DE19637438A1

DE19637438A1 - Metallisation production on especially III-V semiconductor body

Info

Publication number: DE19637438A1
Application number: DE19637438A
Authority: DE
Inventors: Gisela Lang; Ulrich Dr Jacob; Josef Maurer; Ernst Dr Nirschl
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 1996-09-13
Filing date: 1996-09-13
Publication date: 1998-03-26

Abstract

A method of producing a semiconductor body having a metallisation layer involves dry etching (5) at least a surface region of the semiconductor body (1) and then applying the metallisation layer (2) onto the surface region. Preferably, the dry etching (5) comprises a plasma etching operation, especially in which the surface is bombarded with Ar ions and in which the surface region is roughened.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterkörpers mit einer Metallisierungsschicht. Sie be zieht sich insbesondere auf das Aufbringen von Kontaktmetal lisierungen auf einen aus Galliumaluminiumarsenid bestehenden Leuchtdioden-Halbleiterkörper.The invention relates to a method for producing a Semiconductor body with a metallization layer. You be particularly applies to the application of contact metal Listings on a gallium aluminum arsenide Light emitting diode semiconductor body.

Die Oberflächen von Halbleiterwafern weisen nach ihrer Her stellung oftmals Verunreinigungen (Partikel, Substanzen, Oxide, Elementanreicherungen usw.) auf, die die Haftung und die Alterungsbeständigkeit von auf den Halbleiterwafer aufge brachten Metallisierungsschichten beeinträchtigen. Halblei terwafer aus GaAlAs können Al-Anreicherungen an der Oberflä che aufweisen.The surfaces of semiconductor wafers have their origin often impurities (particles, substances, Oxides, element enrichments, etc.) on the liability and the aging resistance of on the semiconductor wafer brought metallization layers impair. Half lead GaAlAs ter wafers can contain Al accumulations on the surface che.

Bei unzureichender Haftung einer Kontaktmetallisierungs schicht auf einem Halbleiterkörper kommt es jedoch erstens oftmals zu keiner Ausbildung eines hinreichenden ohmschen Kontaktes zwischen dem Halbleiterkörper und der Kontaktmetal lisierungschicht und besteht zweitens eine erhöhte Gefahr des Ablösens der Kontaktmetallisierungschicht von der Halbleiter oberfläche bei mechanischer Beanspruchung, wie sie beispiels weise beim Sägen des Wafers oder beim Drahtbonden auftritt.If there is insufficient adhesion of a contact metallization layer on a semiconductor body, however, it occurs first often to no training of a sufficient ohmic Contact between the semiconductor body and the contact metal layer and secondly there is an increased risk of Peeling the contact metallization layer from the semiconductor surface under mechanical stress, such as that occurs when sawing the wafer or wire bonding.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu entwickeln, das eine sichere Haftung, eine verbesserte mechanische Beständigkeit und eine erhöhte Alterungsbeständigkeit der auf den Halblei terkörper aufgebrachten Metallisierungsschicht gewährleistet.The present invention is based on the object To develop processes of the type mentioned at the outset secure adhesion, improved mechanical resistance and an increased resistance to aging on the semi-lead guaranteed body applied metallization layer.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen des er findungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 7.This task is accomplished by a process with the characteristics of Claim 1 solved. Preferred further training of the he The inventive method are the subject of the dependent claims 2 to 7.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß nach dem Herstellen des Halbleiterkörpers zumindest ein Kontaktbereich der Oberfläche des Halbleiterkörpers mittels eines Trockenätzverfahrens vor behandelt wird und daß nachfolgend die Metallisierungsschicht auf den Kontaktbereich aufgebracht wird.According to the invention it is provided that after producing the Semiconductor body at least one contact area of the surface of the semiconductor body using a dry etching process is treated and that subsequently the metallization layer is applied to the contact area.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weist das Trockenätzverfahren einen Plasmaätz schritt auf, bei dem die Oberfläche des Halbleiterkörpers beispielsweise mit Argonionen beschossen wird. Ebenso ist aber auch ein Beschuß mit anderen Ionenarten denkbar.In a preferred embodiment of the invention The dry etching method has a plasma etching method step on the surface of the semiconductor body is bombarded with argon ions, for example. Likewise but bombardment with other types of ions is also conceivable.

Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung des erfindungs gemäßen Verfahrens werden die Parameter des Trockenätzverfah rens derart gewählt, daß eine Aufrauhung der trockengeätzten Oberfläche des Halbleiterkörpers erzeugt wird. Dadurch wird insbesondere die Haftung der Kontaktmetallisierung auf dem Halbleiterkörper weiter verbessert.In a particularly preferred development of the invention According to the method, the parameters of the dry etching process rens chosen such that a roughening of the dry-etched Surface of the semiconductor body is generated. This will in particular the liability of the contact metallization on the Semiconductor body further improved.

Besonders vorteilhaft läßt sich das erfindungsgemäße Verfah ren bei einem Halbleiterkörper einsetzen, bei dem die Metal lisierungsschicht auf eine III-V Halbleiterschicht, insbeson dere eine Ga_xAl_1-xAs-Halbleiterschicht mit 0,4 x 1, aufge bracht wird. Derartige Halbleiterkörper werden beispielsweise bei Lumineszenzdioden verwendet.The method according to the invention can be used particularly advantageously in a semiconductor body in which the metalization layer is brought onto a III-V semiconductor layer, in particular a Ga _x Al _1-x As semiconductor layer with 0.4 x 1. Such semiconductor bodies are used for example in the case of luminescent diodes.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfin dungsgemäßen Verfahrens ist vor dem Vorbehandeln mittels des Trockenätzverfahrens eine naßchemische Reinigung der Oberflä che des Halbleiterkörpers vorgesehen.In a further preferred embodiment of the invent The inventive method is before the pretreatment by means of Dry etching a wet chemical cleaning of the surface surface of the semiconductor body is provided.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird im folgenden anhand von zwei Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Fig. 1 und 2 näher erläutert. Es zeigen: The method according to the invention is explained in more detail below on the basis of two exemplary embodiments in conjunction with FIGS. 1 and 2. Show it:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Verfahrensab laufes eines ersten Ausführungsbeispieles des er findungsgemäßen Verfahrens und Fig. 1 is a schematic representation of a procedure from a first embodiment of the inventive method and

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Verfahrensablau fes eines zweiten Ausführungsbeispieles des erfin dungsgemäßen Verfahrens. Fig. 2 is a schematic representation of the procedural fes of a second embodiment of the inventive method.

In den Figuren sind gleiche oder gleichwirkende Bestandteile oder Verfahrensschritte jeweils mit demselben Bezugszeichen versehen.In the figures, the same or equivalent components or method steps each with the same reference number Mistake.

Bei dem Halbleiterkörper 1 von Fig. 1 handelt es sich bei spielsweise um einen Halbleiterwafer zur Herstellung von Leuchtdiodenchips. Dieser weist ein GaAs-Substrat 10 auf, auf dem eine aktive Schichtenfolge 13 aus Al_xGa_1-xAs mit einer ak tiven Zone 8 (Strahlung aussendende Zone) aufgebracht ist, wobei beispielsweise die vom GaAs-Substrat 10 aus gesehen letzte Halbleiterschicht 7 einen Al-Gehalt x von 0,4 x 1 besitzt. Die aktive Schichtenfolge 13 ist z. B. mittels Flüs sigphasenepitaxie hergestellt.The semiconductor body 1 of FIG. 1 is, for example, a semiconductor wafer for the production of light-emitting diode chips. This has a GaAs substrate 10 , on which an active layer sequence 13 made of Al _x Ga _1-x As with an active zone 8 (radiation-emitting zone) is applied, the last semiconductor layer 7 seen from the GaAs substrate 10 , for example has an Al content x of 0.4 x 1. The active layer sequence 13 is e.g. B. sigphasenepitaxie by means of flu.

Auf der der aktiven Schichtenfolge 13 gegenüberliegenden Rückseite 12 des GaAs-Substrats 10 ist beispielsweise mittels Aufdampfen oder Sputtern ganz flächig oder strukturiert eine Rückseitenkontaktmetallisierung 3 aufgebracht, die aus einem herkömmlich in der Halbleitertechnik verwendeten Kontaktwerk stoff, wie beispielsweise Al oder Au, oder aus einer entspre chenden Metallschichtenfolge besteht.On the back 12 of the GaAs substrate 10 opposite the active layer sequence 13 , for example by means of vapor deposition or sputtering, a back-side contact metallization 3 is applied, which consists of a contact material conventionally used in semiconductor technology, such as Al or Au, or of a corresponding one appropriate metal layer sequence.

