erzielen. Damit wird die Verwendung von fremdartigen, eutektischen Gemischen in Halbleiteranordnungen aus Gallium-Arsenid,HEgEII UCl fli I. UCl lialUlCl ICl «Cl UlIlUUIIgCII, UXC a XO carrier use. Enrichment zones are used in most semiconductor materials to facilitate the establishment of a good ohm-1 contact connection. The use of enrichment zones with eutectic material require such a material that is in some respects adapted to the material used for the enrichment. Unfortunately, with III.-V. or IV.-IV. Groups to achieve such an adjustment. This prevents the use of strange, eutectic mixtures in semiconductor arrangements made of gallium arsenide,
rniK,...A....;j_ni.. UiJ J ci-iz-i ν -uzj c τ — -r n iK, ... A ....; j_ni .. UiJ J ci-iz-i ν -uzj c τ - -
VIaXXXUIU-I-IISCIIXU-CIiUSJJiIXU. uiiu οχχχέ xuiii~~ HcLi uxu dux iciiipcia~ turbereiche hegrenzt'-- bei welchen eine Legierung-sverschlechterung nicht auftreten kann.VIaXXXUIU - I-IISCIIXU - CIiUSJJiIXU. uiiu οχχχέ xuiii ~~ HcLi uxu dux iciiipcia ~ ture areas limited '- in which alloy deterioration cannot occur.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ohm1sehen Kontaktanschluss an ein Halbleitermaterial aus Verbindungen der III.-V. und IV.-IV. Gruppen zu schaffen mit möglichst guten Eigenschaften, ohne Beeinträchtigung der Halbleiteranordnung. Insbesondere soll vermieden werden, dass für den Kontaktanschluss angebrachte Metallisatior-sschichten eine Verunreinigung des Halbleitermatc ials auslösen. Ein solcher Kontaktanschluss soll auch verhältnismässig hohen Temperaturen widerstehen.The invention is based on the object to see an Ohm 1 contact connection to a semiconductor material made of compounds of III.-V. and IV.-IV. To create groups with the best possible properties, without impairing the semiconductor arrangement. In particular, it should be avoided that metallization layers applied for the contact connection trigger contamination of the semiconductor material. Such a contact connection should also withstand relatively high temperatures.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass eine Schicht eines hochdotierten und amorphen Siliziums auf demjenigen Teil der Oberfläche des undotierten Halbleitermaterials der Halbleiterverbindung angebracht ist,According to the invention, this object is achieved in that a layer of highly doped and amorphous silicon on that part of the surface of the undoped semiconductor material the semiconductor compound is attached,
- 2 - wobei- 2 - where
M262P/G-78O/1 ^ M262P / G-78O / 1 ^
wobei keine Anreicherungszone für den Kontaktanschluss notwendig ist. Eine besondere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass über der hochdotierten, amorphen Siliziumschicht eine Metallisationsschicht angeordnet ist und die amorphe Siliziumschicht eine elektrische Obergangsschicht darstellt, die eine Verunreinigung des Halbleiter materials durch die Metalli^ationsschicht verhindert.with no enrichment zone for the contact connection necessary is. A special embodiment of the invention consists in that above the highly doped, amorphous Silicon layer, a metallization layer is arranged and the amorphous silicon layer is an electrical transition layer represents, which prevents contamination of the semiconductor material by the Metalli ^ ationsschicht.
Mit Hilfe der Erfindung ist es vorteilhafterweise möglich Ohm'sche Kontaktanschlüsse aus einem bei hohen Temperaturen stabilen amorphen und hochdotierten Silizium an halbleitermaterialien aus den Verbindungen der III.-V. oder IV.-IV. Gruppen zu schaffen, ohne dass eine Anreicherungszone notwendig ist. Das Dotierungsmaterial der amorphen Siliziumschicht bewirkt keine Dotisrunp des Halbleiterträgers mitWith the help of the invention it is advantageously possible to have ohmic contact connections from a high temperature stable amorphous and highly doped silicon on semiconductor materials from the compounds of III.-V. or IV.-IV. Create groups without the need for an enrichment zone. The doping material of the amorphous silicon layer does not cause any Dotisrunp of the semiconductor carrier
- 3 - Hinblick - 3 - view
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Hinblick auf die elektrischen Eigenschaften, bzw. wenn eine solche Dotierung stattfindet ist der Umfang jedoch unbedeutend. Die Qualität des Kontaktanschlusses wird J dadurch erhöht, dass gleichzeitig die Dotierung und dasWith regard to the electrical properties, or if such doping takes place, the scope is, however insignificant. The quality of the contact connection is increased by the fact that the doping and the
Niederschlagen der amorphen Siliziumschicht auf den ' Halbleiterkörper vorgencüünen virri- Zur weiteren Wi-Deposition of the amorphous silicon layer on the 'semiconductor body vorgencüünen virri- For further wi-
J besserung der Kontaktqualität kanr das gasförmige Dotierungs-The gaseous doping agent can improve the contact quality
■ material zunächst in eine vertikale Reaktionskammer der-■ material first in a vertical reaction chamber of the
j »rt eingeführt werden, dass sich die Atome des Dotierungs-recently introduced that the atoms of the doping
! materials auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers niederschlagen. Unmittelbar danach werden die Reaktionsprodukte . in die Kammer eingeführt, um die hochdotierte, amorphe! precipitate material on the surface of the semiconductor body. Immediately thereafter, the reaction products. introduced into the chamber to the highly doped, amorphous
Siliziumschicht auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers bei gleichzeitigem Niederschlagen des Dotierungsmaterials aufzubauen. Das Vorhandensein von Atomen des Dotierungsmaterials auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers trägt zur guten Kontaktbildung und zur Dotierung des niederzuschlagenden amorphen Materials bei. Diese amorphe Schicht kann über die gesamte Kälbleiteroberfläche sich erstreckend ausgebildet werden, worauf das für die Kontaktierung benötigte Muster durch Ätzen in herkömmlicher Weise gebildet wird. Zum Ätzen kann jedes Ätzmittel Verwendung finden, ; mit dem Silizium ätzbar ist.Silicon layer on the surface of the semiconductor body with simultaneous deposition of the doping material build up. The presence of atoms of the doping material on the surface of the semiconductor body contributes for good contact formation and for doping the amorphous material to be deposited. This amorphous layer can extend over the entire calf conductor surface are formed, whereupon the pattern required for contacting is formed by etching in a conventional manner will. Any etchant can be used for etching; with which silicon can be etched.
