DE2101609B2

DE2101609B2 - Kontaktanordnung fuer ein halbleiterbauelement

Info

Publication number: DE2101609B2
Application number: DE19712101609
Authority: DE
Priority date: 1970-10-29
Filing date: 1971-01-14
Publication date: 1973-06-20
Also published as: BE761668A; DE2101609A1; YU36420B; YU20671A; DE2101609C3; JPS5038553B1; GB1296951A; US3667008A

Description

Die Erfindung betrifft eine Kontaktanordnung für ein Halbleiterbauelement mit einem Halbleitcrkörper, J. -ssen eine Hauptfläche mit Ausnahme mindestens ein τ Öffnung von einem Isolierüberzug bedeckt ist. bei dem auf dem Isolierüberzug eine WiderStandsschicht aus Halbleitermaterial vorgesehen ist. die auch die Öffnung(en) unter Kontaktbildung zu der Hauptfläche ausfüllt, und auf die zwei Metallschichten aufgebracht sind, von denen eine nicht hitzebeständig i'Jt.

Eine derartige Kontaktanordnung ist aus der schweizerischen Patentschrift 474157 bekannt. Bei den beiden Metallschichten handelt es sich um Aluminiumschichten, die auf einem Siliziumdioxidüberzug ausgebildet sind. Zwar haften aufgedampfte Alumlniumkontakte gut an Silizium und Siliciumdioxid und sind billig und relativ leicht herzustellen, jedoch neigt Aluminium zur Bildung von Porenkurzschlüssen, wenn es auf dünnen Siliziumdioxid-Isolier-

\₅ schichten abgelagert wird. Ferner stellt Aluminium einen p-Dotierstofl hoher Trägerbeweglichkeit dar und führt zu unerwünschten Unidotierungen des Halbleitermaterials, wenn es auf einen n-leitenden Halbleiterbereich aufgedampft wird. Bei sehr niedrigen Behandlungstemperaturen, von beispielsweise 550 bis 600 C, bildet sich weiterhin ein Silizium Aluminium-Eutektikum, und Aluminium hat einen relativ niedrigen Schmelzpunkt von etwa 600 C Außerdem neigt Aluminium bei hohen Betriebsteinperaturen zu Wanderungserscheinungen in Richtung des Fleklronenflusses welche häufig zu Ausfällen des Bauelementes führen.

Einige Halbleiterbauelemente erfordern jedoch einen Kontaktaufbau größerer Zuverlässigkeit. Insbesondere gilt dies für integrierte Schaltungen und Leistuimstransistoren. Bei den Forschungen über einen zuverlässigeren Kontaktaufbau hat sich herausgestellt, daß abgelagerte Filme hitzebeständiger Materialien, insbesondere Wolfram und Molybdän.

zu außerordentlich gut leitenden Kontaktschichten führen, die nicht mit Siliciumdioxid reagieren, erst *iei Temperaturen zwischen 3000 und 4000 C schmelzen und erst bei sehr hohen Temperaturen zur Eutektikumbildung neigen. Derartige Transistoren sind aus den USA.-Patentschriften 3 465 ?11 und 3 290 570 sowie aus der britischen Patentschrift 972 512 bekannt. Hierbei werden mehrschichtige Kontaktaufbauten aus Materialien wie polykristallinem Silizium, Siliziumdioxid, Titan, Molybdän.

Chrom, Mangan oder Gold verwendet. Die vorerwähnten Vorteile sind insbesondere für Leistungstransistoren von Bedeutung, da sie höhere Betriebstemperaturen zulassen. Diese hitzebeständigen Kontaktschichten haben aber einen wesentlichen Nachteil, sie sind nämlich bei einer Ablagerung nach bekannten Verfahren relativ- brüchig. Daher haften die allgemein verwendeten Aluminium- und Goldanschlußdrähte nicht gut an Wolfram oder Molybdänkontaktschichten.

