SE438946B - Forfarande for framstellning av en halvledaranordning - Google Patents

Description

10 15 20 25 30 35 40 -material användes zink som ett dopämne av P-typï 7904301-4 2 Denna patentskrift lär oss den följdriktiga avsättningen av skikt av germanium, silver och guld. I en annan tidigare känd metod (US-PS 3 959 522) avsattes först guld på ett värmt sub- strat, substratet kyles, ett skikt av tenn avsättes på det kylda substratet, anordningen återuppvärmes, kyles sedan igen för att mottaga avsättningar av nickel och guld för utvändig kontakt.

I_en flerskiktsprocess utvecklad för kontaktering av P-typ- I Zink är emel- lertid känt för att ha ett högt ångtryck. 'För att undertrycka _förångningen av zink under värmebehandlingssteget som erfordras för att diffundera in zink i halvledaren har en metod utveck- lats som omfattar en följdriktig avsättning av ett skikt av guld följt av ett skikt av guld-zinklegering och ett andra skikt av guld. (Us-Ps nr 3 sso ess).

Av grupp III-V av halvledarna har de som innehåller alumi- nium (exempelvis gallium-aluminium-arsenid) uppvisat ett sär- skilt kontakteringsproblem. Det antages att närvaron av alumi- niumföreningar i ytan tenderar att göra dessa kontakter elekt- riskt opâlitliga. En metod som utvecklats för att motverka detta problem framgår av amerikanska patentskriften 4 081 824.

Denna metod innefattar avsättning av ett övergångsskikt av alu- minium och dopämnet följt av ett skikt av guld. Denna metod har visat sig användbar vid framställning av elektriskt pålit- liga kontakter med ett högt utbyte. Vid föredömliga tillverk- ningsförlopp uppvisar emellertid ett betydande antal kontakter mekaniska fel sedan trådarna fastsatts vid de avsatta kontakt- underläggen. När trådarna spändes separerade ett betydande antal av kontakterna vid ytan mellan halvledaren och det avsatta kon- taktmaterialet. Undersökningar av dessa anordningar med elektronmíkroskop visade närvaron av blåsor i den mellanliggan- de ytan. Närvaron av dessa blåsor eller tomrum antages vara~ ansvariga för bindningsfelen. Det antages att dessa blåsor alstras genom diffusion av tenn under och efter guldavsättningen men före värmebehandlingen. Åstadkommandet av en kontakt som är elektriskt och mekaniskt pålitlig har blivit ett konstant bekym- mer.

Uppfinningen avser en elektriskt och mekaniskt pålitlig ohmsk kontakt med halvledarföreningar av grupp III-V och av N- typ och förklaras i detalj nedan. Förfarandut som åstadkommer dessa kontakter med hög skalningshâllfasthet inkluderar den 10 15 20 25 30 35 40 7904301-4 s följdriktiga avsättningen av skikt av guld, tenn och sedan guld, varvid åtminstone de två första av dessa äger rum medan tempera- turen på halvledarytan är under 200°C. Halvledarkroppen med den påförda flerskiktskontaktkonstruktíonen upphettas i en icke oxiderande atmosfär till en temperatur från 350°C till SOOOC för att diffundera in tennet i halvledaren. När trådarna har bun- díts vid dessa kontakter med standardbindningstekník i föredöm- liga försök observerades det att en stor del av tråden bröts innan kontaktmaterialet skalades av från ytan. Denna process visade sig vara av särskild fördel när den användes för att kontakta aluminium innehållande halvledarföreningar vilka är kända att vara svåra att kontaktera. I föredömliga utförings- former användes en första avsättning av ett skikt av aluminium för att förbättra den elektriska pålitligheten hos kontakterna.

Denna metod har blivit använd vid framställning av lysdioder (LED).

För att underlätta förståelsen av uppfinningen hänvisas nedan till bifogade ritning, där fig 1 är en sektion av en halv- ledareskiva med en treskiktskontakt, fig Z är en sektion av en aluminiuminnehållande halvledarskiva med en kontakt innehållande ett initialskikt av aluminium, och fig 3 är en sektion av en diod.

Framställningen av anordningar med halvledarföreningar med elektriskt och mekaniskt pålitliga kontakter har varit ett problem som har sysselsatt många arbetare och har resulterat í omfattande teknisk patentlitteratur. Uppfinningstekniken som framgår av fig 1 har åstadkommit elektriskt och mekaniskt pålit- liga ohmska kontakter med halvledare av N-typ av grupp III-V.