Das Verfahren zur Herstellung des Ohm'sehen Kontaktan- ! Schlusses gemäss der Erfindung bietet eine VielzahlThe process of making the ohmic contact ! The conclusion according to the invention offers a multitude
von Vorteilen. Zunächst ist ein .olcher gemäss der Erfindung hergestellter Ohm1scher Anschlusskontakt stabil bis zu Temperaturen von etwa 10000C. Somit können die Kontaktanschlüsse bereits vor weiteren Diffusionen am ! Halbleiterträger angebracht werden, falls dieses erwünscht ist. Ein weiterer Vorteil aufgrund der Verwendung ; eines hochdotierten, amorphen Siliziumkontaktes ergibtof advantages. First, a .olcher shear according to the invention produced Ohm one terminal contact stable up to temperatures of about 1000 0 C. Thus the contact terminals may before further diffusion on! Semiconductor carriers are attached, if this is desired. Another benefit due to the use; of a highly doped, amorphous silicon contact
■ sich aus der Tätsache, dass die amorphe Schicht zwischen■ from the fact that the amorphous layer between
] dem Halbleiterträger und der Kontaktmetallisation als] the semiconductor carrier and the contact metallization as
r - 4 - leitender - 4 - senior
M7.62P/G-78O/1 \ M7.62P / G-78O / 1 \
leitende Schicht liegt, wobei sowohl zwischen dem Halbleiterträger und der amorphen Silizi imschicht, als auch zwischen der amorphen Siliziumschicht und der Metallisationsschicht ein echter Ohm1scher Kontakt besteht. conductive layer is, imschicht wherein both between the semiconductor substrate and the amorphous Silizi than 1 consists shear contact between the amorphous silicon layer and the metallization layer a real ohms.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich aus der Verwendung einer amorphen Siliziumschicht, v:enn eutektische Gemische Verwendung finden, da die amorphe Siliziumschicht als Legierungsschranke wifcsam ist, wenn bei hohen Temperaturen solche Legierungserscheinungen auftreten können und der Halbleiterkörper beschädigt werden könnte, wenn die Legierung in das Halbleitermaterial eindringen kann. Damit ist es möglich alxe Metallisationsarten als Kontakt auf amorphen Siliziumschichten zu verwenden, da diesa: als Puffer wirkt und eine Verschlechterung der Kristallstruktur des Halbleiterträgers, sowie der Stöchiometrie in einer Umgebung mit hohen Temperaturen verhindert.Another advantage results from the use of an amorphous silicon layer, when using eutectic mixtures find that the amorphous silicon layer is useful as an alloy barrier, if such at high temperatures Alloying phenomena can occur and the semiconductor body could be damaged if the alloy is in the Semiconductor material can penetrate. This makes it possible to use alxe types of metallization as contact on amorphous silicon layers to be used because this: acts as a buffer and a deterioration in the crystal structure of the semiconductor substrate, as well as stoichiometry in a high temperature environment.
Schliessiich ergibt sich als Vorteil der Verwendung einer dotierten, amorphen Siliziumschicht, dass sich der Kontakt bei verhältnismässig niederen Temperaturen anbringen lässt. Dies ist besonders für Halbleiterverbindungen zweckmässig, die der III.-V. Gruppe angehören, da diese Halbleiterverbindungen über Temperaturen von 7000C temperaturempfindlich sind und eine stöchiometrische als auch kristalline Verschlechterung erfahren können. Da der Kontakt bei Temperaturen unterhalb dieses Wertes angebracht werden kann, wirkt sich das auf die Kristallstruktur des Halbleiterkörpers sehr vorteilhaft aus. Insbesondere wenn das amorphe Silizium, wie bereits früher vorgeschlagen, zuerst aufgebracht wird und dann durch eine Diffusion dotiert wird, führen die für die Diffusion benötigten Temperaturen zu Verschlechterungen im Halbleitermaterial während dieses Diffusionsvorganges. Das vorliegendeFinally, the advantage of using a doped, amorphous silicon layer is that the contact can be made at relatively low temperatures. This is particularly useful for semiconductor connections which III.-V. Belong to group, since these semiconductor compounds are temperature-sensitive above temperatures of 700 0 C and can experience a stoichiometric as well as crystalline deterioration. Since the contact can be applied at temperatures below this value, this has a very advantageous effect on the crystal structure of the semiconductor body. In particular, if the amorphous silicon, as already proposed earlier, is applied first and then doped by diffusion, the temperatures required for diffusion lead to deterioration in the semiconductor material during this diffusion process. The present
- 5 - Verfahren- 5 - Procedure
