DE1923317A1 - Verfahren zum Niederschlagen eines Kontaktes auf einen Halbleiter - Google Patents

Verfahren zum Niederschlagen eines Kontaktes auf einen Halbleiter

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DE1923317A1
DE1923317A1 DE19691923317 DE1923317A DE1923317A1 DE 1923317 A1 DE1923317 A1 DE 1923317A1 DE 19691923317 DE19691923317 DE 19691923317 DE 1923317 A DE1923317 A DE 1923317A DE 1923317 A1 DE1923317 A1 DE 1923317A1
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Description

IBM Deutschland Internationale Büro-Maschinen Geselhchaft mbH
Böblingen, den 6. Mai 1969
Anmelder in :
Amtliches Aktenzeichen :
Aktenzeichen der Anmelderin
International Business Machines Corporation, Armonk, N. Y. 10 504 Neuanmeldung
Docket FI 9-67-116
Verfahren zum Niederschlagen eines Kontaktes auf einen Halbleiter
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Niederschlagen eines Kontaktes auf einem Halbleiter durch Aufdampfen im Vakuum,
Das Niederschlagen eines Metalles oder anderen elektrischen Leiters auf einem Halbleiter ist bekannt. Gute Haftung und gute Leitfähigkeit des niedergeschlagenen Metalles erhält man dadurch, daß der Niederschlag bei einer relativ hohen Temperatur erfolgt. Bei einem derartigen Niederschlagsverfahren ergibt sich jedoch meistens ein unerwünscht hoher Kontaktwiderstand. Andererseits ergibt sich eine massige Leitfähigkeit mit ungenügender Haftung beim Niederschlagen unter niedrigen Temperaturen.
FI 9-67-116
909847/Q926
Zu den den Kontakt beeinflussenden Reaktionen gehört z. B. die Legierung zwischen dem niedergeschlagenen Material und dem Material des Bereiches, auf welchem der elektrische Leiter niederzuschlagen ist. Diese Legierung kann zur Bildung sehr unterschiedlicher Alaterial- ψ zustände führen, das Ergebnis ist jedoch in jedem Falle
eine Erhöhung des Kontaktwiderstandes. Dieses ist jedoch
• nur eine von vielen Möglichkeiten, durch welche ein
höherer Kontaktwiderstand entstehen kann.
Materialien wie Gold, Silber, Molybdän, Wolfram und Aluminium haben gegenüber anderen Materialien eine relativ hohe Leitfähigkeit. Molybdän und Wolfram sind ) . bei'hohen Temperaturen relativ stabil und in Verbindung
mit ihrer guten elektrischen Leitfähigkeit natürlich ,als Kontaktmaterialien z. B. auf Halbleitern gut geeignet. Die Haftung von Molybdän auf einem Halbleiter ist bei hohen Temperaturen am besten, und zwar, wenn der Niederschlag des Molybdän bei Temperaturen über 550 - 600 C während einer längeren Zeit erfolgt, wobei aber der
BAD ORIGINAL
FI9-67-U6 . -Z-
909847/0926
Kontaktwiderstand durch die Legierungsbildung zwischen dem Molybdän und dem Halbleiter selbst zu zahllosen Problemen führt. Bei einer Form des Halbleiters wurden Löcher in die schüti ende Isolierschicht über den aktiven Bereichen geätzt und mit Platinsilikat oder Paladium silikat als erstem Kontaktmaterial wieder gefüllt. Wo der Niederschlag des Kontaktes den umgebenden Isolator, der meistens aus SiO_ besteht, überlappt, muss die Haftung an diesem Isolator ebenfalls gut sein.
Die der Erfindung zugrunde gelegte Aufgabe besteht nun darin, ein Verfahren zum Niederschlag eines Kontaktes anzugeben, das gegenüber den bekannten Verfahren bei ausgezeichneter Haftung gleichzeitig möglichst niedrige Kontaktwiderstände ergibt.
Gemäss der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Temperatur des Halbleiters beim Beginn des Niederschlages so hoch gehalten wird, daß sich eine gute Haftung des Kontaktmaterials ergibt und daß nach einer Zeit, die zu kurz ist, als daß wesentliche Mengen des Kontaktmaterials mit dem Halbleitermaterial reagieren könnten, die Temperatur des Halbleitermaterials während des Aufdampfens auf einen Wert herabgesetzt -.vird, der beim weiteren Niederschlag eine Reaktion zwischen Kontakt und Halbleitermaterial nicht
909847/0 926
BAD HAL
gestattet.
Eine erfindungsgemässe Ausgestaltung des Verfahrens besteht darin, daß zum Aufdampfen im Vakuum Molybdänpentachlorid mittels Wasserstoff reduziert wird, um einen Niederschlag von Molybdän zu erzeugen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich dadurch, daß die Halbleiteroberfläche vor dem Aufdampfen mit Platinsilikat bedeckt wird,
daß die erste Temperatur des Halbleiters 575 - 625 · C und die zweite 475 - 550° C beträgt,
daß die erste Temperatur bei 600 C und die zweite bei 525 C liegt,
daß die Molybdänschicht 0, 5 - 1 micron beträgt,
daß die Halbleiteroberfläche vor dem Aufdampfen mit Palladiumsilikat bedeckt wird.
Schliesslich ist es vorteilhaft, wenn als Kontaktmaterial Molybdän oder Wolfram verwendet wird.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit Beispielen für zu verwendende Materialien und Temperaturen näher erläutert.
Fi 9-67-Π6 909847/092i6
