DE1283970B

DE1283970B - Metallischer Kontakt an einem Halbleiterbauelement

Info

Publication number: DE1283970B
Application number: DES102622A
Authority: DE
Inventors: Arndt; Mueller Dieter; Dr Heinz-Herbert; Dr Juergen; Schaedel
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1966-03-19
Filing date: 1966-03-19
Publication date: 1968-11-28
Also published as: BE694479A; FR1515415A; CH457627A; US3633076A; GB1174613A; NL6702273A; SE312864B

Description

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Bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen die Forderungen a und c gut, haftet jedoch nicht sehr ist es notwendig, durch metallische Schichten für ■ fest auf poliertem Silizium bzw. SiO₂. Die Haftfestigeinen einwandfreien ohmschen Stromübergang zwi- keit (Forderung b) kann zwar gemäß der französchen den Zuleitungsdrähten und den verschiedenen sischen Patentschrift 1246 813 durch eine Unter-Gebieten der Halbleiter zu sorgen. Ferner müssen 5 schicht (unmittelbar auf dem Halbleitermaterial aufderartige »Metallschichten« bei sogenannten inte- liegend) aus Chrom verbessert werden, es bleibt aber grierten Schaltkreisen auch die Verbindung zwischen der Nachteil, daß das Anbringen von Drähten an der verschiedenen Bauelementen innerhalb eines Halb- Nickelschicht mittels Thermokompression nicht zuleiterplättchens herstellen. Dabei werden sie über verlässig möglich ist.

eine isolierende Schicht (z.B. SiO₂) hinweggeführt. io Es ist auch möglich — z.B. bei Solargenera-Häufig ist es auch notwendig, das Metall zur Ab- toren —, eine Schicht aus Titan mit darüberliegenleitung der im Halbleiter entstandenen Verlustwärme dem Silber zu verwenden. Diese Doppelschicht erzu benutzen. füllt die Forderungen a, b und d. Jedoch ist die Be-

Die Erfindung bezieht sich demgemäß auf einen arbeitung durch Photolithographie sehr schwierig,

metallischen Kontakt auf einem mindestens bis zur 15 Es ist schließlich bekanntgeworden (Solid State

Entartung dotierten Bereich eines Halbleiterbau- Electronics 8, 1965, 735 ff.), eine Doppelschicht mit

elementes, welcher zum Anbringen elektrischer Zu- Molybdän als Untermetall und Gold als Deckschicht

leitungen und/oder als leitende Verbindung einzelner zu verwenden. Diese Schicht erfüllt die Anforde-

Bereiche des Bauelementes vorgesehen ist und auf rangen a, b, d und e aber nur, wenn die Molydän-

dem dotierten Halbleitermaterial einen gegenüber 20 schicht dicker als 0,2 μ ist. Sonst kann das darüber-

dem Widerstand des Halbleitermaterials vernach- liegende Gold die Molybdänschicht durchdringen und

lässigbaren ohmschen Übergangswiderstand besitzt. schon bei 370° C eine Legierung mit dem darunter-

Es handelt sich also nicht um eine Diode — wie etwa liegenden Silizium bilden. Die Herstellung derartig

in der holländischen Patentanmeldung 65/03038 —, dicker Molybdänschichten erfordert jedoch einen er-

deren pn-übergang durch einen Metallhalbleiterkon- 25 heblichen Aufwand. Molybdän besitzt einen sehr

takt bzw. Metallhalbleiter-Halbleiterkontakt gebildet niedrigen Dampfdruck, so daß es sehr hoher Tempe-

ist, sondern um eine Fläche, die lediglich zum Kon- raturen bedarf, die über längere Zeit aufrechterhalten

taktieren vorgesehen ist. werden müssen, um Molybdän in genügender Menge

An derartige Kontakte sind eine Reihe von Förde- zu verdampfen. Auch durch Kathodenzerstäubung

