DE1118361B - Method for applying an ohmic contact to silicon - Google Patents
Method for applying an ohmic contact to siliconInfo
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Description
DEUTSCHESGERMAN
PATENTAMTPATENT OFFICE
N12329Vnic/21gN12329Vnic / 21g
BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UND AUSGABE DER AUSLEGESCHRIFT: 30. NOVEMBER 1961NOTICE THE REGISTRATION AND ISSUE OF THE EDITORIAL: NOVEMBER 30, 1961
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Anbringen eines ohmschen Kontaktes auf Silizium der η-Art mit einem höheren spezifischen Widerstand als 1 Ω cm.The invention relates to a method for applying an ohmic contact to silicon of the η type with a specific resistance higher than 1 Ω cm.
Unter einem ohmschen Kontakt wird ein Kontakt verstanden, dessen Übergangswiderstand in hohem Maße von der Richtung und dem Wert des Stromes unabhängig ist. Halbleitende Körper mit solchen Kontakten werden vielfach in Transistoren, Kristalldioden, Phototransistoren und ähnlichen halbleitenden Elektrodensystemen verwendet.An ohmic contact is understood to be a contact with a high transition resistance Measures is independent of the direction and the value of the current. Semiconducting bodies with such contacts are often used in transistors, crystal diodes, phototransistors and similar semiconducting electrode systems used.
Es ist bereits bekannt, solche Kontakte aus einem beliebigen Metall herzustellen, mit Ausnahme der Metalle aus der III. Gruppe des Periodischen Systems. Abgesehen von dem Umstand, daß einige dieser Metalle, z. B. Kupfer, Gold und Nickel, auf Silizium der p-Art und z. B. Rhodium auf Silizium der n-Art Kontakte ergeben, die deutlich gleichrichtende und/ oder spannungsabhängige Effekte aufweisen, gibt es viele Metalle außerhalb der III. Gruppe, die schlechte ohmsche Kontakte ergeben, insbesondere, wenn der spezifische Widerstand des Siliziums verhältnismäßig hoch ist.It is already known to make such contacts from any metal, with the exception of the Metals from the III. Group of the periodic table. Apart from the fact that some of these Metals, e.g. Copper, gold and nickel, p-type silicon and e.g. B. Rhodium on n-type silicon There are contacts that have clearly rectifying and / or voltage-dependent effects many metals outside the III. Group that result in poor ohmic contacts, especially if the resistivity of silicon is relatively high.
Es ist bereits bekannt, für die Herstellung solcher Kontakte Nickel zu verwenden. Seinerzeit war das Silizium verhältnismäßig unrein, es hatte einen niedrigen spezifischen Widerstand und zeigte meistens ein Leitvermögen der p-Art. Erst später wurde die Herstellungsweise so weit vervollkommnet, daß Silizium der η-Art verfügbar war. Wenn auf die übliche Weise, z. B. auf galvanischem Wege oder durch Aufdampfen, Nickelkontakte auf diesem Silizium mit hohem spezifischem Widerstand angebracht werden, so ergibt sich, daß Nickel auf Silizium, sowohl von der η-Art als auch von der p-Art, Kontakte ergibt, die gleichrichtende und spannungsabhängige Effekte aufweisen. Wahrscheinlich werden aus diesem Grunde ohmsche Kontakte auf Silizium der η-Art in gewissen Fällen aus Gold hergestellt.It is already known to use nickel for the production of such contacts. That was back then Silicon relatively impure, it had a low resistivity and mostly showed a conductivity of the p type. Only later was the production method so perfected that silicon of the η type was available. If in the usual way, e.g. B. by galvanic means or by vapor deposition, Nickel contacts are attached to this silicon with high resistivity, it follows that nickel on silicon, both of the η-type and of the p-type, makes contacts, which have rectifying and voltage-dependent effects. Probably because of this Ohmic contacts on silicon of the η type, in certain cases made of gold.