Als Grundkontaktmaterial für einen Ohmschen Kontakt wi rd vorzugsweise Molybdän verwendet. Bei dem Versuch, einen Molybdänkontakt an einem Platinsilikat- oder Paladiumsilikatkontakt auf einem aktiven Bereich eines Siliciumplättchens herzustellen, stellt man fest, daß man eine sehr gute Haftung des Molybdäns am Plati'nsilikat und dem umgebenden Isolator aus SiO oder Si N oder anderen Oxyden oder Nitriden erzielt, wenn man das Substratplättchen auf eine Anfangstemperatur im. Bereich zwischen 575 und 625 C, vorzugsweise aber 600 C erwärmt,
FI 9-67-116 -5-
909847/0926
Als Grundkontaktmaterial für einen Ohmschen Kontakt wi rd vorzugsweise Molybdän verwendet.
Bei dem Versuch, einen Molybdänkontakt an einem Platinsilikat- oder Paladiumsilikatkontakt auf einem aktiven Bereich eines Siliciumplättchens herzustellen, stellt man fest, daß man eine sehr gute Haftung des Molybdäns am Platinsilikat und dem umgebenden Isolator aus SiO. oder Si_M.
Z 3 4
oder anderen Oxyden oder Nitriden erzielt, wenn man das Substratplättchen auf eine Anfangs temperatur im Bereich zwischen 575 und 625 C, vorzugsweise aber 600 C erwärmt,
Fi 9-67-116 909847/0 92%
Aus der obigen Beschreibung der Beispiele für Platinsilikat oder Paladivu isilikat können bestimmte allgemein gültige Punkte.für dieses zweistufige.Verfahren abgeleitet werden. Die Anfangetemperatur muss so hoch gewählt werden, dass eine gute* Haftung zwischen dem niedergeschlagenen elektrischen Kbntaktmaterial und dem % , Material entsteht, welches den Bereich auf dem Substrat umfasst, auf welchem das Metall niedergeschlagen wird. Die Zeitdauer des Niederschlages bei dieser ersten Temperatur muss so gewählt werden, dass keine den Kontakt beeinträchtigenden Reaktionen auftreten.
Die Temperatur muss dann auf einen zweiten niedrigeren Wert gesenkt werden, bei welchem der Niederschlag bis
cum Schluss fortgesetzt wird. Die Zeit dieses Nieder- |
Schlages bei der zweiten niedrigeren Temperatur ist so
su wählen, dass das elektrische Kontaktmaterial sich in
ausreichender Dicke niederschlagen kann und sie auf der anderen Seite doch nicht ausreicht, dass den Kontakt beein- ■ trächtigende Reaktionen zwischen dem anfänglich niedergeschlagenen elektrischen Kontaktmaterial und dem den
FI 9-67-116 -T-
■ 9098 A 7/0926
Niederschlagsbereich umfassenden Material auftreten können. Diese .Te mperaturen hängen natürlich von dem verwendeten Material ab.
Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel für den Niederschlag von Molybdän auf Platinsilikat Verhindert die reduzierende Umgebung der Molybdän-Pentachlorid-Reaktion eine Oxydation. Die Einführung von Stickstoff oder Sauerstoff in dieses System wirkt sich nachteilig aus und ist zu vermeiden. Schnitte von nach dem Verfahren hergestellten Kontakten zeigen ausgezeichnete elektrische Kontakte zwischen dem niedergeschlagenen Molybdän und .· dem Platinsilikat ohne sichtbare Legierung der beiden Materialien und eine ausgezeichnete Leitfähigkeit des niedergeschlagenen Molybdäns. Das wichtigste Merkmal des obigen Ausführungsbeispieles der Erfindung allgemein besteht darin, dass keine den Kontakt beeinflussende Reaktion auftreten kann. Dadurch ergibt sich ein sehr niedriger Kontaktwideretand, der bisher immer nur mit grossten Schwierigkeiten zu erzielen war.
FI 9-67-116 . ~8-
■ · · ORIGINAL !MSPEGTfD 909847/092 6
Die Kerneffekte des ersten Niederschlages bei einer
hohen Temperatur scheinen ausserdem die Leitfähigkeit der nachfolgend aufgeschlagenen Materialien so zu beeinflussen.dass der resultierende Film eine bessere Leitfähigkeit aufweist, als dies beim Arbeiten ausschliesslich mit der niedrigeren Temperatur der Fall ist, wie es bisher üblich war. Die Ursachen dieses Effektes wurden bisher nicht einwandfrei festgestellt. ·
Bei den bisher üblidhen Verfahren lag der Kontaktwiderstand von auf Platinsilikatkontakten auf einem Emitter- und einem Basisbereich niedergeschlagenem Molybdän bei ungefähr 0, 5 Ohm bei einem N -Emitter- und bei
+·
6 Ohm auf einem P -Basiskontakt für eine Kontaktbohrung von ca. 0, 05, mm Durchmesser und einer Niederschlags-
o
temperatur von 525 . Die Haftung bei dieser Temperatur lag an der Grenze. Bei einer Niederschlagstemperatur . ·
•o
von 575 C war die Haftung besser, der Kontaktwiderstand jedoch hoch,und es lagen Anzeichen für Legierung im Kontaktbereich vor. Widers'tandsmessungen wurden
FI 9-67-116 . -9- ORIGiNALlNSPECTED
909 8 47/0926
mit dem · Vierpunktverfahren durchgeführt. Mit dem vorliegenden Verfahren pind die in unten stehender Tabelle aufgeführten Ergebnisse zu erzielen. Ein Vergleich mit Emitter- und Basiskontakten, die nach dem bisherigen verfahren hergestellt wurden, zeigt eine
• ■ I
gute Haftung.
Hohe ' Niedere Dicke in
Temp. Temp, microns
600°C ". 525°C 0.6
575°C . 500°C 0.6
575°C 500°C 0.6
575°C " 500°C 1.5' .
575°C 500°C - ' 0.6
575°C . 500°C 1.3.
Emitter R Basis. R
0. 12
0. 13
0.13
0. 11
0.10 *
0. 09 ohm 6. 6 ohm
7.0 5. 8 5.3 5.7 5.4
ORIGINAL !HSPEGTED
FI 9-67-116
9ÖT9
-10-Λ0 92 6