rangen zu stellen: 30 läßt sich Molybdän nur unter Schwierigkeiten in so

_{N Λ T}, , ., „ ,-j· j dicker Schicht aufbringen, da die Schicht häufig

a) Das Kontaktmatenal muß gut leitend sein und j_{nnere Spanmmgen besitzt so daß das} Molybdän abeinen kleinen ohmschen Übergangswiderstand _mttQTt _{Stets besteht außerdem die Gefah}£ _{daß das} zum Halbleitermaterial bilden (elektrische Eigen- _{GoM durch Poren im Molybdan} _ _{selbst bei Schich}. schatten); _{35 ten über 02 μ} Dicke — hindurchlegiert. Neben der

b) das Material muß mechanisch fest auf dem schwierigen Herstellung ist die Anwendung dieser Halbleitermaterial sowie auf dem entsprechen- Doppelschicht als Kontakt also auch mit beträchtden Isoliermaterial haften (mechanische Eigen- liehen Risiken verbunden.

schäften); Zusammenfassend kann gesagt werden, daß es

c) das Material soll leicht aufzubringen sein und ⁴° nwht rnö-glich ist, ein einziges Material zu finden das durch photolithographische Verfahren leicht zu allen Anforderungen genügt. Die Forderungen widerbearbeiten sein<Verarbeitbarkeit); ' ^edien sich insofern, als z.B. fur eine gute Haft.

^v fahigkeit ein Material mit hoher Sauerstoffaffimtat

d) die Kontakte sollen lötfähig sein (Hart- oder auszuwählen wäre, während geringe Korrosionsnei-Weichlötung) sowie das Befestigen von Drähten _{45 gun}g bei Materialien mit besonders geringer Sauermittels Thermokompression gestatten (Kontak- stoffaffinität zu finden ist. Auch Doppelschichten tierbarkeit); führen noch nicht zu dem gewünschten Ergebnis. Da

e) während der Verarbeitung oder während des die brauchbaren Obermetalle, wie Ag, Au oder Pt, Betriebes dürfen keine Veränderungen, z.B. in sehr unerwünschter Weise mit dem Halbleiterdurch Reaktion der beteiligten Materialien, oder 5<> material reagieren, muß bei einer Doppelschicht das Korrosion auftreten, die zur Verschlechterung "Untermetall stets absolut porenfrei sein, d.h. in der elektrischen oder mechanischen Eigen- relativ dicker Schicht aufgebracht werden. Die hierschaften führen. Eine Reaktion mit dem Halb- bei günstigsten Untermetalle setzen dem aber große leitermaterial muß sich auf die eigentliche technologische Schwierigkeiten entgegen.
Grenzfläche Halbleitermetall beschränken (ehe- 55 Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Konmische Eigenschaften, Stabilität). takte zu schaffen, die alle fünf aufgestellten Forderungen zugleich erfüllen. Die erfindungsgemäße Lö-

AIs Kontaktmaterial kann — vor allem für söge- sung besteht darin, daß der Kontakt aus drei vernannte integrierte Halbleiterschaltanordnungen — schiedenen, übereinanderliegenden und mittels des Aluminium verwendet werden. Aluminium erfüllt die 60 Photoresistverfahrens bearbeitbaren Metallschichten Forderung a, b und c in nahezu idialer Weise. Es ist besteht, von denen die untere auf dem Halbleiterjedoch nicht lötfähig, gestattet also keine großflächi- material aufliegende Metallschicht aus Molybdän gen Kontakte und auch kein Anlöten von Drähten. oder Wolfram und die mittlere Schicht aus Eisen, Außerdem reagiert es z.B. mit dem häufig verwen- Kobalt, Nickel, Mangan oder Chrom besteht und deten Golddraht bei 200 bis 300° C, so daß die Bau- 6g daß die obere, äußere Schicht in an sich bekannter elemente unbrauchbar werden können. Weise aus Edelmetall besteht. Ein Halbleiterbau-