Durch die USA.-Patentschrift 3 460 007 ist schließlich eine Kontaktanordnung für ein Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterkörper aus einkristallincm Silizium, dessen eine Hauptfläche mit Ausnahme mindestens einer Öffnung von einem Isolierüberzug aus Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Siliziuinoxynitrid oder einem ähnlichen Material besteht, bei dem auf dem Ioslicrüberzug eine Schicht aus polykristallinen! Silizium vorgesehen ist, die auch die Öffnung unter Kontaktbildung zur Hauptfläche ausfüllt und auf die eine metallische Elektrode aufgebracht ist, bekannt.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 1 961 641

und der Zeitschrift »Solid-State Electronics«, Pergamon Press 1968, Bd. 11, Seiten 653 bis 660, ist

schließlich die Verwendung von polykristallinem Silizium als Material für Elektroden, beispielsweise Cateelektroden von MOS-Feldeffekttransistoren, bekannt. Auch sind aus der USA.-Patentschrift 3 434 (Jl 9 sogenannte Overlay-Transistoren bekannt, bei denen auf einer gemeinsamen Kollektorzone getrennte Basiszonen mit eingelagerten Emitterzonen angeordnet sind und die Kontaktierung zu diesen getrennten Zonen durch eine gitterartig durchbrochene Isolierschicht hindurch erfolgt.

Bei hohen Betriebstemperaturen treten jedoch häufig zwischen den einzelnen metallischen Bestandteilen der Kontaktanordnung durch gegenseitige Einwirkungen der verschiedenen Metalle metallurgische Reaktionen auf, die wiederum zu Störungen führen. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, das Auftreten metallurgischer Reaktionen durch Vermeidung tier gegenseitigen Einwirkungen der metallischen ]i Randteile der Kontaktanordnung auszuschalten.

Diese Aulgabe wird bei einer Kontaktanordnung tür ein Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterkörper, dessen eine Hauptfläehe mit Ausnahme mindestens einer Öffnung von einem Isolierüberzug bedeckt ist, bei dem auf dem Isolierüberzug eine Widerstandsschicht aus Halbleitermaterial vorgesehen ist. die auch die Öffnung(en) unter Kontaktbildung zu der Hauptfläehe ausfüllt, und auf die zwei Metallschichten aufgebracht sind, von dcnui eine nicht hitzebeständig ist, erlindungsgemäß dadurch gelöst, daß die andere Metallschicht hitzebeständig ist und daß die hit/.ebeständige und die nicht hitzebeständige Metallschicht beide auf der Widerstandsschicht aus polykristallinem Halbleitermaterial in seitlichem Abstand d voneinander angeordnet sind.

Hierbei nimmt die Schicht aus polykristallinem Halbleitermaterial einmal die Funktion der Stromzuleitung zu unter den Öffnungen des Isolierüberzugs befindlichen Halbleiterzonen, zum anderen dient sie der Trennung der hitzeber.tändigen von der nicht hit7cbcständigen Metallschicht, so daß zwischen du sen beiden Metallschichten die bei einer unmittelbaren Berührung auftretenden metallurgischen Reaktionen mit ihren unerwünschten Folgen unterbunden werden. Außerdem ist eine derartige Kontaktanordnung für den Fall mehrerer Emitterzonen in jinem Transistor von Vorteil, da die über der polykristallinen Halbleiterschicht angeordnete hitzebeständige Metallschicht infolge ihrer elektrischen Leitungseigenschaft für eine gleichmäßige Potentiaherteilung zwischen den einzelnen Halbleiterzonen sorgt und außerdem infolge ihrer thermischen Leitungseigenschalten für eine wirkungsvolle Wärmeabführung sorgt. Die Gefahr eines Abblättcrns dieser hit/ebcständigcn Schicht besteht im Gegensatz zum Stande der Technik nicht, da metallurgische Wechselwirkungen mit der nicht wärmebeständigen Schicht vermieden sind. Die Metallschicht geringer Wärmebeständigkeit, die sich insbesondere für die iicfestigung eines Anschiußdrahtcs eignet, ist dagegen an ?iner Stelle geringerer Wärmeentwicklung angeordnet, wo sie nicht über Gebühr erhitzt wird und damit vor Beschädigungen geschützt ist.

Vorzugsweise eignen sich für die hitzebeständige Metallschicht die Materialien Wolfram und Molybdän, während für die nicht hitzebeständige Metallschicht Materialien wie Gold. Silber oder Platin für die erfindungsgemäße Anwendung besonders geeignet sind.

