DE1515321A1 - Selektive Material-Entfernung mit Hilfe kathodischer Zerstaeubung - Google Patents

Selektive Material-Entfernung mit Hilfe kathodischer Zerstaeubung

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DE1515321A1 DE1964W0038104 DEW0038104A DE1515321A1 DE 1515321 A1 DE1515321 A1 DE 1515321A1 DE 1964W0038104 DE1964W0038104 DE 1964W0038104 DE W0038104 A DEW0038104 A DE W0038104A DE 1515321 A1 DE1515321 A1 DE 1515321A1
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cathodic
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cathode
semiconductor
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Martin Paul Lepselter
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Western Electric Co Inc
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Description

  • Selektive Material-Entfernung mit Hilfe kathodischer Zerstäubung Die Erfindung befaßt sich mit einem verfahren zur selektiven Entfernung von Material aus einem Werkstück durch kathodische Zerstäubung. Die Methode gemäß Erfindung ist besonders nützlich bei der selektiven Entfernung von Material aus einem Werkstück, das nicht den hohen Spannungs-Unterschieden unterworfen werden kann, die gewöhnlich an das kathodisehe Teil im Zerstäubungsverfahren angelegt werden. Es ist in Verbindung mit dem kathodischen Zerstäubungsv.erfahren bekannt, daB die Oberflächen von Werkstoffen gereinigt oder, in der Wirkung dasselbe, mittels des Zeratäubungs-Verfahrens geätzt werden können, insofern als das kathodische Teil selbst durch die Bombardierung erodiert wird, was für die Zerstäubung ein grundlegendes Merkmal ist. Na ist offenbar, daß eine Art Reinigung als folge der Entfernung von Oberflächenschichten eintritt. Indessen veranlaßt die Anwendung der kathodischen Zeretäubungs-Technik zwecks Entfernung von Schichten von der Oberfläche von Halbleiter-Körpern unter Verwendung von Potentialen in der Größenordnung von 3 bis 10 Kilovolt an das kathodische Teil Dauerschäden am Halbleiter-Körper. Dieser Schaden ist besonders bedeutungsvoll im Fall o=yd-geschidtzter Halbleiter-Körper ineof ern, als starke elektrische Felder den dauernden Zusammenbruch der dielektrischen Schicht bewirken. Gegenstand der Erfindung ist dementsprechend eine Anordnung zur selektiven Material-Entfernung von der Oberfläche eines Werkstoffs, ohne direkt hohe Spannungen an das Werkstück anzulegen. Im speziellen ist ein ärfindungegegenstand,die Rückzeretäubunge-Teohnik, um die selektive Entfernung Ton Teilen einen Oberflächen-Überzugs auf einer Halbleiter- fläche, welche dielektrisehe Orydfilme hat, zu bewirken. Gemäß Erfindung wird das WerkstüQk Ton der Kathode durch eine Isolieraoh@oht getrennt und die Kathode so abgeschirmt, daß sich die Bildung eines Glimmentladunga-Bereieha um die Peripherie des Halbleiter-Werkstücke ergibt. 8ennzeichnenderweise kann der Glimmentladunga-Bereich die form einen runden Ringe oder einer rechteckigen Schleife annehmen. Dieser Glimmentladunge-Bereich neigt zur ,Ausbreitung von der Kathodenfläche hinweg und füllt iemzufolge den zentralen Raum direkt über dem Werkstück teilweise aus. Das Ergebnis der Bildung einer kathodiechen Glimmentladung in dieser Form seranlaßt die Gaa-Ionen, die innerhalb der Vakuumkammer der Zerstäubungs-Apparatur gebildet werden, sich in den Glimmentladungs-Bereich zu begeben, dort Energie zu gewinnen und sich durch Kollision in den Raum oberhalb des Werkstücks zu bewegen und dort durch weitere Kollision mit anderen Ionen im wesentlichen senkrecht auf die Oberfläche des Werkstücke zu treffen. Es ist dieser Ionenstoß, der offenbar die Zerstäubungswirkung und die Materialentfernung vom getroffenen Stück hervorruft. So wird die Oberfläche den Halbleiter-Werkatücke bombardiert, ohne daß das Halbleiter-Stück direkt vom Nochspannungaf eld durchsetzt wird, welches in der Kathode zur 1rzeugung des Glimmentladunge-Bereiche dient. Insoweit als der Ionenstoß im wesentlichen senkrecht auf die Werkstoff-7liehe erfolgt, strebt die Nate.. rialentfernung zu einem sehr präzisen Verlauf mit einer praktisch eoharfkantigen Bchneidwirkung längs der Grenzen einer in verschiedener Weise bedeckten Oberfläche, In diesem Zusammenhang ist die Erfindung
    Fig. 4 ist ein teilweiser Querschnitt des Halb-. leiter-Werkstücks, das darunterliegenden Teils des Isolierstücks und eines Teils des tragenden Kathodenstücks: fig. 1 zeigt in schematischer form ein Vakuumgefäß 10, das von der punktierten Linie 11 umgrenzt wird. Innerhalb der Kammer und als deren Boden dient,ein Anodenstück 12, das auf Erdpotential gehalten wird. Abge- schirmt und innerhalb der Umschließung abgestützt ist ein Kathodenstück 13, welches mit einer Gleichstrom-Quelle verbunden ist, um verhältnismäßig hphe negative Potentiale in der Größenordnung von 3 bis 10 Kilovolt daran anzulegen. Schematisch werden Zuführungen 14 gezeigt, die durch den Boden der Kammer führen, um dfie Kammer durch übliche Vorrichtungen, wie Diffusions-Pumpen zu evakuieren und ferner eine Einlaß-Zeitung 15 mit geeigneten Ventilen 16 und 17. Wie von den Richtungspfeilen wiedergegeben, kann die Hauptleitung mit einer Ärgon-Gasquelle verbunden werden und die vom Ventil 17 gesteuerte Hilfeleitung mit einer Sauerstoffquelle, um schützende Oarydüberzüge zu bilden, wie weiter unten ausführlich dargelegt wird .
