DE2054069A1 - Verfahren zur Metallisierung von Halb leiterbauelementen - Google Patents

Description

7096 - 70 Kö

RCA 62 468

U.S.Serial No. 873 299

Filed November 3, 1969

RCA Corporation New York, N.Y. V.St.A.

Verfahren zur Metallisierung von Halbleiterbauelementen.

Die Erfindung betrifft die Metallisierung von Halbleiterbauelementen und bezieht sich speziell auf ein Verfahren zur Herstellung direkter ohmscher Kontakte mit einem Halbleiter, ohne daß dabei ein Metall nach seiner Aufbringung gesintert wird. Ein solches Verfahren ist von besonderem Nutzen in der sogenannten LSI - Technik, d.h. bei integrierten Großschaltungen, wo mehrstufige Metallisierungsschemen erforderlich sind.

Ein fUr die Bildung ohmscher Konfakte tauglicher Metallbelag eines Halbleiterelements muß bestimmte Eigenschaften aufweisen. Einmal muß das Metall ein guter elektrischer Leiter sein. Weiterhin muß es einen niederohmigen Kontakt zum Halbleitermaterial herstellen. Ausserdem muß der Metallfilm haftend und gleichmässig auf die Oberflächenkonturen des Bauelements aufgebracht sein. In Fällen, wo das Bauele-

- 2 -1 098?1/1780

_ ο —

ment eine Passivierungsschicht aus Siliziumoxyd mit Öffnungen zum Eindiffundieren von Fremdatomen und zur Herstellung von Kontakten mit dem Halbleiterkörper aufweist, muß sich das Metall gleichmässig an den steilen Kanten dieser Öffnungen niederschlagen. Zusätzlich muß der MetaI!niederschlag mit der Zeit beständig bleiben und die oben genannten Eigenschaften unter einer Menge elektrischer Bedingungen und Umweltbedingungen beibehalten.

Früher mußte der Metallniederschlag gesintert werden, wenn man einen ohmschen Kontakt zwischen Metall und Halbleiter erreichen wollte. Silizium - Halbleiterelemente besaßen eigentümlicherweise eine am Grund der Kontaktöffnungen zurückbleibende dünne Schicht aus Siliziumoxyd, und so war es nötig, die Bauelemente auf eine ziemlich hohe Temperatur zu erwärmen, damit das Metall das Oxyd durchdringen und mit dem darunter befindlichen Halbleiter eine feste Lösung bilden konnte. Im einzelnen hat man die meisten Halbleiterbauelemente dadurch metallisiert, daß man einen Aluminiumfilm auf ihre Oberfläche aufdampfte und dann bei einer Temperatur zwischen 250 C und 550 C sinterte, um den nötigen ohmschen Konfakt zwischen Metall und Halbleiter herzustellen. Die Erwärmung der Bauelemente war für das Metall schädlich, und zwar insbesondere für Metalle wie Aluminium, die bei niedrigen Temperaturen rekristallisieren. Bei diesen Bauelementen ist das Aluminium vollständig rekristallisiert, denn seine Rekristallisierung beginnt bei einer Temperatur von 150 C, die wesentlich geringer ist als die Sintertemperatur. Ein Sintern oberhalb der Rekristallisierungstemperatur des Metalls hat eine Menge schädlicher Wirkungen. Erstens wächst die Korngröße der den Film bildenden Kristallite beträchtlich.

109871/1780

Dies hinwiederum führt zu Stromkreisunterbrechungen in den betreffenden Zonen. Diese Situation wird noch verschlimmert durch die notwendige ansehtiessende Festlegung von Mustern im Metall mifhilfe der bekannten Photolithographic - und Ätzverfahren. Der Photolackschutz ist schlecht fUr große Körner, die an steilen Kanten vorstehen, sodaß die chemischen Ätzmittel unter den Photolack sickern und das Aluminium von den steilen Kanten abfressen.

