DE2252832C2 - Halbleiterbauelement und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Halbleiterbauelement und Verfahren zu seiner Herstellung

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Description

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Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement mit einem Halbleitersubstrat, einer auf dessen Oberfläche ausgebildeten Isolierschicht mit mindestens einer Offnung, und mit mindestens einer Elektrode, die auf der Isolierschicht einschließlich der Öffnung ausgebildet ist und eine erste Metallschicht, die durch die öffnung hindurch guten ohmschen Kontakt mit dem Substrat bildet, eine auf der ersten Metallschicht aufgebrachte zweite Metallschicht aus einem Metall, das bei einer höheren Temperatur als das Metall der ersten Metallschicht mit dem Halbleitermaterial des Substrats reagiert, und eine auf der zweiten Metallschicht aufgebrachte dritte Metallschicht aufweist bei dem die Elektroden bildenden Bereiche der drei Metallschichten voneinander durch nicht leitende Bereiche getrennt sind Die Erfindung b > trifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Halbleiterbauelementes.
Bei einem aus US-PS 34 65 211 bekannten Halbleiterbauelement der angegebenen Art werden auf dem von einer Isolierschicht mit öffnungen abgedeckten Halbleitersu&strat ganzflächig insgesamt vier Metallschichten, nämlich eine dünne Titanschicht, eine Molybdänschicht eine Chrom-, Mangan- oder Titanschicht und schließlich eine Goldschicht aufgebracht Anschließend werden die nicht für die Elektroden benötigten Bereiche mindestens der drei obersten Schichten weggeätzt, um die Elektroden nicht leitend voneinander zu trennen. Man erhält hierdurch jedoch eine Elektrodenstruktur, deren Elektroden über die Isolierschicht hinausragen und eine insgesamt unebene und rauhe Oberfläche des Halbleitersubstrates bilden. Dies ist insbesondere dann nachteilig, wenn über dem Halbleiterbauelement eine weitere Verdrahtungsschicht angefacht wird, wie dies bei integrierten Halbleiterschaltungen üblich ist Auch ist die Oberfläche des Halbleiterbauelementes nicht ausreichend gegen mechanische und chemische Einwirkungen sowie Verunreinigungen durch z. B. Na-Ionen geschützt.
Ein ähnliches Halbleiterbauelement mit gleichen Nachteilen, bei dem die erste Metallschicht aus Aluminium und die zweite aus Molybdän besteht ist aus der US-PS 34 09 809 bekannt
Aus der DE-OS 17 64 434 ist es zum Kontaktieren eines Halbleiterbauelementes bekannt auf der gesamten Oberfläche eines mit einer Isolierschicht mit öffnungen abgedeckten Halbleitersubstrats eine erste, gut haftende dünne Metallschicht aufzubringen, hierauf eine zweite, dickere Metallschicht aufzubringen und deren zur Bildung der Elektroden nicht benötigten Bereiche wegzuätzen, und anschließend die nicht mehr von der zweiten Metallschicht bedeckten Bereiche der ersten Metallschicht durch Oxidation in isolierendes Oxid umzuwandeln. Auch hierdurch erhält man jedoch eine stark unebene Oberfläche der Elektrodenstruktur.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Halbleiterbauelement der angegebenen Art anzugeben, das eine Elektrodenstruktur mit völlig ebener Oberfläche aufweist, somit insbesondere zur Verwendung in integrierten Halbleiterschaltungen geeignet ist, und bei dem das Halbleiterbauelement gegenüber äußeren Einflüssen optimal geschützt ist.
Diese Aufgabe wird bei einem Halbleiterbauelement der angegebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die nicht leitenden Bereiche von in das Oxid des betreffenden Metalls umgewandelten Isolierbereichen der ersten, zweiten und dritten Metallschicht gebildet sind, derart, daß die Isolierschicht auf ihren ganzen Fläche durch die Elektroden und die Isolierbereiche abgedeckt ist.
