DE2062897A1

DE2062897A1 - Halbleitervorrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE2062897A1
Application number: DE19702062897
Authority: DE
Inventors: Kenji Kokubunji Miyamoto Nonmasa Kodaira Tokio Akeyama (Japan) M
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1969-12-26
Filing date: 1970-12-21
Publication date: 1971-07-15
Also published as: NL7018311A; GB1337283A; US3686698A; FR2074233A5

Description

DA - 4115

Beschreibung zu der Patentanmeldung der Firma

HITACHILIMITED 1-5-1, Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokio, Japan

- betreffend

Halbleitervorrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung

Priorität: 26. Dezember 1969, Nr. 104 417; Japan.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausbilden eines ohmschen Kontakts an einer Halbleitervorrichtung, insbesondere ein Verfahren, mit dem eine vorspringende Elektrode, die Gold enthält, an einem Siliziumbereich eines Leitfähigkeitstyps ausgebildet werden kann.

Ziel der Erfindung ist es, den Beriihrungswiderstand zwischen einem Halbleiterbereich und einer daran angebrächten Elektrode zu vermindern. '

Die Erfindung bezweckt außerdem die Verbesserung der elektrischen Eigenüchaften einer Halbleiterdiode in Durchgangsrichtung.

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Weiteres Ziel der Erfindung ist eine Erhöhung der Selektivität Q einer Diode mit variabler Kapazität.

Erfindungsgegenstand ist daher eine Halbleitervorrichtung, die einen Halbleiterkörper eines ersten Leitfähigkeitstyps enthält und die gekennzeichnet ist durch' einen auf dem Halbleiterbereich des Halbleiterkörpers ausgebildeten Kontakt aus einer Legierung, die im wesentlichen aus Gold und einer Verunreinigung besteht und demselben Leitfähigkeitstyp angehört, wie dieser Halbleiterbereich, sowie durch eine zwischen dem Halbleiterkörper und dem Kontakt aus der Legierung angeordnete Schicht eines Eutektikums aus dem Halbleitermaterial, der Verunreinigung und Gold.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Ausbilden eines ohmschen Kontakts auf einem Halbleiterbereich besteht darin, daß man eine aus Gold und einer Verunreinigung bestehende Legierung desselben Leitfähigkeitstyps, wie der Halbleiterbereich, auf dem die Elektrode ausgebildet werden soll, auf den Halb- ' leiterbereich aufbringt, während das Halbleitersubstrat auf eine Temperatur oberhalb des eutektisehen Punkts von Gold und Silizium erhitzt wird und danach ein Metall, wie Silber, auf die Schicht der Legierung aus Gold und Silizium aufträgt« "'..'...

In den Figuren 1 bis 3 sind Schnittansichten einer Halbleitervorrichtung in jeder Stufe des erfindungsgemäßen

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Verfahrens zum Ausbilden einer Elektrode auf einem vorbestimmten Teil der Oberfläche eines Halbleitersubstrats gezeigt. Die Figur 4 ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung, die nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung ausgebildet wurde. Figur 5 ist die graphische Darstellung einer Diodenkennlinie in Durchgangsrichtung für eine erfindungsgemäße Halbleitervorrichtung und eine bekannte Halbleitervorrichtung.

Nachstehend werden einige Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ausbilden eines ohmschen Kontakts an einer Halbleitervorrichtung beschrieben. Die verwendete Halbleitervorrichtung ist in diesen- Fällen eine Diode mit PN-Übergangen.

Erste Ausführungsform

Wie in Figur 1 gezeigt ist, wird unter Anwendung konventioneller epitaxischer Wachstumsmethoden eine Siliziumschicht 2 des N-Typs auf einem N⁺(N-angereicherten) SiIi- * ziumsubstrat ausgebildet. Darauf wird teilweise ein Siliziumoxydfilm erzeugt und $in Diffusionsbereich 3 des P-Typs wird ausgebildet, indem eine Akzeptor-Verunreinigung, wie Bor, durch eine in dem Film 4 angebrachte Öffnung in die Siliziumschicht 2 des N-Typs diffundieren gelassen wird. In der Öffnung des Siliziumoxydfilms 4 wird in der Biffusionsstufe ein weiterer Siliziumoxydfilm 5 ausgebildet

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und danach wird eine vorbestimmte Oberfläche des Diffusionsbereichs 3 des P-Typs durch selektives Wegätzen des Siliziumoxydfilms 5 freigelegt.

