DD239692A1

DD239692A1 - METHOD FOR PRODUCING METAL-SILICON CONTACTS

Info

Publication number: DD239692A1
Application number: DD27894485A
Authority: DD
Inventors: Kurt Baumann; Dietrich Wenning
Original assignee: Liebknecht Mikroelektron
Priority date: 1985-07-25
Filing date: 1985-07-25
Publication date: 1986-10-01
Also published as: DD239692B1

Abstract

Die Erfindung beinhaltet ein Verfahren zur Herstellung von Metall-Silizium-Kontakten, das sowohl fuer die Herstellung definierter Al-Si-Schottkykontakte auf hochohmigen n- und p-Si zur Diagnostik mittels Kapazitaetsverfahren als auch fuer die Metallisierung von niederohmigen Silizium- oder Silizidoberflaechen zur Herstellung von Bauelementen geeignet ist. Ziel der Erfindung ist die Ausbeutesteigerung bei der Herstellung von Bauelementen. Die Aufgabe, gut reproduzierbare haftfeste Kontaktschichten goldfrei herzustellen, wird durch eine nicht-amorphisierende Implantation von Ionen erreicht, deren relative Atommasse im Verhaeltnis zum Silizium groesser als 1,1 ist und einer nachfolgenden Metallabscheidung bei Temperaturen bis 150C realisiert.The invention includes a method for the production of metal-silicon contacts, both for the production of defined Al-Si Schottky contacts on high-resistance n- and p-Si for diagnosis by capacitance method as well as for the metallization of low-resistance silicon or Silizidoberflaechen for the production of components is suitable. The aim of the invention is the increase in yield in the production of components. The task of producing well reproducible adherent contact layers gold-free is achieved by a non-amorphizing implantation of ions whose relative atomic mass in relation to the silicon is greater than 1.1 and realizes a subsequent metal deposition at temperatures up to 150C.

Description

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Metall-Silizium-Kontakten und ist sowohl für die Herstellung definierter Al-Si-Schottkykontakte auf hochohmigen n- und p-Silizium zur Diagnostik mittels Kapazitätsverfahren, als auch für die Metallisierung von niederohmigen Silizium- oder Silizid-Oberflächen zur Herstellung von Halbleiterbauelementen geeignet.The invention relates to a method for the production of metal-silicon contacts and is both for the production of defined Al-Si Schottky contacts on high-resistance n- and p-type silicon for diagnosis by capacitance method, as well as for the metallization of low-resistance silicon or Silicide surfaces suitable for the production of semiconductor devices.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Die Analyse zum Stand der Technik für Metall-Halbleiter-Kontakte zeigt, daß im Bereich konventioneller Präparationsmethoden sowohl bei den Silizidbildnern (z. B. Pd, Ni, Pt, Ti, Cr, Ta, W, Mo) als auch den einfachen eutektischen Systemen, insbesondere mit Al, Probleme bezüglich der Sicherheit der Kontaktpräparation mit Haftfestigkeit der Schichten auf dem Si-Substrat als auch der Stabilität und Reproduzierbarkeit ihrer elektrischen Parameter auftreten. Dies betrifft sowohl die Verbindung von Halbleiter und Metali als auch die Verbindung zwischen Eutektikum bzw. Silizid und nachfolgend zur Verstärkung aufgebrachten weiteren Metallschichten. Formal läßt sich der Herstellungsprozeß für Metall-Halbleiterkontakte in die Teilschritte Oberflächenpräparation, Metallabscheidung und Temperung gliedern. Einen entscheidenden Einfluß auf die Qualität der Kontakte besitzt die Oberflächenpräparation. Die bekannten konventionellen Verfahren verwenden chemische Ätzung, Reinigung in organischen Lösungsmitteln oder reaktives lonenatzen in CF₄ vor der Metallabscheidung. Diese Präparationsmethoden sind weit verbreitet, führen aber in der Praxis zu nur ungenügendem Erfolg. So wird in der Zeitschrift Solid-State Electronics 11, 291 (1968) darüber berichtet, daß so hergestellte Kontakte auf η-Si ein sehr ausgeprägtes Alterungsverhalten aufweisen; die elektrischen Eigenschaften der Kontakte sind zeitlich nicht stabil. Eigene Erfahrungen mit dem System Aluminium-Silizium bestätigen dies. Durch Aufdampfen von ΑΙ-dots im Hochvakuum auf hochohmiges n- oder p-Silizium lassen sich nur in Ausnahmefällen und mit geringer Ausbeute Schottky-Barrieren erzeugen. Deren Kennwerte verschlechtern sich bereits nach wenigen Stunden derart, daß keine Sperrspannung mehr nachweisbar ist. Die Verhältnisse sind günstiger bei Einsatz von Goldschichten;, aus ökonomischen Gründen scheidet die Verwendung von Gold aber für viele Technologien aus.The state-of-the-art analysis for metal-semiconductor contacts shows that in the area of conventional preparation methods both in the silicide formers (eg Pd, Ni, Pt, Ti, Cr, Ta, W, Mo) and the simple eutectic systems , especially with Al, problems with respect to the safety of the contact preparation with adhesion of the layers on the Si substrate as well as the stability and reproducibility of their electrical parameters occur. This applies both to the compound of semiconductors and metals as well as the connection between eutectic or silicide and subsequently applied to the reinforcement further metal layers. Formally, the production process for metal-semiconductor contacts can be subdivided into the sub-steps of surface preparation, metal deposition and tempering. The surface preparation has a decisive influence on the quality of the contacts. The known conventional methods use chemical etching, purification in organic solvents, or reactive ion etching in CF ₄ prior to metal deposition. These preparation methods are widely used, but lead in practice to unsatisfactory success. For example, in the journal Solid-State Electronics 11, 291 (1968) it is reported that contacts thus produced on η-Si have a very pronounced aging behavior; The electrical properties of the contacts are not stable over time. Own experiences with the aluminum-silicon system confirm this. By vapor deposition of ΑΙ-dots in a high vacuum to high-resistance n- or p-silicon, Schottky barriers can only be produced in exceptional cases and with low yield. Their characteristics deteriorate after a few hours so that no reverse voltage is more detectable. The conditions are more favorable when using gold layers, but for economic reasons, the use of gold for many technologies.