Eine besondere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß der Isolierüberzug Flächenbereiche unterschiedlicher Dicke aufweist und daß die hitzebeständige Metallschicht auf Flächenbereiehc geringerer Dicke und die wenig hitzebeständige Metallschicht auf Flächenbereiche größerer Dicke des Isolierüberzugs aufgebracht ist. Dadurch läßt sich die

ίο hitzebeständige Metallschicht möglichst nahe an die sich im Betrieb erwärmenden Halbleitcrzonen heranbringen, so daß eine besonders gute Wärmeabführung erreicht wird. Andererseits ist der Abstand d.-r wenig hitzebeständigen Metallschicht vom HaIbleiterkristall demgegenüber vergrößert, so daß hier eine bessere Wärmeisolierung dieser wenig hit'/ebeständigen Schicht erreicht wir ' In diesem Sinne läßt sich auch der seitliche Abstai.d -/ so groß wählen, daß die beiden Metallschichten voneinander gut metallurgisch getrennt und thermisch isoliert sind, so daß sich durch diese Bemessung zwei vorteilhafte Eig nschaften erreichen lassen.

Ein zweckmäßiges Verfahren zur Einstellung eines Widerstandes bei einem Transistor mit einer Kontaktanordnung nach der Erfindung, bei der das Halbleiterbauelement als Transistor mit mehreren Emitterzonen ausgebildet ist. die über Belasiungswiderstände kontaktiert sind, welche aus den in den Öffnungen befindlichen Teilen der Widerstandsschicht bestehen, besteht darin, daß ein einzustellender zusätzlicher Widerstand zwischen den beiden Metallschichten durch Veränderung des Abstands d und/oder der Ladungsträgerkonzentration des die Widerstandsschicht bildenden polykrist'.'linen SiIiziums eingestellt wird. Der auf diese Weise eingestellte zusätzliche Widerstand kann dann als Gegenkopplungswiderstand im Sinne einer gleichmäßigen Stromaufteilung auf die einzelnen Emitterzonen dienen, so daß lokale Erhitzungen einzelner Emitterzonen infolge zu starker Strornbelastung gegenüber den anderen Emitterzonen vermieden werden.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand der Darstellung eines Alisführungsbeispiels in Form eines Overlay-Transistors näher erläutert.

Der mit der Bezugsziffer 10 bezeichnete Overlay-Transistor ist in einem Halbleiterkörper 12, beispielsweise aus Silizium, ausgebildet, der eine obere und eine untere Hauptfläehe 14 bzw. 16. welche sich gegenüberliegen, aufweist. Do, Transistor 10 kann als npn- oder ;-;np-Transistor ausgebildet sein. Nachfolgend ist er als npn-Transistor beschrieber.. Die Abmessungen des Halbleiterkörpers 12. die Leitfähigkeit und Dicke der Halblciterzonen sind nicht kritisch und können etwa den Lehren der USA.-Patentschrift 3 434 019 entsprechen.

Der Transistor 10 hat einen n-lehcnden Träger 18, welcher an die untere Hauptfläehe 16 angrenzt und einen Teil des Kollektors darstellt, und eine n-leitendc Kollekto zone 20, welche sich an den Träger 18 anschließt. Die η-leitende Kollektorzone 20 reicht bis zur oberen Hauptfläehe 14 am Ende des Halbleiterkörpers 12. Auf der unteren Hauptfläehe 16 ist ein Kcllektorkontakt 22 angeordnet. Mehrere p-leitende Basiszonen 24 ragen von der oberen Hauptfläche 14 in die Kollektorzone 20 hinein, und zwischen benachbarten Basiszonen 24 befindet sich ein p-lcitendes Gitter 26. In jede der Basiszonen 24 ragt von aer oberen Hauotfläche 14 eine Emitterzone 28.