Die der Rückseitenkontaktmetallisierung 3 gegenüberliegende Vorderseite 4 des Halbleiterkörpers 1, d. h. die freie Hauptfläche der Halbleiterschicht 7, wird in einem ersten Prozeßschritt T mittels eines Trockenätzverfahrens vorbehan delt, das in der Fig. 1 durch die Pfeile 5 angedeutet ist. Bei diesem Prozeßschritt werden Verunreinigungen (Partikel, Substanzen, Oxide, Elementanreicherungen usw.), die z. B. von vorangehenden Verfahrensschritten herrühren, beseitigt. An schließend wird in einem zweiten Pozeßschritt M (Metallisierung) auf die Vorderseite 4 des Halbleiterkörpers 1 beispielsweise mittels Aufdampfen oder Aufsputtern (angedeutet durch die Pfeile 11) eine Metallisierungsschicht 2 aufgebracht. Diese besteht z. B. wiederum aus einem herkömm lich in der Halbleitertechnik verwendeten Kontaktwerkstoff, wie beispielsweise Al oder Au, oder aus einer entsprechenden Metallschichtenfolge und wird von daher an dieser Stelle nicht näher erläutert.That of the rear contact 3 opposing front face 4 of the semiconductor body 1, that the free main surface of the semiconductor layer 7, is punched in a first process step T by a dry etching vorbehan, which is indicated in Fig. 1 by the arrows 5. In this process step, impurities (particles, substances, oxides, element enrichments, etc.), the z. B. originate from previous process steps, eliminated. At closing, a metallization layer 2 is applied in a second process step M (metallization) to the front side 4 of the semiconductor body 1, for example by means of vapor deposition or sputtering (indicated by the arrows 11 ). This consists, for. B. again from a contact material used conventionally in semiconductor technology, such as Al or Au, or from a corresponding metal layer sequence and is therefore not explained in more detail at this point.

Die Metallisierungsschicht 2 wird nachfolgend mittels her kömmlicher Fototechnik F (Maske 16 + Ätzen 17) strukturiert, so daß auf Kontaktbereichen 14 des Halbleiterkörpers 1 ein zelne, voneinander getrennte Vorderseitenkontakte 15 entste hen. Im Anschluß daran wird in einem weiteren Verfahrens schritt S der Halbleiterkörper 1 beispielsweise mittels Sägen in einzelne Halbleiterchips vereinzelt.The metallization layer 2 is subsequently structured by means of conventional photo technology F (mask 16 + etching 17 ), so that an individual, separate front side contacts 15 arise on contact areas 14 of the semiconductor body 1 . Subsequently, in a further method step S, the semiconductor body 1 is separated into individual semiconductor chips, for example by sawing.

Die Metallisierungsschicht 2 kann aber auch alternativ be reits strukturiert (z. B. mittels herkömmlicher Maskentech nik) in einzelne voneinander getrennte Vorderseitenkontakte 15 auf den Halbleiterkörper 1 aufgebracht werden.Alternatively, the metallization layer 2 can also be applied in a structured manner (for example by means of conventional mask technology) in individual front contacts 15 which are separate from one another and are applied to the semiconductor body 1 .

Als Trockenätzverfahren des ersten Prozeßschrittes T eignet sich beispielsweise Plasmaätzen. Für die oben genannte Halb leiterschicht 7 aus Al_xGa_1-xAs mit 0,4 x 1 ist dies bei spielsweise ein Hochfrequenzsputterprozeß, der bei einer Lei stung von 90 Watt und einer Spannung von 340 Volt durchge führt wird und eine Sputter-Prozeßdauer von ca. 4 min. auf weist. Hierbei wird die Halbleiteroberfläche mit Ionen, bei spielsweise Argonionen, beschossen. Verunreinigungen oder sonstige störende Medien oder Schichten auf dem Halbleiter körper 1, die die Haftfestigkeit, die mechanische Belastbar keit und die Alterungsbeständigkeit der nachfolgend auf den Halbleiterkörper 1 aufzubringenden Metallisierungsschicht 2 beeinträchtigen können (Partikel, Substanzen, Oxide, Elemen tanreicherungen usw.), werden dadurch entfernt. Die so be handelte Oberfläche des Halbleiterkörpers 1 bildet eine me chanisch stabile und alterungsbeständige Verbindung mit der Metallisierungsschicht 2 aus.Plasma etching, for example, is suitable as the dry etching method of the first process step T. For the above-mentioned semiconductor layer 7 made of Al _x Ga _1-x As with 0.4 x 1, this is, for example, a high-frequency sputtering process which is carried out at a power of 90 watts and a voltage of 340 volts and a sputtering process duration of approx. 4 min. having. Here, the semiconductor surface is bombarded with ions, for example argon ions. Contamination or other disruptive media or layers on the semiconductor body 1 , which can impair the adhesive strength, the mechanical resilience and the aging resistance of the metallization layer 2 subsequently to be applied to the semiconductor body 1 (particles, substances, oxides, elemental enrichments etc.) away. The surface of the semiconductor body 1 thus treated forms a mechanically stable and age-resistant connection with the metallization layer 2 .