Ein weiteres bekanntes Verfahren zur Oberflächenpräparation ist die Erzeugung von Spaltflächen. Der Arbeitsaufwand ist dafür jedoch so hoch, daß diese Methode nur für Grundsatzuntersuchungen, nicht jedoch für ein ökonomisches Fertigungsverfahren infrage kommt.Another known method for surface preparation is the generation of cleavage surfaces. However, the workload is so high that this method is only for basic research, but not for an economical manufacturing process in question.

In der Patentschrift EP 0076570 wird zur Herstellung legierter Al-Kontakte an Siliziumbauelementen vorgeschlagen, nach Abscheidung der Al-Schicht auf dem Si-Substrat in die Al-Schicht eine bestimmte Menge Si-Ionen zu implantieren und die Schicht nachfolgend bei 300-500⁰C zu tempern.In the patent EP 0076570 is proposed for the production of alloyed Al contacts on silicon devices to implant after deposition of the Al layer on the Si substrate in the Al layer, a certain amount of Si ions and the layer below at 300-500 ⁰ C. to temper.

Nachteilig an diesem Verfahren ist, daß es die Probleme der Oberflächenpräparation nicht löst, da der Implantationsschritt nur in der Al-Schicht selbst wirkt.A disadvantage of this method is that it does not solve the problems of surface preparation, since the implantation step acts only in the Al layer itself.

Einen weitergehenden Vorschlag enthält die Patentschrift EP 0012324. Danach wird zunächst die Oberfläche des Siliziums durch Ionenimplantation amorphisiert, im weiteren erfolgt die Abscheidung der Al-Schicht. Daran schließt sich eine Temperaturbehandlung zur Auflösung deramorphisierten Si-Oberfläche in der Metallschicht an. Bei diesem Verfahren ist der Temperschritt, der zur Auflösung der amorphen Schicht ausgeführt werden muß, von Nachteil, weil die notwendige Temperatur zur Legierungsbildung und damit bei η-Silizium zur Ausbildung eines pn-Überganges führt.The patent EP 0012324 contains a further proposal. Thereafter, the surface of the silicon is first of all amorphized by ion implantation, in the further course the deposition of the Al layer takes place. This is followed by a temperature treatment to dissolve the amorphized Si surface in the metal layer. In this method, the annealing step, which must be performed to dissolve the amorphous layer, disadvantageous because the necessary temperature for alloy formation and thus in η-silicon leads to the formation of a pn junction.

