DE19544326A1

DE19544326A1 - Halbleiterbauelement mit Schottkykontakt

Info

Publication number: DE19544326A1
Application number: DE1995144326
Authority: DE
Inventors: Hubert Dipl Phys Werthmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 1995-11-28
Filing date: 1995-11-28
Publication date: 1997-06-05
Also published as: WO1997020350A3; WO1997020350A2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Halbleiterbauelement mit einer Siliziumschicht, mindestens einer über der Silizium schicht angeordneten Passivierungsschicht und einem Schott kykontakt, der die Siliziumschicht durch ein Kontaktfenster in der Passivierungsschicht hindurch kontaktiert.

Solche Halbleiterbauelemente sind beispielsweise aus R. Paul, Elektronische Halbleiterbauelemente, Teubner Stuttgart, 1986, bekannt. Darin ist eine Schottkydiode beschrieben, bei der auf einer Silziumschicht eine Siliziumdioxidschicht als Pas sivierungsschicht aufgebracht ist. Die Silziumdioxidschicht besitzt ein Fenster, durch das die Siliziumschicht mittels einer Metallschicht kontaktiert ist. Um die bekanntlich un vermeidbare Dejustierung der Fotolitographie während der Mas senproduktion von Halbleiterbauelementen zu kompensieren und folglich die Kontaktierung des gesamten Fensterbereichs zu gewährleisten, ist die Metallschicht derart hergestellt, daß sie einen Überlapp mit der Siliziumdioxidschicht aufweist. Als geeignete Metalle für die Metallschicht sind beispiels weise Aluminium, Chrom, Molybdän, Nickel, Platin, Titan und Wolfram genannt.

Weiterhin sind Schottkydioden bekannt, bei denen die Metall schicht und ein Teil der an die Metallschicht angrenzenden Oberfläche der Passivierungsschicht mit einer zweiten Metall schicht bedeckt ist. Derartige Schottkydioden befinden sich auf dem Markt. Bei manchen dieser Schottkydioden besteht die Metallschicht, die den Kontakt mit der Siliziumschicht aus bildet, aus Molybdän. Die über dieser Metallschicht angeord nete zweite Metallschicht besteht beispielsweise aus einer Schichtenfolge, die sich aus einer Ti-Schicht (Dicke z. B. 240 nm), einer Pt-Schicht (Dicke z. B. 170 nm) und einer Au-Schicht (Dicke z. B. 600 nm) zusammensetzt. Die zweite Me tallschicht dient im wesentlichen dazu, ein Abheben der auf der Siliziumnitridschicht schlecht haftenden Molybdänschicht zu verhindern.

Trotzdem führen jedoch Verspannungen im oben beschriebenen Schichtensystem einer Schottkydiode, die vorwiegend während der Produktion aber auch im Betrieb auftreten, häufig zu ei nem Abheben der Molybdänschicht von der Siliziumnitrid-Schicht und teilweise auch von der Siliziumschicht. Derartige Schäden rufen Funktionsstörungen der Schottkydiode hervor und können sogar zu Rissen in der Siliziumschicht führen, die im Extremfall den Ausfall des Bauelements zur Folge haben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Halbleiterbau element der eingangs genannten Art zu entwickeln, das einen Schottkykontakt aufweist, bei dem die Gefahr des Abhebens der Metallschicht von der Passivierungsschicht und der Silizium schicht nicht auftritt. Weiterhin soll ein Verfahren zur Her stellung eines solchen Halbleiterbauelements angegeben wer den.

Das erstgenannte Ziel wird dadurch erreicht, daß der Schott kykontakt eine auf der Siliziumschicht ausgebildete Metall silizidschicht aufweist, die derart ausgebildet ist, daß kein Überlapp zwischen der Metallsilizidschicht und der Passivie rungsschicht vorhanden ist.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteran sprüche 2 bis 5. Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung des Halbleiterbauelements ist Gegenstand des Anspruchs 6.

Die Erfindung wird anhand von zwei Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Fig. 1 bis 3 näher erläutert. Es zei gen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch das erste Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch das zweite Ausführungsbeispiel,

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Verfahrensablaufs zur Herstellung einer Mehrzahl von Halbleiterbauelementen ge mäß dem zweiten Ausführungsbeispieles.