Beim Trockenätzen kann der Halbleiterwafer wahlweise wie oben beschrieben ganzflächig, d. h. die gesamte Oberseite, oder nur partiell, z. B. in den Kontaktbereichen 14, vorbehandelt werden. Im zweiten Fall muß die Oberfläche des Halbleiterwa fers vor dem Trockenätzen mit einer entsprechenden geeigneten Ätzmaske versehen werden.In dry etching, the semiconductor wafer can optionally, as described above, over the entire surface, ie the entire upper side, or only partially, e.g. B. in the contact areas 14 , pretreated. In the second case, the surface of the semiconductor wafer must be provided with a suitable etching mask before dry etching.

Bei geeigneter Wahl der Sputter-Parameter wird auf der Halb leiterschicht 7 gleichzeitig mit der Vorbehandlung eine Aufrauhung 6 (man vergleiche dazu die Fig. 2) erzeugt. Da durch wird die Haftfestigkeit zwischen der Metallisierungs schicht 2 und dem Halbleiterkörper 1 nochmals verbessert. Der Abtrag beim Trockenätzen beträgt hierzu beispielsweise 15-20 nm und die mikroskopische Rauhigkeit liegt beispielsweise zwischen 1 und 5 nm.With a suitable choice of the sputtering parameters, a roughening 6 is produced on the semiconductor layer 7 simultaneously with the pretreatment (see FIG. 2 for this). Since the adhesive strength between the metallization layer 2 and the semiconductor body 1 is further improved. The removal during dry etching is, for example, 15-20 nm and the microscopic roughness is, for example, between 1 and 5 nm.

Der in Fig. 2 schematisch dargestellte Verfahrensablauf un terscheidet sich von dem oben beschriebenen Verfahrensablauf nach Fig. 1 insbesondere dadurch, daß vor dem ersten Prozeß schritt T (Trockenätzen) ein zusätzlicher Prozeßschritt V eingeführt wird. Bei diesem wird die Halbleiterschicht 7 zu mindest im Kontaktbereich 14 der Vorderseite 4 mittels eines naßchemischen Reinigungsverfahrens (angedeutet durch die Pfeile 9) vorgereinigt. Dadurch kann insbesondere die homo gene Wirksamkeit des nachfolgenden Trockenätzverfahrens (Prozeßschritt T) über die gesamte Vorderseite 4 des Halblei terkörpers 1 erhöht und die Haftung zwischen dem Halbleiter körper 1 und der nachfolgend aufgebrachten Metallisierungs schicht 2 weiter verbessert werden. The process sequence shown schematically in FIG. 2 differs from the process sequence according to FIG. 1 described above in particular in that an additional process step V is introduced before the first process step T (dry etching). In this semiconductor layer (indicated by the arrows 9) to 7 least in the contact area 14 of the front panel 4 by means of a wet chemical cleaning process prepurified. Thereby, in particular the gene homo effectiveness of the subsequent dry etching process (process step T) over the entire front face 4 of semiconducting terkörpers 1 increased and the adhesion between the semiconductor body 1 and the subsequently applied metallization layer 2 can be further improved.

Bei dem naßchemischen Reinigungsverfahren wird die Halbeiter oberfläche beispielsweise mit einer H₂SO₄/H₂O₂-Ätzmischung und NH₃ oder mit einem phosphatfreien Neutralreiniger behandelt.In the wet chemical cleaning process, the semi-conductor surface with an H₂SO₄ / H₂O₂ etching mixture and NH₃ or treated with a phosphate-free neutral cleaner.