Es ist weiterhin sehr aufwendig, eine homogene Amorphisierupg zu erreichen. Nach einem anderen bekannten Verfahren, beschrieben in der Zeitschrift Thin Solid Films 4, 41 (1969), läßt sich die Haftfestigkeit von aufgedampften Al-Schichten auf Glassubstraten verbessern, wenn man nach dem Aufdampfprozeß eine Argon-Ionenimplantation ausführt. Damit wird offenbar eine sehr gute Wirkung erzielt, denn bei einer Implantationsdosis von 10¹⁵-10¹⁶ Ionen/cm² erhalten die Autoren eine Erhöhung der Haftfestigkeit der Al-Schichten auf dem Glassubstrat um etwa 2 Größenordnungen. Die Übertragung des vorgeschlagenen Lösungsweges auf Siliziumsubstrate ist naheliegend und in der DE-OS 2056220 beschrieben worden. Danach wird die aufgebrachte Metallschicht mit Gasionen, wie Ar⁺ oder Kr⁺, beschossen. Durch Rückstoßimplantation gelangen dabeiIt is also very expensive to achieve a homogeneous Amorphisierupg. According to another known method described in the journal Thin Solid Films 4, 41 (1969), the adhesive strength of vapor-deposited Al layers on glass substrates can be improved by performing an argon ion implantation after the vapor deposition process. This is apparently a very good effect, because at an implantation dose of 10 ¹⁵ -10 ¹⁶ ions / cm ² , the authors receive an increase in the adhesion of the Al layers on the glass substrate by about 2 orders of magnitude. The transfer of the proposed approach to silicon substrates is obvious and has been described in DE-OS 2056220. Thereafter, the applied metal layer is bombarded with gas ions such as Ar ⁺ or Kr ⁺ . By recoil implantation thereby arrive

1 · 10¹⁵ionen/cm² eiforderlich sind. Daraus ergibt sich ein erheblicher Aufwand für die Implantation jeder Siliziumscheibe zur Anwendung der bekannten Verfahren. Demgegenüber haben Untersuchungen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gezeigt, jaß zur Ausführung der implantation die Dosis weit unterhalb ihres amorphisierenden Wertes gewählt werden kann. Dies wird anhand der Figuren 1 und 2 näher erläutert. In der Figur 1 ist die Abhängigkeit der Sperrspannung bei verschiedenen Sperrst: ömen von der Dosis der implantierten Ionen dargestellt. Die Figur 2 zeigt Tiefenprofile der Dotierung einer hochohmigen Silizium-Epitaxieschicht auf niederohmigem Substrat, gemessen mit einem bekannten C-V-Verfahren unter Verwendung ärfindungsgemäß hergestellter Al- Si-Kontakte. Bei Erniedrigung der lonendosisauf kleinere Werte als ι · 10¹⁴lonen/cm² wurde ür Kontakte auf hochohmigen Siliziumscheiben festgestellt, daß sich deren Sperrspannung bei hohen Sperrströmen (1 mA) mit ailender lonendosis etwas verringert, dagegen bei kleinen Sperrströmen (lO^Aund 10OmA) erhöht.1 × 10 ¹⁵ ions / cm ^{2 are} required. This results in a considerable effort for the implantation of each silicon wafer for the application of the known methods. In contrast, investigations with the method according to the invention have shown that the dose can be chosen far below its amorphizing value in order to carry out the implantation. This will be explained in more detail with reference to Figures 1 and 2. FIG. 1 shows the dependence of the blocking voltage on different blocking temperatures on the dose of the implanted ions. FIG. 2 shows depth profiles of the doping of a high-resistance silicon epitaxial layer on a low-resistance substrate, measured by a known CV method using Al-Si contacts produced in accordance with the invention. When the ion dose was reduced to smaller values than ι × 10 ¹⁴ ions / cm ² , it was found for contacts on high-resistance silicon wafers that their reverse voltage at high blocking currents (1 mA) decreases somewhat with an ion dose, but at low blocking currents (10 A and 10 O mA). elevated.

Es ist damit möglich, durch entsprechende Wahl der lonendosis die Qualität der Sperrkennlinie des Metall-Silizium-Kontaktes ?eispieisweise für bestimmte diagnostische Zwecke zu steuern. Als unterste Grenze der verwendbaren !onendosis wurden etwa ι ...ö · lO^lonsn/cnV gefunden. An Vergleichsproben ohne Implantation von Ionen vor der Metallisierung betrug die Sperrspannung an einigen wenigen Kontakten einer Siliziumscheibe bei 1 mA bis zu 220 VpIt, dieser Wert ^;st in der Figur 1 !esonders gekennzeichnet; bei Sperrströmen von < 100μΑ wurde in keinem Fall eine Sperrspannung gemessen. Aus Versuchen olgt, daß bei der Steigerung der Dosis auf amorphisierende Werte keine Verbesserung der elektrischen Eigenschaften des 'ontaktes erfolgt, sondern dessen Durchlaßspannung angehoben wird. Damit ist der Kontakt jedoch für diagnostische Zwecke »der als Bestandtei¹ von Bauelementechips ungeeignet.It is thus possible, by appropriate choice of the ion dose, to control the quality of the blocking characteristic of the metal-silicon contact for certain diagnostic purposes. The lowest limit of the usable oil dose has been found to be about 1. For comparative samples without implantation of ions prior to metallization, the reverse voltage on a few silicon wafer contacts was 1 mA up to 220 VpIt, this value ^; St in the figure 1! specially marked; With blocking currents of <100 μΑ , no reverse voltage was measured. From experiments olgt that the increase in the dose to amorphizing values no improvement in the electrical properties of the ontaktes takes place, but its on-state voltage is raised. However, for the contact is for diagnostic purposes "of unsuitable as Bestandtei ¹ of device chip.