    44 gezeigt, der durch den Diffeusions-pn-Vb ergang 45 umgrenzt wird und einen Emitter-Bereich 469-der durch den zweiten Diffusions-pn-Übergaag 4.5 umgrenzt wird. Auf der Oberfläche der Silizium-Soheibe befindet sich eine Zage 48 aus Siliziumdioxyd, in welche Öffnungen 61 und 62 geschnitten sind, um Oberflächenteile der Basis- und Emitter-Bereiche 44 und 46 freizulegen. Ein Ohm'scher Kontakt wird am Silizium angebracht, indem man Platin auf der gesamten Oxydschicht niederschlägt und das Material auf etwa 60000 erhitzt. Dies veranlaßt eine Reaktion in der festen Phase,dia dem Legieren zwischen Platin und Silizium verwandt ist. Das Platin auf der Oxydoberfläche, das unkombiniert geblieben ist, wird dann leicht durch Behandlung der Oberfläche mit Königswasser entfernt. Stärkere Lösungen als die üblichen drei Teile Salzsäure auf ein Teil Salpetersäure können verwendet werden, um die Geschwindigkeit der Platin-Entfernung zu beschleunigen. Diese Technik hat den Vorteil, daß sie das legierte Platin unbeeinflußt läßt. Anschließend wird eine Schicht 49 aus Titan niedergeschlagen, so daß sie die Oxydechicht 48 überdeckt und Kontakt mit den legierten Oberflächen-Bereichen bekommt. Auf der Titanschicht ist eine zweite Schicht 50 aus Platin. Schließlich ist oben auf die Platin-Schicht eine dünne Schicht aus Aluminium niedergeschlagen. Mittels einer Poto-Ätztechnik wird die Aluminiumschicht unter Verwendung eines geeigneten Ätzmittels entfernt, mit Ausnahme der Elektroden-Streifen 51 und 52, die in Verbindung mit den Öffnungen zum Basis- und Emitter-Bereich stehen. Da die Aluminiumschicht verhältnismäßig dünn. ist, nämlich in der Größen4 ordnung von einigen hundert JIE, bewirkt die chemische Ätzung eine exakte Begrenzung des Musters. Als Alternative zur Bildung dieser Alunin4umstreifen können Goldstreifen gebildet werden, die von viel größerer Dicke sind. 8olohe Goldstreifen werden leicht in einem präzisen Duster erzeugt, indem man das Gold nach einer Fotoätz-Teohnik niederschlägt, welche den Streifenbereich als unbedecktes Teil der Oberfläche begrenzt. Die äbgesohiedenen Goldstreifen können zu erheblicher Dicke aufgebaut werden und liefern eine verschiedenartig bedeckte Oberfläche. Obwohl das Aluminium einen schlechten Zerstäubungs-Wirkungegrad hat und deswegen nicht wesentlich angegriffen wird, wird das Gold, wie nachfolgend beschrieben wird, zerstäubt, aber wegen seiner größeren Dicke schließlich doch widerstehen bis alles Platin und Titan entfernt worden ist. Um die Herstellung der Elektroden-Struktur des Geräts im Halbleiterstück zu vollenden, müssen die erste und zweite Metallschicht, nämlich Titan und Platin, von der Werkstück-Oberfläche entfernt werden, ausgenommen wo diese Schichten unter den Aluminiumstreifen-Elektroden 51 und 52 liegen. Gemäß Erfindung ist dies in bequemer Weise durch das Verfahren der Rückzerstäubung getan. Diese Technik ist besonders wert- voll, wenn der Abstand zwischen den Elektroden 51 und 52 im Bereich von einigen Mikron liegt. Wie im Querschnitts-Bild der Fig. 4 gezeigt, verlangt das Verfahren gemäß Erfindung eine Äluminium-Kathode 43, auf welcher das Halbleiter-Xerketüok unter Ver- wendung eines keramischen Zwischenisolators 42 mon- tiert wird.
