-
Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung aus einem einkristallinen
Halbleiterkörper, insbesondere einer Gleichrichteranordnung aus Silizium, mit einer
durch Reduktion eines Nickelsalzes mit Natriumhypophosphit auf die Halbleiteroberfläche
aufgebrachten, durch Tempern mindestens teilweise in die Halbleiteroberfläche einlegierten
ersten Nickelschicht und mit einer auf die getemperte erste Nickelschicht aufgebrachten,
als Kontaktelektrode dienenden zweiten Nickelschicht, wobei die Halbleiteroberfläche
vor dem Aufbringen der ersten Nickelschicht in einer wäßrigen Flußsäurelösung mit
einem Zusatz von Ionen eines katalytisch aktiven Metalls für die Abscheidung des
Nickels aktiviert wird.
-
Bei Verfahren dieser Art bereitet die Aktivierung der Halbleiteroberfläche
insofern Schwierigkeiten, als auf der n-dotierten Seite der Halbleiterscheibe pro
Zeiteinheit im allgemeinen wesentlich mehr Aktivatormetall abgeschieden wird als
auf der p-dotierten Seite. Außerdem zeigte es sich, daß bei längerer Aktivierung
auf der n-dotierten Seite unter dem abgeschiedenen Metallfilm eine Oxydschicht aufwächst,
die die nachfolgende Kontaktierung stark beeinträchtigt.
-
Diese Nachteile lassen sich vermeiden, wenn gemäß der Erfindung der
pH-Wert der Aktivierungslösung durch Pufferung mit Ammoniumfluorid oder Urotropin
auf einen zwischen 4 und 5 liegenden Wert eingestellt wird. Eine besonders gute
Benetzung der Siliziumscheibe ergibt sich dabei, wenn in weiterer Ausgestaltung
der Erfindung der gepufferten Aktivierungslösung Methanol zugesetzt wird. Zweckmäßig
enthält die als Aktivierungslösung dienende Flußsäurelösung als Ionen eines katalytisch
aktiven Metalls Gold- oder Palladiumionen.
-
In der österreichischen Patentschrift 219 662 ist zwar bereits ein
Verfahren zum stromlosen Vernikkeln eines Halbleiterkörpers beschrieben, bei dem
die Nickelabscheidung ebenfalls durch Reduktion eines Nickelsalzes mit Natriumhypophosphit
erfolgt. Dort wird aber der Halbleiterkörper zusammen mit einer aus Aluminium bestehenden
Anschlußelektrode, welche bereits am Halbleiterkörper festgelötet ist, vernickelt.
Außerdem werden die zu vernickelnden Oberflächen vor dem Vernickeln nicht aktiviert,
was zur Folge hat, daß der Zeitpunkt des Einsetzens der Nickelabscheidung vom Vorhandensein
zufälliger Verunreinigungen auf den zu vernickelnden Oberflächen abhängt und deshalb
von Halbleiterbauelement zu Halbleiterbauelement sehr verschieden ist. Dies ist
für eine serienmäßige Fertigung von großem Nachteil, weil dann eine größere Zahl
gleichzeitig in das Vernickelungsbad eingebrachter Halbleiterbauelemente nicht gleichzeitig
fertiggestellt, d. h. nicht gleichzeitig mit einer Nickelschicht bestimmter Dicke
überzogen ist.
-
Aus der USA.-Patentschrift 2 995 473 ist es ferner bekannt, auf einem
Halbleiterkörper eine Kontaktschicht abzuscheiden, die aus einem Gemisch aus Gold
und Nickel besteht. Diese Kontaktschicht ist aber wegen des Goldanteils teuer. Sie
wird außerdem nicht in die Halbleiteroberfläche einlegiert, so daß eine ausreichende
Haftung auf dem Halbleiterkörper nicht zustande kommt.
-
Aus der USA.-Patentschrift 2 781481 ist außerdem ein Verfahren zur
Herstellung einer Legierungshalbleiteranordnung aus n-Germanium bekanntgeworden,
bei dem auf die Halbleiteroberfläche eine Nickelschicht aufplattiert wird. Diese
Nickelschicht dient aber nicht zur Kontaktierung, sondern als Zwischenschicht beim
Einlegieren einer Indiumpille zum Zweck der Bestimmung der Tiefe des pn-übergangs.
-
Aus der österreichischen Patentschrift 231007 ist ferner ein Verfahren
zur Herstellung einer Halbleiteranordnung bekanntgeworden, bei dem auf einer diffundierten
Siliziumscheibe durch Reduktion eines Nickelsalzes mit Natriumhypophosphit eine
Nickelschicht abgeschieden wird. Im Gegensatz zum Erfindungsgegenstand wird aber
hier - ebenso wie bei dem Verfahren nach der österreichischen Patentschrift 219
662 - die Siliziumscheibe nicht zuvor für die Abscheidung des Nickels aktiviert.
Dies bringt den bereits erwähnten Nachteil mit sich, daß die Abscheidung des Nickels
nicht zu einem definierten Zeitpunkt einsetzt, wodurch eine rationelle serienmäßige
Fertigung in Frage gestellt ist. Ferner werden bei diesem Verfahren zur Kontaktierung
außer der auf der Halbleiterscheibe abgeschiedenen Nickel-
Schicht
zwei weitere Schichten benötigt, die überdies aus den teuren Edelmetallen Gold und
Silber bestehen, wogegen das erfindungsgemäße Kontaktierungsverfahren mit einer
einzigen weiteren Schicht aus dem wesentlich billigeren Werkstoff Nickel auskommt.
Einen weiteren zusätzlichen Aufwand bringt bei dem Verfahren nach der österreichischen
Patentschrift 231007 die Druckkontaktierung mit sich.
-
An Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels
soll die Erfindung näher erläutert werden.
-
Eine mit Bor und Phosphor dotierte Siliziumscheibe 1 von 200 R,m Dicke
bildet den Halbleiterkörper eines Halbleitergleichrichters. Sie wird zunächst in
mit Kaliumbichromat (K.Cr207) gesättigter Flußsäure (H2F2) und dann in einer wäßrigen
Lösung von Kalilauge (KOH) und Natronlauge (NaOH) geätzt.
-
Dann wird die Siliziumscheibe 1 in eine Aktivierungslösung getaucht,
welche aus einer wäßrigen Lösung von Flußsäure (H2F2) und Ammoniumfluorid (NH4F)
mit einem Zusatz einer Goldionen enthaltenden Lösung besteht. An Stelle von Ammoniumfluorid
(NH4F) kann auch Urotropin [N4 (CH"),], an Stelle Gold (Au) Palladium (Pd) verwendet
werden. Bei dieser Behandlung bildet sich auf der Siliziumscheibe 1 eine in der
Zeichnung nicht dargestellte, dünne Aktivatormetallschicht, die die Oberfläche der
Siliziumscheibe 1 für die Abscheidung des Nickels aktiviert. Um bei der Aktivierung
eine gute Benetzung der Siliziumscheibe. mit dem Aktivatormetall zu erzielen, kann
der Aktivierung slösung Methanol (CH30H) zugesetzt werden.
-
Dann wird auf die aktivierte Siliziumscheibe 1 durch chemische Plattierung
eine erste Nickelschicht 2 aufgebracht. Die Abscheidung des Nickels erfolgt nach
der Methode von K a n i g e n durch Reduktion von Nickelchlorid (NiC12) mit Natriumhypophosphit
(NaH2PO2). Statt des Nickelchlorids (NiCl2) kann auch Nickelsulfat (NiS04) verwendet
werden.
-
Durch die vorausgegangene Aktivierung wird erreicht, daß die Vernickelungsreaktion
spontan einsetzt. Dadurch wird sichergestellt, daß alle gleichzeitig in das Vernickelungsbad
eingetauchten Siliziumscheiben 1 auch gleichzeitig fertiggestellt, d. h. mit einer
ersten Nickelschicht 2 bestimmter Dicke überzogen sind.
-
Dann wird die mit der ersten Nickelschicht 2 versehene Siliziumscheibe
1 gründlich gewaschen und getrocknet und anschließend in einer inerten Gasatmosphäre
bei einer Temperatur oberhalb 500° C getempert. Dadurch wird die erste Nickelschicht
2 teilweise in die Siliziumscheibe 1 einlegiert, wodurch eine gute Haftung dieser
Schicht auf der Siliziumscheibe 1 bewirkt wird.
-
Da die getemperte erste Nickelschicht 2 nicht lösbar ist, wird auf
diese anschließend durch chemische Plattierung eine zweite, als Kontaktelektrode
dienende Nickelschicht 3 aufgebracht. Die Abscheidung der Kontaktelektrode 3 erfolgt
ebenfalls durch Reduktion von Nickelchlorid (NiC12) mit Natriumhypophosphit (NaH2P02).
Um auch hier ein spontanes Einsetzen der Vernickelungsreaktion zu erzielen, wird
die getemperte erste Nickelschicht 2 vor dem Aufbringen der Kontaktelektrode 3 in
einer Aktivierungslösung behandelt, die aus einer mit Nickelchlorid (NiC12) gesättigten
wäßrigen Flußsäurelösung (H2F.- Lösung) besteht.
-
Bei der Aktivierung der geätzten Siliziumscheibe 1 vor dem Aufbringen
der ersten Nickelschicht 2 kann es vorkommen, daß auf der n-dotierten Seite pro
Zeiteinheit wesentlich mehr Aktivatormetall abgeschieden wird als auf der p-dotierten
Seite. Außerdem kann es bei längerer Aktivierung vorkommen, daß auf der n-dotierten
Seite unter dem abgeschiedenen Metallfilm eine Oxydschicht aufwächst, die die nachfolgende
Kontaktierung stark beeinträchtigt. Auf einer derart aktivierten Oberfläche kann
zwar auf chemischem Weg eine Nickelschicht 2 abgeschieden werden. Diese platzt aber
beim nachfolgenden Tempern ab, da keine Verankerung mit der Siliziumscheibe 1 stattfinden
kann.
-
Es wurde nun gefunden, daß diese Nachteile vermieden werden, wenn
erfindungsgemäß die Aktivierungslösung einen pH-Wert zwischen 4 und 5 hat. Diese
pH-Werte können mit dem der Aktivierungslösung zugesetzten Ammoniumfluorid (NH4F)
bzw. Urotropin [N4(CH2),] leicht eingestellt werden.