Es ist auch bekannt, die ohmschen Eigenschaften der Kontakte auf Halbleitern wie Germanium, Silizium
od. dgl. durch eine Temperung bei höheren Temperaturen zu fördern, welche bei Silizium bei
800° C oder darüber liegen können. Als Beispiele der Materialien für die Kontakte auf diesen Halbleitern
wurden Silber, Rhodium, Kupfer, Aluminium od. dgl. erwähnt. Offensichtlich wurde dabei wieder an Germanium
oder Silizium der p-Art gedacht, weil ein Akzeptorelement wie Aluminium auf diesen Halbleitern
der η-Art immer gleichrichtende Kontakte ergibt. Der Hinweis, daß der ohmsche Charakter der
Kontakte durch Temperung gefördert wird, ist im Verfahren zum Anbringen eines ohmschen
Kontaktes auf SiliziumIt is also known to promote the ohmic properties of the contacts on semiconductors such as germanium, silicon or the like by tempering at higher temperatures, which in the case of silicon can be 800 ° C. or more. As examples of the materials for the contacts on these semiconductors, silver, rhodium, copper, aluminum or the like have been mentioned. Obviously, germanium or silicon of the p-type were again thought of, because an acceptor element such as aluminum on these semiconductors of the η-type always results in rectifying contacts. The indication that the ohmic character of the contacts is promoted by tempering is in the process of attaching an ohmic one
Contacts on silicon
Anmelder:Applicant:
N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken,
Eindhoven (Niederlande)NV Philips' Gloeilampenfabrieken,
Eindhoven (Netherlands)
Vertreter: Dr. rer. nat. P. Roßbach, Patentanwalt,
Hamburg 1, Mönckebergstr. 7Representative: Dr. rer. nat. P. Roßbach, patent attorney,
Hamburg 1, Mönckebergstr. 7th
Beanspruchte Priorität:
Niederlande vom 13. Juni 1955Claimed priority:
Netherlands 13 June 1955
Louis Marius Nijland, Eindhoven (Niederlande),
ist als Erfinder genannt wordenLouis Marius Nijland, Eindhoven (Netherlands),
has been named as the inventor
übrigen nicht allgemein gültig; namentlich bei Kontakten, die aus Akzeptoren oder Donatoren bestehen oder die solche Elemente enthalten, werden die gleichrichtenden Eigenschaften nicht durch Temperung aufgehoben oder zerstört.others not generally applicable; especially in the case of contacts that consist of acceptors or donors or that contain such elements, the rectifying properties are not affected by annealing repealed or destroyed.
Es wurde festgestellt, daß mit Hilfe von Nickel, wenn besondere Maßnahmen getroffen werden, auf Silizium der η-Art mit einem hohen spezifischen Widerstand besonders gute ohmsche Kontakte erzielt werden können. Silizium mit einem solchen verhältnismäßig hohen spezifischen Widerstand muß besonders rein sein. Es kann z. B. dadurch hergestellt werden, daß das Material mit Hilfe des sogenannten Zonenschmelzverfahrens von Verunreinigungen befreit und darauf zu einem Einkristall verarbeitet wird.It has been found that with the help of nickel, if special measures are taken, on Silicon of the η type with a high specific resistance achieves particularly good ohmic contacts can be. Silicon with such a relatively high specific resistance must be particularly be pure. It can e.g. B. be produced in that the material with the help of the so-called Zone melting process is freed of impurities and then processed into a single crystal.
Die Erfindung bezieht sich demgegenüber auf das Anbringen eines ohmschen Kontaktes auf Silizium der η-Art mit einem höheren spezifischen Widerstand als 1 Ω cm.In contrast, the invention relates to the application of an ohmic contact to silicon of the η type with a specific resistance higher than 1 Ω cm.
Erfindungsgemäß wird hierzu auf das Silizium eine Nickelschicht aufgebracht, die bei einer Temperatur zwischen 700° C und dem Schmelzpunkt des Siliziums einer Wärmebehandlung unterworfen wird, so daß eine Diffusion des Nickels in das Silizium erfolgt.According to the invention, a nickel layer is applied to the silicon for this purpose, which is at a temperature between 700 ° C and the melting point of the silicon is subjected to a heat treatment, so that diffusion of the nickel into the silicon takes place.