Det är väl känt att uttrycket "ohmskt" betyder att alla icke- linjäriteter är acceptabelt små med hänsyn till den önskade driften av halvledaranordníngen. I denna process bildar halv- kroppen 11 substratet för den efterföljande avsättningen av kontaktskikten 12. Med hänsyn till den ohmska kontakten är den kritiska delen av halvledarkroppen 11 den första pm av halv- ledarmaterialet vid ytan vilken är minst 95 molprocent av halv- ledarförening av grupp III-V. Även de olika dopämnena som er- fordras för drift av halvledaranordningen kan vara inkluderade.

Halvledaren kan vara en massiv kropp såsom illustreras eller exempelvis en kristalldel på ytan av en icke-halvledarkropp.

Grupp III-V-delen kan också vara epitaxiellt avsatt på en halv- 10 15 20 25 35 40 7904301-4 4 ledarkropp av annan sammansättning.

Kontaktbildníngsförfarandet inkluderar avsättningen av tenn som ett N-typdopämne och guld som kontaktmetall. det inkluderar efterföljande avsättning av ett skikt av guld 13. följt av en avsättning av ett skikt av tenn 14 och avsättningen Det första skiktet av guld 13 tjänar för att separera tennskiktet 14 från ytan under det att det tillåter tillräckligt med tenn att diffundera till ytan för att alstra den höga dopämnesnivân som erfordras för ohmsk kon- takt. Det första guldskiktet 13 bör vara åtminstone 0,1 pm tjockt för att åstadkomma tillräcklig separation av tennskiktet 14 från Denna separation förhindrar bildningen av Förfaran- av det andra skiktet av guld 15. halvledarkroppen 11. blåsor på halvledarytan när tennet diffunderar in i guldet. Av- sättningen av detta skikt 13 äger rum på ett kallt substrat (mindre än Z00°C) för att förhöja likformigheten av avsättningen och förhindra bildningen av icke önskade föreningar på ytan av halvledaren 11. Efter den första guldavsättningen avsättes ett skikt av tenn 14. Mängden tenn som avsatts bör vara minst 0,2 molprocent av det totala guldinnehållet av skikten 13 och 15.

Denna tennhalt erfordras för att åstadkomma tillräcklig koncentra- tion av tenn i guldet för att säkerställa dopning som är nödvän- dig í halvledaren för att alstra ohmsk kontakt. Om lägre mot- ståndskontakt önskas, exempelvis för anordningar i vilka högre strömstyrkor önskas, bör avsättas en tennhalt av åtminstone 1 molprocent. 5 molprocent av den totala guldhalten för att inte förorsaka mekaniska problem i det efterföljande skiktet. Tennskiktet av- sättes också vid lägre än ZOOOC för likformighet. skiktet 14 avsättes ett andra guldskíkt 15 för att bygga upp den totala tjockleken hos skiktet 12 till den tjocklek som er- fordras för trâdvidhäftningsproceduren (minst 2 pm föredrages).

Bildningen av eventuella blåsor mellan skikten 13 och 15 av guld Den totala halten av tenn skall vara mindre än Over tenn- har inte visat sig ha någon anmärkningsvärd effekt på skalníngs- hâllfastheten hos kontakten. Dessa tre avsättningar följes av en värmebehandling i temperaturområdet 350OC - SOOOC för att få tennet att diffundera in i ytan hos halvledaren 11. Tennet.hur visat sig diffundera snabbt igenom guldet vid relativt låga tem- peraturer. Det antages att det mesta av tennet redan har diffun- derat in i guldet när den andra guldavsättningen har blivit full- ständig. Värmebehandlingssteget bör inkludera en hålltid av åt- 10 l5 20 25 30 40 7904:01-4 5 minstone 0,5 minuter i det önskade temperaturomràdet men före- trädesvis från 1 till 2 minuter. i en atmosfär, vilken är tillräckligt icke-oxiderande för att Denna värmebehandling äger rum undvika skadlig bildning av oxider. Inklusionen av en kvantitet av ett reducerande ämne (exempelvis väte) hjälper till att av- lägsna alla oxider som kan bildas.

Denna avsättningsprocedur är i synnerhet användbar vid kontaktering av aluminium innehållande halvledarföreningar från grupp III~V. Sådana material inkluderar aluminiumfosfid, alumi- niumarsenid, gallium-aluminium-arsenid, gallium-aluminiumfosfid, gallium-aluminiumantimonid och indium-aluminium-arsenid. Dessa material är kända att vara svåra att kontaktera särskilt när aluminiumhalten är åtminstone 10 molprocent av grupp III-bestånds- delarna; Pig 2 visar en kontakt enligt uppfinningen med en halv- ledarkropp 11 av ett aluminium innehållande material. Denna kon- takt kan inkludera en initial avsättning av tillräckligt med alu- minium för att alstra skiktet 16 åtminstone 0,002 pm tjockt. Vid slutet av aluminiumavsättningen kan den aktuella skikttjockleken vara mindre beroende exempelvis på gettring av aluminium på yt- oxiderna.

