DE1923314A1 - Elektrische Verbindungen und Kontakte fuer Halbleitervorrichtungen - Google Patents
Elektrische Verbindungen und Kontakte fuer HalbleitervorrichtungenInfo
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Description
HÖGER-STELLRECHT- GRIESSBACH - HAECKER
A 37 349 b
30.April 1969
b-35
30.April 1969
b-35
Texas Instruments Incorporated 13500 North Central Expressway
Dallas, Texas, USA
Elektrische Verbindungen und Kontakte für Halbleitervorrichtungen
Die Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung, insbesondere eine integrierte Schaltung, die insbesondere mindestens
eine Isolierschicht über einer Oberfläche eines Halbleiterkörpers aufweist, durch deren Öffnungen hindurch
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Schaltungselemente über mehrschichtige elektrische Verbin- "
düngen angeschlossen sind.
Elektrische Kontakte für Halbleitervorrichtungen müssen aus Werkstoffen bestehen, die gute chemische, elektrische, thermische
und mechanische Eigenschaften haben, wenn man sie auf Halbleiteroberflächen aufbringt. Während die Herstellung
von Kontakten bei allen Halbleitern Schv/ierigkeiten bereitet,
ist es besonders problematisch, einen Kontaktwerkstoff
für halbleitendes Silicium auszuwählen, wie es für Planartransistoren und integrierte Schaltungen vorv/iegend verwendet
wird.
Bei Planar-Kalbleitervorrichtungen überzieht man die Siliciumoberfläche
üblicherweise mit einer Isolierschicht aus SiIi- ciumoxyd oder Glas, die lediglich Kontaktbereiche frei läßt
und dazu dient, Übergänge zu passivieren und ausgedehnte Kontaktbereiche und Zwischenverbindungen elektrisch zu isolieren. Insbesondere bei integrierten Schaltungen erstrecken
sich elektrisch leitende Streifen von einem Bereich des Halb-" leiters über der Oxydsehieht über die verschiedensten Bereiche
und Übergänge der integrierten Schaltung hinweg zu einem anderen Kontaktbereich. Infolgedessen muß das Kontaktmaterial
an Silicium, Siliciumoxyd oder Glas gut haften, es darf jedoch mit diesen Werkstoffen weder in unerwünschter
V/eise reagieren noch in Silicium oder Siliciumoxyd eindringen.
Am zweckmäßigsten v/erden Halbleitervorrichtungen, insbesondere Siliciumtransistoren und integrierte Schaltungen, mit
Hilfe des bekannten Fotolithographieverfahrens hergestellt,,
um auf diese V/eise Diffusionsmasken und Kontaktzonen zu schaffen und zu definieren, während durch Hochfrequenz-Zerstäuben
und -Aufdampfen Metalle und Isolierwerkstoffe niedergeschla-
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BAD ORIGfNAL
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gen werden. Um deshalb mit den gebräuchlichsten Fertigungsverfahren
verträglich zu sein, müssen die Kontaktmetalle das Anbringen von Fotomasken sowie das Ätzen ebenso wie das
Hochfrequenz-rAuf stäuben und das -Aufdampfen ermöglichen ι
Diese Verfahren sind besonders dann günstig, wenn außerordentlich dünne Schichten verwendet werden, und da die anderen
Dimensionen der elektrischen leiter wegen der Kleinheit der gesamten elektrischen Schaltung in ihrer Größe begrenzt
sind, muß der Kontaktwerkstoff außerdem einen niederen spezifischen Widerstand haben, damit 'nicht Serienwiderstände
in die Schaltung eingeführt werden.
Von besonderer Bedeutung sind solche Halbleitervorrichtungen geworden, die im Hochfrequenzbereich eingesetzt werden können
und höhere SchaltSescnwindigkeiten erlauben. Dies
setzt selbstverständlich äußerst kleine Abmessungen voraus. So ist beispielsweise derjenige Teil eines Hochfrequenztransistors,
der die Emitterzone bildet, nur ungefähr 10 mm groß und lediglich 10 bis 10 mm tief. Solche Zonen können
nicht einfach unmittelbar mittels eines Drahts angeschlossen werden, so daß eine Kontaktzone geschaffen werden muß, die
sich über eine die Halbleiteroberfläche abdeckende Siliciumoxydschicht erstreckt und an die Anschlußdrähte angeschlossen
werden können; infolgedessen ist auch zu fordern, daß das Kontaktmetall mit Siliciumoxyd nicht reagiert. Bei solchen
Transistoren ist die die Basiszone abdeckende Siliciunoxyd-Bchicht
außerordentlich dünn, da die Halbleitervorrichtung nur eehr kurze Zeit auf derjenigen Temperatur gehalten werden
kann, bei der derartige Oxydschichten erzeugt werden müssen. Bei typischen Fällen beträgt die Dicke der Oxydschicht
weniger als 2000 S, was mit einer Dicke von nahezu
10 000 Ä über der Kollektorzpne zu vergleichen ist. Infolgedessen
nuß auch vermieden werden, daß ein Eindringen des
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Kontaktmetalls durch die Siliciuraoxydschicht hindurch in
die Übergänge in dem darunterliegenden Halbleitermaterial
die Halbleitervorrichtung zerstört, und diese Gefahr ist insbesondere bei Hochfrequenz-Halbleitervorrichtungen gegeben.