Weiterhin kann bei Siliziumbauelementen eine element, auf das zur Herstellung eines Kontaktes

Schicht aus Nickel verwendet werden. Nickel erfüllt nacheinander drei Metallschichten aufgebracht sind,

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ist zwar schon aus der französischen Patentschrift verdeckt werden. Daher darf die erste erfindungsge-1417 621 bekannt, jedoch enthält der Kontakt des mäße Schicht eine schwer verdampfbare Substanz entsprechenden fertigen Bauelementes lediglich zwei sein. Die erfindungsgemäß vorgesehenen Metalle, Metallschichten. Bei der Herstellung der Kontakte Molybdän (Mo) oder Wolfram (W), besitzen eine des bekannten Halbleiterbauelementes wird zunächst 5 gegenüber dem Metall der Außenschicht (Edelmetall) durch Temperaturbehandlung eine Platinschicht in hohe Sauerstoffaffinität.

das Halbleitermaterial eindiffundiert bzw. eingesin- Als zweite Schicht ist erfindungsgemäß ein Mate-

tert. Diese untere Metallschicht verschwindet dabei rial gewählt, das wesentlich leichter zu verdampfen praktisch vollständig, und es bildet sich auf einem ist. Es soll nicht in unerwünschter Weise mit dem Silizium-Halbleiterkörper eine Platin-Silicid-Schicht. io Halbleitermaterial oder dem Isoliermaterial reagie-Das gilt nicht nur für freigelegte Halbleiterbereiche, ren; es braucht jedoch nicht besonders gut korrosionssondern auch für SiO₂-Flächen. Auf die Platin-Sili- fest und kontaktierbar zu sein. cid-Schicht ist im Bekannten ein weiteres Metall, Nach letzteren Gesichtspunkten ist die dritte, obere

z. B. Titan, Tantal, Zirkon, Niob, Chrom, Vanadium Schicht ausgewählt worden, und zwar ohne Rückoder Hafnium, gebracht. Auf der letzteren Metall- 15 sieht auf theoretisch mögliche Reaktionen mit dem schicht können weitere Schichten aus Platin, Silber, Halbleitermaterial, da diese durch die darunterliegen-Nickel, Palladium, Rhodium oder Gold als Kontakt- den zwei Schichten ausgeschlossen sind. Es sollen jemetall liegen. Die französische Patentschrift 1417 621 doch keine Reaktionen mit der mittleren Schicht stattgibt also weder einen Hinweis auf einen Kontakt aus finden, jedenfalls keine Reaktionen, die schädliche drei verschieden wirkenden Metallschichten, noch auf 20 Auswirkungen auf die elektrischen oder mechanidie erfindungsgemäße Kombination der Metalle. sehen Eigenschaften des Kontaktsystems haben. Die Weiterhin ist dem Bekannten nicht zu entnehmen, Dicke der dritten Schicht kann entsprechend den Anwie man ohne Temperaturbehandlung und Eindiffu- forderungen an die Längsleitfähigkeit parallel zur sion bzw. Einsinterung von Platin als Unterschicht Halbleiterfläche (insbesondere bei integrierten Halbeinen guten Metallhalbleiterkontakt erzeugen kann, 25 leiterschaltanordnungen) zwischen 0,1 und 1,5 μ Hewenn erfindungsgemäß Molybdän oder Wolfram als gen, vorzugsweise 0,5 bis 1 μ. Dickere Schichten als Unterschicht auf einen entartet dotierten Halbleiter 1,5 μ neigen meist zum Abblättern. Bei der Verwenaufgebracht werden. Unter anderem bedeutet aber dung von Ag ist es zweckmäßig, die Temperatur des gerade die Verwendung von Molybdän oder Wolfram Halbleiters während des Aufdampfens unterhalb als Unterschicht eines Kontaktes aus drei überein- 30 200° C zu halten.

