DE1489017C2 - Verfahren zum Herstellen ohmscher Kontakelektroden für Halbleiterbauelemente - Google Patents

Description

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Verunreinigungen) durch eine Maske auf die be- das Photoresistmaterial aufgebracht, der dessen treffenden Bereiche des Plättchens 10 diffundiert. nichtbelichteten Teil wegspült, wonach genau dimen-Dadurch entstehen PN-Sperrschichten auf den Berei- sionierte Aussparungen in der Schicht 18 zurückchen 12. bleiben.

In Fig. 2 bis 7 sind einige Verfahrensschritte dar- 5 Fig. 4 zeigt die Vorrichtung nach Behandlung mit

gestellt. Jede der Figuren stellt die Halbleitervorrich- einem Ätzmittel, das das Glas angreift, aber nicht die

tung von F i g. 1 bei der Verarbeitung dar. Zur Ver- Siliziumdioxydschicht 14. Es sind viele solcher Ätz-

einfachung wird die Formierung eines Kontaktes auf mittel bekannt; das hier verwendete besteht aus

einem einzigen Bereich 12 gezeigt. Fluorwasserstoffsäuredämpfen in einem Stickstoff-

Fig. 2 zeigt das Plättchen 10 aus P-leitendem io trägergas. Eine geeignete Anordnung wäre etwa 3^e/o

Silizium mit dem darauf aufgebrachten Sperrschicht- der gesamten Stickstoffgasströmungsblase durch

bereich 12. Auf die ganze Oberseite des Plättchens Fluorwasserstoffsäure aus einer Tiefe von etwa

10 wird eine Siliziumdioxydschicht 14 aufgewachst. 1 Zoll. Die restliche Strömung wäre dann reiner

Sie kann eine Stärke etwa zwischen 8000 und Stickstoff. Die Strömungsrate betrüge im typischen

10000 AE besitzen. Obwohl auch andere herkömm- !5 Falle 1701 pro Stunde. Die Dauer der Einwirkung

liehe Verfahren verwendbar sind, besteht eine bevor- entspricht der Stärke des wegzuätzenden Glases,

zugte Technik darin, das Plättchen 10 bei erhöhter F i g, 4 zeigt einen so entstandenen Durchbruch 20,

Temperatur in eine sauerstoffhaltige Atmosphäre, der durch die Glasschicht 16, nicht aber durch die

z.B. in Wasserdampf, einzubringen, wodurch das Siliziumdioxyd'schicht 14 geätzt worden ist.

Aufwachsen der Schicht 14 beschleunigt wird. Die 20 Zum Aufbringen eines Kontaktmetalls muß zur

Schicht 14 trägt dazu bei, die Oberfläche des Platt- Freilegung des Sperrschichtbereiches 12 auch ein Teil

chens 10 frei von aus der Umgebung stammenden der Siliziumdioxydschicht 14 weggeätzt werden. Dies

Verunreinigungen zu halten, auch gestattet sie die geschieht durch Eintauchen der Vorrichtung in ein

Aufbringung von Glas ohne Beeinträchtigung der Siliziumdioxyd angreifendes Ätzmittel; es bleibt dann

Oberfläche des Plättchens 10. 25 das Gebilde von Fi g. 5 übrig. Ein allgemein für

Fig. 3 zeigt eine Glasschicht 16 auf der Silizium- diesen Zweck verwendetes Ätzmittel ist eine mit

dioxydschicht 14. Geeignet ist Corning 7740-Glas, Ammoniumbifluorid gepufferte Lösung von Fluor-

das bei 840° C schmilzt. Diese Glasschicht kann mit wasserstoff säure. Eine bevorzugte Mischung entsteht

herkömmlichen Verfahren hergestellt werden. Sie durch den Zusatz von 340 g NH-F zu 100 ml H₂O

kann eine Stärke von etwa 8000 bis 500 000 ÄE be- 30 und darauffolgendes Zusetzen von 1 Teil HF zu

sitzen. Nach einem bekannten Verfahren wird ein 10 Teilen der vorhergehenden Mischung. Während

flüssiger Glasbrei auf die Oberseite der Schicht 14 des Ätzschrittes wird durch die restliche Glasschicht

aufgebracht und dann getrocknet, so daß eine pulver- 16 die Oberfläche der Siliziumdioxydschicht 14 so

artige Schicht entsteht. Dann wird das Glas ge- abgedeckt, daß die Beseitigung einer genauen Menge

schmolzen und dadurch die Schicht 16 auf der SiIi- 35 der Schicht 14 sichergestellt wird. Infolgedessen er-

ziumdioxydschicht 14 erzeugt. streckt sich das Loch 20 bis zur Oberfläche des Be-