Über der oberen Hauptfläche 14 ist eine Isolier- 980° C liegen. Die zweite Metallschicht kann zweck-

schicht 30, beispielsweise aus Siliziumdioxid, angc- mäßigerweise zwischen 1000 und 25 000 Λ dick sein,

ordnet. Durch die Schicht 30 erstrecken sich mch- Die zweite Metallschicht 42 ist mit einem An-

rcre Öffnungen 32, deren jede eine der Emitter- schlußdraht 44 kontaktiert, der sich über dem dicken

zonen 28 zur oberen Hauptfläche 14 freilegt. In be- 5 Teil 34 der Schicht 30 befindet. Der Transistor 10

kannter Weise ist die Schicht 30, bedingt durch das wird vervollständigt durch eine Basiskontaktschicht

Herstellungsverfahren des Transistors 10, unter- 46 mit Fingern 48, welche durch nicht dargestellte

schiedlich dick. So hat die Schicht 30 beispielsweise Schlitze in der Schicht 30 Kontakte zu dem p-Gitter

einen relativ dicken Teil 34 neben und über der 26 bilden.

Kollektorzone 20 am Ende des Halbleiterkörpers 12 ίο Der Transistor und der Kontaktaufbau können und einen relativ dünnen Teil 36 neben und über den nach bekannten Verfahren hergestellt werden. BeiBasiszonen 24 und dem leitenden Gitter 26. spielsweise kann das Halbleiterzonenprofil des HaIb-

Sowohl über den dicken als auch über den dünnen leiterkörpers 12 nach der erwähnten USA.-Patent-Teilen 34 bzw. 36 der Schicht 30 befindet sich eine schrift 3 434 019 hergestellt werden. Die polykristal-Schicht 38 aus η-leitendem polykristallinen Silizium, 15 line Siliziumschicht 38 kann durch Ablagerung einer welche durch die Öffnungen 32 mit sämtlichen polykristallinen Schicht auf der gesamten Oberfläche Emitterzonen 28 in Berührung steht. Die Silizium- der Schicht 30 und Ausbildung der gewünschten schicht 38 ist vorzugsweise zwischen 1000 und Konfiguration der Siliziumschicht 38 durch übliche 10 000 Ä dick und weist eine Ladungsträgerkonzen- Photoätztechniken hergestellt werden. Die hitzebetration zwischen 10¹⁹ und 10²¹ Atomen/cm'¹ auf. Han- 20 ständige Metallschicht 40 läßt sich durch Reduktion delt es sich bei dem Transistor 10 um einen pnp- von Hexafluorid des hitzebeständigen Metalls abTransistor, dann ist die polykristalline Silizium- lagern, wjj es beispielsweise in der USA.-Patentschicht p-leitend, und ihre Ladungsträgerkonzentra- schrift 3 477 872 beschrieben ist. Die weniger hitzetion liegt im selben Bereich. beständige Metallschicht 32 kann in üblicher Weise

Eine erste Schicht 40 aus einem relativ hitzebe- 25 im Anschluß an einen Photoätzschritt aufgedampft

ständigen Metall befindet sich nur oberhalb des- werden.

jenigen Teiles der Siliziumschicht 38, der auf dem Der Kontaktaufbau des Transistors 10 bietet u. a. dünnen Teil 36 der Isolierschicht 30 liegt. Unter die folgenden Vorteile. Erstens sichert der Abstand d relativ hitzebeständig sei verstanden, daß die Metall- längs der Siliziumschicht 38 einen guten Grad mcschicht 40 entweder einen Schmelzpunkt von wesent- 30 tallurgischer Isolation zwischen den beiden Metalllich mehr als 1000 C hat oder oberhalb von 1000^r C schichten, so daß nachteilige metallurgische Reaktiomit dem Halbleitermaterial der Schicht 38 ein Eutek- nen vermieden werden, welche anderenfalls durch tikum bildet. Besteht die Halbleiterschicht 38 aus gegenseitige Einwirkungen der unterschiedlichen Silizium, dann enthält die erste Schicht 40 geeigneter- Metalle bei höheren Temperaturen auftreten. Zweiweise ein hitzebeständiges Metall wie Wolfraum oder 35 tens sichert das polykristalline Silizium längs des Molybdän. Dabei ist Wolfram zu bevorzugen, weil es Abstands d einen guten Grad thermischer Isolation oberhalb von 3000 C schmilzt und mit Silizium ein zwischen den beiden Metallschichten, da Silizium Eutektikum oberhalb von 1400° Cbildet. Die Dicke einen relativ niedrigen Wärmeleitungskoeffizienten dieser Schicht 40 ist nicht kritisch, sie kann zwischen hat. Drittens sorgt der Abstand d der Siliziumschicht 5000 und 50 000 A liegen. 40 38 zwischen den beiden Metallschichten 40 und 42