)ie entsprechend der Figur 2 gemessenen Tiefenprofile der Dotierung in der Epitaxieschicht zeigen, daß die Kontakte nach dem rfindungsgemäßen Verfahren eine so hohe Sperrspannung aufweisen, daß die Dotierung über die gesamte Tiefe der lochohmigen Epitaxieschicht bis hin zum niederohmigen Substrat meßbar ist. Im Unterschied waren von IB Kontakten einer hne das erfindungsgemäße Verfahren mit Aluminium metallisierten Vergleichspiobe nur 2 Kontakte kurzzeitig meßbar, wobei jdoch die Dotierung nur bis zur Tiefe von ca. 30^m bestimmt werden konnten. Die Ionenenergie ist für den Erfolg des rfindungsgemäßen Verfahrens unkritisch, sie ist entsprechend den optimalen Betriebsbedingungen des Implanters zu zählen.The depth profiles of the doping in the epitaxial layer measured according to FIG. 2 show that the contacts according to the method according to the invention have such a high blocking voltage that the doping can be measured down to the low-resistance substrate over the entire depth of the lochohmic epitaxial layer. In contrast, of IB contacts of a hne the method according to the invention with aluminum metallized Vergleichspiobe only 2 contacts were briefly measurable, however jdoch the doping could be determined only to the depth of about 30 ^ m. The ion energy is not critical to the success of the method according to the invention; it must be counted according to the optimal operating conditions of the implanter.

in weiterer Vorteil des Verfahrens ergibt sich aus der Beobachtung, daß für den Teilschritt der Implantation auch dotierende >nen, wiez.B. Phosphor oder Arsen, verwendet werden können. Diese Ionen erzeugen bei der Dotierung von Silizium ekanntlich den Leitungstyp η nach entsprechenderTemperaturbehandlung.In a further advantage of the method, it can be seen from the observation that for the substep of the implantation also doping ions, such as e.g. Phosphorus or arsenic can be used. These ions, when doped with silicon, tend to produce the conductivity type η after appropriate temperature treatment.

η Rahmen der Untersuchungen, die zu der vorliegenden Erfindung geführt haben, hat sich überraschend herausgestellt, daß hosphor-und Arsenionen bein-u ndp-Silizium für den der Metallabscheidu ng vorangehenden Irr.plantationsschritt verwendet 'erden können, ohne daß sich eine Erhöhung der Durchlaßspannung der Kontakte auf p-Silizium ergibt. Dieses Ergebnis ist aispielsweise beim praktischen Einsatz von Implantationsanlagen von Bedeutung, wo nicht in jedem Falle die Möglichkeit der nplantation von nicht dotierenden Ionen besteht.It has surprisingly been found, within the framework of the investigations leading to the present invention, that phosphorus and arsenic ions can be used for the metal implantation preceding irrigation step, without an increase of the forward voltage the contacts on p-silicon results. This result is important, for example, in the practical use of implantation equipment, where there is not always the possibility of implantation of non-doping ions.

jr die Abscheidung der Kontaktmetallschicht sind die bekannten Verfahren geeignet, z.B. Aufdampfen im Hochvakuum, üfsputtern oder stromlose Abscheidung aus geeigneten Lösungen. Der Dickenbereich der Kontaktmetallschichten ist für das -findungsgemäße Verfahren nicht kritisch; er richtet sich nach den Anforderungen der Technologie nachfolgender ozeßschritte und liegt etwa zwischen den Werten von 30nm und 5yxm.For the deposition of the contact metal layer, the known methods are suitable, e.g. Vapor deposition in a high vacuum, sputtering or electroless deposition from suitable solutions. The thickness range of the contact metal layers is not critical to the process of the invention; It depends on the requirements of the technology of subsequent process steps and lies between the values of 30nm and 5yxm.

er Erfindung soll anschließend an 2 Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.he invention will be explained in more detail in connection with 2 embodiments.