Bei dem Halbleiterbauelement 3 von Fig. 1 ist auf einem Substrat 10 eine beispielsweise mit Phosphor n-dotierte Sili ziumepitaxieschicht 1 aufgebracht. Das Substrat 10 besteht beispielsweise aus mit Arsen oder Antimon n-dotiertem Sili zium und ist auf seiner der Siliziumepitaxieschicht 1 gegen überliegenden Seite mit einer Kontaktmetallisierung 14 verse hen. Die Kontaktmetallisierung 14 besteht beispielsweise aus einer AuAs-, einer AuSb-Legierung oder aus einem anderen dem Fachmann als geeignet bekannten metallischen Werkstoff.

Auf der Siliziumepitaxieschicht 1 ist eine Passivierungs schicht 5 mit einem Kontaktfenster 13 angeordnet. Als Mate rial für die Passivierungsschicht 5 eignet sich beispiels weise Siliziumdioxid oder Siliziumnitrid. Sie kann aber auch aus einer Schichtenfolge aus mindestens einer Siliziumdioxid schicht und mindestens einer Siliziumnitridschicht zusammenge setzt sein. Innerhalb des Kontaktfensters 13 ist eine Metall silizidschicht 2 angeordnet, von der ein erster Teil in der Siliziumepitaxieschicht 1 eingebettet ist und ein zweiter Teil in das Kontaktfenster 13 hineinragt und an den Seiten flächen von der Passivierungsschicht 5 begrenzt ist. Die Me tallsilizidschicht 2 besteht beispielsweise aus Molybdänsi lizid, aus Platinsilizid oder aus Palladiumsilizid.

In diesem ersten Ausführungsbeispiel sind das Substrat 10 und die Siliziumepitaxieschicht 1 n-leitend. Denkbar ist jedoch auch, daß diese beiden Komponenten p-leitend ausgebildet sind. Zur Dotierung können alle dem Fachmann als geeignet be kannten Dotierstoffe verwendet werden.

Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist analog zum ersten Ausführungsbeispiel eine Siliziumepitaxieschicht 1 auf einem mit einer Kontaktmetallisierung 14 versehenen Substrat 10 aufgebracht. Die Materialien der einzelnen Kompo nenten entsprechen beispielsweise denen des ersten Ausfüh rungsbeispieles.

In der Siliziumepitaxieschicht 1 ist ein Guardring 6 ausge bildet, der vom entgegengesetzten Leitungstyp ist wie die Si liziumepitaxieschicht 1. Im Falle einer n-dotierten Silizium epitaxieschicht 1 kann der Guardring 6 beispielsweise mit tels Bordotierung hergestellt sein.

Auf der Siliziumepitaxieschicht 1 ist eine beispielsweise aus einer Siliziumdioxidschicht 15 und einer Siliziumnitrid schicht 16 bestehende Passivierungsschicht 5 mit einem Kon taktfenster 13 aufgebracht. Das Kontaktfenster 13 ist derart ausgebildet, daß der außerhalb des Guardringes 6 liegende Be reich der Siliziumepitaxieschicht 1 und ein Teilbereich des Guardringes 6 von der Passivierungsschicht 5 abgedeckt ist. Innerhalb des Kontaktfensters 13 ist auf der Siliziumepita xieschicht 1 eine Metallsilizidschicht 2 angeordnet, die in den Guardring 6 hineinreicht.

Wie beim ersten Ausführungsbeispiel ist auch hier ein erster Teil (z. B. 2/3) der Metallsilizidschicht 2 in der Siliziume pitaxieschicht 1 eingebettet und ein zweiter Teil ragt in das Kontaktfenster 13 hinein, so daß dieser an den Seitenflächen 4 von der Passivierungsschicht 5 begrenzt ist. Die Metallsi lizidschicht 2 besteht wiederum beispielsweise aus Molybdän silizid, aus Platinsilizid oder aus Palladiumsilizid.

