DE1965565A1

DE1965565A1 - Halbleitervorrichtung

Info

Publication number: DE1965565A1
Application number: DE19691965565
Authority: DE
Inventors: Pierre Beaudouin; Reinhard Glang; Jacob Riseman
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1969-01-03
Filing date: 1969-12-30
Publication date: 1970-07-16
Also published as: NL7000034A; GB1269130A; SE349424B; JPS4826667B1; US3559003A; FR2027700A1; FR2027700B1; CH499204A

Description

IBM Deutschland Internationale Büro-Maschinen Gesellechaft mbH '

Böblingen, 29. Dezember 1969 si-gn

Anmelderin:

Amtl. Aktenzeichen:

Aktenzeichen der Anmelderin:

International Business Machines Corporation, Armonk, N. Ύ. 10504 USA

Neuanmeldung
Docket FI 968 031

Halbleitervorrichtung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung, insbesondere die auf der Oberfläche dei, Halbleitervorrichtung liegenden Zuleitungen, die Kontakte mit dem Halbleitermaterial bilden.

Es ist bekannt, Kontakte zwischen Halbleitermaterial und Zuleitungen, besondere ohmsche Kontakte von Aluminium-

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Zuleitungen an Silizium-Halbleiter herztistellen. Mit Siliziumoxyd isolierte Halbleiter werden mittels einer Fotoätztechnik so behandelt, dass die Kontaktflächen freiliegen, worauf metallisches Aluminium auf der Oxydoberfläche so niedergeschlagen wird, dass die gewünschten Kontakte entstehen und gleichzeitig Verbindungsleitungen auf der Oberfläche hergestellt werden. Diese Art von Kontakt-Verbindungs-Metallisierung hat verschiedene Nachteile. Das Aluminium oxidiert an der Luft sehr rasch, so dass das Anbringen weiterer elektrischer Anschlüsse schwierig wird und hohe Uebergang s wider stände in Kauf genommen werden müssen. Aus demselben Grunde ist es schwierig Aluminium zu löten. Zudem kann das Aluminium mit dem Halbleiteroxyd reagieren, wodurch die Möglichkeit von Kurzschlüssen entsteht, wenn Aluminium die Oxydschicht durchdringt. Bei Wärmebehandlung in der Nähe der eutcktischen Temperatur des Aluminiums geschieht dies mit erheblicher Geschwindigkeit. Wird Gold, Kupfer oder Silber anstelle des Aluminiums auf der Halbleiteroberfläche oder dem Oxyd niedergeschlagen, so treten ähnliche Probleme auf.

Die vorliegende Erfindung vermeidet diese Schwierigkeiten und zeigt einen neuen Weg zur Herstellung von Kontakten mit dem

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Halbleiter sowie von aus zwei verschieden gut leitenden Schichten bestehenden Verbindungsleitungen auf der den Halbleiter bedeckenden Isolierschicht, wobei durch streckenweises selektrive s Entfernen der besser leitenden Schicht an definierten Stellen der Verbindungsleitungen Widerstände realisiert werden können.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles und der zugehörigen Zeichnungen näher erklärt.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht eines Halbleiters mit

einem ohm sehen Kontakt

Fig. 2A eine Draufsicht eines Halbleiters mit einer

Reihe von Kontakten und einer Reihe von Verbindungsleitungen, die Widerstände enthalten;

Fig. 2B einen Schnitt entlang der Linie AA in Fig. 2A.

der die Verbindungslinien und den Wider stand sbereich zeigt.