Es wurde festgestellt, daß eine Erhitzung unterhalb der erwähnten Grenze von 700° C eine Diffusion des Nickels herbeiführt, aber keinen guten ohmschen Kontakt erzeugt. Die Wärmebehandlung wird daher vorzugsweise bei einer Temperatur von wenigstens 7500C durchgeführt. Andererseits muß berücksichtigtIt was found that heating below the mentioned limit of 700 ° C. causes diffusion of the nickel, but does not produce a good ohmic contact. The heat treatment is therefore preferably carried out at a temperature of at least 750 0 C. On the other hand must be taken into account
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Wurde nun eine Spannung von 1 Volt zwischen dem Kontakt 3 und der Aluminiumelektrode 2 in der Vorwärtsrichtung der Diode angelegt, so ergab sich ein Strom von etwa 10 mA.There was now a voltage of 1 volt between contact 3 and aluminum electrode 2 in the Applied in the forward direction of the diode, the result was a current of about 10 mA.
Wurde aber zunächst das Nickel auf der Scheibe 1 angebracht und darauf die Elektrode aus Aluminium aufgeschmolzen, so daß das Nickel Gelegenheit hatte, teilweise in das Silizium bei 8000C zu diffundieren, so ergab sich ein Vorwärtsstrom bei gleicherIf, however, the nickel was first attached to the disk 1 and the aluminum electrode was melted on it, so that the nickel had the opportunity to partially diffuse into the silicon at 800 ° C., a forward current of the same resulted
werden, daß die Diffusionsgeschwindigkeit beim Zunehmen der Temperatur schnell zunimmt. Da meist
auf dem halbleitenden Körper in der Nähe des ohmschen Kontaktes auch gleichrichtende Elektroden vorhanden
sind oder noch angebracht werden müssen
und das Nickel nicht bis in die Einflußsphäre dieser
Elektroden eindringen soll, ist es erwünscht, die
Temperatur nicht zu hoch zu wählen, um die Dauer
der Behandlung auf einige Minuten einstellen zu
können. Wählt man die Temperatur zu hoch, so muß io Spannung von etwa 100 mA, woraus die Verbessedie
Behandlungsdauer so kurz bemessen werden, daß rung des aus Nickel bestehenden Kontaktes deutüch
das Verfahren praktisch nicht durchführbar ist. Die hervorgeht.become that the rate of diffusion increases rapidly as the temperature increases. Most of the time
Rectifying electrodes are also present or have to be attached on the semiconducting body in the vicinity of the ohmic contact
and the nickel does not reach its sphere of influence
To penetrate electrodes, it is desirable that the
Temperature not too high to choose for the duration
stop the treatment for a few minutes
can. If the temperature is chosen too high, then the voltage of about 100 mA must be measured, from which the improvement and the treatment time are so short that the process cannot be carried out in practice because of the contact made of nickel. Which emerges.