Als letzte Schicht ist auf der Metallsilizidschicht 2 und auf einem Randbereich der Passivierungsschicht 5 um das Kontakt fenster 13 herum eine Metallschicht 17 aufgebracht. Diese setzt sich zum Beispiel aus einer Ti-Schicht (Dicke z. B. 240 nm), einer Pt-Schicht (Dicke z. B. 170 nm) und einer Au-Schicht (Dicke z. B. 600 nm) zusammen.

Bei dem in der Fig. 3 schematisch dargestellten Verfahrens ablauf zum Herstellen einer Mehrzahl von Halbleiterbauelemen ten 3 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel wird zunächst auf einer Substratscheibe 18 eine Siliziumepitaxieschicht 1 auf gebracht. Anschließend wird beispielsweise mittels Aufdampfen oder Oxidieren auf der Siliziumepitaxieschicht 1 eine Sili ziumdioxidschicht 15 ausgebildet. In dieser Siliziumdioxid schicht wird entsprechend einem vorgegebenen Raster bei spielsweise mittels Fotolitographie und anschließendem Ätzen eine Mehrzahl von Fenstern 19 hergestellt.

Als nächster Schritt wird beispielsweise mittels Implantieren und Diffundieren eines Dotierstoffes in der Siliziumepita xieschicht 1 eine Mehrzahl von Guardringen 6 und eine Mehr zahl von Ritzbahnen 12 ausgebildet. Hierzu kann im Falle ei ner n-dotierten Siliziumepitaxieschicht 1 beispielsweise Bor verwendet werden.

Auf die Siliziumdioxidschicht 15 und auf die freie Oberfläche 11 der Siliziumepitaxieschicht 1 (Guardringe 6 + Ritzbahnen 12) wird nun zum Beispiel mittels Aufdampfen eine Siliziumni tridschicht 16 aufgebracht. Diese wird anschließend z. B. mittels Fotolitographie und Ätzen mit einer Mehrzahl von Kon taktfenstern 13 versehen, derart, daß die auf den später zu kontaktierenden Kontaktzonen 7 der Siliziumepitaxieschicht 1 befindlichen Teilbereiche 20 der Siliziumdioxidschicht 15 freiliegen. Gleichzeitig werden bei diesem Schritt auch die Ritzbahnen 12 wieder freigelegt.

Die Teilbereiche 20 werden anschließend beispielsweise mit tels Ätzen entfernt. Auf die Kontaktzonen 7 und auf den Rand bereich der Siliziumnitridschicht 16 zu den Kontaktfenstern 13 hin wird dann jeweils eine Metallschicht 8 aufgebracht, derart, daß jeweils ein Überlapp 9 zwischen der Metallschicht 8 und der Siliziumnitridschicht 16 hergestellt wird.

Die Metall schichten 8 weisen beispielsweise eine Dicke von etwa 100 nm auf, bestehen beispielsweise aus Molybdän oder aus einem anderen geeigneten Metall und werden zum Beispiel mittels Aufdampfen oder Aufsputtern gefertigt.

Als nächster Verfahrens schritt erfolgt ein Temperprozeß, der bewirkt, daß im Bereich der Kontaktzonen 7 jeweils eine Me tallsilizidschicht 2 erzeugt wird. Bei Verwendung einer Me tallschicht 8 aus Molybdän eignet sich beispielsweise eine Temperphase, bei der die Scheibe in Wasserstoffatmosphäre zwei Stunden lang bei ca. 510°C gehalten wird. Dieser Tem perprozeß dient zum Herstellen von Metallsilizidschichten 2 im Bereich der Kontaktfenster 13. Von den Metallsilizid schichten 2 ist jeweils ein erster Teil in der Siliziumepita xieschicht 1 eingebettet, ein zweiter Teil ragt in die Kon taktfenster 13 hinein und ist an den Seitenflächen 4 von der Siliziumnitridschicht 16 umschlossen.

Nach dem Temperprozeß werden die nicht zu Metallsilizid umge wandelten Teilbereiche der Metallschichten 8, insbesondere am Überlapp 9, beispielsweise mittels selektivem Ätzen entfernt.