Die Oberfläche des in den Zeichnungen dargestellten Silizium-Halbleiters ist mit einer Qxydschicht überzogen, die z. B. durc h

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thermische Oxydation aufgebracht wurde. Durch Diffusion der Donatoren in den Halbleiterkörper bei erhöhten Temperaturen kann eine Vorrichtung aufgebaut werden, wobei die Diffusion in einer oxydierenden Atmosphäre durchführt werden kann. Zur Bildung der Isolierschicht können natürlich auch andere Verfahren, wie die anodische Oxydation, die pyrolythische Zersetzung von Siloxanen oder die Oxydation von Silan, angewandt werden. Die Dicke dieser Schicht kann zwischen wenigen tausend A und einem Mikron oder darüber liegen. Die Schicht kann aber auch aus Siliziummonoxyd, Siliziumnitrid in Kombination mit Siliziumdioxyd oder einem komplexeren Siliziumoxyd mit einem Phosphoroxyd, aus Aluminium- oder Boroxyd und verschiedenen Kombinationen

dieser Stoffe bestehen. Bei Verwendung eines Germaniumi- _

Halbleiters bestellt der Ueberzug vorzugsweise aus Siliziumdioxyd oder Siliziummonoxyd. In beiden Fällen haftet die Oxydschicht fest am Halbleiter. Ausserdem kann sie als guter elektrischer Isolator zwischen dem Halbleiter und einem Metall dienen, das auf der Oxydschicht als elektrischer Leiter niedergeschlagen wird, wenn das Metall nicht mit der Schicht

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reagiert und durch diese hindurch in die Bereiche des Halbleiters eindringt.

Um einen Halbleiter an einen Schaltkreis anzuschliessen, müssen an den aktiven Bereichen des Halbleiters und den Verbindungen Kontakte gebildet werden. Meist werden ohms ehe Kontakte verwendet, die in beiden Richtungen eine lineare Stromleitungscharakteristik und einen Widerstand aufweisen, der mit dem Widerstandswert des Halbleitermaterials zusammenhängt.

Fig. 1 zeigt einen ohmschen Kontakt. In dem P-leitenden Siliziumhalbleiter 10 wird ein N-leitender Bereich 11 auf bekannte Art ausgebildet. Eine Isolierschicht IZ aus SiO _ oder Siliziumnitrid zusammen mit SiO wird auf die Oberfläche des Halbleiters aufgebracht. Durch Fotoätzung wird eine Oeffnung im Isoliermaterial 12 hergestellt und dadurch ein Teil des Bereiches 11 freigelegt, an welchen in diesem Beispiel ein ohrnscher Kontakt angebracht werden soll. Auf diesem so freigelegten Kontaktbereich wird eine Keramik-Metall-Schicht 13 aus Cr-SiO niedergeschlagen. Daraufhin

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wird eine weitere Schicht aus einem elektrisch leitenden Material 14, vorzugsweise Kupfer, Gold oder Silber oder dergl. , auf die Keramik-Metall-Schicht 13 niedergeschlagen. Auf die leitende Schicht 14 wird eine Chrom-Schicht 15 aufgetragen. Zuletzt wird eine passivierende Schicht 16 auf dem Halbleiter angebracht, der die ursprünglich von der Isolierschicht 12 abgedeckten Bereiche ganz umschliesst, jedoch einen Bereich 17 freilässt, mit dessen Hilfe der Halbleiter 10 an eine externe Schaltung angeschlossen wird.

Fig. 2 zeigt eine Draufsicht eines Halbleiters mit einer Reihe von Kontaktbereichen 20 und einer Reihe von Verbindungsleitungen 21. Fig. 2B zeigt einen Querschnitt durch den Bereich AA. Das z, B. aus Silizium bestehende Halbleitermaterial 19 trägt eine Isolierschicht 25 aus Siliziumdioxyd, Siliziummonoxyd oder Siliziumnitrid mit Oeffnungen, die Bereiche auf dem Halbleitermaterial 19 freilegen, zu denen ein Kontakt hergestellt werden soll. Der Halbleiterkörper wird in ein Vakuum gebracht und auf eine Temperatur von 200 C, mindestens jedoch 100 C und höchstens 500 C₁ erwärmt. Bei tieferer Temperatur

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haften die anschliessend niedergeschlagenen Filme schlecht, bei höherer lässt sich der Niederschlag sehr schwer steuern.