    fundeng daB mit der gezeigten Anordnung die Hauptmenge der bombardierenden Partikel die Werkstück-Oberfläche im wesentlichen senkrecht trifft und demzufolge erzeugt die t'Sohneidwirkung" des Zerstäubungs-Berfahrens eine glattwandige Struktur, wie. durch die punktierten Linien 53 in Ug# 4 dargestellt wird. Wie in der gleichen Figur gezeigt, hat die maskierende Wirkung der Aluminium-Elektroden 51 und 52 in Verbindung mit diesem Zerstäubungs-Verfahren als Ergebnis sehr scharf begrenzte Muster auf der Oberfläche des Halbleiter-Werkstücks. Das beschriebene erfindungsgemäße Verfahren ist höchst vorteilhaft, wenn man es mit der üblichen chemischen Ätztechnik vergleicht, bei welcher die erodierende Wirkung mit unterschiedlicher Geschwindigkeit fortschreitet, wenn die Ätztiefe zunimmt. Dien begünstigt das Erzeugen von Unterschnitten oder von Querschnitten mit krummen Wänden an Stelle von präzisen rechteckigen Querschnitten. Der Wert der Rüokzerstäubungo=Technik ist besonders zu beachten, wenn das unmaskierte Gebiet eine Breite in Höhe von 0,0012 mm oder weniger hat. Pür solche Konfigurationen ist die Verwendung chemischer Itzmittel für Tiefen von mehr_als einigen tausend 23 praktisch unmöglich, soweit dem Anmelder bekannt ist. Die Wirksamkeit der hier beschriebenen Anordnung zur Bückzerstäubung von Material von einer Halbleiterober-fläche, auf welcher eine schätzende Oxydhaut ange- bracht ist, erkennt man aus dem hervorgerufenen Effekt, wenn dag hohe Kathoden-Partikel an das Werkstück selbst gelegt wird. Wenn beispielsweise die Biliziumdioxydsehicht etwa 5000 RE dick ist und die angelegte Spannung 5 Kilovolt beträgt, was beides typische Werd sind, so beträgt das an das dielektrische Oxyd angelegte Feld etwa 108 Volt je cm. Dies läßt annehmen, was auch Tatsache ist, das der stärkste Spannungsabfall innerhalb der Oxydschicht auftritt, Da die Durchbruchespannung für dielektrische Oxyde verhältnismäßig hoher Qualität etwa 107 Volt je an ist' &iist das Ergebnis so starker angelegter Felder eine Neigung zu Nadelstich-Durohbrüchen durch die Oxydhautg was natürlioh den Überzug als Schutzachicht wirksam zerstört. Gemäß Erfindung sind solche Konsequenzen durch die oben beschriebene Anordnung vermieden. Die vorstehende Rüokzerstäubungsteehnik für die selektive Entfernung von Metall kann vorteilhafterweise mit bekannten Verfahren zum Abscheiden von Überzügen durch kathodische Zeretäubung innerhalb derselben Vakuum-Kammer kombiniert werden* Insbesondere können Oxydschichten auf der Oberfläche des Halbleiter-Werkstücke in jedem gewünschten Fabrikations-Stadium hergestellt werdeng indem man kontrollierte Mengen von Sauerstoff durch die Einlaß-Zeitung unter Verwendung des Ventile 17, wie vor beschrieben, einläßta Bei den in der Fachwelt bekannten Zerstäubungs-Verfahren können beispielsweise Oxydsehichten von Aluminium auf dem Halbleiterstück niedergeschlagen werden, wenn das Kathodenteil aus Aluminium ist, So ist es klar, daß Oberflächen durch Niederschlagen von Metallen aufgebaut und im ganzen oder in Teilen entfernt oder mit dielektrischen Schichten bedeckt werden können, indem man nacheinander die Apparaturen, wie oben beschrieben, benutzt. Überdies haben die hier beschriebenen Geräte extrem gute Dauer-Stabilität, was sich einfach als Folge dessen ergibt, daß die Oxydschicht einmal mit Metall bedeckt gewesen ist. Insbesondere scheinen Geräte vom hier beschriebenen Typ, wo die Oxydechicht Material mit p-Typ-Zeitfähigkeit bedeckt und worauf die beiden Metallschichten niedergeschlagen und dann von der Oxyd-Oberfläche entfernt worden sind, eine sehr vollkommene Widerstandsfähigkeit gegen die Bildung vog Oberflächen-Kanälen im Material zu besitzen, was sonst solche Geräte unbrauchbar macht. Da die Erfindung nur an Hand einer besonderen Aueführungeform beschrieben worden ist, versteht es sioh, daß andere Anoirdnungen vom Bachmann getroffen werden könnent die gleichfalls in den Irßindungs-Umfang und -Gedanken fallen. Beispielsweise können andere Kathoden-Ausbildungen verwendet werden, sogar unter Weglassen des keramisohen Abstandsglieds, solange das Werkstock von der Kathode elektrische isoliert ist und der erzeugte Glimmentladungs-Bereich peripher angeordnet und außerhalb des Kontaktes mit dem Werkstück ist.

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