Als Ätzlösung kann ein Gemisch aus Phosphorsäure und Salpe tersäure verwendet werden.

Nach diesem Ätzschritt werden die Metallsilizidschichten 2 und Teilbereiche der Siliziumnitridschicht 16 jeweils mit ei ner Metallschicht 17 abgedeckt. Diese Metallschichten 17 be stehen, wie oben bereits erwähnt, beispielsweise aus einer Schichtenfolge aus Ti, Pt und Au.

Nachdem auf die Unterseite der Substratscheibe 10 eine Kon takmetallisierung 14 aufgebracht worden ist, wird die Scheibe abschließend beispielsweise mittels Sägen in einzelne Halb leiterbauelemente 3 vereinzelt.

Das oben beschriebene Verfahren kann im wesentlichen auch zum Herstellen einer Mehrzahl von Halbleiterbauelementen gemäß dem ersten Ausführungsbeispielen angewendet werden. Hierbei erübrigen sich natürlich einzelne Verfahrensschritte, wie zum Beispiel das Herstellen von Guardringen und das Aufbringen und Strukturieren einer zweiten Passivierungsschicht.

Weiterhin ist denkbar, daß analog zum ersten Ausführungsbei spiel beim zweiten Ausführungsbeispiel die zweite Metall schicht 17 weggelassen ist. Ebenso kann, falls erforderlich, das erste Ausführungsbeispiel mit einer zweiten Metallschicht versehen sein.

Eine besonders vorteilhafte Wirkung der oben beschriebenen selbstjustierenden Metallsilizid-Halbleiterkontakte besteht u. a. darin, daß Verunreinigungen auf der Kontaktzone, wie z. B. Staubpartikel, bei der Silizierung in die Metallsilizid schicht 2 eingebettet werden, dadurch elektrisch unwirksam werden und folglich keine Funktionsstörungen hervorrufen kön nen. Verunreinigungspartikel an der Grenzfläche zwischen Me tall und Halbleiter können nämlich zu einer Erhöhung des Sperrstromes führen.

Claims

1. Halbleiterbauelement (3) mit einer Siliziumschicht (1), mindestens einer über der Siliziumschicht (1) angeordneten Passivierungsschicht (5) und einem Schottky-Kontakt, der die Siliziumschicht (1) durch ein Kontaktfenster (13) in der Pas sivierungsschicht (5) hindurch kontaktiert, dadurch gekenn zeichnet, daß der Schottky-Kontakt eine auf der Silizium schicht (1) ausgebildete Metallsilizidschicht (2) aufweist, die derart ausgebildet ist, daß kein Überlapp zwischen Me tallsilizidschicht (2) und der Passivierungsschicht (5) vor handen ist.

2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß ein erster Teilbereich der Metallsilizidschicht (2) in der Siliziumschicht (1) eingebettet ist und daß ein zweiter Teilbereich der Metallsilizidschicht (2) in das Kontaktfenster (13) hineinragt.

3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallsilizidschicht (2) aus Molybdänsilizid ist.

4. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Passivierungsschicht (5) aus Siliziumnitrid ist.

5. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da durch gekennzeichnet, daß die Metallsilizidschicht (2) teil weise von einem in der Siliziumschicht (1) ausgebildeten Guardring (6) begrenzt sind.

6. Verfahren zum Herstellen von mindestens einem Halbleiter bauelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte:

a) Aufbringen bzw. Ausbilden von mindestens einer Passivie rungsschicht (5) auf eine bzw. auf einer Siliziumschicht (1);
b) Herstellen von mindestens einem Kontaktfenster (13) in der Passivierungsschicht (5), das mindestens eine Kontaktzone (7) auf der Oberfläche (11) der Siliziumschicht (1) definiert;
c) Aufbringen einer Metallschicht (8) im Bereich des Kontaktfensters (13), derart, daß die Kontaktzone (7) abgedeckt und ein Überlapp (9) zwischen der Metallschicht (8) und der Passivierungsschicht (5) hergestellt wird;
d) Ausbilden einer Metallsilizidschicht (2) in der Kontakt zone (7);
e) Entfernen der Metallschicht (8) am Überlapp (9).