DE2033532B2 - Halbleiteranordnung mit einer Passivierungsschicht aus Siliziumdioxid - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Halbleiteranordnung mit einer Passivierungsschicht aus Siliziumdioxid auf der einen ebenen Oberflächenseite eines Halbleiterplättchens und mit in bestimmter Verteilung angeordneten, elektrisch leitenden Verbindungen aus Nickel, die mit den Halbleiterzonen über öffnungen in der Passivierungsschicht in Kontakt stehen. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen elektrisch leitender Verbindungen zu Halbleiterzonen der vorgenannten Siliziumhalbleiteranordnung.

Halbleiteranordnungen, wie Siliziumtransistoren, mit einer ihre die P/V-Übergänge enthaltene Fläche abdeckenden Passivierungsschicht aus Siliziumdioxid weisen häufig aufgedampftes Aluminium enthaltende Leiterbahnen auf. Dazu wird das Aluminium gewöhnlich auf die gesamte Oberfläche der Halbleiteranordnung aufgedampft und danach durch Fotoabdeckung und -ätzung entfernt, ausgenommen an den belichteten Oberflächengebieten der Emitter- und Basiselektroden sowie der Stromwege zwischen diesen Elektrodenoberflächen und den an der Peripherie der Schaltung vorgesehenen Außenanschlüsse. Für diese Art »Aufdampfelektrode« wird Aluminium insbesondere deshalb verwendet, weil es leicht verdampft, gut sowohl an Silizium als auch an Siliziumdioxid haftet, einen niedrigen elektrischen Widerstand besitzt und normalerweise keinen nachteiligen Einfluß auf die elektrischen Eigenschaften von Halbleiterschaltungen mit niedriger Leistung hat

to Aluminium besitzt jedoch einige Nachteile als Kontaktmetall für Transistorelektroden. Es läßt sich nämlich nur schwierig löten, so daß Drähte mit ihm gewöhnlich im Thermokompressionsverfahren verbunden werden. Dies ist jedoch eine langwierige Arbeit, die erfahrenes Personal benötigt und damit hohe Kosten verursacht. Weiterhin ist zu beachten, daß bei Hochleistungstransistoren im Bereich der Emitterelektrode beachtliche Wärme entsteht, die ausreichen kann, das Aluminium mit dem Silizium zu legieren und »Aluminiumnadeln« zu bilden, die den Transistor durchsetzen und die Emitter-Basis-Grenzfläche kurzschließen können.

In der DE-AS 12 86 641 ist ein Halbleiterbauelement der eingangs genannten Art vorgeschlagen worden. Bei dem dort beschriebenen Verfahren wird die Halbleiteroberfläche nach Freilegen der Siliziumfläche an den zu kontaktierenden Stellen mit Nickel bedampft. Anschließend wird der Halbleiterkörper getempert, so daß sich in saurem Medium unlösliche Nickelsilizide bilden. Das verbleibende Nickel wird dann mit einer nickellösenden Säure entfernt. Schließlich können auf den Nickelsilizidschichten lötfähige Nickel-Kontaktelektroden abgeschieden werden. Das bekannte Verfahren ist vor allem wegen der zum Aufdampfen des Nickels erforderlichen Hochvakuum-Vorrichtung sehr aufwendig. Zu bemerken ist ferner, daß das Nickel außer auf die freigelegten Oberflächen des Siliziumkörpers unmittelbar auf die Passivierungsschichten aus Siliziumdioxid aufgedampft wird und im Verlaufe des Verfahrens wieder von den Passivierungsschichten gelöst wird.

In anderem Zusammenhang ist es aus der US-PS 31 89 973 bekannt, auf eine Siliziumdioxidschicht, die eine öffnung mit einer freigelegten Oberfläche des darunter befindlichen Siliziumkörpers aufweist, eine Schicht aus kristallinem Silizium abzuscheiden. Dabei soll sich auf der Oxidschicht in der Regel polykristallines Silizium und auf den freigelegten Oberflächen des Substrats einkristallines oder epitaxiales Silizium bilden. Das Aufbringen von Nickel auf die erzeugten Siliziumschichten ist dort nicht vorgesehen.