Selbstverständlich ist das erfindungsgemäße Verfahren nicht auf den in den Ausführungsbeispielen beispielhaft beschriebe nen Schichtaufbau des Halbleiterkörpers beschränkt, sondern kann ebenso für beliebige Halbleiterkörper aus III/V-Halblei termaterial eingesetzt werden. Das Trockenätzverfahren muß lediglich dem jeweiligen Materialsystem angepaßt werden. Wie der Halbleiterkörper 1, insbesondere die aktive Schichten folge 13 im einzelnen aufgebaut ist, ob beispielsweise die Halbleiterschicht 7 p-leitend oder n-leitend oder ob das Substrat 10 transparent oder absorbierend ausgebildet ist, ist für das erfindungsgemäße Verfahren unwesentlich.Of course, the method according to the invention is not limited to the layer structure of the semiconductor body described by way of example in the exemplary embodiments, but can also be used for any semiconductor body made of III / V semiconductor material. The dry etching process only has to be adapted to the respective material system. How the semiconductor body 1 , in particular the active layer sequence 13, is constructed in detail, whether, for example, the semiconductor layer 7 is p-type or n-type or whether the substrate 10 is transparent or absorbent, is insignificant for the method according to the invention.

Besonders vorteilhaft läßt sich das Verfahren bei Leuchtdi odenchips mit einer rotes Licht oder Infrarotstrahlung aus sendenden aktiven Schichtenfolge 13 einsetzen. Eine derartige aktive Schichtenfolge 13 setzt sich beispielsweise aus einer auf einem p-leitenden GaAs-Substrat 10 aufgebrachten p-lei tenden ersten Al_xGa_1-xAs-Schicht, einer auf dieser aufgebrach ten p-leitenden zweiten Al_xGa_1-xAs-Schicht und einer auf der zweiten Al_xGa_1-xAs-Schicht aufgebrachten n-leitenden dritten Al_xGa_1-xAs-Schicht zusammen, wobei zumindest die dritte Al_xGa_1-xAs-Schicht eine Al-Gehalt x zwischen 0,4 und 1 aufweist. Ebenso kann der Halbleiterkörper 1 auch nur aus der aktiven Schichtenfolge bestehen, wenn z. B. das Substrat nach der Herstellung der aktiven Schichtenfolge abgelöst wurde.The method can be used particularly advantageously in light-emitting diode chips with red light or infrared radiation from transmitting active layer sequence 13 . Such an active layer sequence 13 is composed, for example, of a p-type first Al _x Ga _1-x As layer applied to a p-type GaAs substrate 10 and a p-type second Al _x Ga _1-x applied thereon As layer and an n-type third Al _x Ga _1-x As layer applied to the second Al _x Ga _1-x As layer, at least the third Al _x Ga _1-x As layer having an Al content x has between 0.4 and 1. Likewise, the semiconductor body 1 can also consist only of the active layer sequence if, for. B. the substrate was detached after the production of the active layer sequence.

Claims

1. A method for producing a semiconductor body ( 1 ) with a metallization layer ( 2 ), in which the following procedural steps are provided:

a) producing the semiconductor body ( 1 ),
b) pretreating at least a portion of the surface of the semiconductor body ( 1 ) by means of a dry etching process ( 5 ) and
c) applying the metallization layer ( 2 ) to the partial area.

2. The method according to claim 1, wherein the dry etching method ( 5 ) has a plasma etching step.

3. The method of claim 2, wherein the portion of the surface of the semiconductor body ( 1 ) is coated with argon ions.

4. The method according to claim 2 or 3, wherein a roughening ( 6 ) of the portion of the surface of the semiconductor body ( 1 ) is generated.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the metallization layer ( 2 ) is applied to a III-V semiconductor layer ( 7 ).

6. The method of claim 5, wherein the III-V semiconductor layer ( 7 ) consists of Ga _x Al _1-x As with 0.4 x 1 and in which the semiconductor body ( 1 ) has an active zone ( 8 ) for transmission of electromagnetic radiation.

7. The method according to any one of claims 1 to 6, in which, before the pretreatment of the partial area by means of the dry etching method ( 5 ), a wet chemical cleaning ( 9 ) of at least the partial area is provided.