Eine zweite Metallschicht 42 aus einem Metall für einen Ballastwiderstand, dessen Wert durch Berelativ geringer Hitzebeständigkeit, d. h. dessen Stimmung der Lage der beiden Metallschichten und Schmelzpunkt unter 1000^: C liegt oder dessen der Ladungsträgerkonzentration des polykristp'linen Eutektikumbildungstemperatur hinsichtlich Silizium Siliziums gewählt werden kann. Viertens stellt die unterhalb oder bei 1000° C liegt, ist über demjenigen 45 Siliziumschicht 38 innerhalb jeder Öffnung 32 einen Teil der Siliziumscliicht 38 angeordnet, welche über zusätzlichen Belastungswiderstand zwischen der dem dicken Teil 34 der Isolierschicht 30 liegt. Die hitzebeständigen Schicht 40 und jeder der Emitterzweite Schicht 42 hat einen Abstand d von der zonen 38 dar. Fünftens i· t die hitzebeständige Meersten Metallschicht 40. Vorzugsweise wird das Me- tallschicht 40 in der ^äht der Emitterzonen 28 angetall der zweiten Schicht 42 aus der Materialgruppe 50 ordnet, wo im Beirieb die größte Erwärmung aufAluminium, Gold, Silber und Platin gewählt, deren tritt. Das weniger hitzebeständige Metall befindet Schmelzpunkte bei 660, 1063, 960 bzw. 1765° C sich demgegenüber nur über den dicken Oxidschichtliegen, während die Temperaturen zur Bildung eines bereichen am Kollektor, wo die Betriebstemperatur Eutektikums mit Silizium bei 577, 370, 830 bzw. relativ niedrig ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kontaktanordnung für ein Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterkörper, dessen eine Hauptfläche mit Ausnahme mindestens einer Öffnung von einem Isolierüberzug bedeckt ist, bei dem auf dem Isolierüberzug eine Widerstandsschicht aus Halbleitermaterial vorgesehen ist, die auch die ÖfFnung(en) unter Kontaktbildung zu der Hauptfläche ausfüllt, und auf die zwei Metailschicfuen aufgebracht sind, von denen eine nicht hitzebeständig ist, dadurch gekennzeichnet, daß die andere Metallschicht (40) hitzebeständig ist und daß die hitzebestündice 1 !()) und die a cht hitzebeständige (42) Metallschicht beide auf der Widerstandsschicht aus polykristallinen! Halbleitermaterial in seitlichem Abstand </ voneinander angeordnet sind.

2. Kontaktanordnung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die hitzebeständige Metallschicht (40) aus Wolfram od;r Molybdän bestellt.

3. Kontaktanordnung nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß die relativ wenig hitzebeständige Metallschicht aus Aluminium. Gold, Silber oder Platin besteht.

4. Kontaktanordnung nach eil.em der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierüberzug (30) Flächenbereiche unterschied-Heller Dicke aufweist und daß die hitzebeständige Metallschicht (40) auf Flächenbereiche (36) geringerer Dicke und die wenig hitzebeständige Metallschicht (42) auf Flächenbereiche (34) größerer Dicke des Isolierüberzugs (30) aufgebracht sind.

5. Kontaktanordnung nach einem der Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der seitliche Abstand d so groß gewählt ist, daß die beiden Metallschichten (40, 42) voneinander gut metallurgisch getrennt und thermisch isoliert sind.

6. Verfahren zur hinstelk'ng eines Widerstandes bei einem Transistor mit einer Kontaktanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5. bei der das Halbleiterbauelement als Transirtor mit mehreren limitterzonen ausgebildet ist, die über Belastungswiderstände kontaktiert sind, welche aus den in den Öffnungen befindlichen Teilen der Widerstandsschicht bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß ein einzustellender zusätzlicher Widerstand zwischen den beiden Metallschichten (40 und 42) durch Veränderung des Abstands d und/oder der Ladungsträgerkonzentration des die Widerstandsschicht bildenden polykristallinen Siliziums eingestellt wird.