Dieses Verfahren besitzt mehrere Vorteile. In Ver- reiches 12, wobei dessen Durchmesser in allen Höhen

bindung mit der Siliziumdioxydschicht 14 schützt die gleich groß ist. Nach Freilegung des Bereiches 12

aufgebrachte Schicht die Oberfläche des Plättchens wird ein Kontaktmetall in folgender Weise auf-

10 gegen Verunreinigung. Außerdem gestattet die 40 gebracht:

vorherige Verwendung der Siliziumdioxydschicht 14 F i g. 5 zeigt ein auf den Bereich 12 aufgebrachtes

die Verwendung eines Glases, dessen linearer Wärme- Kontaktmetall 22. Das Aufbringungsverfahren be-

äusdehnüngskoeffizient dem des Plättchens 10 ange- steht darin, daß die gesamte Oberseite der Vorrich-

paßt ist. Dadurch werden resultierende Dehnungen tung sowie die Photoresistschicht 18 mit dem Kon-

und Risse des Plättchens 10 auf ein Mindestmaß ₄₅ taktmetall 22 überzogen wird und dann wahlweise

herabgesetzt. Teile des Metalls 22 entfernt werden. Nach dem

Fig. 3 zeigt ebenfals die Bildung eines Photo- Überziehen der ganzen Oberseite der Vorrichtung

resistes 18 auf bestimmten Teilen der Glasschicht 16. mit Metall 22 wird die Photowiderstandsschicht 18

Unter einem Photoresist versteht man ein Material, durch ein geeignetes Lösemittel, z. B. Trichlorethylen das bei Belichtung widerstandsfähig gegen die Wir- 50 (C₂HCl₃), das sie aufweicht und lockert, angegriffen,

kung bestimmter Chemikalien wird. Ein bekannter ' Dann werden der Photoresist 18 und das an ihr haf-

Photoresist ist KMER, ein Produkt von Eastman tende Kontaktmetall 22 abgezogen. Eine Schicht aus

Kodak Co. Ein anderes Material ist PKR, ebenfalls Kontaktmetall 22 bleibt auf der Oberfläche des Be-

von Eastman Kodak Co. In der vorliegenden Be- reiches 12 zurück. Es sind viele Kontaktmetalle anschreibung wird die Verwendung von KMER ange- ₅₅ wendbar; zum Zwecke der Vereinfachung wird in

nommen, das in herkömmlicher Weise verwendet dem bevorzugten Ausführungsbeispiel Aluminium

wird. verwendet. Eine andere Möglichkeit ist Nickel. Um

Es wird durch Eintauchen, Aufsprühen oder Auf- das Kontaktmetall 22 an den Bereich 12 anzulegie-

fließen auf alle äußeren Oberflächen aufgebracht. Bei ren, wird die gesamte Vorrichtung in einer Stickstoff-Anwendung des letztgenannten Verfahrens muß das 60 atmosphäre erhitzt. Eine Temperatur von etwa 600° C

Plättchen 10 in einer Zentrifuge gedreht werden, bis ist zur Legierung des Aluminiums nötig; für Nickel

das Photowiderstandsmaterial trocken ist. Nach dem sind 800° C erforderlich.

Trocknen wird eine Maske, die aus einem transpa- F i g. 6 zeigt eine auf bestimmten Bereichen der

renten Material mit undurchsichtigen Bereichen be- Vorrichtung formierte dicht abschließende Metallsteht, über das Plättchen 10 gelegt. Durch die trans- 65 schicht 24. Sie dient zum hermetischen Abschluß des

parenten Bereiche der Maske läßt man ultraviolettes ohmschen Kontakts, der durch Anlegierung des

Licht zur Belichtung des darunter befindlichen Photo- Metalls 22 an die Oberfläche des Bereiches 12 gebil-

resists aufstrahlen. Dann wird KMER-Entwickler auf ■ det wurde.

