DE1589975C3 - Verfahren zum Herstellen von Kontaktmetallisierungen bei Halbleiterbauelementen - Google Patents

Description

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schließenden Verfahrensschritt überschüssige Metall- spielen an Hand der unten aufgeführten Zeichnungen

schichtreste durch Abbürsten bzw. Abwaschen von hervor. Es zeigt

der Halbleiteroberfläche entfernt werden. Auch bei Fig. 1 ein Diagramm der Verfahrensschritte eines Anwendung dieses Verfahrens haben sich Übergangs- bevorzugten Verfahrens nach der vorliegenden Erwiderstände zwischen Zuleitungen und Halbleiter- 5 findung,

zonen gezeigt, die nicht allen Anforderungen voll ge- F i g. 2 eine Draufsicht auf einen entsprechend

nügen konnten. F i g. 1 gefertigten Metallkontakt,

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Ver- Fig. 3 eine Querschnittsdarstellung genommen fahren zum Herstellen von Kontaktmetallisierungen entlang der Geraden 3-3 der F i g. 2. an Halbleiterzonen anzugeben, das zu thermischen io -.*In den Fig. 2 und 3 ist ein mit einer Schutzschicht und elektrischen Übergangswiderständen führt, die 12 bedeckter Halbleiterkörper gezeigt. Diese Schutzwesentlich kleiner sind als bisher festgestellte und schicht kann durch bekannte thermische Oxidationszum anderen auch bei Kontaktlöchern mit sehr verfahren, z. B. durch pyrolithische Abscheidung von ■ kleinem Durchmesser eine außergewöhnlich gute Silicium, durch anodische Oxidation usw. auf dem Kontaktierung zwischen Elektrode und Halbleiter 15 Halbleiterkörper erzeugt werden. Die Schutzschicht gewährleistet, so daß das Auflösungsvermögen der dient als Diffusionsbarriere und als elektrischer Isoauf einer Halbleiterscheibe unterzubringenden Lei- lator zwischen dem Halbleiterkörper und den die tungsführungen erheblich gegenüber bisher erhöht Zwischenverbindung herstellenden Metallschichten, werden kann. ....... ■., welche anschließend auf die Schutzschicht 12 aufge-

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch ge- 20 bracht werden. ;: ..."

löst, daß in einem entsprechenden elektrodenlosen : Die Schicht 12 kann aus geeigneten isolierenden

Plattierungsverfahren ausschließlich auf die Silicid- Schutzschichten beispielsweise aus Siliciumdioxid,

bereiche, Schichten eines hochschmelzbaren Metalls Siliciumnitrid oder ähnlichen Materialien bestehen, in einer Stärke von mehreren tausend Ä niederge- Zum Herstellen: von elektrischen Kontakten sind

schlagen werden, um hierauf in einem abschließen- 25 Öffnungen in der Schutzschicht 12 vorgesehen, durch

den Verfahrensschritt die hiermit in Verbindung die vorgesehene Bereiche des Halbleiters für eine

stehenden Leiterbahnen durch Auf dampf verfahren Kontaktierung zugänglich gemacht werden. Diese

anzubringen. Durchbrüche besitzen eine Weite in der Größenord-

Diese Leiterbahnen weisen im Bereich der Kon- nung von μνη.