Hierdurch wird der Vorteil erzielt, daß das Halbleiterbauelement eine im wesentlichen ebene Oberfläche der Elektrodenstruktur aufweist, die es ermöglicht, daß weitere Metallschichten darauf ausgebildet werden, ohne daß die Gefahr besieht, daß diese aufgrund von Un-
ebenheiten oder Kanten der Elektrodenstruktur fehlerhaft ausgebildet werden oder brechen können. Weiterhin wird durch die drei übereinanderliegenden oxidierten Metallschichten sichergestellt, daß das Halbleitersubstrat gegenüber mechanischen und chemischen Ein-Flüssen sowie Verunreinigung durch Na-lonen unempfindlich ist
Weitere Ausgestaltungelt des Halbleiterbauelementes, sowie ein bevorzugtes Verfahren zu seiner Herstellung, sind in den Unteransprüchen angegeben. ι ο
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert In den Zeichnungen sind einander entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
F i g. la) bis Ig) zeigen die Herstellung eines Halbleiterelementes gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung durch Anwendung des selektiven anodischen OxidatioKsverfahrens. Zunächst wird ein Halbleitersubstrat 1 mit den erforderlichen P-N-Obergängen hergestellt, dessen Oberfläche mit einem Siliziumoxidfilm 2 bedeckt ist mit Ausnahme der Öffnungen zum Herausführen der Elektroden (F i g. 1 a)). An der Ober?äche des Siliziumoxidfilms 2 mit den Öffnungen wird ein dünner, G,01 μπι starker Aluminiumfilm 3 gleichförmig abgeschieden und darauf werden nacheinander eine 0,1 μπι starke Tantalschicht 4 und eine 1,5 μπι dicke Aluminiumschicht 5 abgeschieden, und zwar jeweils durch Aufdampfen (Fig. Ib)). Eine erste Anodenoxidation wird auf die gesamte Oberfläche der Aluminiumschicht 5 angewendet, um eine etwa 0,1 μπι dicke poröse Aluminiumoxidschicht 6 zu bilden (F i g. Ic)). Diese poröse Aluminiumoxidschicht 6 hat die Wirkung, daß sie die Haftfestigkeit des photoresistiven Lacks beim folgenden zweiten Anodenoxidationsschritt verbessert Zur Bildung der porösen Aluminiumoxidschicht 6 ist es zweckmäßig, die Anodenoxidation mit einer 10%igen Chromsäure in wäßriger Lösung und mit einer konstanten Spannung von 10 V zehn Minuten lang durchzuführen. Anschließend wird eine photoresistive Schicht auf der Oberfläche cOr porösen Aluminiumoxidschicht 6 aufgebracht, wobei alle Flächen mit Ausnahme derjenigen, an denen die Elektroden gebildet werden sollen, mit der photoresistiven Schicht 12 bedeckt werden. Unter Verwendung der photoresistiven Schicht 12 als Maske wird die zweite Anodenoxidation durchgeführt, wodurch eine stärkere und undurchlässige Aluminiumoxidschicht 7 in den Teilen gebildet wird, wo die photoresistive Schicht die poröse Aluminiumoxidschicht 6 nicht abgedeckt (Fig. Id)). Für diese zweite Anodenoxidation ist es zweckmäßig, eine Lösung von Äthylenglykol gesättigt mit Ammoniumborat zu verwenden und die Oxidation mit ein?r konstanten Spannung von 80 V 15 Minuten lang durchzuführen. Danach wird der photoentwikkelte Lack 12 entfernt und die dritte Anodenoxidation durchgeführt unter Verwendung der Aluminiumoxidschicht 7 als Maske. Hierdurch wird derjenige Teil der restlichen Aluminiumschicht 5, dessen Oberfläche nicht von der undurchlässigen Aluminiumoxidschicht 7 bedeckt ist, d. h. der Teil der Aluminiumschicht 5, der nur mit dem porösen Aluminiumoxidfilm 6 bedeckt ist, über eo seine ganze Dicke in eine poröse Aluminiumoxidschicht 8 umgewandelt (Fig. Ie)). Die dritte Anodenoxidation wird vorteilhafterweise durchgeführt mit einer auf 10% verdünnten Schwefelsäure und bei einer konstanten Spannung 5 von 10 V durchgeführt. Bei diesem Beispiel wird die nicht von der Aluminiumoxidschicht 7 abgedeckte Aluminiumschichf 5 in porösesAluminiumoxid umgewandelt durch etwa 15 Minuten lange Einwirkung der dritten Anodenoxidation. Bei dieser dritten Anodenoxidation ist die Tantalschicht 4 nahezu frei von Oxidation, da zu berücksichtigen ist, daß Tantal nur ein nicht poröses Tantaloxid bilden kann, ein solches nicht poröses Oxid aber in der speziell für die Bildung von porösem Oxid vorgesehenen Lösung sich nicht ausbilden kann. Nunmehr wird eine vierte Anodenoxidation durchgeführt, um die Anodenoxidierung der Tantalschicht 4 zu bewirken. Hierbei wird die restliche Aluminiumschicht 5, die von dem undurchlässigen Aluminiumoxidfilm 7 abgedeckt ist, als Maske verwendet, und die unmaskierten Teile der Tantalschicht 4 und der darunter befindlichen dünnen Aluminiumschicht 3 werden anodenoxidiert und in Tantaloxid 9 bzw. Aluminiumoxid 10 umgewandelt (Fig. If)). Für diese vierte Anodenoxidation wird vorteilhafterweise 3%iges Ammoniumnitrat in wäßriger Lösung und eine konstante Spannung von 220 V während einer Dauer von 15 Minuten verwendet Danach wird das Halbleitersubstrat einer Wärmebehandlung von 450° C während einer Stunde unterworfen. Hierdurch wird ein guter ohmsw-er Kontakt zwischen den Elektroden und dem Halbleitersubstrat hergestellt und gleichzeitig wird das durch die Anodenoxidation gebildete Aluminiumoxid und Tantaloxid chemisch stabilisiert. Als letzter Schritt werden Öffnungen 11 zum Anbringen elektrischer Zuleitungen oder stromführender Schichten in den gewünschten Teilen der die Elektrode abdeckenden Aluminiumoxidschicht 7 ausgebildet. Damit ist die Bildung der Elektrodenstruktur fertig (F ig. 1g)).