Ljsführungsbsispie! 1Ljsführungsbsispie! 1

as Ausführungsbeispiel bezieht sich auf die Herstellung von Al-Si-Kontakten zur Messung von Tiefenprofilen der Dotierung )chohmiger η-Epitaxieschichten auf niederohmigen n⁺-Substraten. Die Scheiben werden bei längerer Lagerung nach dem litaxieprozeß in 10%iger Flußsäurelösung 10min gespült, anschließend in Wasser gespült und trcckengeschleudert. e n-Epitaxieschicrttwird ganzflächig in einer lonenimplantationsapparatur mit Arsenionen der Energie 80 keV und der Dosis 10¹³cm"² bestrahlt. Danach wird die Scheibe in eine Vorrichtung so eingebaut, daß die bestrahlte Oberfläche mit einer etallmaske, z. B. aus Kupfer, bedeckt ist. Die Metallmaske enthält rasterförmig eine größere Anzahl von Öffnungen mit 1 mrn 0. e Vorrichtung wird in einer Hochvakuumedampfungsapparatur eingesetzt und gestattet es weiterhin, die zu bedampfende liziumscheibe auf 150⁰C zu tempern. Nach Erreichen dieser Temperatur erfolgt die Al-Verdampfung. Es entstehen auf der plazierten Si-Oberfläche Al-Kontakte mit 1 mm 0 und ca. 0,1 ,um Dicke. Nach Entnahme der Siliziumscheibe aus der irrichtung können die C-V-Kennlinien der einzelnen Al-Si-Kontakte gemessen und daraus in bekannter Weise in Tiefenprofile r Dotierung unterhalb jedes dieser Kontakte gemessen werden.The exemplary embodiment relates to the production of Al-Si contacts for measuring depth profiles of the doping of θ-type epitaxial layers on low-resistance n ⁺ substrates. The slices are rinsed during prolonged storage after the litaxieprozeß in 10% hydrofluoric acid solution for 10 min, then rinsed in water and trickle thrown. e n-Epitaxieschicrttwird entire surface irradiated in a lonenimplantationsapparatur with arsenic ions of energy 80 keV and the dose is 10 ¹³ cm ^"2. Thereafter, the disk is incorporated into a device so that the irradiated surface with a etallmaske, for. example, of copper, covered is. the metal mask has a grid shape, a larger number of apertures having 1 mrn 0. e device is used in a Hochvakuumedampfungsapparatur and furthermore allows to temper to be vapor liziumscheibe to 150 ⁰ C. After reaching this temperature, the Al-evaporation is carried out. it Al contacts with a thickness of 1 mm and a thickness of about 0.1 are formed on the Si surface that has been placed, and after removal of the silicon wafer from the device, the CV characteristics of the individual Al-Si contacts can be measured and converted therefrom in known manner Depth profiles are doped below each of these contacts.

isführungsbeispiel 2Example 2

s Alisführungsbeispiel bezieht sich auf die Herstellung von kollektorseitigen Ni-Si-Kontakten bei der Fertigung von istungstransistorchips.An exemplary embodiment relates to the fabrication of collector-side Ni-Si contacts in the fabrication of transistor transistor chips.

5 Chips befinden sich nach vorhergehenden bekannten Arbeitsschritten im Scheibenverband. Die Scheiben sind zur itallisierung vorbereitet und dem folgenden weiteren Arbeitsablauf zu unterwerfen:5 chips are after previous known steps in the disk association. The discs are prepared for italization and subject to the following further workflow:

Vorreinigung durch Spüien in heißen H₂O₂-NH₄- und H₂O₂-HCI-Lösungen.Pre-cleaning by rinsing in hot H ₂ O ₂ -NH ₄ - and H ₂ O ₂ -HCl solutions.

Implantation von 4 · 10¹⁴p⁺/cm² der Energie 75keV bei einem lonenstrom von 300μιη und Hybridscanning.Implantation of 4 · 10 ¹⁴ p ⁺ / cm ² of energy 75keV at an ion current of 300μιη and hybrid scanning.

Abscheidung der Nickelschicht von Ο,δμ,Γη Dicke durch Sputtern.Deposition of the nickel layer of Ο, δμ, Γη thickness by sputtering.

30 min Temperung bei 550°C in trockenem Stickstoff zur Silizidbildung.30 min annealing at 550 ° C in dry nitrogen for silicidation.

Ablösung der Restnickelschicht mittels Spülen in HCI.Replacement of the residual nickel layer by rinsing in HCl.

Implantation von 4 · 10¹⁴p⁺/cm² der Energie 75keV bei einem lonenstrom von 300μΑ und Hybridscanning.Implantation of 4 · 10 ¹⁴ p ⁺ / cm ^{2 of} the energy 75keV with an ion current of 300μΑ and hybrid scanning.