anderliegenden Metallschichten einen wertvollen Vorzugsweise wird der erfindungsgemäße Kontakt

technischen Fortschritt, denn dadurch wird gegen- dadurch hergestellt, daß die drei Schichten nacheinüber dem Bekannten der Verfahrensschritt der Ein- ander durch Vakuumverdampfen oder Kathodendiffusion bzw. Einsinterung von Platin gespart.. zerstäubung ohne Unterbrechung des Vakuums auf-

Bei der erfindungsgemäßen Kontaktfläche ist die 35 gebracht werden. Das Vakuum soll besonders des-Dicke der unteren Schicht im allgemeinen kleiner halb nicht unterbrochen werden, damit sich nach dem als 1 μ und beträgt vorteilhaft 0,01 bis 0,05 μ. Die Aufbringen der ersten bzw. zweiten Schicht auf diemittlere Schicht ist in der Regel dicker als 0,05 μ. Es ser keine Oxydhaut oder eine sonstige Schicht, die ist günstig, wenn sie eine Dicke zwischen 0,1 und die Haftfestigkeit der folgenden Schicht beeinträch-0,2 μ hat. 40 tigte, bilden kann. Um eine gute Haftfestigkeit zu er-

Die obere Schicht hat zweckmäßig eine Dicke zielen, ist es auch zweckmäßig, während des Aufzwischen 0,1 und 1,5 μ, insbesondere zwischen 0,5 bringens einer oder mehrerer, insbesondere der bei- und 1 μ. Die Schichten können durch Aufdampfen, den unteren Metallschichten das Halbleitermaterial durch Kathodenzerstäubung, galvanisch oder (in auf eine Temperatur zwischen etwa 200 und 500° C einem Tauchbad) stromlos aufgebracht werden. Die 45 zu erwärmen.

Metallfolge des erfindungsgemäßen metallischen Kon- An Hand der nicht maßstabgetreuen Zeichnung

taktes ist in mehreren Variationen möglich und kann von Ausführungsbeispielen wird die Erfindung näher stets so gewählt werden, daß alle obigen Anforderen- erläutert; es zeigt

gen a bis e erfüllt werden. Ein Vorteil der erfindungs- F i g. 1 bis 3 eine Halbleiterscheibe, auf die in drei

gemäßen Dreifachschicht besteht darin, daß jedes 50 Verfahrensschritten die drei Metallschichten aufgeeinzelne Metall nur noch wenige Forderungen zu er- bracht sind,

füllen hat. Nur noch die Forderung c, betreffend die Fig. 4 eine Halbleiterscheibe gemäß Fig. 3, auf

Verarbeitbarkeit mittels des Photoresistverfahrens, der ein Photoresistmuster erzeugt ist, soll von allen drei Schichten erfüllt werden. Der Be- F i g. 5 eine auf der Ober- und Unterseite mit drei

reich der Halbleiterscheibe, auf dem die untere Me- 55 Metallschichten versehene Halbleiterscheibe, tallschicht aufliegt, soll entartet dotiert sein, um den F i g. 1 zeigt eine Halbleiterscheibe 1 im Quer-

ohmschen Übergangswiderstand zwischen dem Halb- schnitt mit einer darauf aufgebrachten Metallschicht 2. leitermaterial und dem Kontakt sehr klein, insbeson- Diese Metallschicht kann vor oder während des Aufdere klein gegenüber dem Widerstand des Kontakt- bringens weiterer Metallschichten in den Halbleitermaterials und der Anschlußleitungen, zu machen. 60 körper eingebrannt werden, so daß die Schicht fest

Gute Haftfestigkeit (Forderung b) am Halbleiter haftet. Die F i g. 2 und 3 zeigen zwei weitere Verfah- bzw. dem Isoliermaterial soll nur noch die erste renschritte, in denen auf die Schicht 2 der Reihe nach Schicht besitzen. Erfahrungsgemäß haften Metalle die Schichten 3 und 4 aufgebracht sind. Die beiden untereinander stets gut, insbesondere, wenn sie ohne oberen Schichten werden im allgemeinen nicht einUnterbrechung des Vakuums nacheinander aufge- 65 gebrannt.