Das Kontaktmetall darf schließlich nicht dazu neigen, an der Kontaktzone in die Halbleiteroberfläche einzudringen,
da schon ein geringfügiges Eindringen die Halbleitervorrichtung zerstören würde.
Das Kontaktmetall eollte ferner bei solchen Temperaturen
keine Legierung mit dem Halbleitermaterial bilden, bei denen Drähte angeschlossen werden oder die Halbleitervorrichtung
eingekapselt wird. Die Bildung einer solchen Legierung würde wieder bedeuten, daß das Kontaktmetall in
flache Halbleiterbereiche in unerwünschter Weise eingedrungen wäre. Diese Forderung macht die ansonsten äußerst
vorteilhafte Verwendung von Aluminium weniger äfcraktiv, dainfolge
der relativ niederen eutektischen Temperatur des
Systems Aluminium-Silicium von nur 577° C ein direkter Kontakt zwischen Aluminium und Silicium an sich.vermieden werden sollte; derartige Temperaturen werden aber sowohl beim
Niederschlagen des Kontaktmetaiis als auch beim Anbringen
von Verbindungsleitungen oder beim Verkapseln der Halbleitervorrichtung häufig überschritten. Außerdem sollte der
Schmelzpunkt des Kontaktmetalis nicht unter denjenigen Temperaturen liegen, denen die Halbleitervorrichtung bei späteren Schritten des Herstellungsverfahrens und im Betrieb , ,
noch unterworfen v/erden muß.
Desweiteren ist #u- fordern, daß das Kontaktmetall einen
ohin'sehen Kontakt geringen Widerstands zu der Halbleiteroberfläche herstellt. Handelt es sich bei dem halbleitenden
Material um Silicium, so treten besondere Sehwierigkei-
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ten auf, die durch die Eigenschaften des Siliciums bedingt sind, so beispielsweise durch die Neigung dieses Halbleiters
zur Oxydbildung. Bildet das Kontaktmetall schließlich
einen Donator oder Akzeptor für den besonderen Halbleiter, so muß es in diesem ausreichend wenig löslich sein, um der
Bildung von Übergängen durch starkes Dotieren der Kontaktzone entgegenwirken zu können.
Berücksichtigt man diese Forderungen, so scheiden die
meisten Metalle als alleiniger Werkstoff für die Bildung ausgedehnter Kontakte an Silicium-Halbleitervorrichtungen
von vornherein aus. So haften beispielsweise die besten Leiter wie Silber, Kupfer und Gold nicht gut an Silicium- ä
oxyd,und außerdem bildet Gold schon bei niederen Temperaturen
ein Eutektikum mit Silicium, so daß die Eigenschaften der Halbleitervorrichtung verschlechtert werden. Silber
oxydiert außerdem äußerst rasch, so daß sich ein Verbund nicht leicht herstellen läßt, während Kupfer in Silicium
sehr schnell diffundiert. Eine Untersuchung der anderen Metalle zeigt, daß beispielsweise Rhodium und Iridium an
Siliciumoxyd nicht haften und sich außerdem nicht leicht ätzen lassen. Zink hat einen zu niederen Schmelzpunkt,
haftet außerdem nicht an Siliciumoxyd und weist schließlich einen unerwünscht hohen Dampfdruck auf. Kobalt läßt
sich schlecht aufdampen, Nickel haftet nicht gut an Siliciumoxyd und läßt sich schlecht mit Golddrähten verbinden, '
Eisen haftet ebenfalls schlecht, Platin und Palladium haften an Siliciumoxyd äußerst schlecht und lassen sich auch
nicht gut mit Golddrähten verbinden, Zinn hat einen zu
niederen Schmelzpunkt, Chrom läßt sich nicht leicht ätzen und ebenso-wenig mit Golddrähten verbinden, es ist außerdem
zu porös und reagiert in unerwünschter Weise mit Siliciumoxyd. Tantal ist noch schwerer zu ätzen und mit An-
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Bchlußdrähten zu verbinden und reagiert außerdem in noch
stärkerem Maße mit Siliciumoxyd, als dies bei Chrom der FaIl ist. Blei haftet nur schlecht an Siliciumoxyd, Vanadium,
Zirkon und Titan sind schlechte elektrische Leiter, reagieren mit Siliciumoxyd und lassen sich praktisch nicht
mit Golddrähten verbinden, und schließlich sind die beiden zuletzt aufgeführten Metalle auch noch äußerst schlecht
zu ätzen. Indium hat einen sehr niederen Schmelzpunkt,
und Antimon, Arsen und Gallium stellen schließlich Dotierungsstoffe
mit hohen löslichkeiten und Diffusionsgeschwiiidigkeiten
für Silicium dar, während Gallium schon geringfügig über Raumtemperatur schmilzt.
Das einzige allein verwendbare Metall für Kontakte und
Zwischenverbindungen an Silicium-Planartransistoren und integrierten Schaltungen ist Aluminium, das bisher auch
in erheblichem Umfang eingesetzt worden ist. Dünne Aluminiumfilme mit ausgezeichneter Qualität lassen sich leicht
auf Halbleitervorrichtungen aufdampfen und mit Fotowiderstandsmasken
bearbeiten, und an Kontakte aus diesem Metall können auch ohne weiteres Gold- oder Aluminiumdrähte angeschlossen
werden. Aluminium ist der viertbeste elektrische Leiter und sein Haftvermögen an Silicium und Siliciumoxyd
ist möglicherweise nicht zu übertreffen. Die Haftung an
Siliciumoxyd ist wahrscheinlich auf eine chemische Reaktion zurückzuführen:
3Si02+4Al-*2Al203+3Si
Diese Reaktion verläuft exotherm, und die freie Energie bei der Bildung unter Normalbedingungen ist AF = -184
kcal/Mol bei dieser Reaktion, Δ i1 für die Oxydbildung bei
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Aluminium beträgt ungefähr -376, während es für Silicium
bei -122 liegt, so daß die Differenz -184 ergibt.
Trotz zahlreicher Vorteile bei seiner Verwendung als Kontaktmaterial
bei Halbleitervorrichtungen hat Aluminium auch eine ganze Reihe von Nachteilen! Aluminium neigt bei hohen
elektrischen Potentialen und Betriebstemperaturen zur Bildung
von Bläschen oedgl. infolge einer Reaktion zwischen
Gold und Aluminium; die Folge davon ist oft eine Unterbrechung
des Kontakts, wenn Golddrähte an die Aluminiumkontakte angeschlossen werden. Ferner folgt das Aluminium
unmittelbar auf Natrium hinsichtlich seiner Affinität zu Feuchtigkeit und anderen Umwelteinflüssen.
Versuche, ein einziges Metall oder eine Legierung zu finden, durch die Aluminium zu ersetzen wäre, sind bis jetzt
nicht in vollem Umfang erfolgreich verlaufen. Infolgedessen hat man zu Kontakten gegriffen, die aus mehreren Schichten
aufgebaut sind. Als Beispiel seifen aus Ghrom-und GoIdechichten
aufgebaute Kontakte genannt, bei denen zunächst ein dünner Chromfilm und dann eine Goldschicht aufgebracht
wird. Nachteilig ist, daß Chrom einen schlechten elektrischen Kontakt mit Silicium bildet und außerdem kein guter
elektrischer Leiter ist. Ferner verhindert Chrom nicht das Eindringen des Golds in das Silicium, was tatsächlich auch
zur Verminderung des Kontaktwiderstands verwendet wird, indem
man die Chrom-Gold-Schicht nach dem Niederschlagen sintert. Schließlieh tritt beim Ätzen ein Unterschneiden der
Chromschicht auf, was sieh bei der Anwendung der Fotolithographieverfalhren
nachteilig bemerkbar macht; dies ist darauf zurückzuführen, daß sich Chrom schlecht langsam und in
gesteuerter Weise ätaen läßt. .
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Kontakte aus mehreren Schichten wurden bei der Herstellung integrierter Schaltungen vielfach verwendet, wobei die
unterste Schicht aus Molybdän und die obere Schicht aus Gold besteht. Das Molybdän haftet gut an Silicium und
Siliciumoxyd, während die Goldschicht den größten Teil des Stroms führt und die Molybdänsehicht schützt. Molybdän
hat jedoch eine ganze Reihe von Nachteilen, wenn es für Kontakte eingesetzt wird. So oxydiert es leicht und schnell
schon bei verhältnismäßig tiefen Temperaturen und ist auch gegenüber Feuchtigkeit außerordentlich korrosionsanfällig.
Ferner reagiert es mit jeder Verunreinigung, die in der Siliciumoxydschicht vorhanden ist, und es geht ferner im
Bereich der Betriebstemperaturen bei der Halbleiterherstellung von einem duktilen in einen brüchigen Zustand über,
nämlich im Bereich zwischen beispielsweise +400 und -55° C. Diese Eigenschaften sind dafür verantwortlich, daß sich
diese bekannten Verbindungsetreifen häufig vom Halbleiter-' plättchen abschälen, daß sie beim Ätzen hinterschnitten
werden und die Kontakte hohe Kontaktwiderstände innerhalb der Fenster der Siliciumoxydschichten aufweisen.
Eine andere mögliche Kombination für Mehrschichtkontakte
und -Zwischenverbindungen ist das System Wolfram-Gold. Im
Betriebstemperaturbereich der meisten Halbleitervorrlehtungen
ist Wolfram jedoch außerordentlich brüchig, ferner läßt es sich schlecht ätzen und es wird von vielen Ätzmitteln angegriffen, die zum Ätzen von Silicium verwendet
werden. Schließlich oxydiert Wolfram auch noch bei verhältnismäßig tiefen Temperaturen und ist bei Feuchtigkeit
äußerst korrosionsanfällig.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Zusammensetzung
für Kontakte, Verbindungen und Zwischenverbindungen anzugeben, die sich für Halbleitervorrichtungen ver-
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wenden lassen, insbesondere dann, wenn das Halbleitermaterial Silicium ist, und die die vorstehend erwähnten Nachteile
nicht aufweisen. Ausgehend von einer Halbleitervorrichtung der eingangs erwähnten Art, bei der die Isolierschicht insbesondere
eine Siliciumoxydschicht ist, wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß mindestens eine
Schicht der mehrschichtigen elektrischen Verbindungen aus Rhenium besteht. Diese Rheniumschicht führt dazu, daß die
elektrischen Verbindungen und Kontakte die Eigenschaft des eigentlichen Halbleiters nicht verschlechtern, ferner können
derartige Schichten mit Verfahren aufgetragen werden, die mit den übrigen Schritten der Herstellung der Halbleitervorrichtung
verträglich sind und die auch ein exaktes Arbeiten bei kleinsten Abmessungen erlauben. Die erfindungsgemäßen
Verbindungen und Kontakte oxydieren auch nicht bei denjenigen Temperaturen, die bei der Herstellung von Halbleitervorrichtungen
auftreten. Sie sind ferner außerordentlich korrosionsbeständig, bleiben duktil und werden bei den
im Betrieb der Halbleitervorrichtung auftretenden Bedingungen nicht brüchig, und schließlich reagieren sie nicht mit
irgendwelchen Verunreinigungen, die in den verwendeten Isolierschichten vorkommen. Besonders zweckmäßig ist die Kombination
einer Schicht aus Rhenium und einer Schicht aus einem elektrisch gut leitenden Metall, wie beispielsweise
Gold. '
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird zunächst eine dünne Rheniumschicht auf die Oberfläche der Halbleitervorrichtung
aufgebracht, beispielsweise auf die ganze Oberfläche einer Seite eines Silieiumplättchens, welches zuvor
jedoch mit einer Siliciumoxydschicht überzogen worden ist, die eingeätzte Öffnungen an denjenigen Stellen aufweist, an
denen Kontakte geschaffen werden sollen. Dann wird die Rheniumschicht
mit einer dünnen Soldschicht bedeckt, worauf
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Gold und Rhenium an den unerwünschten Stellen abgeätzt werden: Zurückbleibt das vorbestimmte Muster an Kontakten und.
Zwischenverbindungen über der Siliciumfläche und der Siliciumoxydschicht. Gold wird für die oberste Schicht deshalb verwendet, weil es einen äußerst geringen spezifischen Widerstand hat und äußerst oxydations- und korrosionsbeständig
ist. Ferner eignet sich Gold gut für die Fotowiderstandsätzverfahren
und führt nicht zu Schwierigkeiten beim Anbringen von Verbindungsdrähten. Die darunterliegende Rheniumschicht
dient dazu, ein Legieren bzw. Eindringen des Golds in das Silicium zu verhindern und eine gute Verbindung zwischen
dem Silicium bzv/. dem Siliciumoxyd und den Kontakten
bzw. den elektrischen Verbindungsleitungen* zu schaffen.
Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß Rhenium sehr fest an Silicium und Siliciumoxyd haftet, daß es sich leicht in
gesteuerter Weise mittels Ätzmitteln ätzen läßt, die mit
den anderen vorhandenen Werkstoffen verträglich sind, und daß es sich mit Gold nicht legiert und für dieses praktisch
undurchlässig ist. Die Rheniumschicht sorgt für einen guten
elektrischen Kontakt zum Silicium in der Kontaktzone, sofern diese stark dotiert ist; bevorzugt wird eine Dotierung über
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ungefähr 10 /cm entweder des n- oder des p-Typsj das Rhenium
legiert sich jedoch nicht mit der Siliciumoberflache,
so daß flache Übergänge nicht verschlechtert werden. Es ist
also zu betonen, daß ein praktisch legierungsloser Kontakt
gebildet wird, da das Rhenium sich nicht mit dem Silicium
und das Gold sich nicht mit dem Rhenium legiert. Andere Vorteile des Rheniums gegenüber Wolfram und Molybdän bestehen
darin, daß das Rhenium bei Temperaturen unterhalb ungefähr
550° C praktisch nicht mehr oxydiert, während Molybdän i
schon bei 25° C und Wolfram über 300° C leicht oxydieren*
Rhenium ist gegenüber den meisten Säuren korrosionsbeständig^
wenn man von Salpetersäure absieht. Es reagiert nicht mit
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Siliciumdioxid oder elementaren Verunreinigungen wie Bor,
Phosphor, Antimon und anderensdie üblicherweise in Halbleiteroxydschichten
vorkommen» während Wolfram und Molybdän sich derartige Verunreinigungen aus den Oxydschichten auswählen und
mit ihnen reagieren. Man findet in der Literatur keine Daten über das reine Rhenium, jedoch zeigt die Veröffentlichung
"Refractory Metals and Alloys", Interscience Publishers, Inc., New York, 1961, Seiten 316 bis 33** >
dass der übergang binärer Legierungen des Rheniums aus dem duktilen in den brüchigen Zustand
.gegen den absoluten Nullpunkt wandert, wenn man den
Rheniumanteil anwachsen lässt. Die Zugfestigkeit des Rheniums liegt dreimal höher als diejenige des Molybdäns und zweimal ä
höher als diejenige von Wolfram, wenn man den Bereich der Betriebsbedingungen betrachtet,in dem die meisten Halbleitervorrichtungen
verwendet werden. Die Widerstandsfähigkeit des Rheniums geSsn-über dem sogenannten Wasserzyklus von Vakuumröhren
ißt ungefähr zweihundertmal grosser.als bei Wolfram,
woraus geschlossen werden kann, dass die Beständigkeit gegenüber
elektrolytischer Korrosion in Anwesenheit von Feuchtigkeit für Rhenium wesentlich grosser als bei Wolfram ist.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich
aus den beigefügten Ansprüchen und/oder aus der nachfolgenden Beschreibung, die der Erläuterung zweier in der Zeichnung
dargestellter Ausführungsbeispiele der Erfindung dient j es I
zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht auf ein Halbleiterplättchen, in dem ein Planartransistor gebildet worden ist, sowie mit öffnungen
in einer Oxydschicht zum Anbringen von Kontakten;
Pig. 2 einen Schnitt durch das Halbleiterplättchen nach der Linie 2-2 in Fig. 1;
Fig. 3 eine Draufsicht auf das Halbleiterplättchen nach dem
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Anbringen der Kontakte und der Anschlussfelderj
Pig. 2J einen Schnitt nach der Linie H-H inFig. 3 durch das
Halbleiterplättchen,und .
Fig. 5 einen Schnitt durch ein Halbleiterplättchen einer
integrierten Schaltung mit in zwei Ebenen verlaufenden metallischen Zwischehverbindungen, ■
Die Fig. 1 und 2 zeigen ein Halbleiterplättchen Io mit einem
darin gebildeten Transistor, der eine Basis 11, einen Emitter
12 und einen vom übrigen Halbleiterplättchen gebildeten Kollektor
17 aufweist. Bezüglich der Herstellung des Transistors
wird auf folgende Veröffentlichungen verwiesen:
"Integrated Circuits-Design Principles and
Fabrication", von Ray M. Warner, Jr. und
James Fardemwalt, McGraw-Hill (1965), .-"'-'',
"Silicon Semiconductor Technology", McGraw-Hill (I965) oder
"Physics and Technology of Semiconductor Devices", A.S. Grove, Wiley & Sons (1967).
Auf der Oberseite des Halbleiterplättchens wird in bekannter
Weise eine Oxydschicht 13 gebildet. Soll der Transistor bei höheren Frequenzen betrieben werden, so sind seine aktiven
Teile ausserordentlich klein, so dass beispielsweise die längliche Emitterzone o,o2 bis o,o5 mm breit und weniger als o,25
mm lang sein kann. Der Bereich der Basis 11 kann dann eine
Fläche von ungefähr 0,6 . Io J mm haben. Um an der Basis
Kontakte anzubringen, sind zwei öffnungen XM und 15 in der
Oxydschicht vorgesehen^ und eine öffnung l6 diente ztär Hers te 1*·
lung des Emitters im Diffusionsverfahren. Infolge der aussei·--/
ordentlichen Kleinheit der Kontaktzonen für Basis und Emitter,
die nur o,o2 bis o,o5 mm breit sein können, müssen die eigentlichen Kontakte über der Siliciumoxydschicht 13 verbreitert
werden, um überhaupt Anschlussdrähte für Basis und Emitter ,-.
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anschliessen zu können. Der von der Masse des Halbleiterplättchens
Io gebildete Kollektor 17 kann an der Unterseite des Halbleiterplättchens mit einem Kontakt versehen werden.
Die Grosse des Halbleiterplättchens hängt von den praktischen
Erfordernissen ab, und in einem typischen Fall hat es ο,75 mm
Kantenlänge und ist o,l mm dick; die Zeichnungen sind also stark vergrösserte Darstellungen. Im Regelfall wird es sich
bei dem Halbleiterplättchen Io um einen kleinen. Teil einer
grossen Scheibe aus einem kristallinen Silicium handeln, die alle Verfahrensstufen der Herstellung durchläuft und erst
am Schluss geritzt und zerbrochen wird, so dass die einzelnen
Halbleiterplättchen entstehen, wobei die Kontakte dann schon angebracht worden sind.
Auf der Oberfläche der Siliciumoxydschicht 13 und auf der Oberfläche des Halbleiterplättchens lo, soweit sie durch die
öffnungen I1J,16 freigelegt ist, wird eine Rheniumschicht 21
aufgebracht, und zwar beispielsweise durch ein in der Herstellung von Halbleitervorrichtungen übliches Verfahren wie Aufdampfen
oder Hochfrequenz-Aufsprühen. Dann wird eine Goldschicht
22 auf die Oberfläche der Rheniumschicht 21 aufgebracht, vorzugsweise mit demselben Gerät, mit dem auch die
Rheniumschicht aufgebracht wird. Auf die reine Siliciumoberfläche des Halbleiterplättchens Io kann noch eine Zwischenschicht
aufgebracht werden, die die Bildung von Silieiumoxyd verhindert, was sonst zu hochohmigen Kontakten führen würde.
Zu diesem Zweck wäre es möglich, zusätzlich Platin auf die SiIiciumoberfläche aufzubringen und dieses in das Halbleitermaterial
ein.zusintern, so dass eine Schicht aus Platinsilicid
entsteht, ehe man die Rheniumschicht 21 aufbringt; die letztere stellt also dann im Fenster der Oxydschicht einen Kontakt
zu der Platinsilicidschicht her, und nicht mehr zum reinen Silicium.
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Nachdem die Halbleiterscheibchen der Bedampfungskainmer entnommen wurden, werden die überflüssigen Teile der Rhenium-
und der Goldschicht 21 bzw. 22 durch selektives Ätzen mit Hilfe
einer Photowiderstandsmaske entfernt. Ein geeignetes Ätzmittel für Gold ist eine alkoholische Lösung von Kaliumiodid,und
Rhenium lässt sich beispielsweise mit Salpetersäure ätzen. Die restlichen Teile der Photowiderstandsmaske werden schliesslich
mit einem Lösungsmittel wie beispielsweise Methylenchlorid entfernt.
Nach der exakten geometrischenAusbildung der Rhenium-Gold-Kontakte
werden die Halbleiterscheibchcn an ihrer Oberfläche geritzt und dann in einzelne Halbleiter, lättchen Io zerbrochen.
Jedes Halbleiterplättchen hat dann das in den Fig. 3 und 2J
dargestellte Kontaktmuster. Auf der Oxydschicht wird ein Basiskontakt-Anschlussfeld
23 gebildet, undjwei Leiterstreifen erstrecken sich über den Basis-Kollektor-Übergang hinweg und
durch die Löcher Ik und 15 (Fig. 2) hindurch zur Basis und bilden dort Basiskontakte. In gleicher Weise wird noch ein
Emitterkontakt-Anschlussfeld 2k vorgesehen, von dem ein einzelner Leiterstreifen 24a durch das Loch 16 (Fig. 2) hindurch
bis zum Emitter verläuft und dort einen Emitterkontakt bildet. Die Leiterstreifen sind äusserst schmal, beispielsweise nur
o,oo25 mm breit oder noch schmäler, so dass geometrisch exakt gearbeitet werden muss. Die Anschlussfeider 23 und 24 sind
gross genug, um an sie beispielsweise o,ol8 bis o.o25 nun dicke
Anschlussdrähtchen anschliessen zu können.