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Bs wird eine Legierung aus Gold und einer geringen Menge an Gallium hergestellt. Es ist wünschenswert₉ daß die Legierung Gallium in einem Anteil von 0,1 bis 10,0 Gewichtsprozent enthält, der optimale Gehalt beträgt 0,8 bis 1,0 io. Die genannte Legierung wird in einer Dicke von etwa 1000 Angströmeinheiten auf die. Oberfläche des Diffusionsbereiehes 3 des P-Typs unter Bildung eines Films 6 aufgedampft. Dabei wird die Bedingung eingehalten, daß das Substrat auf eine Temperatur oberhalb der eutektischen Temperatur (etwa 370° 0) von Gold und Silizium, beispielsweise auf 400° C, erhitzt v/ird. Danach wird, wie in Figur 2 gezeigt ist, Silber auf die Oberfläche des Legierungsfilms 6 unter Bildung einer Silberschicht 7 von etwa 0,2 Mikron Dicke aufgedampft, während die Temperatur beispielsweise bei 400° C gehalten wird. In der Praxis können diese Filme auf die gesamte Oberfläche des Substrats, einschließlich der Schutzfilme 4 und 5 aufgetragen werden und danach können die Metallfilme auf· den Schutzschichten 4 und 5 durch eine übliche Ätzmethode entfernt werden. Durch die oben beschriebenen Stufen wird auf dem Bereich 2 des P-Typs eine eutektische Legierung von Gold und Ξΐΐΐζΐμπι ausgebildet. Da sich das

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Silber mit dem nicht mit Silizium legierten Gold verbindet, wird in diesem Pail Silber wirksam eingesetzt, um das Abschälen der Silberschicht 7 von dem Legierungsfilm 6 und das Auftreten eines übermässigen Legierens von Gold mit Silizium zu verhindern.

Gewünschtenfalls kann auf der Schicht 7 eine andere Elektrode ausgebildet werden. Wie in Figur 3 gezeigt ist, wird Silber mit Hilfe einer konventionellen Plattiermethode, die % nachstehend beschrieben werden soll, und dergleichen, dick als Vorsprung auf dem Silberfilm .7 aufgetragen. Dabei wird eine sogenannte "Höckerelektrode" (bump electrode) mit einer Dicke von 60 bis 80 Mikron gebildet.. Als Plattierlösung zur Herstellung der Höckerelektrode wird ein Gemisch aus Kaliumeyanid (KCN), Kaliumcarbonat (K₂GO₅) und Silbercyanid (AgGN) verwendet. Die Höckerelektrode kann durch Anv/endung eines Elektroplattierverfahrens erhalten werden. Da die Oxydfilrae 4 und 5 aus dielektrischem Material bestehen, wirken diese ä Filme 4 und 5 als Maske für das Elektroplattieren und Silber wird nur auf dem Silberfilm 7 abgelagert.

Zweite Ausführungaform

Beim Ausbilden einer Elektrode auf einem Halbleiterbereich des N-Typ-s kann der ohmsche Kontakt nach einer ähnlichen Methode erzeugt werden, wie sie in der ersten Ausführungsform beschrieben wird. Es wird ein Siliziumsubatrat des