takierungslöcher auf der Halbleiterscheibe jeweils 30 Wie oben erwähnt, soll nunmehr in diesen Öffnuneine Dicke auf, die jeweils dem Kontaktlochdurch- gen und um den Öffnungsrand herum ein Metallkonmesser entspricht. Zur besseren Wärmeabfuhr jedoch takt gebildet werden, wobei die Herstellung dersind außerhalb der genannten Bereiche die Leitungs- artiger Metallisierungen die Leistungsfähigkeit herzüge wesentlich erweitert, um eine bessere Wärme- kömmlicher Photogravüretechnik überschreitet. Die abstrahlung zu erreichen. 35 Durchbrüche selbst können in der Schutzschicht 12 Es hat sich gezeigt, daß der Übergangswiderstand mittels eines Standard-Photomaskierungsverfahrens zwischen Halbleiterzone mit Leiterbahnen gegenüber mit anschließender chemischer Ätzung oder mittels bisherigen KontaktmetalHsierungen um eine Größen- Abtragung durch Kathodenzerstäubung unter Zuordnung herabgesetzt werden kann, weil bei Anwen- hilfenahme einer Maske eingebracht werden entdung des erfindungsgemäßen Verfahrens keine durch- 4° sprechend dem ersten Verfahrensschrit 14 im Vergehende Palladium-Aluminium-Legierung entsteht. fahrensschrittdiagramm nach F i g. 1;: ;t ■ ν) , '. Außerdem zeigt sich, daß im Gegensatz zu den in Entsprechend dem nächsteh yerfahrensschritt 16 einem Zuge Palladium, Platin oder Molybdän auf- wird mittels einer mit Gleichstrom ausgeführten Katragenden Verfahren kein höherer Verfahrensauf- thodenzerstäubung eine. Metallschicht niedergeschlawand zur Umwandlung in das entsprechende Silicid 45 gen., Diese, kann auch durch: Verdampfung mittels und zur Entfernung der überflüssigen Metallisierung Elektronenstrahl oder andere geeignete; Maßnahmen auf der Schutzschicht erforderlich: ist'r' * ^ erzeugt;" werden, wobei, diese. Schicht : durch ί die: In vorteilhafter Weiterbildung des Verfahrens ge- öffnungen bis auf den Halbleiterkörper selbst; reicht maß der Erfindung ist weiterhin vorgesehen,, daß· sowie sich_: über einen Teil der randnähen Schutzauf in den Kontaktlöcherri zunächst gebildete Pia- 50 schichterstreckt;^; . , ? ■■.>_:ih i'a^rnnis::.! au-:'u.-:■;:;:..;:■ tinsilicidbereiche Palladium ^tt als-Schicht hoch- Das Jvletällimuß'guteädhäsive Eigenschaften⁵ beschmelzbaren Metalls niedergeschlagen wird und daß züglich des Halbleitermaterials aufweisen' und es muß die hiermit in Verbindung stehenden Leiterbahnen in der: Lage sein,: nach, genügender;Erhitzung-einen durch anschließendes Aufbringen von Aluminium, ausreichenden ohmschen: Kontakt auf/ dem Halb-Molybdän oder; einer Doppelschicht,',bestehend, aus 55, leiterkörperί zu; bildend Beispiele^für-fMetalle; die Molybdän und Kupfer, gebildet werden. diese: Bedingungen; erfüllen,; sindä: Platin, J Palladium Zusammenfassend läßt sich sagen, daß mit der und Mölybdän/fe; iWßK ^!hswb' -avuS. π 1; Erfindung ein /Verfahren bereitgestellt, wird, das:bei SEin ohmscher Kontakt aus Platinsilicid kariiF'z.- B. ί monolithisch ,integrierter, Schaltungstechnik ΐη,Αη-;; durch Erhitzen eines Siliciumoberflächenbereiches er-^! wendung_; hoher, Packungsdichten den .Widerstand; zuj 60; zeugt: werden ■, wobei die Dickenabmessung der so er-Kpntakten an;Halbleiterzonen;so klein wie= möglich; stellten■ Platinschicht wenige 100 A^ beträgt^^^ Hierbei halten kann,.wobei eine gute Wärmeabfuhr gewährr erfolgt:die Erhitzung auf eine Temperatur zwischen leistet ist, so, daß der Aufwand sowohl für den Lei-_i; 500 und 700?.O: für; eine Zeitivoni'einigen" Minuten stungsbedarf als auch für Wärmeableitung auf ein; im Hochvakuum.· Bei Benutzung- anderer geeigneter verträgliches und, zufnedensteHendes Maß gehalten 65 Metall-Halbleiterkombinationen sind^ die genannten werden kann. .3 .fuk;. ;,: ί i,J η ^,jiΪλ ,;_;; : ' - Daten natürlich entsprechend^fcder ^vorliegenden^ Weitere Einzelheiten der Erfindung gohen aus der_; wechselseitigen_;; Legierungscharakteristiken;:; abzunachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbei- ändern.-·: _:Γ. :r::;^:vv- r η-ί;·-■-■":>h^;.r-·■ '■■?- : ^;