Claims (8)

  1. Patentansprüche
    JH
    Verfahren zum Niederschlagen eines Kontaktes auf einem Halbleiter durch Aufdampfen im Vakuum, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Halbleiters beim Bf ginn des Niederschlages so hoch gehalten wird, daß sich eine gute Haftung des Kontaktmaterials ergibt und daß nach einer Zeit, die zu kurz ist, als daß wesentliche Mengen des Kontaktmaterials mit dem Halbleitermaterial reagieren könnten, die Temperatur des Halbleitermaterials während des Aufdampfens auf einen Wert herabgesetzt wird, der beim weiteren Niederschlag eine Reaktion zwischen Kontakt und Halbleitermaterial nicht gestattet.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dafi zum Aufdampfen im Vakuum Molybdänpentachlorid mittels Wasserstoff reduziert wird, um einen Niederschlag von Molybdän zu erzeugen.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiteroberfläche vor dem Aufdampfen mit Platinsilikat bedeckt wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Temperatur des Halbleiters 575-625 C
    FI 9-67-116 -11-
    909847/0926
    beträgt.
    4L
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
    daß die erste Temperatur bei 600 C und die zweite
    bei 525 °C liegt.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Molybdänschicht 0, 5 - 1 micron beträgt.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiteroberfläche vor dem Aufdampfen
    mit Palladium Silikat bedeckt wird.
  8. 8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kontaktmaterial Molybdän oder Wolfram verwendet wird.
    909847/0926
    FI 9-67-116 -12-
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GB2128636B (en) * 1982-10-19 1986-01-08 Motorola Ltd Silicon-aluminium alloy metallization of semiconductor substrate
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GB1244903A (en) 1971-09-02
US3574680A (en) 1971-04-13
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CH486773A (de) 1970-02-28
NL6906649A (de) 1969-11-11

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