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P-5yps hergestellt und eine Verunreinigung des N-Leitfähigkeitstyps, wie Phosphor, unter Bildung eines Diffu- . sionsbereiches des N-Typs selektiv' eindiffundieren gelassen, Nachdem die Oberfläche des- Substrats teilweise mit einem Isolierfilm bedeckt wurde, wird eine Legierung von Gold und Antimon auf die Oberfläche des auf etwa 400° G erhitzten Bereiches des N-Typs aufgedampft und danach wird Silber auf die Legierungsschicht aufgetragen« In diesem Pail ist es wünschenswert, daß Antimon in der Legierung innerhalb eines Mengenbereiches von 0,1 bis 10,0 Gewichtsprozent enthalten ist, wobei der optimale G_ehalt 0,8 bis 1,0 fo beträgt. In der Oberfläche des F-Bereiches wird eine eutektische Legierung aus Gold und Silizium-gebildet. Erforderlichenfalls kann ferner nach derselben Methode wie in der beschriebenen Ausführungsform eine Höckerelektrode erzeugt werden. ·

Dritte Ausführungsform

Durch Kombinieren der Methoden gemäß der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform wird ein außerordentlich guter ohmscher Kontakt erzeugt.

Eine Diode wird nach dem Verfahren der ersten Ausführungsform hergestellt. V/ie in Figur 4 gezeigt ist, wird eine Legierung aus Gold und Antimon auf die Oberfläche des Substrats 1 des N-Typs aufgedampft, wobei eine Legierungsschicht 9 aus Gold und Silizium bei einer Temperatur von

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400° 0 gebildet wird. Dann wird eine Silberschicht 10 auf der Legierungsschicht 9 erzeugt. Eine nach dieser Ausführungsform hergestellte Diode oder Diode mit variabler Kapazität ist stark verbessert. Die Stromanstiegseigenschaften der erfindungsgemäßen Diode in Durchgangsrichtung gehen von einer Kurve 14 entsprechend dem Stand der Technik in eine Kurve 12 über, wie sie in Figur 5 gezeigt ist und die Selektivität Q einer Diode mit variabler Kapazität erhöht sich von 200 auf einen Wert im Bereich von 400 bis 1500. Da Gold und Silber nacheinander unter Erhitzen des Halbleitersubstrats auf eine Temperatur, die nicht weniger beträgt als die eutektische Temperatur des Substrats und Golds, nacheinander aufgetragen werden, bildet ein Teil des Goldes eine eutektische Legierung mit dem Sili2iumsubstrat und wird fest mit der Oberfläche des Substrats verbunden und Silber verbindet sich mit dem überschüssigen Gold, so daß die übliche Erscheinung des Abschälens von Gold verhindert werden kann.

Die Erfindung ist jedoch nicht auf eine Diode beschränkt. Da erfindungsgemäß eine Verunreinigung desselben Leitfähigkeitstyps, wie sie im Diffusionsbereich vorliegt, auf dem die Elektrode ausgebildet werden soll, in geringer Menge in das Gold eingeführt wird und die Elektrode mit einem vollständig ohmschen Kontakt versehen werden kann, läßt sich die Erfindung in wirksamer Weise auf beliebige

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andere Halbleitervorrichtungen anwenden, die einen ohmschen Kontakt aus Sold erfordern.

Der Kontaktwiderstand einer Elektrode kann durch das erfindungsgemäße Verfahren vermindert werden. So kann die Erfindung beispielsweise zum Befestigen eines Siliziumchips an Metall, zum festen Anbringen einer Anode beziehungsweise eines Kollektors eines Transistors an einem Metall-■t auflager, einem sogenannten Fuß (stern) angewendet werden, wobei Gold unter Verwendung einer Legierung aus Gold und Silizium aufgetragen wird. Auf diese Weise wird ein ausgezeichneter ohmscher Kontakt beispielsweise bei einem NTN-Transistor.zwischen dem Kollektor des Chips und.dem Fuß durch Ausbilden einer legierung von Gold und einer Donor-Verunreinigung, beispielsweise Antimon, und j£_rhitzen des Fußes entsprechend der Erfindung, erhalten.