Zweitens vergrößert sich der spezifische Widerstand des Metalls beträchtlich, wenn es einer oxydierenden Umgebung ausgesetzt wird. Die Korngrenzen des Aluminiums oxydieren leicht. Auch sind die großen Körner schlecht geordnet. Der spezifische Widerstand der Filme kann daher um einen Faktor von 3 bis 8 größer sein als der spezifische Widerstand von reinem Aluminium im ■massiven'

Drittens hat die Rekrisfallisierung des Metalls ein Anwachsen von Buckeln, von an der Oberfläche abspringendem Korngrat und von ähnlichen morphologischen Erhebungen an der Oberfläche des Bauelements zur Folge. Die Buckel und andere Oberflächenerhebungen erschweren eine Mehrstufen Metallisierung besonders. Auch wird eine mehrstufige Aluminium-Metallisierung weiterhin behindert, weil die erste Metallschicht auf ihrer Oberfläche stets eine dünne Haut von thermisch gebildetem Aluminiumoxyd aufweist. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit, daß die nächste Metallschicht ebenfalls gesintert werden muß, um ohmsche Kontakte zwischen den Metallschichten herzustellen. Bei der folgenden Sinterung rekristallisiert das Metall weiterhin, wodurch die oben beschriebenen schädlichen Wirkungen noch verschlimmert werden.

109821 /17B0

-A-

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Oberfläche des Halbleiterbauelements durch die Zerstäubungswirkung einer Hochfrequenz-Glimmentladung geschliffen, um Verunreinigungen von der Oberfläche des Bauelements zu entfernen. Während die Glimmentladung aufrechterhalten wird, wird anschliessend ein Metallfilm auf die gereinigte Oberfläche aufgedampft, sodass das Metall eine feste Lösung (Mischkristall) mit dem Halbleiter bildet und ein direkter ohmscher Kontakt mit ihm hergestellt wird.

Die Erfindung wird nachstehend an Ausfuhrungsbeispielen und anhand von Zeichnungen erläutert.

Fig. 1 ist eine Schnittansicht einer für die Erfindung verwendbaren Vorrichtung;

Fig. 2-4 sind Ansichten eines Teils eines typischen Halbleiterbauelements in verschiedenen Stufen seiner Herstellung nach dem erfindungsgemässen Verfahren;

Fig. 5 ist ein Schaubild, worin die Kontaktwiderstände als Funktion des Stromes für die erfindungsgemässen und für die herkömmlichen Metallisierungen miteinander verglichen sind;

Fig. 6 zeigt in einem Schaubild den Durchlaß-Spannungsabfall eines erfindungsgemässen Aluminiumkontakts als Funktion der Glimmentladungsvorspannung, die an die Oberfläche des Bauelements gelegt wird;

Fig. 7 ist eine schematische Darstellung des elektrischen Feldes an einer steilen Kante auf der Oberfläche eines Halbleiterbauelements.