Auftrag einer weiteren Nickelschicht von 0,5μ,ηη Dicke.Application of another nickel layer of 0.5μ, ηη thickness.

ι Weiterbearbeitung der Siliziumscheiben erfolgt nach den sich bekannten Verfahrensschritten.Further processing of the silicon wafers takes place according to the known method steps.

Metallaiome in das HalblsriGrvoi'jmon. Bei oer praktischen Durchführung des Verfahrens ergeben sich jedoch wesentliche technologische Probleme. Die Dicke der vor der implantation sufgebrachten Metallschicht darf nur relativ gering bemessen yufiidß-!- nach Angabe der Erfinderzwischen 0,OB und 0,1 p.rn. Weiterhin ist die Dicke der Metallschicht mit sehr enger Toleranz und größter Homogenität einzuhalten, da sich die positive Wirkung der Ionenimplantation andernfalls nicht oder nur ungenügend nach weisen laßt. Dies sind wesentliche einschränkende Bedingungen für ein Routineverfahren der Diagnostik oder Baüe'ernei-tflferticung. Im übrigen führen die empfohlenen Dosiswerte der Ionenimplantation zur Bildung einer amorphen Schinhi. deren. Nachteilo bereits dargestellt worden sind.Metallaiome in the HalblsriGrvoi'jmon. In oer practice of the process, however, there are significant technological problems. The thickness of the metal layer applied before the implantation may only be measured relatively small. The inventors have stated that between 0, OB and 0.1 p.rn. Furthermore, the thickness of the metal layer with very close tolerance and maximum homogeneity is observed, since the positive effect of ion implantation otherwise failed or insufficient evidence. These are significant limiting conditions for a routine diagnostic or home-improvement procedure. Incidentally, the recommended dose levels of ion implantation result in the formation of an amorphous Schinhi. their. Disadvantage have already been shown.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Das Ziel der Erfindung besteht in der Ausbeutesteigerung bei der Herstellung von Bauelementechips durch Erhöhung der Haftfestigkeit von Metallschichtkontakten auf niederohmigem n- und ρ-Silizium bzw. auf Silizidschichten, sowie in der Verbesserung der Stabilität und Reproduzierbarkeit der Sperrspannung von Schottkykuntakten auf hochohmigsn n- und p· Silizium tür den Einsatz in Maß- und Kontrollverfahren der Halbleitertechnologie.The aim of the invention is to increase the yield in the production of device chips by increasing the adhesion of metal layer contacts on low-resistance n- and ρ-silicon or on silicide layers, as well as in improving the stability and reproducibility of the reverse voltage of Schottkykuntakten on hochohmigsn n and p · Silicon for use in measurement and control methods of semiconductor technology.

Darlegung des Wesens des ErfindungExplanation of the essence of the invention

Ausgehend von dem Ziel liegt der Erfindung die technische Aufgabe zugrunde;, Silizium- bzw. Silizidoberflächen beliebiger Dotierung mit geringem technischen Aufwand hinsichtlich der chemischen Vorbehandlung und thermischen Nachbehandlung ohne die Ausbildung einer amorphen Oberflächenschicht goldfrei so zu metallisieren, daß Kontaktschichten irn Dickenbereirh ό/οη 30 nrn bis 5/xm haftfest aufgebracht werden könnenBased on the object of the invention, the technical object is based, silicon or silicide surfaces of any doping with little technical effort in terms of chemical pretreatment and thermal treatment without the formation of an amorphous surface layer gold-free metal so that contact layers in Dickenbereirh ό / οη 30th nrn to 5 / xm can be applied adherent

Die~ Aufgabe wird erfindungsgemaß gelöst, indem die Siliziumscheiben The object is achieved according to the invention by the silicon wafers

1. einer an sich bekannten Vorreinigung unterzogen werden,1. be subjected to a pre-cleaning known per se,

2. in einem Zeitraum von weniger als 16h Dauer in die zu metallisierenden Oberflächenbereiche der Siliziumscheiben eine nicht-amorphisiersnde Implantation von Ionen im Energiebereich Ii:- "DOkeV, deren relative Atommasse bezüglich Silizium größer als 1,1 ist, ausgeführt und2. in a period of less than 16h duration in the surface areas of the silicon wafers to be metallized, a non-amorphizing implantation of ions in the energy range Ii: - "DOkeV, whose relative atomic mass with respect to silicon is greater than 1.1, executed and