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Verfahren sollte deshalb auch nicht mit Dotierungsverfahren für Halbleiterträger durch eine amorphe Siliziumgrenzschicht verwechselt werden, da nur sehr wenig bzw. gar keine Diffusion zwischen cum Kontaktmaterial und dem Halbleiterträger während der Ausführung der Erfindung stattfindet. Mit anderen Worten, die herkömmlichen Dotierungsmaterialien der III.-V. Gruppe für Siliz um in krista _iner oder amorpher Form bewirken keine elektrische Dotierung von Halbleiterverbindungen der III. - V. Gruppen. Bezüglich des Begriffes"amorphes Silizium" ergibt sj-h eine Definitionsschwierigkeit, da dieser Begriff sich auf eine Siliziumschicht bezieht, in der keine kristallite Strukturen vorhanden sind. Es gibt jedoch eine Form eines polykristallinen Siliziums in welchem die kristalliten Strukturen so klein sind, dass sie mit normalen Mitteln nicht festgestellt werden können. Die Ausbildung des amorphen Siliziums ergibt sich zum grossen Teil aufgrund der Temperatur beim Entstehen des Siliziums aus der Gasphase. Je höher die Temperatur ist, um so grosser werden die Kristallite, die in der Siliziumschicht auftreten. Es gibt daher eine Art des polikristallinen Siliziums, das bei solch niedrigen Temperaturen aufgebaut wird, dass es sich dem amorphen Silizium bezüglich seiner Charakteristiken und Qualitäten nähert. Diese Art des pdikristallinen Siliziums ist im Rahmen der Erfindung wie ein amorphes Silizium zu betrachten.Process should therefore not involve doping processes for semiconductor carriers through an amorphous silicon boundary layer be confused because very little or no diffusion between contact material and cum the semiconductor carrier takes place during the practice of the invention. In other words, the conventional III.-V. Group for Siliz um in Krista _iner or amorphous form do not cause any electrical doping of semiconductor compounds of III. - V. Groups. In terms of The term "amorphous silicon" gives sj-h a definition difficulty, since this term refers to a silicon layer refers, in which there are no crystallite structures. However, there is a form of polycrystalline Silicon in which the crystallite structures are so small that they cannot be detected by normal means can be. The formation of amorphous silicon is largely due to the temperature at which it is formed of silicon from the gas phase. The higher the temperature, the larger the crystallites that are in the Silicon layer occur. So there is a type of policrystalline silicon that works at such low temperatures is built up so that it approximates amorphous silicon in terms of its characteristics and qualities. This type of pdicrystalline silicon is to be regarded as amorphous silicon in the context of the invention.
Aufgrund der Erfindung findet ein stark dotiertes, .imorphes Silizium als Kontakt für Halbleiterträger Verwendung, wobei das Dotierungsniveau ausreicht, um das amorphe Silizium, das normalerweise als Isolator zu betrachten ist, als Leiter wirken zu lassen. Durch das erfindungsgemässe Herstellungsverfahren dieses amorphen Siliziums wird in die Oberfläche des Halbleiterkörpers vor djr Ablagerung des amoTphen Siliziums das Doti' ungsmaterial eingeführt. Dad rch wird nicht nur dieDue to the invention finds a heavily doped, .imorphes Use of silicon as a contact for semiconductor carriers, the doping level being sufficient to remove the amorphous silicon, the normally to be viewed as an insulator, to act as a conductor. By the manufacturing method according to the invention this amorphous silicon becomes in the surface of the semiconductor body before the deposition of the amorphous silicon the doping material introduced. Dad rch will not only
- 6 - Ohm'sche- 6 - Ohmic
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Ohm'sche Kontaktgabe mit dem Halbleiterkörper verbessert, sondern das amorphe Silizium stärker dotiert. Obwohl die Erfindung im wesentlichen auf Halbleiterverbindungen der III. - V. Gruppen, sowie IV. - IV. Gruppen gerichtet ist kann ein solches dotiertes,amorphes Silizium auch zum Kontaktieren anderer Halbleitermaterialien verwendet werden.Ohmic contact with the semiconductor body is improved, but the amorphous silicon is more heavily doped. Although the Invention essentially on semiconductor compounds of III. - V. groups, as well as IV. - IV. Groups is directed Such a doped, amorphous silicon can also be used for contacting other semiconductor materials.
Obwohl es bekannt ist, amorphes Silizium als Kontaktmaterial zu verwenden und dieses bis zu einem solchen Grad zu erhitzen, dass es rekristallisiert und einen Leiter bildet, soll gerade dieses rekristallisierte, amorphe Halbleitermaterial gemäss der Erfindung vermieden werden, da die Dotierung im amorphen Silizium die gewünschte Leitfähigkeit ergibt. Ein solches rekristallisiertes, amorphes Silizium als Kontaktmaterial ist in US-PS 3 506 545 beschrieben. Although it is known to use amorphous silicon as a contact material and this up to one To heat degree that it recrystallizes and forms a conductor, just this is to recrystallize, amorphous semiconductor material can be avoided according to the invention, since the doping in the amorphous silicon is the desired Conductivity results. Such a recrystallized, amorphous one Silicon as a contact material is described in US Pat. No. 3,506,545.