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Das Aufbringen des Metalls 24 kann nach her- Schicht 26 aufgebrachten nichtoxydierbaren Metallkömmlichen Verfahren geschehen. Bei einem dieser schicht 28. Die Aufbringung als solche erfolgt mit Verfahren wird z. B. zunächst eine Maske über die herkömmlichen Verfahren, z. B. durch Aufdampfen gesamte Oberseite der Vorrichtung gelegt. In der mittels einer Maske. Geeignete nicht oxydierbare Me-Maske befinden sich Öffnungen, deren Durchmesser 5 talle sind die Edelmetalle, z. B. wird in dem bevoretwa doppelt so groß wie der der Durchbrüche 20 ist. zugten Ausführungsbeispiel Gold verwendet. Jede Öffnung ist über einem zugeordneten Loch 20 Wie bereits erwähnt, werden mehrere Vorrichtunzentriert. Das hermetisch abschließende Metall 24 gen mit verbesserten ohmschen Kontakten auf einem wird durch diese Maske aufgedampft. Es überzieht Substrat mit leitenden Pfaden befestigt. Eine solche das Kontaktmetall 22, die Wände der einzelnen io Anordnung ist in Fig. 10 gezeigt, nämlich das SubLöcher 20 und konzentrische Bereiche der Glas- strat 30 mit den leitenden Pfaden 32 und einer angeschicht 15, wodurch eine zusammenhängende Ab- brachten Vorrichtung 33. F i g. 9 zeigt jedoch eine dichtung entsteht. Ein bevorzugtes Metall ist Chrom, bevorzugte Anordnung 33. Sie garantiert eine gute aber es können auch Titan oder Molybdän verwen- Verbindung zu den leitenden Pfaden 32, vermeidet det werden. 15 das Problem von Kurzschlüssen zwischen anderen

Die mit den grundsätzlichen Verfahrensschritten Bereichen der Vorrichtung 33 und den leitenden

erzielte verbesserte ohmsche Kontaktierung auf Ober- Pfaden 32 und entlastet die Vorrichtung von Drük-

flächenbereichen einer Halbleitervorrichtung besitzt ken, die sich beim Herstellen der Verbindung ein-

die günstige Eigenschaft, daß der hermetisch ab- stellen können.

schließende Überzug für aus der Umgebung stam- 20 F i g. 9 zeigt in übertriebener Darstellung eine Ermende Verunreinigungen undurchlässig ist. Bei den höhung 34, die auf der Oberseite der nichtoxydierenüberwiegenden Anwendungen ist es aber erwünscht, den Schicht 28 angebracht ist, um weiterhin die Bemehrere solcher Halbleitervorrichtungen auf ein festigung an dem Substrat zu gestatten. Die Erhöhung großes Substrat aufzubringen, auf dessen Oberfläche 34 besteht aus einem Metall 36 mit gutem elektrisich leitende Pfade befinden. Das wird in bevorzugter 25 schem Leitvermögen (z. B. Kupfer oder goldplattier-Weise dadurch erreicht, daß die Vorrichtungen an die tes Nickel), das mit einer Lötmittelschicht 38 überleitenden Pfade auf dem Substrat angelötet werden. zogen ist. Gleiche Erhöhungen sind an jedem ohm-Zu diesem Zweck muß das hermetische Metall mit sehen Kontakt vorgesehen.

einer benetzbaren Metallschicht 26 überzogen wer- Um nun eine Vorrichtung 33 auf dem leitenden

den, wie es Fig. 7 zeigt. 30 Pfad 32 des Substrats 30 in der in Fig. 10 gezeigten

Bei dem benetzbaren Metall 26 von F i g. 7 han- Art anzubringen, muß der leitende Pfad 32 verzinnt delt es sich um ein lötbares Metall, wie z. B. Kupfer. werden. Dann wird die Erhöhung 34 mit der ver-Die benetzbare Metallschicht 26 wird durch her- zinnten leitenden Oberfläche 32 unter Hitze und kömmliche Verfahren, z.B. durch Aufdampfen, auf Druck in Kontakt gebracht. Dadurch entsteht eine die hermetisch abschließende Metallschicht 24 auf- 35 Verbindung zwischen dem Substrat 30 und der Vorgebracht, richtung 33.