Bei einigen Leistungstransistoren werden Emitter- und Basisverbindungen mit einem Nickel-/Blei-Lot und starren, metallenen Überbrückungsleitungen hergestellt Dieses System besteht aus einem dünnen Nickelfilm auf der Oberfläche des Siliziumelements und einer auf die Nickelschicht aufgebrachten dicken Blei-/Zinn-Lotschicht. Das Lot kann in einfacher Weise durch Tauchen aufgebracht werden, während die draht- oder bandförmigen Leitungen im Rahmen einer ebenfalls billigen Massenproduktion im Lot eingebettet werden können. Darüber hinaus bilden das Nickel unterhalb von 835° C keine eutektische Legierung mit Silizium und ist deshalb für Leistungstransistoren vorteilhafter als Aluminium, bei dem das Eutektikum bei 550° C liegt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Halbleiteranordnung und ein Verfahren zu deren Herstellung zu schaffen, die die Anwendung des

Nickel-ZBIeilotsystems auch auf mit einer Passivierungsschicht aus Siliziumdioxid versehenen Schaltungen erlauben.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist für die Halbleiteranordnung im Patentanspruch 1 und für das Verfahren im Patentanspruch 2 beschrieben.

Ein wesentlicher Vorteil der Halbleiteranordnung besteht darin, daß zwischen der Nickelschicht und der Oberfläche des Siliziumkörpers — ausgenommen an den zu kontaktierenden Stellen — eine Passivierungsschicht aus Siliziumdioxid vorhanden ist. Selbst dann also, wenn einmal eine Legierung zwischen dem Nickel und der unmittelbar darunterliegenden Siliziumschicht auftreten sollte, können sich schädliche Rückwirkungen auf die zu passivierenden /W-Übergänge nicht einstellen, da die Passivierungsschicht aus Siliziumdioxid in dieser Beziehung als Sperre wirkt.

Durch das Verfahren wird erreicht, daß die mit Nickel zu versehenden Bereiche und Leitungslinien in einem Bad selektiv stromlos vernickelt werden können. Da bei der stromlosen Vernickelung eine Abschrdung auf den Siliziumdioxidbereichen nicht stattfindet, entfallen sonst übliche Ätz- und Reinigungsvorgänge. Das abgeschiedene Nickel ist seinerseits eine ausgezeichnete Grundlage zum Aufbringen einer Lotschicht. Der erhebliche Vorteil gegenüber dem aus der DE-AS 12 86641 bekannten Verfahren ist also offensichtlich, weil bei der früheren Methode nicht nur die Abscheidung des Nickels wegen des erforderlichen Vakuumsystems aufwendig war, sondern auch deshalb, weil die zu vernickelnden Flächen anschließend mit Hilfe eines zusätzlichen Maskier- und Ätzschrittes begrenzt werden mußten.

Anhand der Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausführungsbeispiele dargestellt sind, wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 die Draufsicht einer teilweise geschnittenen Halbleiteranordnung in einem ersten Herstellungsstadium:

Fig.2 einen Querschnitt entlang der Linie H-II in Fig.l;

F i g. 3 die Halbleiteranordnung in einem weiteren Fertigungsstadium in der F i g. 1 entsprechender Darstellung;

Fig.4 einen Querschnitt entlang der Linie IV-IV in F ig. 3;

F i g. 5 die Halbleiteranordnung in einem weiteren Fertigungsstadium in den F i g. 1 und 3 entsprechender Darstellung;

F i g. 6 einen Schnitt entlang der Linie VI-VI in F i g. 5;

F i g. 7 die Halbleiteranordnung in einem späteren Fertigungsstadium, in Draufsicht;

F i g. 7a die in F i g. 7 dargestellte Halbleiteranordnung in perspektivischer Darstellung;

Fig.8 einen Schnitt entlang der Linie VlII-VIH in Fig.7;

F i g. 9 die Halbleiteranordnung in einem noch späteren Fertigungsstadium, in Draufsicht;

Fig. 10 einen Querschnitt entlang der Linie X-X in Fig. 9; und

Fig. 11 und 12 Querschnitte der in den vorangegangenen Fig.l bis 10 dargestellten Halbleiteranordnung in fertigen Zustand.

Das Herstellungsverfahren wird im folgenden in Verbindung mit der Herstellung eines bekannten Diffusionsschichttransistors beschrieben. Gemäß den F i g. 1 und 2 besitzt der Transistor einen Siliziumhalbleiterkörper 2 mit einer ΛΖ-Zone als Emitter, das eine mit der Oberseite des Halbleiterkörpers 2 fluchtende Oberfläche 6 aufweist Die Zone 4 ist von einer P-Zone 8 als Basis umgeben. Zwischen dem Emitterbereich und dem Basisbereich erstreckt sich eine fW-Grenzschicht 10 bis zur Oberfläche des Halbleiterkörpers 2. Außerdem besitzt der Halbleiterkörper eine /V-Zone 12 als Kollektor, der von der Zone 8 durch eine sich ebenfalls bis zur Oberfläche des Halbleiterkörpers 2 erstreckende /W-Grenzschicht 14 getrennt ist.