Ein allgemein bekanntes Problem bei der Verwendung eutektischer Gemirche ist das Entstehen von Tropfenoder Kugelformationen, wenn das eutektische Gemisch auf der Oberfläche eines Halbleiterkörpers aus einem zusammengesetzten Halbleitermaterial niedergeschlagen wird. Es sind mehrere Vorschläge bekannt, um solche Tropfen- oder Kugelstrukturen zu vermeiden. Die Erfindung bietet jedoch den Vorteil durch die Verwendung des amorphen Siliziums, dass das Problem der Ausbildung von Tropfen-oder Kugelstrukturen nicht mehr existiert, da das eutektische Gemisch niemals mit der Oberfläche des Halbleiterkörpers des zusammengesetzten Halbleitermaterials in Berührung kommt. Wenn ein eutektisches Gemisch zur Kontaktierung einer Halbleiteranordnung gewünscht ist, wird es direkt auf dem amorphen Silizium angebracht. Jedoch entstehen dabei nicht die vorausstehend genannten Tropfen- bzw. Kugelstrukturen.A well-known problem with the use of eutectic churches is the formation of drops or Ball formations when the eutectic mixture on the surface of a semiconductor body from a composite semiconductor material is deposited. There are several known proposals for such Avoid drop or ball structures. However, the invention offers the advantage of use of amorphous silicon, so that the problem of the formation of drop or spherical structures no longer exists, since the eutectic mixture never contacts the surface of the semiconductor body of the composite semiconductor material comes into contact. When a eutectic mixture is required for contacting a semiconductor device it is attached directly to the amorphous silicon. However, this does not result in the aforementioned Drop or spherical structures.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sichFurther features and advantages of the invention result
7 - aus7 - off
M262P/G-78O/1 /Y] M262P / G- 7 8O / 1 / Y]
aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit den Ansprüchen und der Zeichnung. Es zeigen:from the following description of an exemplary embodiment in conjunction with the claims and the Drawing. Show it:
Fig. 1 eine geschnittene Teilansicht eines Halbleiterträgermaterials auf dessen Oberfläche als einleitende Massnahme Dotierungsmaterial unmittelbar vcr dem Anbringen einer dotierten, amorphen Siliziumschicht angebracht ist;1 shows a partial sectional view of a semiconductor carrier material on its surface as an introductory measure doping material immediately before the application of a doped, amorphous silicon layer is attached;
Fig. 2 eine geschnittene Teilansicht des Aufbaus gemäss Fig. 1, nach dem Aufbringen der amorphen Siliziumschicht;FIG. 2 shows a sectional partial view of the structure according to FIG. 1, after the amorphous Silicon layer;
Fig. 3 den Aufbau gemäss Fig. 2 nach einer Ätzbehandlung zur Schaffung eines für Kontaktanschlüsse geeigneten Musters aus amorphem Silizium;3 shows the structure according to FIG. 2 after an etching treatment to create an amorphous silicon pattern suitable for contact terminals;
Fig. 4 die Verwendung eines Legierungsmetalles oder eines anderen Materials zur Metallisierung der Oberfläche der amorphen Siliziumschicht;Fig. 4 the use of an alloy metal or another material for metallizing the surface of the amorphous silicon layer;
Fig. 5 eine grafische Darstellung, welche die Linearität und die fehlende Versetzung zwischen einer an die Kontaktfläche angelegten Spannung und dem über die amorphe Schicht fliessenden Strom darstellt und welche erkennen lässt, dass eine reine Ohm'sche Kontaktverbindung mit dem Halbleiterträger besteht.Fig. 5 is a graph showing the linearity and lack of offset between an represents the applied voltage and the current flowing through the amorphous layer and which shows that there is a pure ohmic contact connection with the semiconductor carrier consists.
Die nachfolgende Beschreibung geht von der Verwendung einer hochdotierten, amorphen Siliziumschicht als Kontaktmaterial für einen Halbleiterträger mit Verbindungen der III. - V. Gruppen und IV. - IV. Gruppen aus, wobei fürThe following description is based on the use of a highly doped, amorphous silicon layer as a contact material for a semiconductor carrier with compounds of III. - V. Groups and IV. - IV. Groups from, whereby for
diethe
M262P/G-78O/1 /j'λ M262P / G-78O / 1 / j'λ
die Kontaktverbindung keine Anreicherungszone benötigt wird. Der hochdotierte, amorphe Siliziumkontakt kann wegen seiner hohen Temperaturstabilität für das Anbringen des Kontaktes direkt benutzt oder als zwischenliegende ubergangsschicht zwischen der Oberfläche des Kalbleiterträgers aus der Gruppe der genannten Verbindungen und der Kontaktmetallisation verwendet werden. Das amorphe Silizium wird in einem Verfahrensschritt dotiert und niedergeschlagen, wobei ein Dotierungsmittel Verwendung findet, das den Halbleiterträger, auf welchem die amorphe Siliziumschicht angebracht wird,nur unwesentlich dotiert. Im Rahmen der Erfindung kann anstelle einer amorphen Siliziumschicht auch eine amorphe Schicht aus einem anderen Halbleitermaterial Verwendung finden, soweit dieses hochdotierbar ist. Obwohl es möglich sein kann, dass sich eine gewisse Anreicherungsdiffusion einstellt vervn die spezielle, amorphe Substanz dotiert wird, so hat dieses Dotierungsmaterial primär nicht den Zweck eine Anreicherungszone im Halbleiterträger aufzubauen. Das anfängliche Aufbringen einer atomaren Schicht aus dem Dotierungsmaterial auf die Oberfläche des Halbleiterträgers dient einerseits dem Zweck einer Ausbildung einer gleichmässigen Dotierungsverteilung in der amorphen Schicht und andererseits der Verbesserung des Kontaktes zwischen der amorphen Schicht und dem Halbleiterkörper. Obwohl sich eine solche Verbesserung der Kontaktgabe eindeutig ergibt, kann hierfür keine theoretische Begründung abgegeben werden. Das Dotierungsmaterial, das normalerweise für die Dotierung des amorphen Materials verwendet wird, wirkt in der Regel nicht für das Halbleitermaterial des verwendeten Trägers dotierend.the contact connection does not require an enrichment zone. The highly doped, amorphous silicon contact can, because of its high temperature stability, be used directly for attaching the contact or as an intermediate transition layer between the surface of the semiconductor carrier from the group of compounds mentioned and the contact metallization. The amorphous silicon is doped and deposited in one process step, a dopant being used which only insignificantly dopes the semiconductor carrier on which the amorphous silicon layer is applied. In the context of the invention, instead of an amorphous silicon layer, an amorphous layer made of another semiconductor material can also be used, provided this is highly dopable. Although it may be possible that a certain enrichment diffusion occurs because the special, amorphous substance is doped, this doping material does not primarily have the purpose of building up an enrichment zone in the semiconductor carrier. The initial application of an atomic layer of the doping material to the surface of the semiconductor carrier serves on the one hand to form a uniform doping distribution in the amorphous layer and on the other hand to improve the contact between the amorphous layer and the semiconductor body. Although such an improvement in contact is clearly evident, no theoretical justification can be given for this. The doping material which is normally used for doping the amorphous material, as a rule, does not have a doping effect on the semiconductor material of the carrier used.