dampft werden. Andere Forderungen entfallen für . . F i g. 4 zeigt eine Halbleiterscheibe gemäß F i g. 3, die erste Schicht weitgehend. Sie kann sehr dünn sein, auf der ein Photoresistmuster 5 erzeugt ist. Bei einem da Poren auf jeden Fall durch die zweite Schicht Ätzangriff auf die Oberfläche der Scheibe gemäß

F i g. 4 werden nur die Bereiche der Scheibe angegriffen, auf denen kein Photoresistlack liegt. Es können so auf einem Halbleiterkörper voneinander getrennte und nur durch Halbleitermaterial verbundene Kontakte erzeugt werden und auch eventuell im Halbleitermaterial vorhandene pn-Übergänge freigelegt werden.

In Fig. 5 ist gezeigt, daß der erfindungsgemäße Kontakt auch auf beiden Flächen der Halbleiterscheiben erzeugt werden kann. In der Figur sind die unteren Metallschichten 6 bis 8 z. B. ebenso und zugleich aufgebracht zu denken wie die oberen drei Schichten 2 bis 4. In ähnlicher Weise kann die Halbleiterscheibe auch an den Rändern kontaktiert werden. *5

In einem Ausführungsbeispiel wurde eine Siliziumscheibe nacheinander mit Molybdän, Nickel und Silber beschichtet. Die Dicke der Molybdänschicht betrug etwa 0,05 μ. Während des Aufdampfens des Mo war die Siliziumscheibe auf 300° C erhitzt. Während ao des Abkühlens der Siliziumscheibe wurde die Nickelschicht aufgebracht. Sie hatte eine Dicke von 0,1 μ. Nach weiterem Absinken der Temperatur des Siliziums — unter 200° C — wurde Silber bis zu einer Schichtdicke von 0,5 μ aufgedampft. Diese Schicht as kann durch Photoresistverfahren, z. B. gemäß Fig. 4, geätzt werden. Auf dem fertigen Kontakt können ohne Schwierigkeiten durch Thermokompression Gold-, Silber- oder ähnliche Drähte befestigt werden. Die Kontaktierung durch Hart- oder Weichlötung ist ebensogut möglich.

Claims

Patentansprüche:

1. Metallischer Kontakt auf einem mindestens bis zur Entartung dotierten Bereich eines Halbleiterbauelementes, welcher zum Anbringen elektrischer Zuleitungen und/oder als leitende Verbindung einzelner Bereiche des Bauelementes vorgesehen ist und auf dem dotierten Halbleitermaterial einen gegenüber dem Widerstand des Halblekermaterials vernachlässigbaren ohmschen Übergangswiderstand besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontakt aus drei verschiedenen, übereinanderliegenden und mittels des Photoresistverfahrens bearbeitbaren Metallschichten besteht, von denen die untere auf dem Halbleitermaterial aufliegende Metallschicht aus Molybdän oder Wolfram und die mittlere Schicht aus Eisen, Kobalt, Nickel, Mangan oder Chrom besteht und daß die obere, äußere Schicht in an sich bekannter Weise aus Edelmetall besteht.

2. Metallischer Kontakt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der unteren Schicht 0,01 bis 0,05 μ beträgt, daß die Dicke der mittleren Schicht 0,1 bis 0,2 μ beträgt und daß die Dicke der oberen Schicht zwischen 0,1 und 1,5 μ liegt.

3. Verfahren zur Herstellung eines metallischen Kontaktes nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Metallschichten nacheinander durch Vakuumverdampfung oder Kathodenzerstäubung ohne Unterbrechung des Vakuums aufgebracht werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen