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DE3032461A1 - Verfahren zum herstellen von legierten metallkontaktschichten auf kristallorientierten halbleiteroberflaechen mittels energiepulsbestrahlung - Google Patents

Verfahren zum herstellen von legierten metallkontaktschichten auf kristallorientierten halbleiteroberflaechen mittels energiepulsbestrahlung

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DE3032461A1
DE3032461A1 DE19803032461 DE3032461A DE3032461A1 DE 3032461 A1 DE3032461 A1 DE 3032461A1 DE 19803032461 DE19803032461 DE 19803032461 DE 3032461 A DE3032461 A DE 3032461A DE 3032461 A1 DE3032461 A1 DE 3032461A1
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Description

  • Verfahren -zum-Herstellen von legierten Metalikontakt-
  • schichten - auf kristallorientierten Halbleiteroberflächen mittels EnergieDulsbestrahlung.
  • Die vorliegendesPatentsnmeldung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von legierten Metallkontaktschichten auf kristallorientierten Haibleiteroberflächen mittels Energiepul-sbestrah1ung.
  • Ein solches Verfahren ist aus der deutschen Patentschrift 28 25 212 bekannt. Bei diesem Verfahren werden extrem aunne Metallschichten, welche durch Aufdampfen, Zerstäuben, elektrolytische Abscheidung oder lonenimplantation auf einem Halbleitersubstrat aufgebracht worden sind, mit einem intensiven kurzen Laserlichtpuls bestrahlt und dabei an die Haibleiteroberfläche anlegiert.
  • Dabei müssen die Bestrahlungsbedingungen so gewählt werden, daß in dem -Substrat keine nennenswerte Diffusion stattfindet. Die Pulsdauer der Laserlichtpulse liegt deshalb im Nanosekundenbereich. Das bekannte Verfahren ist auf die'Herstellung extrem dünner Metalistrukturen, wie sie-beispielsweise in der VLSI-Technologie Anwendung finden, beschränkt.
  • In der Halbleitertechnologie wählt man im allgemeinen die Oberflächen, z.B. für Siliziummaterial, aus dem Bauelemente hergestellt werden sollen, in der Ebene einer bestimmten bevorzugten Kristallorientierung.
  • Beispielsweise werden die Thyristoren der Zukunft mit Hilfe integrierter Feldeffekttransistoren erzeugte, steuerbare -Kurzschlüsse enthalten. Daher wird es notwendig-sein, die teistungshalbleiter- und dieMOS-Technik miteinander zu kombinieren. Während in der Leistungshalb leitertechnik wegen der guten Legierbarkeit 11-orientiertes Silizium verwendet wird, wird in der MOS-Technik vorzugsweise 9100>-orientiertes Silizium als Ausgangsmaterial verarbeitet, weil hier andere Kristalleigenschaften erheblich schwerer ins Gewicht fallen.
  • Ein weiterer wesentlicher Gesichtspunkt ist, daß sich #100#-Silizium-Grundmaterial leichter ziehen und homogener dotieren läßt als #111#-silizium. 9100>-Silizium ist deshalb erheblich wirtschaftlicher herstellbar. Die Verwendung des #100#-Siliziums wäre deshalb auch vorteilhafter für die Herstellung von Leistungshalbleiterbauelementen.
  • Der Einsatz von <1 00 -orientiertem Silizium zur Herstellung von Thyristoren stöBt jedoch bei der Legierung zwischen Metallschichten und Silizium auf Schwierigkeiten. Die Aluminium-Silizium-Legierung erfolgt in (100>-orientiertem Silizium-Oberflächen sehr ungleichmäßig, sodaß die negative Sperrfähigkeit sehr mangelhaft ist.
  • Die Aufgabe, die der Erfindung zugrundeliegt, besteht deshalb darin, die Legiernngsfreudigkeit einer dünnen Oberflächenschicht der <1 00 --orientierten Siliziumkristallscheibe gegenüber dem Kontaktmetall zu erhöhen, damit die gesamte Fläche gleich zu Beginn des Legierungsvorganges anlegiert und dadurch eine gleichmäßig dicke Legierungsschicht erreicht wird.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß vor dem Aufbringen der Metallkontaktschicht der für den Metallkontakt vorgesehene Bereich der Halbleiteroberfläche mit einer dichten Folge intensiver Laserlichtpulse abgerastert wird, anschließend die Metallschicht aufgebracht und in bekannter Weise in die Halbleiterober- fläche einlegiert wird.
  • Dabeili-egt es im Rahmen der Erfindung, daß als Halbleiteroberfläche eine in #100#-Richtung orientierte Sili---ziumkristalloberfläche und- als Kontaktmetall z. B.
  • Aluminium, welches vorzugsweise in Form einer Folie aufgepreßt wird, verwendet-wird.
  • Gemäß einem besonders günstigen Ausführungsbeispiel nach der Lehre der-Erfindung wird ein Nd:YG-Pulslaser mit einer Wellenlänge von 1,06 /um, einer Pulsdauer von 0,5 µs und einer Leistung im Bereich-von 50 Watt verwendet,-- das Lichtstrahlenbündel des Lasers auf einen Durchmesser-von 50 e fokussiert und die zu behandelnde Halbleiteroberfläche mit einer Pulsfrequenz von 4 kHz durch dichtes Nèbeneinandersetzen der Einzelstrahlenbündelquerschnitte abgerastert. Die gesamte Bestrahlungszeit für eine etwa 7,5 cm große #100#-orientierte Siliziumkristallscheibe beträgt für dieses Beispiel ca.
  • 1 Minute.
  • Das Verfahren nach der Lehre der Erfindung läßt sich folgendermaßen erklären: Wird eine SiIizi-umoberfläche mit einem kurzen Laser-Lichtpuls oterhalb einer kritischen Intensität Ikr be--strahlt, so verdampft von der bestrahlten Oberflächenstelle- e;as Silizium. Dadurch entsteht ein kleiner Krater vom Durchmesser des Laserstrahlbündels. Beim Abkühlen dieser Stelle bildet sich insbesondere an den Kraterrändern eine mit-vielen Versetzungslinien durchwachsene polykristalline - Oberflächenschicht. Wird die kritische Intensität 1kr nicht allzusehr überschritten, bleibt das Versetzungsliniennetzwerk auf diese Oberflächenschicht begrenzt.
  • Das dichte Versetzungsliniennetzwerk und die verschiedenen Orientierungen der Kristallite der polykristallinen Oberflächenschicht begünstigen das Anlösen des Silizium durch das Aluminium und das auch bei (100>-orientierten Siliziumscheiben, so daß sich eine gleichmäßig dünne Oberflächen-Aluminium-Silizium-Legierungsschicht ausbildet.
  • Elektronenstrahlbeugungsdiagramme in Reflexion zeigen von der unbestrahlten, geläppten Scheibenrückseite das Kikuchi-Diagramm einer perfekten einkristallinen Oberflächenschicht. Nach dem Laserbestrahlen an Luft werden diffuse Debye-Scherrer-Ringe sichtbar, die auf eine dünne, nicht notwendigerweise stöchiometrische Oxidschicht hinweisen. Diese Oxidschicht ist ca. 30 nm dick. Nach dem Abätzen mit Fluß säure erscheinen einzelne Bragg-Reflete überlagert mit einem Debve-Scherrer~Ringsystem, das von polykristallinen Oberflächenbereichen stammt. Die Kraterböden dürften einkristallin sein, während die Kraterränder polykristalline Struktur besitzen. Demnach ist das Verfahren umso wirkungsvoller, je feiner das Laserlichtstrahlenbündel fokussiert ist und je dichter die einzelnen Bestrahlungsflecke liegen. Im Gegensatz zu dem in der deutschen Patentschrift 28 25 212 beschriebenen Verfahren zum Anlegieren extrem dünner Strukturen ist das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere zum Herstellen dickerer Legierungsschichten geeignet.
  • Im folgenden sollen anhand eines Ausführungsbeispiels und der Figuren 1 bis 4 die einzelnen Verfahrensschritte schematisch dargestellt und noch kurz erläutert werden.
  • Dabei gelten in den Figuren für gleiche Teile die gleichen Bezugszeichen.
  • Eine Siliziumkristallscheibe 1 mit einer in <i00-Richtung orientierten Oberfläche wird, wie in Figur 1 dargestellt, mit scharf fokussiertem, intensiven Laserlichtpulsen 2 abrasternd bestrahlt, so daß Verdampfungskrater mit einer dunnen Oberflächenschicht 3 aus ausgedehnten Versetzungsliniennetzwerken und Polykristallen entstehen, die der nachfolgenden Legierung keinen Widerstand mehr entgegensetzen.
  • Auf diese gestörte Oberflächenschicht 3 wird, wie aus Figur 2 zu entnehmen ist, eine Aluminium-Schicht 4 durch Aufdampfen, Zerstäuben, elektrolytische Abscheidung oder durch Anpressen einer Folie aufgebracht und in den Halbleiterkörper 1 einlegiert. Dabei bildet sich zunächst auf der Siliziumkristallscheibe 1 eine Aluminium-Silizium-Schmelze 14 (siehe Figur 3), welche bei der Abkuhlwig in ein Aluminium-Silizium-Eutektikum 24 und eine p-leitende Siliziumschicht 5 übergeht (siehe Figur 4).
  • Nach der Durchführung des Verfahrens nach der Lehre der Erfindung wurden in Bezug auf die elektrischen Parameter folgende Ergebnisse erzielt: Es wurden Thyristoren, welche mittels integrierter Feldeffekttransistoren erzeugte steuerbare Kurzschlüsse enthalten, aus <10C5-Silizium hergestellt. Ein Teil der 00>-.orientierten Silizium-Scheiben wurden vor der Legierung der erfindungsgemäß en Laserbehandlung unterzogen. Die Häufigkeit der gemessenen Sperrfähigkeit URIV in negativer Richtung ist -aus den Figuren 5 und 6 ersichtlich-. Die Sperrfähigkeit ist bei den unbehandelten Scheiben (siehe Figur 5), wie auch in früheren Versuchen schon festgestellt wurde, schlecht. Bei den laserbehandelten Scheiben (siehe Figur 6) dagegen ist die negative Sperrfähigkeit grundlegend verbessert und erreicht die Sperrfähigkeit von Thyristoren aus <111>-orientierten Silizium. Damit ist gezeigt, daß auch <i 00> -orientiertes Silizium mit Aluminium legierbar ist, wenn die zu legierende Fläche vorher eine dementsprechende Laserbehandlung erçåhrt. An den Laser selbst werden dabei keine besonderen Güteanforderungen gestellt.
  • Durch das Verfahren nach der Lehre der Erfindung ist die Möglichkeit gegeben, die MOS-Technologie und die Bipolar-Technologie besser zu integrieren.
  • 7 Patentansprüche 6 Figuren Leerseite

Claims (7)

  1. Patentansprüche.
    Verfahren zur Herstellung von legierten Metallkontaktschichten auf kristallorientierten Halbleiteroberflächen mittels Energiepulsbestrahlung, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n et -, daß vor dem Aufbringen der Metallkontaktschicht der für den-Metallkontakt vorgesehene Bereich der Halbleiteroberfläche mit einer dichten Folge intensiver Laserlichtpulse abgerastert wird, anschließend die Metallschicht aufgebracht und in bekarnter Weise in die Halbleiteroberfläche einlegiert wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c -h n e t , daß als Halbleiteroberfläche eine in #100#-Richtung orientierte Siliziumkristalloberfläche und al-Kontaktmetall Aluminium verwendet wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, d a d u r c h g e -k e nn z e i c h n e t , daß das Aluminium in Form einer Folie aufgepreßt wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t- , daß ein Nd:YAG-Pulslaser mit einer Wellenlänge # von 1,O& /um, einer Pulsdauer von 0,5 µs und einer Leistung im Bereich von 50 W-verwendet wird.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, d a d u r c h g e -k e n n ze i c h n e t , daß das Lichtstrahlenbündel des Lasers auf einen Durchmesser von 50 µm fokussiert und- die- zu behandelnde tIalbleiteroberfläche mit einer Pulsfrequenz von 4 kHz durch dichtes Nebeneinandersetzen der Einzelstrahlenbündelquerschnitte abgerastert wird.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, da d u r c h g- e k e n n z -e i c h n e t , daß die gesamte Bestrahlungs- zeit für eine etwa 7,5 cm große <100ß-orientierte Siliziuinkristallscheibe auf ca. 1 Minute eingestellt wird.
  7. 7. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 6 zur Herstellung von Halbleiterbauelementen, insbesondere zur Herstellung von Thyristoren, welche mittels integrierter Feldeffekttransistoren erzeugte, steuerbare Kurzschlüsse enthalten.
DE19803032461 1980-08-28 1980-08-28 Verfahren zum herstellen von legierten metallkontaktschichten auf kristallorientierten halbleiteroberflaechen mittels energiepulsbestrahlung Granted DE3032461A1 (de)

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