Wenn das Substrat die notwendige Temperatur erreicht hat, wird ein Keramik-Metall-Film auf das Halbleilerplättchen aufgedampft. Vorzugsweise wird ein vorgesintertes Material durch Stromstossverdampfung aufgetragen. Es können jedoch auch gleichzeitig in einem Gefäss Chrom und in einem anderen Siliziummonoxyd verdampft werden. Die Steuerung der Zusammensetzung ist bei diesem Verfahren nicht so leicht wie bei dem mit vorgesintertem Material arbeitenden Verfahren.

Ein Niederschlag von etwa 1000 A ist günstig, je nach dem gewünschten Flächenwiderstand aber auch mehr oder weniger.

Das Keramik-Metall 30 wird auf dem ganzen Bereich einschliesslich der Isolierschicht 25 niedergeschlagen. Seine Zusammensetzung enthält 10 bis höchstens 50 Molprozent SiO, besonders günstig sind etwa 20 Molprozent.

Als nächstes wird auf dem ganzen Plättchen ein leitender Film niedergeschlagen, der aus Kupfer, Silber oder Gold bestehen

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kann. Die Dicke dieses Filmes hängt von den Anforderungen an die Leitfähigkeit ab, für zahlreiche Anwendungen erwies sich 1 Mikron als ausreichend. Das Substrat wird immer noch

auf einer Niederschlagstemperatur von ZOO C gehalten. Dieser

Niederschlag sollte möglichst bald nach dem Niederschlag des Keramik-Metalles erfolgen, um eine Oxydation dieser Schicht ^ zu vermeiden und somit die bestmögliche Haftung zu gewährleisten. Wenn die leitende Schicht nicht sofort aufgedampft wird, kann die Oxydation den Kontaktwiderstand wesentlich beeinflusst werden.

Unmittelbar nach dem Niederschlag des leitenden Filmes wird auf diesem eine Schicht 26 aus Cr, Ti oder dergl. mit

ο einer Dicke zwischen 100 und 1000 A, vorzugsweise jedoch

300 - 500 A, niedergeschlagen, damit die anschliessende passivierende Schicht, z.B. mit Hochfrequenz aufgesprühtes Quarz, an der Oberfläche haftet. Nach dein Niederschlag des Chroms wird das Plättchen aus dein Vakuum entfernt.

Mit herkömmlichen Fotoätzverfahren können die elektrischen Verbindungen avif der Oberfläche hergestellt werden. Die

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Schaltung stellt sich, als ein Netz von Linien und Bahnen von und zu den Oeffnungen dar, wie es in Fig. 2A gezeigt ist. Nach dem ersten Aetzen bilden sicli auf dem Substrat die Verbindungslinien 21 aus. Wo auch Widerstandsbahnen ausgebildet ■werden sollen, muss ein Teil des leitenden Chroms 26 und des Kupfers 27 entfernt werden, wie es bei 22 in Fig. 2B gezeigt ist. Der Strom fliesst von dem Kontaktbereich 28 zu dem Kontaktbereich 29 zuerst über den Weg niedrigen Widerstandes, der Metallschichten und dann durch das Keramik-Metall im Bei*eich 22, das einen wesentlich höheren Widerstand aufweist. Somit werden in einem zweiten Aetzgang Widerstände in den Verbindungsleitungen ausgebildet.

Wenn die aus Verbindungsleitungen und Widerständen bestehende Schaltung einmal fertig ist, muss der Halbleiter bei einer Temperatur zwischen 300 und 500 C eine Stunde lang nachgehärtet · werden, damit der Kontakt zwischen Keramik-Metall und Silizium einen kleinsten Wert erreicht. Anschliessend wird der Halbleiter geprüft und ein stabiler Isolierüberzug aus einem anorganischen amorphen Material auf der gesamten

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Oberfläche aufgetragen. Dabei werden die Offnungen an den Kontaktbereichen für die externen Anschlüsse freigehalten. Für den Isolierüberzug können sedimentiertes Glas, SiO__f eine kombinierte Schicht aus SiO_? und darüber eine Schicht aus Si N Überzüge aus komplexen Glasen wie Bor silikat, Tonerde-Bor silikat, Blei-Bor silikat usw. verwendet werden. Die Kontaktbereiche können bei Bedarf mit einer zusätzlichen Metallschicht versehen werden.