Pig 3 visar en fullständig anordning efter diffusionsste- get och efter vidhäftningen av trådar 20 vid N~sidkontaktskiktet 12 och P-sidkontaktskiktet 17.

Exempel. Lysdioder av gallium-aluminium-arsenid har framställts genom en metod inkluderande avsättning av ungefär 0,0035 pm av aluminium, cirka 0,2 um av guld, tillräckligt med tenn för att alstra ett skikt cirka 0,05 pm tjockt (den aktuella skikttjock- leken kan vara mindre på grund av diffusion) och cirka 2,8 pm av guld på N-typytan av en GaAlAs-skiva.- Under dessa avsättningar var substratets temperatur mindre än 20000. Efter avsättningar- na placerades skivorna i en icke-oxiderande atmosfär av 15 % H,, 85 % NZ och värmebehandlades under 1 till Z minuter vid cirka a 41s°c. ningar av 800 Ångström av 1 % beryllíum i guld, följt av 2100 Ångström guld följt av värmebehandling liknande ovanstående.

Kontakt med P-sidan av anordningen gjordes genom avsätt- Vid produktion enligt uppfinningen observerades ett utbyte av åtminstone 90 % av anordningar med mindre än 10-5 ohms kontakt- motstånd med en tillräcklig mekanisk pålitlighet för att motsta ultraljudtrådvidhäftning och efterföljande hantering av anord- ningen. Tekniken har visat sig vara en kommersiellt livskraftig framställningsprocedur.

Claims (7)

7904501-4 6 Batentkrav 7 _
1. I. Förfarnnde för framställning av en halvledaranordníng med en kontakt till en halvledardel som är minst I um tjock och som inkluderar minst 95 molprocent av halvledare av N-typ och av III-V-förening, varvid förfarandet är speciellt lämpligt för âstadkommande av en kontakt med halvledarföreníngar varvid at- monstone l0 molprocent av beståndsdelar från grupp III av dessa är aluminium, varvid förfarandet inkluderar stegen att avsätta ett multikontaktskikt av metall på ytan av halvledardelen, vur- vid multikontaktskiktet består av ett flertal skikt inkluderande i följd från nämnda yta åtminstone ett skikt av guld och ett skikt av tenn och värmebehandling av den erhållna detaljen i en icke oxiderande atmosfär, k ä n n e t e c k n a t därav, att avsättníngen av multikontaktskiktet inkluderar i följd fran substrutet ett första skikt av guld, ett skikt av tenn och ett annat skikt av guld, varvid det första guldskiktet är av en tjocklek av åtminstone 0,1 um och halten av tenn i multikontakt- skikten för värmebehandlingssteget är inom området 0,2 till 5 molprocent av den totala guldhalten, att avsättníngen genomföres åtminstone vad beträffar det första guldskiktet och av tennskik- tet när halvledardelen är vid en temperatur av mindre än ZOOOC och att värmebehandlingssteget genomföres med en uppehållstid av åtminstone en halv minut i temperaturområdet från SSOOC till soo°c.
2. 2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e C k n a t därav, att värmebehandlingsuppehållstiden utvâljes inom området från 0,5 tiil z minuter.
3. 3. Förfarande enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k - n a t därav, att nämnda första och nämnda andra guldskikt av- sättes med en total tjocklek av åtmonstone 2 um.
4. 4. Förfarande enligt krav l, 2 eller 3, k ä n n e t e c k - n a t därav, att nämnda avsättning av successíva skikt av guld, tenn och guld genomföres genom avsättning i följd av ca 0,2 um guld, ca 0,05 um tenn och ca 2,8 um guld.
5. 5. Förfarande enligt krav 1, 2, 3 eller 4, k ü n n e - t e c k n a t därav, att avsättningen av multikontaktskiktet kan valfritt inkludera för avsättningvn av det första av guld- skikten avsättningen av ett alumíniumskíkt av åtminstone 0,002 um tjocklek. ,\,._ 7964301-4
6. 6. Förfarande enligt någut av förcgncnde krav, k ä n n e t e c k n u L därav, att nämnda hnlvledardel är ct: cpítaxíellt avsatt skikt.
7. 7. Förfarandc enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a t därav, att en utvändig kontakt påförcs på den andra av guldskikten hos nämnda multíkontaktskíkt.