Für den Träger finden Halbleiterverbindungen aus den III. - V. Gruppen Verwendung. Derartige Halbleiterver-For the carrier find semiconductor compounds from III. - V. Use of groups. Such semiconductor devices
- 9 - bindungen- 9 - bindings
M262P/G-78O/1M262P / G-78O / 1
bindungen sind z.B. Gallium-Arsenid, Gallium-Arsenid-Phosphid jedoch auch Silizium-Karbid, welches eine Verbindung aus IV. - IV. Gruppen darstellt. Bei bekannten Verfahren zur Hersteilung von Kontaktan-5ciiiÜ53>cn wxrü tier Haiuicitertidgci mit cxiici ftfiicxCiiciüugä- zone derart versehen, dass der unmittelbar unter dem Kontaktanschluss liegende Bereich stark dotiert ist. Bei diesem Verfahren wird ein Dotierungsmaterial verwendet, das für die Dotierung des Halbleitertrl'gers geeignet und mit diesem verträglich ist. Bei der vorliegenden Erfindung wird jedoch ein Dotierungsmaterial verwendet, das für die Dotierung der amorphen Siliziumschicht geeignet ist, jedoch nicht notwendigerweise auch als Dotierungsmaterial für den Halbleiterträger aus der gegebenen Halbleiterverbindung Verwendung finden kann. Der zweckmässigste Aufbau einer Ohm*sehen Kontaktverbindung gemäss der ErfindungBonds are, for example, gallium arsenide, gallium arsenide phosphide, but also silicon carbide, which is a compound from IV. - IV. groups. In known methods for producing contact connections, the Haiuicitertidgci are provided with a cxiici ftfiicxCiiciüugä- zone in such a way that the area immediately below the contact connection is heavily doped. In this method, a doping material is used which is suitable for doping the semiconductor carrier and which is compatible with it. In the present invention, however, a doping material is used which is suitable for doping the amorphous silicon layer, but which cannot necessarily also be used as a doping material for the semiconductor carrier from the given semiconductor compound. The most practical structure of an ohm * see contact connection according to the invention
Liici Ticxoc cxiic ΐΐυν-ιινιυ (, xc J. wc , aiiiuipac oxx Xi. χ ums L ii χ v. ii LLiici Ticxoc cxiic ΐΐυν-ιινιυ (, xc J. wc , aiiiuipac oxx Xi. Χ ums L ii χ v. Ii L
als Zwischenschicht zwischen der auf der amorphen Siliziumschicht angebrachten Metallisation und dem Halbleiterträger verwenden. Diese amorphe Siliziumschicht stellt eine Schranke für die bereits erwähnte.nachteilige Legierung aufgrund zu hoher Temperaturen dar, denen der Halbleiteraufbau möglicherweise ausgesetzt sein muss.as an intermediate layer between the metallization applied to the amorphous silicon layer and the semiconductor substrate use. This amorphous silicon layer represents a barrier for the already mentioned disadvantageous alloy due to excessively high temperatures to which the semiconductor structure may have to be exposed.
In Fig. 1 ist ein leicht dotierter Halbleiterträger dargestellt. Dabei sei bemerkt, dass das Anbringen eines Kontaktes an einem solchen Halbleiterträ r umso schwieriger ist, je weniger dieser Halbleiterträger dotiert ist. Mit einer leichten Dotierung wird in diesem Zusammenhang eine Dotierung in der Grössenordnung von etwa 10 bis 10 Atomen/cm bezeichnet. Als Verfahren zum Aufbringen eines dotierten, amorphen Kontaktes wird das bekannte, chemische Aufdampfverfahren benutzt. Zur beispielsweisen Beschreibung wird davon ausgegangen, dass der Halbleiterträger 10 ausIn Fig. 1, a lightly doped semiconductor carrier is shown. It should be noted that attaching a Contact on such a semiconductor carrier is more difficult, the less this semiconductor carrier is doped. With a light doping in this context is a doping of the order of magnitude of about 10 to 10 Atoms / cm. As a method for applying a doped, amorphous contact, the known, chemical Used by vapor deposition. For an example description it is assumed that the semiconductor carrier 10 is made of
- 10 - N-leitendem- 10 - N-conductive
M262P/G-78O/1M262P / G-78O / 1
N-leitendem Gallium-Arsenid besteht, das eine Dotierung von etwa 10 Atomen/cm hat. Als Dotierungsmaterial findet für die amorphe Schicht Phosphor Verwendung, wobei das gesamte Verfahren in einem vertikalen, für einen npitaxialen Aufbau geeigneten Reaktor abläuft,N-type gallium arsenide is made, which is a doping of about 10 atoms / cm. Phosphorus is used as the doping material for the amorphous layer, The entire process takes place in a vertical reactor suitable for an epitaxial structure,
in dem Silan in einer Stickstoffatmosphäre zusammen mit dem in Wasserstoff gelösten Dotierungsgas aus Phosphin pyrolytisch niedergeschlagen wird. Zu Beginn des Verfahrens wird etwa für 30 Sekunden lediglich das Dotierungsmittel in seinem Trägergas in den Reaktor eingeführt, sodass sich auf der Oberfläche des Gallium-Arsenid-Trägers Atome des Dotierungsmaterials befinden, wenn anschliessend das Silizium niedergeschlagen wird. Es wurde festgestellt, dass die Qualität der Ohm1sehen Kontaktverbindung in einem kritischen Zusammenhang mit dem Vorhandensein solcher Dotierungsatome auf der Grenzschicht zwischen dem amorphen Silizium und dem Halbleiterträger steht. Je stärker die amorphe Siliziumschicht dotiert ist, umso besser ist die O' lität des Ohm'sehen Kontaktes. Es wurde aufgrund von Lxperimenten festgestellt,in which the silane is pyrolytically precipitated in a nitrogen atmosphere together with the doping gas of phosphine dissolved in hydrogen. At the beginning of the process, only the dopant in its carrier gas is introduced into the reactor for about 30 seconds, so that atoms of the dopant material are on the surface of the gallium arsenide carrier when the silicon is subsequently deposited. It was found that the quality of the Ohm 1 contact connection is critically related to the presence of such doping atoms on the interface between the amorphous silicon and the semiconductor substrate. The more the amorphous silicon layer is doped, the better the ohmic contact is. It was found on the basis of experiments
dass e"ne Dotierungskonzentration in der amorphen Silizium-that a doping concentration in the amorphous silicon
18 318 3
schicht über etwa 10 Atome/cm zu den gewünschten Ergebnissen führt, wobei diese Dotierungskonzentration von der Mischkristallbildung des Dotierungsmaterials im amorphen Material begrenzt wird.layer above about 10 atoms / cm leads to the desired results, this doping concentration being dependent on the Mixed crystal formation of the doping material in the amorphous material is limited.