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Der nächste Verfahrensschritt 18 besteht darin, das eigneten Metall, beispielsweise aus Molybdän oder Metall selektiv von der Schutzschicht zu entfernen, aus einer Wechselbeschichtung aus Kupfer und Mowobei lediglich die Bereiche der ohmschen Kontakt- lybdän, Chrom und Kupfer, Molybdän i|jd Kupfer schicht 30 verbleiben, welche den Halbleiterkörper oder Molybdän und Gold, bestehen. Das im ersten innerhalb des Bereiches der schmalen Öffnungen der 5 Alternatiwerfahren benutzte Ätzmittel hängt natür-Schutzschicht 12 bedecken. Dies kann erreicht wer- lieh von dem speziellen Metall, welches geätzt werden entweder durch die Benutzung eines Ätzmittels, den soll, ab.
beispielsweise durch Königswasser im Falle von B eis Di el"
Platin oder Palladium oder durch mechanisches

Schwabbeln. Hierbei wird das chemische Ätzver- io Es wurde ein Transistor mit einer verlängerten

fahren vorzuziehen sein, weil das mechanische Emitterzone 50 innerhalb einer Basiszone 52 entspre-

Schwäbbeln dahin tendiert, Rückstände des Metalles chend der in Fig. 2 und 3 gezeigten Konfiguration :

über die ohmschen Kontaktflächen zu verschmieren, hergestellt. Kontaktöffnüngen mit einer Weite, von

wodurch Schäden innerhalb der ohmschen Kontakt- 2,5 · 10-³mm, einer Länge von 4,2 · 10-²mm und

schichten entstehen können. 15 mit einem Abstand von 2,5 · 10~³ mm wurden durch

Der nächste Verfahrensschritt 20 besteht im Auf- die Siliciumdioxidschutzschicht zum Zwecke der Konbringen einer zweiten Metallschicht 32 über die ohm- taktierung der Emitter-und Basiszone entsprechend sehen Kontakte 30. Dies kann z. B. durch Elektro- der Fig. 2 geätzt. Das Halbleiterbauelement wurde plattierung oder durch chemische bzw. elektrodenlose unter einen Rezipienten gebracht und dieser auf Plattierung bewerkstelligt werden. Die chemische 20 einen Druck von 5-1Ö~⁵Torr"evakuiert. Mittels eines oder elektrodenlose Plattierung wird vorgezogen, weil Elektronenstrahles wurdefPlatin in Richtung auf das hierbei keine elektrischen Kontakte zu den sehr Halbleiterbauelement mit einer Rate von 50 A/Mischmalen ohmschen Kontaktgebieten zum Zwecke nute verdampft, wodurch eine Platinschicht von etwa des eigentlichen Niederschlages vorausgesetzt werden 300 A Dicke sowohl über den Öffnungen als auch müssen. ^ ν *5 über der Schutzschicht niedergeschlagen wurde. Der' ί

Die zweite Metallschicht 32 wird lediglich auf die ohmsche Kontakt aus Platin wurde durch anschlie-

ohmschen Kontakte 30 niedergeschlagen wegen des ßendes Erhitzen der Plätinschicht im Vakuum bei

Vorhandenseins der Schutzschicht 12, die nicht me- etwa 2 -.10^-6 Torr bis 5 · 1O^-6Torr während einer

tallischer Natur ist und die als Unterlage für eine Dauer von 5 Minuten bei einer Temperatur von etwa

elektrodenlose Niederschlagung nicht geeignet ist. 30 500° C hergestellt. Die Temperatur wurde dann redu-