Das Keramik-Metall dient einmal als ohmischer Kontakt des Halbleiters, bildet andererseits die haftende Unterlage für die leitende Metallschicht und dient drittens als Diffusions schranke und verhindert das Eindringen von Metall in den Halbleiter. An den Stellen, an welchen die Metallschicht entfernt ist, dient das Keramik-Metall als Widerstands schicht. Somit können in einem einzigen Verarbeitungsschritt Widerstände, Verbindungsleitungen und ohm sehe Kontakte auf der Oberfläche eines Halbleiters mit herkömmlichen Techniken wirtschaftlich erzeugt werden, ohne dass zusätzliche Verfahrensschritte erforderlich sind. Natürlich können bei entsprechenden Verarbeitungstemperaturen auch andere Halbleitermaterialien wie Germanium verwendet werden.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

\ 1. / Halbleitervorrichtung, mit Zuleitungen, die Kontakte bilden, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Halbleitermaterial (19) eine isolierende Schicht (25) liegt, die Durchbrüche (30)'an den Kontaktstellen aufweist, dass ein das Halbleitermaterial kontaktierendes Cr-SiO Keramik-Metall (30) wenigstens innerhalb der Durchbrüche auf der Halbleiteroberfläche aufliegt und dass eine elektrisch gut leitende Schicht (27) über dem Keramik-Metall liegt.

2. Halbleitervorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Keramik-Metall 10-50 Mol % SiO enthält,

3. Halbleiter vor rrchtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass das Keramik-Metall 20 Mol % SiO enthält.

4. Halbleitervorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch ge-

kennzeichnet, dass die elektrisch leitende Schicht aus einem Metall der Gruppe Kupfer, Silber Gold besteht.

5. Halbleitervorrichtung nach Patentanspruch 1. deren Oberfläche ein Netz von Verbindungeleitungen und/oder Widerständen trägt dadurch gekennzeichnet dass die Keramik-Metall- sowie die

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darüber befindliche metallisch leitende Schicht die Verbmdtuigsleitungen (21) bilden und dass an definierten Stellen der Verbindung sleitungen durch streckenweises Entfernen der metallisch leitenden Schicht durch die an diesen Stellen verbleibende •Keramik-Metallschicht diskrete Widerstände (22) realisiert sind,

ψ 6. Halbleitervorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die isolierende Schicht ein Siliuiumoxyd oder -nitrid oder eine Mischung beider enthält.

7. Verfahren zum Herstellen der Halbleitervorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramik-Metall-Schicht und die metallisch leitende Schicht über der ganzen aktiven Oberfläche des Halbleiterkörpers aufgebracht wird, dass

k darauf unerwünschte Teile der gut leitenden Schicht respektive beider

Schichten selektiv entfernt werden und dass dann eine Wärmebehandlung bei Diffuiionstemperatur durchgeführt wird .

8. Verfahren nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet dass vor der Entfernung unerwünschter Teile der Schichten eine Schutzschicht aus Chrom (26) aufgebracht wird.

9. Verfahren nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramik-Metall-Schicht bei einer Temperatur von 100 - 500 C

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aufgebracht -wird.

10. Verfahren nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramik-Metall-Schicht bei einer Temperatur von 200 G aufgebracht wird.

11. Verfahren nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet dass die Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 300 - 500 C für eine Stunde durchgeführt wird.

12. Verfahren nach Patentanspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Chromschicht (26) in einer Dicke von 300 - 500 A aufgebracht wird.

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