Für das nachfolgende Beispiel wird von einem Gallium-Arsenid als Halbleiterträger mit einer Dotierungskonzentration von etwa 10 Atome/cm ausgegangen. Dieser Halbleiterträger wird in einem vertikalen, epitaxialen Reaktor angeordnet, in welchen molekularer Stickstoff als Trägerstrom und in Wasserstoff gelöstes Phosphin bei einer Temperatur von etwa 55O0C bis etwa 7000C für eine Zeitdauer von 30 Sekunden eingeleitet wird. Anschliessend wird zusätzlich zu dem in Wasserstoff gelösten Phosphin Sslan eingeleitet. Durch das gemein-For the following example, a gallium arsenide is assumed as the semiconductor carrier with a doping concentration of about 10 atoms / cm. This semiconductor substrate is arranged in a vertical epitaxial reactor, which is introduced into molecular nitrogen as a carrier stream and hydrogen dissolved phosphine at a temperature of about 55O 0 C to about 700 0 C for a period of 30 seconds. Then, in addition to the phosphine dissolved in hydrogen, Sslan is introduced. Through the common
- 11 - same - 11 - same
M262P/G-78O/1M262P / G-78O / 1
same und gleichzeitige Einleiten von Silan sowie Phosphin ergibt sich eine Schicht aus amorphem Silizium im Bereich von etwa 1000 Ä bis etwa 10 OCO R mit einer Dotierungs-the same and simultaneous introduction of silane and phosphine results in a layer of amorphous silicon in the range from about 1000 Å to about 10 OCO R with a doping
18 Konzentration in der Grössenordnung von etwa 10 Atomen/cm , wobei die Dotierung durch die Phosphoratome erfolgt. Es sei darauf hingewiesen, dass Phosphor kein elektrisches Dotierungsmaterial für Gallium-Arsenid darstellt und dass die Verbesserung des Ohir1 sehen Kontaktanschlusses nicht von irgendeiner Anreicherungsdiffusion im HaIbleiterträger ausgeht.18 Concentration in the order of magnitude of about 10 atoms / cm, the doping being carried out by the phosphorus atoms. It should be pointed out that phosphorus is not an electrical doping material for gallium arsenide and that the improvement of the Ohir 1 contact connection does not start from any enrichment diffusion in the semiconductor carrier.
Selbstverständlich können_auch andere Dotierungsmaterialien, wie z.B. Bor, Arsen und Antimon, zur Dotierung des amorphen Materials Verwendung finden. Ferner findet Bor-WasserstofC (E0Hn-, bei der Verwendung von Bor, Arsin (ftsHT) bei der Verwendung von Arsen und Stibin (SbH,) bei der Verwendung von Antimon als Dotierungsmaterial Verwendung. Durch diesen Verfahrensschritt erhält man die dotierte, amorphe Schicht il gemäss Fig. 2 auf der Oberfläche des Hslbleiterträgers 10, Diese amorphe Schicht kann sodann unter Verwendung geeigneter Ätzmittel, die für die Ätzung von Silizium geeignet sind, unter Gestaltung eines geeigneten Musters teilweise abgeätzt werden. Damit lässt sich gemäss Fig. 3 der mit 15 versehene Kontaktbereich aus amorphem Silizium schaffen, der direkt als Kontaktanschluss an den Halbleiterträger aus der erwähnten Halbleiterverbindung Verwendung finden kann. Es ist in der Regel wünschenswert, auf dem amorphen Halbleiterkontaktmaterial eine Metallschicht anzubringen und zwar entweder bevor oder nachdem das Abätzen zur Formung des Kontaktbereiches erfolgt. Eine solche Metallschicht ist in Fig. 4 auf der amorphen Schicht 15 dargestellt, -ur Metallisation kann Aluminium in einer Dicke von etwa 5 000 Ä bis etwa 10 000 S Verwendung finden, das bei Temperaturen zwischen etwa 25O°C bis etwa 3000C aufgebracht wird. Wie bereits erwähnt, ist das für den HalbleiterträgerOf course, other doping materials, such as boron, arsenic and antimony, can also be used for doping the amorphous material. Furthermore, boron-hydrogen (E 0 H n -, when using boron, arsine ( ft sH T ) when using arsenic and stibine (SbH,) when using antimony is used as the doping material doped, amorphous layer II according to FIG. 2 on the surface of the semiconductor carrier 10. This amorphous layer can then be partially etched away using suitable etching agents which are suitable for the etching of silicon, forming a suitable pattern. 3 create the contact area of amorphous silicon provided with 15. It is generally desirable to apply a metal layer to the amorphous semiconductor contact material either before or after the etching off for shaping Such a metal layer is shown in FIG chicht shown 15, -ur metallization may include aluminum in a thickness of about 5000 Å to about 10,000 S are used, which is applied at temperatures between about 25O ° C to about 300 0 C. As already mentioned, this is for the semiconductor carrier