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Claims

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Patentansprüche *■·

\ 1 »JHalbleitervorrichtung, enthaltend einen Halbleiterkörper eines ersten Leitfähigkeitstyps, gekennzeichnet durch einen auf dem Halbleiterbereich des Halbleiterkörpers ausgebildeten Kontakt aus einer Legierung, die im wesentlichen aus Gold und einer Verunreinigung besteht und demselben Leitfähigkeitstyp angehört wie dieser Halbleiterbereich, sowie durch eine zwischen dem Halbleiterkörper und dem Kontakt aus der , Legierung angeordnete Schicht eines EutektikumB aus dem Halbleitermaterial, der Verunreinigung und Gold.
2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Verunreinigung in dem aus der Legierung bestehenden Kontakt in einem Anteil von 0,1 bis 10 Gewichtsprozent vorliegt.
3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper dem P-Leitfahigkeitstyp angehört und als Verunreinigung in der Legierung des Kontakts , Gallium vorliegt.
4. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der

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Halbleiterkörper dem N-Leitfähigkeitstyp angehört .und als Verunreinigung in der legierung des Kontakts" Antimon vorliegt.
5. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, d'a durch gekennzeichnet, daß die Verunreinigung, insbesondere Antimon oder Gallium, in der

P legierung des Kontakts in einem Anteil von 0,8 bis 1,0 Gewichtsprozent vorliegt.
6. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 bis 5» da,-durch gekennzeichnet, daß sie eine Halbleiterdiode darstellt, die ein Halbleitersubstrat des N-Leitfähigkeitstyps, einen auf einer Hauptfläche dieses Halbleitersubstrats ausgebildeten Halbleiterbereich des P-Leitfähigkeitstyps, einen im wesentlichen

^ aus Gold und Gallium bestehenden, auf diesem Halbleiterbereich ausgebildeten ersten Legierungskontakt, der Gallium in einem Anteil von 0,1 bis 10,0 Gewichtsprozent enthält, eine erste eutektische Legierungsschicht aus dem Halbleitermaterial und Gold, die Gallium enthält und zwischen dem ersten Legierungskontakt und dem Halbleiterbereich ausgebildet ist, einen zweiten, im wesentlichen aus Gold und Antimon bestehenden Legierungskontakt, der auf dem Halbleitersubstrat ausgebildet ist und Antimon in einem Anteil

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von 0,1 bis 10,0 G_ewichtsprozent enthält und eine .zweite eutektische Legierungsschicht aus dem Halbleitermaterial und Gold, die Antimon enthält und zwischen dem zweiten Legierungskontakt und dem Halbleitersubstrat ausgebildet ist, umfaßt.
7. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem eine auf dem ersten Legierungskontakt ausgebildete Silberschicht aufweist.
8. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 6 oder 7» dadurch gekennzeichnet, daß sie eine auf dem ersten Legierungskontakt ausgebildete Silberschicht und einen auf der Silberschicht ausgebildeten, im wesentlichen aus Silber bestehenden Höckerkontakt aufweist,
9. Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man auf einer Hauptfläche eines Halbleitersubstrats einen Halbleiterbereich mit gegebenem Leitfähigkeitstyp ausbildet, auf diesen HaIbleiterbereich einen Kontakt aus einer Legierung aufträgt, die im wesentlichen aus Gold und einer Verunreinigung besteht, die zu demselben Leitfähigkeitstyp

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führt, dem dieser Halbleiterbereich angefrört, und daß während des Auftragens dieses Kontakts der Halbleiterbereich auf eine Temperatur nicht unterhalb der eutektischen Temperatur von Gold und dem Halbleitermaterial erhitzt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Halbleiterbereich des P-Ieitfähigkeitstyps erzeugt und als Verunreinigung Gallium verwendet.
11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch g e ke η n-Zv e i c h η e t , daß man einen Halbleiterbereich des N-Leitfähigkeitstyps ausbildet und als Verunreinigung Antimon verwendet.
12. Verfahren nach Anspruch 9 bis 11, dadurch gekennzei. chnet, daß'man zum Ausbilden des Kontakts eine Legierung verwendet, welche die Verun- . reinigung in einer Menge von 0,1 bis 10 Gewichtsprozent enthält.
13. Verfahren nach Anspruch 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet; daß man auf den aus der legierung bestehenden Kontakt einen im wesentlichen aus Silber bestehenden Metallkontakt aufbringt.

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