Diese Metallschicht dient dazu, den Widerstand ziert und das Halbleiterbauelement der Vakuumder ohmschen Kontakte zu erniedrigen, der wegen kammer entnommmen. Das Platin wurde anschlieder außerordentlichen Schmalheit der ohmschen ßend von der Siliciumdioxidbeschichtung durch EinKontakte und der aufeinanderfolgend angebrachten tauchen des Halbleiterkörpers in Königswasser entfingerähnlichen Fortsetzungen der äußeren Metall- 35 fernt. Hierbei blieb lediglich das Platinsiücid innerkontakte an sich hoch ist. halb der Kontaktöffnüngen zurück.

Obwohl zu erwarten wäre, daß bei zunehmender Es wurden etwa 4000 Ä Palladium elektrodenlos

Dicke der ersten Metallschicht 30 sich eine Verklei- auf die ohmschen Kontakte aus Platinsilicid durch

nerung des Widerstandes einstellt, wurde gefunden,' Benutzung folgender Plattierungslösung niederge-

daß dies nicht mit anderen Herstellungsverfahren 4° schlagen (eine ähnliche Plattierungslösung wird in

und mit wünschenswerten Bauelementeigenschaften der US-PS 32 74 022 beschrieben):
verträglich ist. Die größere Dicke der ersten Metallschicht 30 würde den ohmschen Kontakt mit einer

Metallschicht bedecken, die dann notwendigerweise Lösung A:

einem weiteren chemischen Ätzschritt ausgesetzt wer- 45 Palladiumchlorid 7,17 Gramm/L

den müßte, um die erste Metallschicht von der' Ammoniumhydroxid(Lö-

Schutzschicht V2.v/zxL entfernen. Weiter erhöht eine sung) 390 cm³/L

größere Dicke der ersten Metallschicht die Gefahr '\'i

eines Kurzschlusses der Vorrichtung wegen der Das Dinatriumsalz der (EDTA)

exzessiven Legierung mit dem Halbleitermaterial.⁵ -50

Schließlich wird die dritte Metallschicht önt- ^; Äthylendiammtetraessig- "

sprechend dem Verfahrensschritt 22: aufgebfacht. } saure 34 Gramm/L _;i

Dies kann entweder durch einen Metallniederschlag - _n.

über die gesamte Fläche und einen anschließenden Lösung B:

subtraktiven ÄtzprÖzeß oder durch selektive Metalli- 55 Hydrazinsulfat 13 Gramm/L

sierüng mittels einer g^igneten Maske durchgeführt - werden; Eine derartige Maske müßte eine ausreichende Abbildung!der!äußeren; Leiterbahnen40 Die Lösungen wurden unmittelbar vor Gebrauch mit den ;fi>gerartigetf ; in einem Verhältnis von 25cm³ LösungA zu 1 cm³· wobei, diese: einen %, schmalen Bereich^ derJMetalll-- 60^ Lösung B gemischt und auf eine Temperatur von schicht 32 und^ desi darunteriiegenden> Kontaktes 30 50° C erhitzt. Das Halbleiterbauelement wurde dann" Überdecken.:b)e;hierzu benutzte Maske:'kännieht-" in das elektrodenlose Plattierungsbad gebracht, wo-; weder, auf die Oberfläche des Plättchens in Form nach sich der Palladiumfilm mit einer Rate von etwa eines Photoresists oder ,einer Metallbeschichtung auf- i 1000 Ä/Minute bildete.

gebracht werden;; wobei sie dann jedoch dicht¹ am 65- " Die Anwendungsdauer des elektrodenlosen Plattie-