- 12 - verwendete- 12 - used
M262P/G- 780/1M262P / G- 780/1
verwendete Galiium-Arsenid verhältnismässig empfindlich und zerbrechlich bei Temperaturen über etwa 700 C. Es sei darauf hingewiesen, dass, obwohl zur Entstehung von eutektischen Gemischen Temperaturen über etwa 7OC0C notwendig sind, der Kontakt gemäss der Erfindung bei Temperaturen angebracht werden kann, die gut unterhalb der für Galiium-Arsenid oder Gallium-Arsenid-Phosphid akzeptierbaren Temperaturen liefen. Gemäss Fig. 5 besteht eine Linearität zwischen der Strom- und Spannungscharakteristik für den Kontakt, woraus hervorgeht, dass es sich dabei um einen echten Ohm1sehen Kontakt handelt. Aus der nachfolgenden Tabelle ist diese Linearität ebenfalls zu entnehmen, wobei für die Feststellung der Werte von einem dotierten, amorphen Silizium auf Galiium-Arsenid ausgegangen ist.Galiium arsenide used is relatively sensitive and fragile at temperatures above about 700 C. It should be pointed out that, although temperatures above about 7OC 0 C are necessary for the formation of eutectic mixtures, the contact according to the invention can be applied at temperatures that are good ran below acceptable temperatures for gallium arsenide or gallium arsenide phosphide. According to FIG. 5, there is a linearity between the current and voltage characteristics for the contact, from which it can be seen that this is a real Ohm 1 contact. This linearity can also be taken from the following table, whereby a doped, amorphous silicon on gallium arsenide was assumed for the determination of the values.
TARELLETARELLE
Durchlasspassage
3,8 20 3,53.8 20 3.5
3,1 10 2,03.1 10 2.0
1,3 5 1,11.3 5 1.1
0,52 2 0,480.52 2 0.48
0,27 1 0,260.27 1 0.26
0,135 0,5 0,1350.135 0.5 0.135
0,12 0,05 0,0120.12 0.05 0.012
Obwohl es bekannt ist, annehmbare Kontakte an Halbleiterträgem aus Halbleiterverbindungen der III.-V. Gruppen anzubringen, ist es extrem schwierig einen solchen Kontakt anschluss in Form einer Metallschicht an einem Silizium-Karbid-Material durch Aufbringen von dem Metall allein herzustellen. Die Verwendung eines amorphen Siliziums zum Kontaktieren von Silizium-Karbid ist daher von ganzAlthough it is known to make acceptable contacts to semiconductor substrates made from III.-V. groups It is extremely difficult to attach such a contact connection in the form of a metal layer on a silicon carbide material by depositing the metal alone. The use of an amorphous silicon for contacting silicon carbide is therefore of the utmost importance
- 13 - besonderem- 13 - special
M262P/G-78O/1M262P / G-78O / 1
besonderem Vorteil, da zwei Trennschichten entstehen, Die erste Trennschicht liegt zwischen dem amorphen Silizium und dem Halbleiterträger., wogegen die zweite Trennschicht zwischen dem amorphen Silizium und der Metallisationsschicht liegt. Dabei lässt sich diese Kontaktierung in sehr einfacher Weise durchführen, da während des gesamten Prozesses die Dotierung und das Niederschlagen de amorphen Siliziums gleichzeitig bei Temperaturen stattfinden kann, die erheblich kleiner als diejenigen Temperaturen sind, bei welchen Materialschäden im Halbleiter -äger auftreten. Obwohl es bereits vorgeschlagen wurde, amorphes Silizium auf einem Halbleiterträger anzubringen und die Diffusion durch die amorphe Schicht hindurch vorzunehmen, sind bei den für eine solche Diffusion notwendigen Temperatui-n Verschlechterungen bei vielen Materialien der Halbleiterverbindungen aus III. - V. Gruppen nicht zu vermeiden.Particular advantage because two separating layers are created. The first separating layer is between the amorphous silicon and the semiconductor carrier., whereas the second separating layer lies between the amorphous silicon and the metallization layer. This contact can be in very easy to carry out, since the doping and the deposition de amorphous during the entire process Silicon can take place simultaneously at temperatures that are considerably lower than those temperatures at which material damage occurs in the semiconductor carrier. Although it has already been suggested, amorphous silicon to be attached to a semiconductor carrier and to undertake the diffusion through the amorphous layer at the temperatures necessary for such a diffusion Deteriorations in many semiconductor compound materials from III. - V. Groups cannot be avoided.