3. die Kontaktmetallschicht bei Temperaturen der Siliziumscheiben zwischen Raumtemperatur und 'i50°C abgeschieden wird. Der Erfindung liegt die Beobachtung zugrunde, daß in vorgenannter Weise goldfrei hergestellte Metallkontakte, z. B. mit Aluminium oder Nickel, auf hochohmigen n- und p-Siiiziumscheiben sehr stabile Sperrkennlinien aufweisen. Diese positive Wirkung des erfindungsgemäßen Verfahrens tritt dann ein, wenn für den Srnplantationsschritt Ionen verwendet werden, deren Atommasse größer als die des Siliziums ist. Die leichtesten einsetzbaren Ionen sind Phosphorionen, deren relative Atommasse bzgl. Silizium den Wert 1,107 besitzt. Dagegen kann die positive Wirkung mit Ionen der relativen Atommasse von weniger als 1,1 also beispielsweise Bor oder Neon, nicht sicher erzielt werden.3. the contact metal layer is deposited at temperatures of the silicon wafers between room temperature and '50 ° C. The invention is based on the observation that in the aforementioned manner gold-free metal contacts, for. B. with aluminum or nickel, on high-impedance n- and p-Siiiziumscheiben have very stable blocking characteristics. This positive effect of the method according to the invention occurs when ions whose atomic mass is greater than that of silicon are used for the implantation step. The lightest usable ions are phosphorus ions whose relative atomic mass with respect to silicon has a value of 1.107. In contrast, the positive effect with ions of the relative atomic mass of less than 1.1, for example boron or neon, can not be achieved with certainty.

Es wird angenommen, daß erst bei der Verwendung von Ionen der relativen Atommasse > 1,1 an der Silizium- bzw. Süizidoberfläche spezielle Defektstrukturen entstehen, deren Wechselwirkung mit den ersten Lagen einer nachfolgend aufgebrachten Metallschicht zu elektrisch stabilen und haftfesten Koniakischichten führt. Der Implantationsschritt des öifindungsgemäßen Verfahrens führt offenbar zu einer „Aktivierung" der Silizium- bzw. Süizidoberfläche gegenüber der aufzubringenden Metallschicht, die im Gegensatz zu den bekannten Verfahren über einen längeren Zeitraum erhalten bleibt. So ist es möglich, die Siliziumscheiben nach der Vorreinigung und Ionenimplantation mindestens zwei Tage unter Normaibedingungen zu iagem und erst danach zu metallisieren, ohne daß eine Verschlechterung der Kontaktqualität im Vergleich zu sofortige*- Metallisierung festzustellen ist. It is assumed that only when ions of relative atomic mass> 1.1 are used on the silicon or suicide surface do special defect structures arise whose interaction with the first layers of a subsequently applied metal layer leads to electrically stable and adherent conical layers. The implantation step of the method according to the invention obviously leads to an "activation" of the silicon or suicide surface compared to the metal layer to be applied, which is maintained over a longer period of time, in contrast to the known methods metallize for two days under normal conditions and then after that without any deterioration of the contact quality compared to immediate * metallization.

Fine spezielle Oberflächenpräparation, z. B. chemische Ätzung der zu metallisierenden Siiiziumsr.heiben vor der ionenimplantation oder der Metallabscheidung, ist nicht erforderlich.Fine special surface preparation, z. As chemical etching of Siiiziumsr.heiben to be metallized prior to ion implantation or metal deposition, is not required.

Fs ist jedoch zweckmäßig, als Sicherheitsmaßnahme gegen schädliche Verunreinigungen wie Staub oder Restoxidschichten, eine Vorreinigung nach an sich bekannten Verfahren, z. B. Spülen in heißer. H₂O₅-NHiOH- und H₂O2-HCI-Lösungen oder in Fluorwasserstoffsäure, auszuführen. Bei zu metallisierenden Siliziumscheiben, die unmittelbar aus vorangehender, technologischen ^orozeßschritten anfallen, kann eine Vorreinigung entfallen.However, Fs is useful as a safety measure against harmful impurities such as dust or residual oxide layers, a pre-cleaning according to known methods, eg. B. Rinse in hotter. H ₂ O ₅ -NHiOH- and H ₂ O 2 HCl solutions or in hydrofluoric acid to execute. When silicon wafers to be metallized which are obtained directly from rozeßschritten preceding technological ^o, a pre-cleaning may be omitted.