Um gute ohmsehe Kontakte mit niederem Widerstand unter Verwendung
von Rhenium zum Silicium herzustellen, ist es erforderlich, dass die Kontaktbereiche der Siliciumoberfläehe verhältnisraässig
stark dotiert sind, und zwar unabhängig
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davon, ob mit Akzeptoren oder Donatoren. Ist das Silicium mit Bor oder Phosphor dotiert, so sollte der Dotierungsgrad für
19 einen guten Kontakt grosser als 2 χ 10 Atome pro ecm sein,
21 und vorteilhafter sind noch Werte über 10 . Es lassen sich zwar auch elektrische Kontakte an Siliciumoberflachen bilden,
deren Dotierungsgrad niederer liegt, jedoch erhöht sich der Kontaktwideretand mit abnehmender Konzentration des Dotierungsmaterials.
Bei typischen Transistoren ist der η-leitende Emitter üblicherweise hochdotiert,und zwar insbesondere im Oberflächenbereich,
da er durch zwei Diffusionsschritte gebildet wurde. Obwohl der Dotierungsgrad in der Basiszone unter demjenigen
des Emitters liegt, so ist doch üblicherweise auch ™
die Basis verhältnismässig stark dotiert, und zwar mindestens im Bereich der Oberfläche, um einen niederen Kontaktwiderstand
zu erzielen. Ist dies nicht der Fall, so kann es zweckmässig sein, zunächst Dotierungsstoffe des p-Typs in einen flachen
Bereich eindiffundieren zu lassen, ehe die Kontaktwerkstoffe aufgebracht werden. Diese Diffusion kann durch öffnungen hindurch
erfolgen, die dieselbe Grosse aufweisen wie die öffnungen
1Ί und 15 und an derselben Stelle vorgesehen sind, und
vorzugsweise werden die gleichen öffnungen benutzt.
Bei integrierten Schaltungen ist der besondere Diffusionsschritt zur Erzeugung eines hohen Dotierungsgrads im Bereich Λ
der Oberfläche der Kontäktzonen noch wichtiger. Dies kommt
daher» weil der Kollektorkontakt an der Oberfläche des HaIbleiterplättchens
in einem Bereich gebildet wird, bei dem es sich ura eine epitaxiale Schicht geringen Dotierungsgrads handed oder der im ersten Diffusionsschritt eines insgesamt
dreischrittigen Diffusionsverfahrens gebildet worden ist; dieser erste Diffusionsschritt bringt jedoch im allgemeinen nur
eine niedere Konzentration von Dotierungsstoffen mit sich, so dass die beiden folgenden Diffusionsschritte noch durchge-
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führt werden können. Ferner wird die Basiszone eines Transistors aus einer integrierten Schaltung normalerweise gleichzeitig
mit einem durch Diffusion erzeugten Widerstand hergestellt. Da der spezifische Widerstand des Halbleitermaterials,
welches den Widerstandsbereich bildet, verhältnismässig hoch sein sollte, hat dies zur Folge, dass der Dotierungsgrad in
der Basiszone ebenfalls verhältnismässig nieder ist. Infolgedessen muss bei typischen integrierten Schaltungen mit npn-Transistoren
und p-leitenden, durch Diffusion erzeugten Widerständen die Konzentration der Verunreinigungen für die Zwecke
der Kontakte zu Kollektor, Basis und den Widerständen nachträglich noch erhöht werden. Die Forderung nach stark dotierten
Kontaktzonen muss jedoch in einigen Fällen dann nicht erfüllt sein, wenn man einen äusserst dünnen Aluminiumfilm vor
den Kontaktwerkstoffen aufbringt. Da das Aluminium p-leitend ist, muss nicht noch zusätzlich dotiert werden, um die hohen
Konzentrationen von Dotierungsstoffen in öberfläehennahen,
p-leitenden Bereichen zu erzielen.