Plättchenaniiegetf'soUte^i'Ä^ rungsbades betrug etwa 4Minuten. Das Halbleiter-

Die dritte: niederzuschlagende' Metallschicht kann bauelement wurde dann zum Aufdampfen einer AIu-

aüch aus Aluminium oder irgendeinem anderen ge- miniunischicht von etwa 5000 A Dicke in eine Vaku-

umkammer gebracht. Die äußeren Leiterbahnen 40 mit den kurzen fingerartigen Fortsätzen 42 wurden dann mittels einer Photoresistmaske und subtraktiven Ätzens mit einer Standardätzlösung aus Phosphor-Salpeter- und Essigsäure erstellt. Die Messung ergab

für den Flächenwiderstand der auf das Halbleiterbauelement aufmetallisierten Schicht einen Wert von 0,2 Ω/Π im Vergleich mit etwa 2 Ω/Q für Halbleiterbauelemente, welche keinen Gebrauch von der zweiten Palladiumschicht machen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

WW3/U5

Claims (2)

1 2 tives Ätzen der aufgebrachten Metallschicht unter Patentansprüche: : Benutzung einer von der Technologie der Photo gravur her bekannten Maskierungstechnik auf der

1. Verfahren zum Herstellen von Kontakt- Oberfläche des Halbleiterplättchens das gewünschte metallisierungen auf Zonen eines mit einer iso- 5 Leitungsmuster herzustellen. Dieses Vorgehen war so lierenden Schutzschicht überzogenen Silicium- lange zufriedenstellend, wie die Kontakte eine Halbleiterbauelements, indem entsprechend in größere Abmessung besaßen. Durch die außerordentder Schutzschicht angebrachte Kontaktlöcher zu- lieh geringe Abmessung der durch Diffusion erzeugnächst mit Silicid eines hochschmelzbaren Me- ten Emitterzone jedoch und durch den außerordenttalls, wie Platin, Palladium, Molybdän, zum An- io lieh kleinen Abstand zwischen Basis und Emitterschluß an die auf der Schutzschicht anzubringen- kontakt wurde es erforderlich, daß die Photomasken den Leiterbahnen über eine weitere aufgebrachte außen extrem dünne Linien aufweisen, die durch Metallschicht gefüllt werden, dadurch ge- ebenfalls sehr schmale Abstände getrennt sind. Unter kennzeichnet, daß in einem entsprechen- diesen Umständen ist die Qualität der Maske den elektrodenlosen Plattierungsverfahren aus- 15 schlecht. Weiterhin ergeben sich gewisse Abweichunschließlich auf die Silicidbereiche Schichten eines gen und Differenzen während des Metallätzprozesses hochschmelzbaren Metalls in einer Stärke von auf Grund von Uberätzungsvorgängen, wodurch· der mehreren 1000 A niedergeschlagen werden, um sehr geringe Abstand zwischen Basis- und Emitterhierauf in einem abschließenden Verfahrens- kontakten schwierig zu kontrollieren ist.

schritt die hiermit in Verbindung stehenden 20 In einer Veröffentlichung von M. P. Lepselter:

Leiterbahnen durch Aufdampfverfahren anzu- »Eng. Services on Transistors«, Kapitel »Beam Lead

bringen. Devices«, S. 23 bis 29, Bell Telephone Labs. Inc.,

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- New York, 1965, ist ein Verfahren beschrieben, um kennzeichnet, daß auf in den Kontaktlöchern zu- sogenannte Beam-Lead-Halbleiterbauelemente herzunächst gebildete Platinsilicidbereiche ■ Palladium 25 stellen. Hierzu wird zunächst ein Halbleiter mit einer als Schicht hochschmelzbaren Metalls nieder- Schutzschicht wie Siliciumdioxid überzogen, um angeschlagen wird und daß die hiermit in Verbin- schließend oberhalb von zu kontaktierenden Zonen dung stehenden Leiterbahnen durch anschließen- Kontaktlöcher hierin einzuätzen. Anschließend wird des Aufbringen von Aluminium, Molybdän oder die gesamte Oberfläche mit einer Platindünnschicht von einer Doppelschicht, bestehend aus Molybdän 30 überzogen und erhitzt, so daß in den Kontaktlöchern und Kupfer, gebildet werden. Platinsilicid entsteht. Durch Ätzen wird dann überschüssiges Platin auf der Oxidoberfläche entfernt, so

daß lediglich Silicid in den Kontaktlöchern verbleibt.