versuche haben gezeigt, daß eine nach der Metallabscheidung ausgeführte Temperaturbehandlung für den Fachmann unerwartet zu keiner nennenswerten Verbesserung der Sperrkennlinien führt. Es zeigt sich im Gegenteil, daß die Behandle ¹Vg der erfindungsgemaß hergestellten Koniakte auf hochohmigen Siliziumproben bei Temperaturen von mehr als 300⁰C zur Verschlechterung oder zu "öiiigem Verlust der Sperrfähigkeit führt. Als Ursache dafür wird ein Ausheilen der speziellen Defektstrukturen vermutet, welches unter der Wirkung der aufgebrachten Metallkontaktschicht bereits weit unterhalb der für Silizium üblichen Ausheiltemperaturen von 550—600⁰C stattfindet. Dieses Verhalten steht im Gegensatz zu bekannten Verfahren, wonach beisoielsweise Al- Si-Kontakte in ihren Eigenschaften verbessert werden sollen, wenn sie bei Temperature! > von 400 · bOO°C in H₂/N₂-Gasgemisch behandelt werden.Experiments have shown that performed after metal deposition temperature treatment for the skilled person unexpectedly leads to any significant improvement in the blocking characteristics. It is found on the contrary that the treat leads ¹ Vg the Koniakte inventively produced on high-resistance silicon sample at temperatures of more than 300 ⁰ C to the degradation or "öiiigem loss of blocking capability. As a reason for this annealing of the specific defect structures is believed that under the effect of the applied metal contact layer is already taking place far below the standard for silicon annealing temperatures of 550-600 ⁰ C. This behavior is in contrast to known processes, after which beisoielsweise Al-Si contacts are to be improved in their properties when in Temperature!> be treated from 400 · bOO ° C in H ₂ / N ₂ gas mixture.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß eine nioht-arnorphisierende Ionenimplantation eingesetzt wird. Demnach ist die Bestrahlung mit einer Dosis möglich, die kleiner als rjie amorphisier^nde Dos's ist. Nach bekannten Veröffentlichungen beträgt die arnorphisierende Dosis bei 20°C für Ionen der relativen Atommasse von 1 ," bzgl. Silizium etwa 6 · 10¹⁴lonen/cm² und fällt mit steigender relativer Atommasse bei einem Wert von 2.7 etwa auf 2 10^1ftlonen/cm². Die Temperatur von 20⁰C läßt sich auf den Siliziumscheiben unter dam Ionenstrahl nur mit aufwendigen Maßnahmen, z.B. geringem lonenstrom von weniger als 2μΑ oder Kühlung der Scheiben, aufrechterhalten. Unter realen !mplantation.sbedingungen (keine Kühlung, bzw. lonenstrom >20μΑ) ist mit der Erhöhung derTemperatui der Siliziumscheiben um mindestens 50—100 °C zu rechnen. Dies führt dazu, daß nur Amcrphisierung des Siliziums mehr a is 1 - lO^lonen/cm² bzw.A significant advantage of the method according to the invention is that a non-ionizing ion implantation is used. Accordingly, irradiation is possible with a dose smaller than that of the amorphized dose. According to known publications, the arnorphizing dose at 20 ° C. for ions of the relative atomic mass of 1 "with respect to silicon is about 6 × 10 ¹⁴ ions / cm ² and drops with increasing relative atomic mass at a value of 2.7 to about 2 ^× 10 ^1/1 . . cm ^2, the temperature of 20 ⁰ C can be on the silicon wafers under dam ion beam, maintained only with expensive measures, such as low ion current of less than 2μΑ or cooling of the discs. under real! mplantation.sbedingungen (no cooling or ion current> 20μΑ), the increase in the temperature of the silicon wafers by at least 50-100 ° C is to be expected.This means that only amcrphation of the silicon more a is 1 - lO ^ lonen / cm ² or

Claims

ErfindungsärTspruch:

1. A method for producing metal-silicon contacts, characterized in that the silicon wafers are subjected to a pre-cleaning known per se, in a period of less than 16h, then in the surface areas of the silicon wafers to be metallized, a non-amorphizing implantation of ions in Energy range 20-200 keV, the relative atomic mass with respect to silicon is greater than 1.1, performed and then the contact metal layer at temperatures of silicon wafers between room temperature and 150 ⁰ C is deposited.

2. The method according to item 1, characterized in that the pre-cleaning is carried out by rinsing in hot F ^ O ₂ -NH ₄ -UnO H ₂ CVHCI solutions.

3. The method according to item 1, characterized in that the pre-cleaning is carried out by rinsing in hydrofluoric acid.

4. The method according to item 1, characterized in that the non-amorphizing implantation with phosphorus ions of energy 75keV and the dose 4 · 10 ¹⁴ cm ~ ² takes place at an ionic current of 300μΑ.

5. The method according to item 1 and one of the items 2-4, characterized in that the implantation with Arsenionen the energy SOkeV and Ddsis 5 · 10 ¹³ cm ~ ² at an ion current of 10> A occurs.

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