- 5 109B?1/17RO

- 5 -Beispiel I

Fig. 1 ist eine Schnittansicht einer typischen Vorrichtung, wie sie bei dem erfindungsgemässen Metallisierungsverfahren verwendet werden kann. Die Metallisierung erfolgt in einem Vakuumsystem 10, welches eine auf einer Grundplatte 14 befestigte Glocke 12 enthält. Die Glocke 12 wird über einen angeflanschten Durchlass 16 evakuiert, der sich an der Grundplatte 14 befindet und mit einer Vakuumpumpanlage 18 verbunden ist. In das Vakuumsystem ist eine durch die Grundplatte 14 führende Hochfrequenzdurchführung 19 eingesetzt. Die Durchführung 19 wird durch einen glasierten Steatitisolator 20 festgehalten, der eine vakuumdichte Passung mit der Grundplatte bildet. Die Durchführung 19 ist ein unregelmässig gestalteter Metallstift mit einem verbreiterten oberen Ende, auf welchem in elektrischem Kontakt eine Objektträgerplatte 22 befestigt ist. Die Trägerplatte 22 kann aus einer weiten Auswahl von Materialien hergestellt sein, was von den später zu erörternden Erfordernissen der Metallisierung abhängt; sie besteht im Allgemeinen jedoch aus einem hitzebeständigen Edelmetall. Auf der Mitte der Trägerplatte 22 ist ein Halbleiterbauelement mit bloßgelegter Oberfläche angeordnet. Die Durchführung 19 ist elektrisch mit einem Hochfrequenzgenerator verbunden. Innerhalb der Glocke 12 befindet sich noch ein Verdampfungsfaden 28, der mithilfe zweier (nicht dargestellter) elektrischer Klemmen über der Objektträgerplatte 22 aufgehängt ist. Eine Blende 30 ist an einer abwechselnd in entgegengesetzter Richtung drehbaren Säule 32 befestigt, sodaß die Blende zwischen den Faden 28 und das Objekt 22 gebracht werden kann. Rund um die Glocke 12 kann eine

109821/1780

Magnerfeldspule 34 gelegt werden, um die Ionisierung des verdampften Metalls zu unterstützen und/oder lim die lonendichte der HF-Glimmentladung zu vergrössern. Eine geerdete Abschirmung 36 ist rund um die Durchfuhrung Ί9 und die Trägerplatte 22 angeordnet, um zu verhinderte, daß die Glimmentladung in diesen Zonen erfolgt.

Der blanke Faden 28 wird zunächst in einem Vakuum erhitzt, um die Oberflächenverschmutzung zu entfernen. Danach wird der Faden 28 mit einer festgelegten Drahtlänge (in Fig. 1 nicht dargestellt) aus demjenigen Metall bzw. Material bewickelt, welches fUr die Metallisierung gewählt ist. Bei den meisten Halbleiterbauelementen wird eine Aluminium-Metallisierung gewählt, und der Draht ist aus Aluminium oder irgendeiner Legierung davon, beispielsweise 98 % Aluminium und 2 % Silizium, hergestellt. Der Faden 28 wird dann innerhalb der Glocke mithilfe eines Paars von elektrischen Klemmen (in Fig. 1 nicht dargestellt) angeordnet. Es können auch mehr als ein Faden verwendet werden. Der oder die Fäden mUssen nicht senkrecht Über den Substratflächen (wie in Fig. gezeigt) liegen, sondern sie können in jeder geeigneten Weise angebracht sein, wie z.B. in einer kreisförmigen Anordnung um die Ränder des Objekts 22.

Die Fig. 2 bis 4 zeigen schematische Ansichten eines Teils eines typischen Halbleiterbauelements 24 während verschiedener Stufen seiner Herstellung. Fig. 2 ist eine Querschnittansicht des Bauelements

109821/1780

vor der Metallisierung. Das Bauelement 24 enthält einen NPN-Transistor 40 mit den Halbleiterzonen 42,44 und 46 und einer Siliziumdioxydschicht 48 an seiner Oberfläche 25. Die Oxydschicht 48 ist selektiv fortgeätzt worden, um Kontaktlöcher 50, 52 und 54 in den Zonen 42, 44, 46 des Transistors zu erhalten'. Das Halbleiterbauelement der Fig. 2 wird zunächst gereinigt und auf die Trägerplatte 22 gelegt. Typischerweise wird das Halbleiterbauelement in Methylalkohol mit Ultraschall gereinigt, trockengeschleudert und dann auf die Platte 22 gelegt. Das Vakuumsystem 10 wird dann mittels der Pumpanlage 18 evakuiert. Vorzugsweise wird das System 10 bis auf einen Druck von weniger als 5· 10 Torr ausgepumpt, um eine ausreichend gereinigte Atmosphäre für die nachfolgende Metallisierung zu erhalten. Die Blende 30 wird daraufhin geschlossen, um das Bauelement 24 gegenüber dem Faden abzusondern. Der Faden 28 wird dann erhitzt, um den auf ihm befindlichen Draht (nicht dargestellt) zu schmelzen. Zur Sicherste I lung der Sauberkeit der nachfolgenden Aufdampfung wird der Draht auf dem Faden 28 bei einer Temperatur geschmolzen, die über der bei der Aufdampfung herrschenden Temperatur liegt. Der Faden 28 wird abgeschaltet, sobald der Draht genügend auf den Faden 28 aufgeschmolzen ist.