Die gesamte Oberfläche wird dann mit einem Titan-35 film und darüber einem zweiten Platinfilm überzogen.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Der so gebildete obere Platinfilm dient als Unterlage Verfahren zum Herstellen von Kontaktmetallisierun- für aufzubringende Goldleitungszüge, um die in den gen auf Zonen eines mit einer isolierenden Schutz- Kontaktlöchern gebildeten Elektroden mit elekschicht überzogenen Siliciüm-Halbleiterbauelements, frischen Leitungsanschlüssen zu versehen bzw. Verindem entsprechend in der Schutzschicht angebrachte 4° bindungsleitungen zu erstellen. In einem abschließen-Kontaktlöcher zunächst mit Silicid eines hoch- den Verfahren werden dann die überschüssigen obeschmelzbaren Metalls,.wie Platin, Palladium, Molyb- -ren Platinfilmbereiche: und Titanfilmbereiche zwidän, zum Anschluß an die auf der Schutzschicht an- sehen den aufgebrachten Goldleitungszügen durch zubringenden Leiterbahnen über eine weitere auf- Ätzen entfernt. "
gebrachte Metallschicht gefüllt werden. 45 Dieses Verfahren besitzt den Nachteil, daß zur

Der Entwurf moderner, schnell arbeitender Halb- Kontaktierung""der Elektroden¹ ein Kompromiß geleiterbauelemente macht es erforderlich, die Ab- schlossen werden muß, weil die unmittelbar auf die messungen der Zonenübergänge relativ klein zu hai- . _: Sjlicidfilme in den_: Kontaktlöchern aufzubringende ten. Ein typisches Halbleiterbauelement erfordert, J metallischeSchichtaußerdem eine gute Haftung mit daß die Emitterzone außerordentlich schmal ist und 5° dem Siliciumoxid gewährleisten' muß. Das hierfür eine im Vergleich _r hierzu große Längenabmessung vorgesehene Titan stellt aber nicht eine vorteilhafte aufweist. Weiterhin ist es wesentlich, daß die Basis- Elektrodensubstanz dar, weder in Hinsicht auf elekkontakte, welche parallel zu den Emitterkontakten irische noch auf thermische Leitfähigkeit. Außerdem verlaufen; an beiden verlängerten Seiten gelegen sind, muß in einem zusätzlichen Verfahrensschritt über- und zwar so nahe wie möglich an den Emitterkon- 55 schüssiges Elektrodenmaterial von der Halbleitertakten, oberfläche entfernt werden, ΐ Ui -i/ .

Die Herstellung derartiger Halbleiterbauelemente In einem aus der US-Patentschrift 3 231421 bewurde zunehmend schwieriger infolge der Begren- kanntgewordenen Verfahren wird zunächst Pallazungen, die auf Grund der zur Zeit weitgehend be- i diüm und Aluminium nacheinander sowohl über die nutzten Technologie der Photogravur bestehen. ^60 Schutzschicht einer Halbleiterscheibe als auch in die

Das zur Zeit meist benutzte Verfahren zur Her- hierin eingebrachten Kontaktlöcher aufgetragen, so stellung von Metallkontakten auf Emitter- und Basis- daß in einem darauffolgenden Erwärmungsverfahzonen von Halbleiterbauelementen besteht darin, zu- rensschritt sowohl untereinander eine Legierung als nächst die gesamte Oberfläche des Halbleiterplätt- auch eine Palladium-Silicidschicht gebildet wird. Bei chens, in welchem durch Diffusionsvorgänge ein oder 65 Anwendung dieses Verfahrens ist zwar keine übermehrere aktive und/oder passive Bauelemente er- mäßige Haftung zwischen aufgebrachter Aluminiumzeugt wurden, mit einer dünnen, metallisch leitenden Palladiumschicht auf der Siliciumdioxidschicht fest-Schicht zu versehen und anschließend durch selek- zustellen, jedoch müssen auch hier in einem ab-