Im Zusammenhang mit den Erfordernissen der Durch die besondere Form der Erhöhung 34 wird Massenproduktion ist es vielfach üblich, Vorrichten- die Vorrichtung in einem bestimmten Abstand von gen herzustellen und sie vor der tatsächlichen Benut- dem Substrat 30 gehalten. Es entsteht also eine zung zu lagern. Während dieser Lagerungszeit muß 40 elektrisch leitende Verbindung nur zwischen den die Vorrichtung gegen äußere Einflüsse geschützt ohmschen Kontakten und dem Substrat 30 und nicht werden. Um sicherzustellen, daß die Betriebseigen- zwischen anderen Bereichen. Eine unerwünschte schäften der Vorrichtung und insbesondere die Kon- Kontaktierung der befestigten Vorrichtungen und taktstruktur nicht durch Oxydation beeinträchtigt daraus resultierende Kurzschlüsse werden somit werden, wird eine Schicht aus nichtoxydierbarem 45 durch die Erhöhung 34 vermieden. Auch Verbin-Metall auf die Oberfläche der Kontaktstruktur aufge- dungsdrücke werden durch das genannte Vorgehen bracht. F i g. 8 zeigt eine Vorrichtung mit der auf die verringert.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1 2 stände. Gleichfalls können unerwünschte Änderun- Patentansprüche: gen der Kenngrößen der Halbleitervorrichtungen ein treten.

1. Verfahren zum Herstellen ohmscher Kon- Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Auftaktelektroden für Halbleiterbauelemente, da- 5 gäbe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen ohmdurch gekennzeichnet, daß eine Halb- scher Kontaktelektroden anzugeben, bei dessen Verleiterschicht mit einer Oxydschicht (14) des Halb- wendung die genannten Schaden nicht auftreten und leitermaterials und anschließend mit einer schüt- welches daher die Möglichkeit eröffnet, Halbleiterzenden Glasschicht (16) überzogen wird, daß an bauelemente zu schaffen, deren Kontakte widerder zu kontaktierenden Stelle ein sich bis auf die io standsfähiger gegen aus der Umgebung stammende Oberfläche der Halbleiterschicht erstreckendes Verunreinigungseinflüsse sind, als dies bei den bisher Loch in der Oxydschicht und der Glasschicht an- bekannten Vorrichtungen der Fall war.

gebracht und das, Kontaktmetall (22) an der Hierbei soll die Kontaktstruktur selbst möglichst Grundfläche des Loches mit dem Halbleitermate- klein gestaltet sein, so daß das kontaktierte HaIbrial legiert wird, daß auf dieses Kontaktmetall, 15 leiterbauelement in leichter Weise innerhalb der Vorauf die Seitenwände des Loches und auf dessen richtung, in der sie später betrieben werden soll, dernächste Umgebung auf der Oberfläche der Glas- art eingesetzt werden kann, daß keine unerwünschten schicht eine für Verunreinigungen undurchlässige elektrischen Neben- bzw. Kurzschlüsse zwischen be-Metallschicht (24), darauf eine gut lötbare (26) stimmten Stellen des Halbleiterbauelementes und der und darauf noch eine nicht oxydierbare (28) Me- 20 Befestigungsebene stattfinden,
tallschicht aufgebracht werden. Das die genannte Aufgabe lösende Verfahren ist

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- dadurch gekennzeichnet, daß eine Halbleiterschicht kennzeichnet, daß die Halbleiteroxydschicht 800 mit einer Oxydschicht des Halbleitermaterials und bis 10000 AE dick und die schützende Glas- anschließend mit einer schützenden Glasschicht überschicht 8000 bis 500 000 AE dick gemacht wird. 25 zogen wird, daß an der zu kontaktierenden Stelle ein

sich bis auf die Oberfläche der Halbleiterschicht erstreckendes Loch in der Oxydschicht und der Glasschicht angebracht und das Kontaktmetall an der

Grundfläche des Loches mit dem Halbleitermaterial

30 legiert wird, daß auf dieses Kontaktmetall, auf die Seitenwände des Loches und auf dessen nächste Umgebung auf der Oberfläche der Glasschicht eine für

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren Verunreinigungen undurchlässige Metallschicht, darzum Herstellen ohmscher Kontaktelektroden für auf eine gut lötbare und darauf noch eine nicht oxy-Halbleiterbauelemente. 35 dierbare Metallschicht aufgebracht werden.