ίο Der erste Schritt bei der Herstellung der Halbleiteranordnung, nachdem Basis und Emitter durch Diffusion in der beschriebenen Anordnung hergestellt sind, besteht darin, die obere Fläche des Halbleiterkörpers 2 mit einer relativ dicken Passivierungsschicht i6 aus Siliziumdioxid zu versehen. Dies kann mit Hilfe des bekannten Dampfwachstumsverfahrens bei ungefähr 1250⁰C innerhalb einer Zeit von 90 Minuten geschehen, wodurch ein Oxidüberzug mit einer Dicke von etwa 1000 bis 2000 nm erzeugt wird.

Danach wird in der Siliziumdioxidschicht 16 durch Fotoabdeckung und -ätzung ein Emitterfenster 18 und ein Basisfenster 20 hergestellt (vgl. F i g. 3 und 4). Das Ätzen des Oxids kann mit einer Lösung aus 163 cm^J 49%iger Flußsäure, 454 g Ammoniumfluorid und 680 cm³ Wasser durchgeführt werden. Mit dieser Lösung kann eine Ätzrate von ungefähr lOOnm/min erreicht werden. Durch das Emitterfenster 18 wird ein Teil der Oberfläche 6 des Emitters 4 und durch das Basisfenster 20 ein Oberflächenteil 22 der Basis 8 freigelegt. Nach Beendigung des Ätzvorganges wird die zuvor in gewünschtem Muster aufgebrachte Fotoschicht entfernt.

Danach wird die gesamte obere Fläche des Halbleiterkörpers mit einer Siliziumschicht 24 versehen, und zwar sowohl die Siliziumdioxidschicht als auch die Emitter- und Basisfenster 18 und 20. Ein Teil dieser Siliziumschicht bedeckt daher die nach dem Ätzen freigelegten Flächen 6 und 22 des Emitters und der Basis.

■to Die Siliziumschicht 24 kann entweder epitaktisch oder polykristallin sein. Sofern die Siliziumschicht nur als Teil einer ohmschen Verbindung benutzt werden soll, kann sie epitaktisch sein. Die Epitaxialschicht kann durch Reduzieren von SiCU rnit Wasserstoff bei einer Temperatur von ungefähr HOO bis 1250⁰C hergestellt werden. Die Dicke der Schicht 24 kann 100 bis 2000 nm, vorzugsweise 1000 nm betragen. Ein polykristalliner Aufbau der Siliziumschicht wird dann bevorzugt, wenn ihr im Fenster 18 befindlicher Teil als Emitter-Belastungswiderstand verwendet wird. Die polykristalline Siliziumschicht kann durch Zersetzen von S1H4 bei einer Temperatur von ungefähr 800°C oder mehr aufgebracht werden.

Als nächstes wird die Siliziumschicht 24 mit einer sehr dünnen Schicht 26 aus Siliziumdioxid überzogen, was durch Oxydationsdampfwachsen bei 1000⁰C in einem Zeitraum von 3 bis 5 Minuten geschehen kann. Unter diesen Bedingungen wird eine Schicht von ungefähr 50 nm Dicke hergestellt.

Danach wird die Schicht 26 durch Fotoabdeckung und -ätzung mit Ausnahme der Stellen entfernt, an denen Leitungswege vorgesehen sind. Gemäß den F i g. 5 und 6 können diese Wege aus einem Basiszuleitungsoxidstreifen 26a und einem Emitterzuleitungsoxidstreifen 26o bestehen. Der Streifen 26b kann ein verbreitertes Endteil 28 besitzen, das den Bereich oberhalb des Emitterfensters 18 abdeckt.
Als nächstes wird die Siliziumschicht 24 durch Ätzen

mit 10%igem Natriumhydroxid bei 80 bis 100°C entfernt, ausgenommen dort, wo sie durch die Siliziumdioxidstreifen 26a und 26b abgedeckt ist. Dadurch entstehen unterhalb der Siliziumdioxidstreifen 26a und 26b entsprechende Streifen 24a und 24b, die aus den Fig. 7, 7a und 8 ersichtlich sind. Der Emitterzuleitungsstreifen 24b hat somit ebenfalls ein verbreitertes Endteil 30, das das Fenster 18 abdeckt.