Die Fig. 5 zeigt eine integrierte Schaltung mit einem p-leitenden Siliciumplättchen 3o, in dessen linker Hälfte ein
Transistor gebildet wurde; dieser hat eine durch Diffusion erzeugte, η-leitende Kollektorsone 31, eine p-leitende Basiszone
32 und eine η-leitende Emitterzone 33. Auf der rechten Seite ist ein V/iderstand vorgesehen, der von einer durch
Diffusion erzeugten, p-leitenden Zone 3'4 gebildet wird, die
in einem isolierenden Bereich 35 liegt. Ehe der zweite Diffusionsschritt mit Donatoren zur Bildung der Emitterzone 33
durchgeführt wird, bildet man eine öffnung in einer Isolierschicht
37j die beispielsweise aus Siliciumoxyd bestehen kann, und zwar an derjenigen Stelle, an der ein Kollektorkontakt angebracht
werden soll. Dies geschieht am zweckmässigsten mit einer Photolithographiemaske und durch Ätzen. Gleichzeitig
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3o. April 1969 μ-*
mit der Emitterzone 33 wird eine n+-leitende Zone 36 hohen Dotierungsgrads geschaffen. Die hochdotierten, p+-leitenden
Zonen 38,39 u"d 1Io werden anschliessend durch Eindiffundieren
von Bor durch die als Maske dienende Isolierschicht 37 geschaffen. Dann bildet man öffnungen in der Isolierschicht 37
an denjenigen Stellen, an denen Kontakte zum Transistor und zum Widerstand angebracht werden sollen. Durch aufeinanderfolgendes
Niederschlagen, beispielsweise durch Aufdampfen oder HP-Aufsprühen, wird eine Sandwich-Schicht aufgebracht, deren
unterste Schicht eine Rhenium-Schicht 39 ist, auf die eine Zwischenschicht aus Gold oder Kupfer und eine oberste Schicht
aus Rhenium folgt, die mit 1Io bzw, 41 bezeichnet sind, Dann
werden die Metallschichten mit Hilfe bekannter Photolithographieverfahren selektiv geätzt, um das gewünschte Muster aus
Kontakten und elektrischen Zwischenverbindungen entstehen zu lassen. Kupfer lässt sich beispielsweise mit einem Ätzmittel
ätzen, das aus einer Lösung mit fünfzehn Teilen PeCl,, dreissig Teilen Salzsäure und zweihundert Teilen Wasser besteht.
Die Figur zweigt, dass die Kollektorzone 31 mit demeinen Ende des Widerstands 34 durch eine mehrschichtige elektrische
Zwischenverbindung 42 verbunden ist, die sich über die Oxyd-Isolierschicht hinweg erstreckt.
Um elektrische Zwischenverbindungen in einer zweiten Ebene erzeugen
zu können, wird zunächst eine zweite Isolierschicht 43
aufgebracht, die insbesondere ebenfalls aus Siliciumoxyd besteht und die ganze Oberfläche der integrierten Schaltung überzieht.
In dieser Isolierschicht werden im Photolithographieverfahren und durch Ätzen öffnungen erzeugt, um ausgewählte
Teile der in der unteren Ebene liegenden elektrischen Zwischenverbindungen offen zu legen, beispielsweise an der mit X bezeichneten
Stelle. Die Rheniumschicht 41 wird an dieser öffnung
ebenfalls entfernt, so dass die Goldschicht 4o freige-
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b - 129 3o. April 1969
legt wird und damit ein Kontakt mit geringem Widerstand erzeugt
werden kann. Dann wird die Oberfläche der integrierten Schaltung mit einer Rheniumschicht k% und einer Goldschicht
45 überzogen, die beide anschliessend selektiv geätzt werden,
so dass die geometrische Gestalt der elektrischen Zwischenverbindungen
der zweiten Ebene entsteht. Obwohl nur ein Transistor
und ein Widerstand dargestellt sind, kann selbstverständlich die integrierte Schaltung in einem Halbleiterplättchen
eine grosse Zahl von Schaltungselementen v?ie Transistoren und Widerständen enthalten. Selbstverständlich können die
hochdotierten Zonen unter den Kontakten für die in Pig. k gezeigten Transistoren verwendet werden. Schliesslich können
die Kontakte zu den Zonen 38 und 33 ebenfalls mehrschichtig
sein, wie dies bei der Zwischenverbindung H2 der Fall ist, obwohl im einzelnen keine Bezugszeichen angegeben sind.
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Claims (5)
- a 37 3«9 b 19Z3314b - 1293o. April 1969Patentansprüche :!.!Halbleitervorrichtung, insbesondere integrierte Schaltung, die insbesondere mindestens eine Isolierschicht über einer Oberfläche eines Halbleiterkörpers aufweist, durch deren Öffnungen hindurch Schaltungselemente über mehrschichtige elektrische Verbindungen angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, dass nLndestens eine Schicht der Verbindungen aus Rhenium besteht.
- 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Verbindungen mindestens eine dem Halbleiterkörper zugekehrte, untere Schicht aus Rhenium und eine obere Schicht aus einem elektrisch gut leitenden Metall aufweisen.
- 3» Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Verbindungen eine zwischen zwei Rheniumschichten liegende Schicht aus einem elektrisch gut leitenden Metall aufweisen.
- "I. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass den ersten elektrischen Verbindungen mindestens zweite elektrische Verbindungen unter Anordnung einer isolierenden Zwischenschicht überlagert sind und dass die zweiten elektrischen Verbindungen mindestens eine untere Schicht aus Rhenium und eine obere Schicht aus einem elektrisch gut leitenden Metall aufweisen.
- 5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis kt dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch gut leitende „909883/1160A 37 349 b b - 129 3o. April 1969Metall Gold ist.909883/1160Leerseite
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