Behandlung wird daher vorzugsweise bei einer Tem- Es ist nicht erforderlich, die Wärmebehandlung desTreatment is therefore preferably carried out at a temperature. It is not necessary to heat-treat the
peratur von höchstens 850° C durchgeführt. ohmschen Kontaktes gleichzeitig mit dem Aufschmel-temperature of max. 850 ° C. ohmic contact simultaneously with the melting
Die Wärmebehandlung kann, um eine Oxydation 15 zen des gleichrichtenden Kontaktes durchzuführen, des Nickels zu vermeiden, in einer neutralen Atmo- Man kann letzteren zunächst aufschmelzen, dann eine Sphäre oder im Vakuum durchgeführt werden. Nickelschicht aufbringen und diese schließlich derThe heat treatment can, in order to carry out an oxidation of the rectifying contact, to avoid the nickel in a neutral atmosphere. You can melt the latter first, then one Sphere or in a vacuum. Apply nickel layer and this finally the
Es ergibt sichTHäiTdie" auf diese Weise erzielten Wärmebehandlung unterwerfen. Im allgemeinen wird ohmschen Kontakte von ausgezeichneter Qualität man, wenn die günstigsten Temperaturen dieser Besind, was überraschend ist, zumal auf gleiche Weise 20 handlungen ungleich sind, zunächst diejenige Behandhergestellte Kontakte bei Germanium der η-Art lung durchführen, welche die höchste Temperatur gleichrichtend sind. verlangt.It follows that the "heat treatment thus obtained is subjected to. In general ohmic contacts of excellent quality, when the most favorable temperatures are, What is surprising, especially since 20 actions are unequal in the same way, initially the one treated Make contacts with germanium of the η type, which has the highest temperature are rectifying. demands.
Der Vorteil der Verwendung von Nickel als Kon- Schließlich wird bemerkt, daß die Anwendung derFinally, it is noted that the application of the
taktmaterial gegenüber den bekannten, auch zur Her- Erfindung naturgemäß nicht auf Dioden mit aufstellung
von ohmschen Kontakten unter gleichen 25 geschmolzenen gleichrichtenden Elektroden beBedingungen
geeigneten Materialien, beispielsweise schränkt ist; sie ist gleichfalls anwendbar, wenn
Silber, liegt darin, daß Nickel besser an Silizium solche Elektroden durch Diffusion oder auf andere
haftet, so daß mechanisch widerstandsfähigere Kon- Weise hergestellt werden, und auch bei anderen Vortaktstellen
erhalten werden. Auch ist die Diffusions- richtungen als Dioden, die einen halbleitenden Körgeschwindigkeit
geringer, so daß die Einstellung der 30 per aus Silizium der η-Art mit einem verhältnismäßig
Behandlungsdauer weniger kritisch ist. Schließlich hohen spezifischen Widerstand enthalten, z. B. bei
kann Nickel auch in einfacher Weise stromlos durch Transistoren oder Phototransistoren.
Tauchung in Bäder nach dem sogenannten ElektroIess-Verfahren auf das Silizium aufgebracht werden.clock material compared to the known, also for the invention is naturally not limited to diodes with the establishment of ohmic contacts under the same 25 molten rectifying electrodes under conditions suitable materials, for example; It can also be used when silver is because nickel adheres better to silicon such electrodes by diffusion or to others, so that mechanically more resistant cones are produced, and are also obtained at other pre-clocking points. Also, the diffusion directions are lower than diodes, which have a semiconducting body speed, so that the setting of the 30 per from silicon of the η type with a relatively treatment duration is less critical. Finally contain high resistivity, e.g. B. in nickel can also easily be de-energized through transistors or phototransistors.
Immersion in baths can be applied to the silicon using the so-called ElektroIess process.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert.The invention is explained in more detail with reference to the drawing.
Die Figur zeigt schematisch den Schnitt einer Kristalldiode in vergrößertem Maßstab.The figure shows schematically the section of a crystal diode on an enlarged scale.
Diese Diode wurde auf folgende Weise hergestellt. Auf die Oberfläche einer Scheibe 1, die aus Silizium der η-Art mit einem spezifischen Widerstand vonThis diode was manufactured in the following manner. On the surface of a disc 1 made of silicon of the η type with a specific resistance of
Claims (4)
Deutsche Patentanmeldung S 26374 VIIIc/21g verhütet wurde. Auf diese Weise entstand eine dünne 65 (bekanntgemacht am 5. 3.1953);
Nickelschicht 3 mit einer Stärke von etwa 1 μ. USA.-Patentschrift Nr. 2 563 504.Considered publications:
German patent application S 26374 VIIIc / 21g was prevented. In this way a thin 65 was created (announced on 3/5/1953);
Nickel layer 3 with a thickness of about 1 μ. U.S. Patent No. 2,563,504.
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