Das Vakuumsystem 10 wird dann mit einem Partialdruck eines Zerstäubergases beaufschlagt. Vorzugsweise sollte ein inertes Gas Verwendung finden; in speziellem Fall kann Argongas verwendet werden. Der Gasdruck sollte so bemessen werden, daß er eine Glimm-

1098?! /1780

2Ό54069

entladung erlaubt. Im allgemeinen wird er zwischen 0,5 und 50 Millitorr liegen, im besonderen wurde ein Druck von etwa 2,5 Millitorr als optimal ermittelt.

Als nächstes wird eine Hochfrequenz - Glimmentladung herbeigeführt, wobei die Oberfläche 25 des Bauelements 24 die Auffangelektrode der Glimmentladung darstellt, sodaß die Oberfläche 25 von der Glimmentladung durch Zerstäubung radiert wird, um Verunreinigungen zu entfernen. Die Glimmentladung wird dadurch herbeigeführt, daß das Bauelement 24 mit dem Hochfrequenzgenerator 26 verbunden wird, um ein negatives Potential für mehr als die Hälfte einer Generatorperiode an die Oberfläche 25 des Bauelements zu legen. Der Mittelwert des an die Oberfläche 25 gelegten negativen rbtentials gilt als Glimmentladungsvorspannung. Die Glimmentladung bildet sich durch die Ionisierung des Zerstäubergases, wobei die positiv geladenen Ionen zur Oberfläche 25 des Halbleiterbauelements 24 hin beschleunigt werden, solange diese negativ geladen ist. Je länger daher die Oberfläche 25 des Bauelements negativ bleibt, desto länger wird diese Oberfläche 25 durch die Glimmentladung mit Ionen bombardiert. Die besten Ergebnisse werden erzielt, wenn die Oberfläche 25 des Bauelements 24 kapazitiv in Reihe mit dem Generator 26 gekoppelt ist, um das negative Potential an der Oberfläche 25 des Bauelements fUr eine maximale Dauer zu erhalten. Es gibt mehrere Arten für die kapazitive Koppelung des Generators 26 mit der Oberfläche 25, je nach dem Typ des Bauelements 24 und der Trägerplatte 22. Beim vorliegenden Beispiel liegt ein (nicht dargestellter) Kondensator in Reihe mit dem Generator 26 und der Durchführung 19,

109871/1780

und die Trägerplatte 22 besteht aus Metall. Der Wert des Kondensators ist nicht besonders kritisch. Der Kondensator wird gewöhnlich auch dazu verwendet, um die Impedanz des Generators 26 an die elektrische Last anzupassen, die von der Auffängeranordnung und der Glimmentladung dargestellt wird. Beim vorliegenden Beispiel hat der Kondensator einen Wert von etwa 500 Picofarad. Andererseits könnte die Trägerplatte 22 aus einem Isolator wie z.B. Siliziumdioxyd bestehen, und ein gesonderter Kondensator wäre nicht notwendig. Solch eine Trägerplatte ist jedoch aus später zu erörternden Gründen nicht wünschenswert.