Wie bereits vorausgehend erwähnt, kann der Anschlusskontakt für eine integrierte Schaltung oder eine diskrete Halbleiteranordnung vor der Diffusion des Halbleiterkörpers mit gewissen Materialien erfolgen, da das amorphe Silizium Temperaturen bis zu über 1 0000C widerstehen kann. Somit kann der Kontaktanschluss zur selben Zeit odei vor der Ausbildung der aktiven Elemente im Halbleiterträger angebracht werden. Dieses unterscheidet sich wegen der Zerbrechlichkeit und der Temperaturinstabilität der Kontakte, wie sie bisher verwendet wurden, von dei bekannten Praxis, wonach die Anbringung der Kontakte als letzter Schritt bei der Herstellung von Halbleiteranordnungen angesehen wird. Die vorliegende Erfindung ermöglicht somit auch eine wesentlich grössere Flexibilität beim Herstellen von Halbleiteranordnungen. As mentioned previously, the terminal contact for an integrated circuit or a discrete semiconductor device before diffusion of the semiconductor body can be made with certain materials, since the amorphous silicon can withstand temperatures of up to more than 1 000 0 C. Thus, the contact connection can be attached at the same time or before the formation of the active elements in the semiconductor carrier. This differs from the known practice of providing the contacts as the final step in the manufacture of semiconductor devices because of the fragility and temperature instability of the contacts as used heretofore. The present invention thus also enables significantly greater flexibility in the manufacture of semiconductor arrangements.
Bei der ei Sendung von Gallium-Arser d- und Gallium-Arsenid-Phosphid-Blementen in Matriz^nfeldern ergibt sich die Schwierig-During the shipment of gallium arsenic and gallium arsenide phosphide elements in matrix fields the difficulty arises
- 14 - keit- 14 - ness
M262P/G-78O/1 /j J M262P / G-78O / 1 / j J
,Richtung keit der Verbindung der einzelnen Felder in XY'um diese adressierbar zu machen. Wenn bei einem in Fig. 4 dargestellten Aufbau ein polikristallines Gallium-Arsenid auf der Oberfläche des Aufbaus angebracht wird, stellt das amorphe Silizium und die Metallschicht 20 eine in dem polikristallinen Gallium-Arsenid vergrabene Schicht dar. Danach lässt sich der Halbleiterträger soweit abläppen, dass ein aktives Element in der abgeläppten Oberfläche ausgebildet werden kann. Abhängig von der Konfiguration des Musters für den amorphen Kontakt und/oder die Metallisationsschicht können diere Elemente durch Tiefendiffusionen bis in die vergrabene Schicht verbunden werden, sodass ein in X- und Y-Richtung adressierbares Feld aus Gallium-Arsenid oder Gallium-Arsenid-Phosphid leicht hergestellt werden kann. Da es etwas weniger mühsam ist, vergrabene Schichten und Kontaktanschlüsse an diese in Silizium-und Germanium-Strukturen anzubringen, bietet die vorliegende Erfindung ein vorteilhaftes Verfahren, um ein Murter vergrabener Schichten zu schaffen, sodass diese Schichten durch tiefe Diffusionen bis zur amorphen Schicht untereinander verbunden werden können., Direction of the connection of the individual fields in XY 'around this to make addressable. If, in a structure shown in FIG. 4, a polycrystalline gallium arsenide is present on the surface Of the structure is attached, the amorphous silicon and the metal layer 20 constitutes one in the polycrystalline Gallium arsenide is a buried layer. The semiconductor substrate can then be lapped off to such an extent that an active Element can be formed in the lapped surface. Depending on the configuration of the pattern for the amorphous contact and / or the metallization layer can make the elements buried through depth diffusions Layer are connected, so that a field of gallium arsenide or gallium arsenide phosphide that is addressable in the X and Y directions can be easily manufactured. Since it's a little less of a hassle, add buried layers and contact terminals to apply them in silicon and germanium structures, The present invention provides an advantageous method of creating a Murter of buried layers so that these Layers can be connected to one another by deep diffusions up to the amorphous layer.
Die Erfindung bietet somit eine neue Kontaktart, die keine Anreicherungszone benötigt und mit Hilfe einer dotierten-, amorphen Substanz hergestellt werden kann, die als Kontaktanschluss an ein Halbleitermaterial aus einer chemischen Verbindung verwendbar ist. Obwohl das amorphe Silizium die günstigste amorphe Substanz für diesen Zweck ist, können auch andere amorphe Halbleitermaterialien Verwendung finden, wie z.B. amorphes Germanium, das zunächst in kristalliner Form vorliegt, jedoch in amorpher Form niedergeschlagen wird. Dabei werden diese Materialien in einem solchen Umfang dotiert, dass sie in etwa demselben Umfang wie herkömmliche metallische Leiter leitend werden. Das derartig dotierte, amorphe Material kann einerseits selbst der» Kontakt darstellen, oder aber auch als Zwischenelement zwischen einem metallischenThe invention thus offers a new type of contact that does not require an enrichment zone and with the help of a doped, Amorphous substance can be produced as a contact connection to a semiconductor material from a chemical Connection is usable. Although the amorphous silicon is the cheapest amorphous substance for this purpose, you can other amorphous semiconductor materials are also used, such as amorphous germanium, which is initially in crystalline Form is present but is precipitated in amorphous form. In doing so, these materials are used to such an extent doped so that they become conductive to about the same extent as conventional metallic conductors. The so doped, amorphous material can on the one hand itself represent the »contact, or as an intermediate element between a metallic one
- 15 - Kontakt-- 15 - contact
721675310.8.7?721675310.8.7?
M262P/G-78O/1 *-' J M262P / G-78O / 1 * - ' J
Kontaktanschluss und dem Halbleiterträger Verwendung finden. Diese geschichtete Ausführung führt zu zuverlässigen Ohm'sehen Kontaktanschlü<-sen bei Materialien, bei denen es bisher schwierig war, metallische AnschlussKontakte i'nmitterbar anzubringen. Insbesondere da Legierungsvergänge kaum zu vermeiden sind.Find contact connection and the semiconductor carrier use. This layered design leads to reliable ohmic contact connections in materials that were previously available It was difficult to transmit metallic connection contacts to attach. Especially since alloy deterioration can hardly be avoided.
- 16 - Schutzansprüche- 16 - Claims for protection
Claims (6)
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