Die verbindenden Siliziumdioxidstreifen 26a und 26b sowie das Endteil 28 des Streifens 26b werden nunmehr durch ungefähr 10 Sekunden dauerndes Ätzen mit der bereits erwähnten gepufferten HF-Lösung entfernt (vgl. F i g. 9 und 10). Diese kurze Ätzbehandlung sorgt dafür, daß der größte Teil der ersten Siliziumdioxidschicht 16 unbeschädigt bleibt und die Siliziumstreifen 24a, 24£> bloßgelegt sind.

Nunmehr wird gemäß F i g. 11 auf dem Streifen 24a ein dünner Nickelfilm 32 abgeschieden, der sich bis in das Fenster 20 auf die Elektrodenoberfläche 22 der Basis erstreckt. Ähnlich wird ein weiterer Nickelfilm 34 auf dem Siliziumstreifen 24b abgeschieden. Das Abscheiden des Nickels geschieht durch Eintauchen der gesamten Einheit in ein bekanntes Bad zur stromlosen Vernickelung einer bestimmten Oberfläche. Ein solches Bad kann aus einer Lösung von NiCb · 6H2O, Natriumeitrat, Ammoniumchlorid und Natriumhypophosphit bestehen, wobei sich das Nickel nur auf dem Silizium abscheidet, nicht jedoch auf der Siliziumdioxidschicht 16.

Zur Steigerung der Haftfähigkeit des Nickels auf dem Silizium werden die Nickelfilme 32 und 34 bei 600 bis 900° C etwa 10 bis 20 Minuten lang gesintert.
Schließlich werden die Nickelfilme 32 und 34 durch Tauchen der ganzen Einheit in ein Lotmetallbad mit Lotschichten 36 und 38 überzogen, nachdem die zu beschichtende Oberfläche mit Flußmittel bestrichen ist. Als Lot kann beispielsweise 1 bis 5% Zinn und 99 bis 95% Blei verwendet werden, wobei das Bad auf einer Temperatur von ungefähr 350° C gehalten wird.

Nach dem Aufbringen des Lots kann der Halbleiter noch einer Reinigungsätzung für 1 bis 2 Minuten in heißem Natriumhydroxid unterworfen werden.
Das Verfahren erlaubt somit die Verwendung von NickeN/Lotverbindungen auf Siliziumdioxidpassivierungsschichten. Der Siliziumbelag ermöglicht dabei die Nickelabscheidung, während das Nickel seinerseits das Aufbringen einer Lotschicht ermöglicht.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Halbleiteranordnung mit einer Passivierungsschicht aus Siliziumdioxid auf der einen ebenen Qberflächenseite eines Halbleiterplättchens und mit in bestimmter Verteilung angeordneten, elektrisch leitenden Verbindungen aus Nickel, die mit den Halbleiterzonen über öffnungen in der Passivierungsschicht in Kontakt stehen, dadurch gekennzeichnet, daß jede der elektrisch leitenden Verbindungen eine epitaktische oder polykristalline, an der Siliziumdioxidschicht (i6) haftende Siliziumschicht (24), eine auf der Siliziumschicht (24) befindliche dünne Nickelschicht (32,34) und eine auf der Nickelschicht aufgebrachte Lotschicht (36, 38) aufweist.

2. Verfahren zum Herstellen elektrisch leitender Verbindungen zu Halbleiterzonen einer Siliziumhalbleiteranordnung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf die eine Oberflächenseite (2) eines Halbleiterplättchens (22) zunächst eine erste Passivierungsschicht (16) aus Siliziumdioxid aufgebracht wird, die mit öffnungen (18, 20) zum Freilegen der für die ohmsche Verbindung vorgesehenen Oberflächen der Halbleiterzonen versehen wird, daß sodann die verbleibende Siliziumdioxidschicht sowie die freigelegte Halbleiteroberfläche mit einer Siliziumschicht (24) versehen wird, daß weiterhin auf die Siliziumschicht (24) eine zweite Siliziumdioxidschicht (26) aufgebracht und sodann ein Teil der zweiten Siliziumdioxidschicht (26) derart entfernt wird, daß die der gewünschten leitenden Verbindungen entsprechenden Teile bestehen bleiben, daß die freigelegten Teile der Siliziumschicht (24) weggeätzt und danach auch die restlichen Teile der zweiten Siliziumdioxidschicht (26) entfernt werden, daß dann Nickel auf den verbleibenden Teilen der Siliziumschicht (24) und der freigelegten Oberfläche des Halbleiterplättchens (2) abgeschieden wird, und daß schließlich die gesamte Oberfläche des Halbleiterplättchens (2) mit geschmolzenem Lot in Berührung gebracht wird, wobei das Lot (36,38) lediglich an der Nickelschicht (32,34) haften bleibt.