Bei nach dem beschriebenen Ausführungsbeispiel hergestellten dem Halbleiterbauelement wird die Menge des Aluminiums für die chemische bzw. Legierungsreaktion mit dem Siliziumsubstrat sehr exakt und klein bemessen. Hierdurch wird die Stabilität gegen Wärmeeinwirkungen merklich verbessert Wenn eine übliche Aluminiumelektrode an einem Siliziumsubstrat angebracht wird, welches eine Emitterstruktur mit einer Obergangstiefe von 03 μπι hat, dann wird der Ermitterübergang kurzgeschlossen bereits bei einer Wärmebehandlung von 300°C während etwa 30 Minuten oder bei 400°C während etwa 5 Minuten. Bei dem beschriebenen Verfahren wurde jedoch keine Verschlechterung beobachtet bei einer Wärmebehandlung von 4000C während 20 Stunden oder bei 500° C während 5 Stunden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:
1. Halbleiterbauelement mit einem Halbleitersubstrat, einer auf dessen Oberfläche ausgebildeten Isolierschicht mit mindestens einer öffnung, und mit mindestens einer Elektrode, die auf der Isolierschicht einschließlich der öffnung ausgebildet ist und eine erste Metallschicht, die durch die öffnung hindurch guten ohmschen Kontakt mit dem Substrat bildet, eine auf der ersten Metallschicht aufgebrachte zweite Metallschicht aus einem Metall, das bei einer höheren Temperatur als das Metall der ersten Metallschicht mit dem Halbleitermaterial des Substrats reagiert, und eine auf der zweiten Metallschicht aufgebrachte dritte Metallschicht aufweist, bei dem die Elektroden bildenden Bereiche der drei Metallschichten voneinander durch nicht leitende Bereiche getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht leitenden Bereiche von in das Oxid des betreffenden Metalls umgewandelten Isolierbereichen (8, 9, 10) der ersten, zweiten und dritten Metallschicht (3, 4, 5) gebildet sind, derart, daß die Isolierschicht (2) auf ihrer ganzen Fläche durch die Elektroden und die Isolierbereiche (8, 9, 10) abgedeckt ist
2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Metallschicht (3) aus Aluminium und die zweite Metallschicht (4) aus Tantal, Wolfram oder Molybdän besteht
3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der ersten Metallschicht (3) im Bereict von 0.01 bis 0,05 μπι liegt
4. Verfahren zur Herstellung eines f albleiterbauelement« nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem eine Oberfläche eines Halbleitersubstrats mit einer öffnungen für den Kontakt der Elektroden mit dem Substrat aufweisenden Siliziumoxidschicht bedeckt wird, bei dem auf der ganzen Räche der Siliziumoxidschicht und der öffnungen eine erste Metallschicht aus einem Metall, das in den öffnungen guten ohmschen Kontakt mit dem Halbleitersubstrat bildet, sowie darauf eine zweite Metallschicht aus einem Metall, das bei einer höheren Temperatur als das Metall der ersten Metallschicht mit dem Halbleitermaterial des Substrats reagiert, sowie auf dieser eine dritte Metallschicht aufgebracht wird, bei dem die die Elektroden bildenden Bereiche der ersten, zweiten und dritten Metallschicht durch Ausbildung nicht leitender Bereiche voneinander getrennt werden, und bei dem eine Wärmebehandlung durchgeführt wird, um die erste Metallschicht mit dem Halbleitersubstrat zur Reaktion zu bringen, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht leitenden Bereiche durch selektives anodisches Oxidieren der ersten, zweiten und dritten Metallschicht außerhalb der die Elektroden bildenden Bereiche gebildet werden.
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