Die Herstellung ohmscher Kontakt ist in der Einzelheiten des Erfindungsgedankens ergeben sich

Halbleitertechnik von großer Bedeutung und bereitete aus der folgenden Beschreibung sowie aus den Zeichbisher meist ziemliche Schwierigkeiten. Diese wur- nungen. In den Zeichnungen bedeutet
den durch die in der Halbleitertechnik aufgekom- Fig. 1 einen Halbleitergrundkörper mit einzelnen

menen Tendenzen zur Verkleinerung der Halbleiter- 40 angedeuteten Sperrschichten,

bauelemente noch erhöht. In dem Maße, wie diese F i g. 2 bis 7 eine einzelne derartige Sperrschicht

kleiner wurden, ergab sich die Notwendigkeit, auch mit anzubringendem ohmschem Kontakt (das hierdie daran anzubringenden ohmschen Kontakte im zu benutzte Verfahren ist in verschiedenen Phasen entsprechenden Ausmaße zu verkleinern. Kompli- dargestellt),

zierte Fertigungstechniken wurden entwickelt, um mit 45 F i g. 8 eine fertig kontaktierte Vorrichtung mit diesem Problem fertig zu werden. Es ist z. B. aus der einem metallischen nichtoxydierenden Schutzüberzug französischen Patentschrift 13 41220 bekannt, den über dem angebrachten Kontakt,
Halbleiter mit' einer einzelnen Schutzschicht zu um- F i g. 9 eine spezielle Kontaktform, die eine gün-

geben, Durchbrüche in diese Schicht zu ätzen und stige Befestigungsart des Halbleiterelementes geauf diesen Durchbruch einen Metallkontakt aufzu- 50 stattet,

bringen. Insbesondere wurden auch Verfahren zum F i g. 10 eine entsprechend dem obengenannten

Herstellen ohmscher Kontaktelektroden bekannt, bei Verfahren kontaktierte Halbleitervorrichtung nach denen sehr niedrig schmelzende Legierungen als Kon- der Befestigung auf der Grundplatte, beispielsweise taktmetall benutzt wurden und bei denen die aufge- einer gedruckten Schaltung.

brachte Metallschicht teilweise auch dem Schütze 55 In F i g. 1 ist eine grundlegende Halbleitervorrichder Oberfläche des kontaktierten Halbleiterbauele- tung dargestellt. Auf ihr sollen gemäß den Lehren der mentes dient. Auch bei Anwendung fortgeschrittener Erfindung Kontaktbereiche angebracht werden. Die Fabrikationsverfahren der genannten Art kam es vor, Vorrichtung ist hergestellt aus einem Plättchen 10 daß die so erzeugten ohmschen Kontakte häufig aus Halbleitermaterial, z.B. aus P-leitendem Silizium, durch später sich einstellende Schäden unbrauchbar 60 N-leitendem Silizium oder epitaxial aufgewachsenen wurden. Im allgemeinen wurde diese Schädigung ver- Kombinationen aus N- und P-leitendem Material, ursacht durch Feuchtigkeit und andere atmosphä- Zur Vereinfachung der Beschreibung sei angenomrische Einflüsse, indem Verunreinigungen durch feine men, daß das Plättchen 10 aus P-leitendem Silizium Haarrisse usw. zwischen Kontaktmetall und der besteht. Mehrere flächenhafte Sperrschichten 12 kön-Fläche der Schutzschicht ihren Eintritt in den Halb- 65 nen auf bestimmten Teilen der Oberfläche des Plättleiterkörper fanden, wodurch eine Verunreinigung chens nach herkömmlichen Verfahren gebildet werder Halbleitersubstanz stattfand. Die Folge hiervon den. Bei einem geeigneten Verfahren werden Störsind unter anderem hohe Kontaktübergangswider- stellen eines entgegengesetzten Leitungstyps (z. B. N-