Wenn die Ionen auf die Oberfläche 25 prallen, schleifen bzw. radieren sie die Oberfläche durch ihre Zerstäuberwirkung. Durch diesen Vorgang, den man in der amerikanischen Fachsprache mit "sputteretching" (wörtlich: Zerstäubungsätzung) bezeichnet hat, werden Verunreinigungen von der Oberfläche entfernt. Im allgemeinen sind diese Unreinheiten organische Verschmutzungen wie z.B. Fett, Staub und Fingerabdrücke, und insbesondere sind es die restlichen Oxydschichten, die in den Kontaktlöchern 50, 52 und 54 des Halbleiters haften. Die Glimmentladung wird für eine Zeitspanne aufrechterhalten, 'die zur Entfernung der Verunreinigungen und der restlichen Oxydschichten ausreicht, sodaß die Oberfläche 25 gereinigt wird und die Kontaktlöcher 52, 54 und 56 frei von jedem Restoxyd werden. Beim vorliegenden Beispiel wird das Zerstäubungsschleifen für eine Zeit von 5 bis 10 Minuten aufrechterhalten, je nach den besonderen Eigenarten des Bauelements 24. Die Zeit ist nicht besonders kritisch, weil zusätzliches Zerstäjbungsschleifen nur die Säuberung und das langsame Abtragen der Oberfläche 25 fortsetzt.

- 10 -

10 9 8 21 /1780

- ίο -

Der Faden 28 wird dann wieder erhitzt, und eine bestimmte Menge von Metall wird auf die Oberfläche 25 des Bauelements aufgedampft, während die Glimmentladung aufrechterhalten wird. Wie in Fig. 3 gezeigt, bildet das aufgedampfte Metall einen Film 60 auf der Oberfläche 25 des Bauelements 24. Ein Teil des verdampften Metalls wird durch die Glimmentladung ionisiert und bildet positiv geladene Metallionen, die ebenfalls zur Bauelementenoberfläche 25 hin beschleunigt werden. Folglich schlägt ein Prozentsatz des Metalls auf der Oberfläche 25 des Bauelements mit einer Energie auf, die der negativen und vom HF-Generator 26 bestimmten Vorspannung an der Oberfläche 25 des Bauelements proportional ist. Somit trifft ein Prozentsatz des Metalls mit ausreichender Energie auf der Oberfläche 25 auf, um bis auf wenige Zehntel Angström in die Oberfläche 25 einzudringen.

Infolge der über den Verdampfungsprozess aufrechterhaltenen Glimmentladung bleiben die Kontaktlöcher 50, 52 und 54 des Halbleiters frei von restlichen thermisch bedingten Oxyden, die ansonsten zwangsläufig vorhanden wären. Hierdurch wird es dem Metall möglich, in den Halbleiter einzudringen und mit ihm eine feste Lösung zu bilden, um mit dem Halbleiter einen direkten ohmschen Kontakt herzustellen.

Das Zerstäubungsschleifen bringt noch den zusätzlichen Vorteil, daß die Oberfläche 25 des Bauelements während der kritischen Niederschlagsphasen der Kristallkernbildung und des ersten Anwachsens des Metallfilms geschruppt wird. Daher wird lose gebundenes Material, das die Oberfläche 25 des Bauelements erreicht, fortgesprüht, sodaß ein Film mit großem Haftvermögen und niedriger Fbrendichte erhalten wird. Dieses "lonen-Schruppen" setzt sich für die Dauer der Filmbildung gleichermaßen nutzbringend fort.

- 11 -

109821/1780

205A069

Der Faden 28 wird auf die passende Temperatur (Fadenstrom) für eine Zeitspanne vor justiert, die zum Niederschlagen eines Films von angemessener Dicke auf die darunterliegende Oberfläche 25 des Bauelements erforderlich ist. Nach Erreichen der gewünschten Dicke des MetalIniederschlags wird die Blende 30 geschlossen und der Faden 28 abgeschaltet. Die Glimmentladung wird bis nach Beendigung der Aufdampfung aufrechterhalten, sodaß die Oberfläche 25 des Bauelements weiter gereinigt wird, bis der Metallisierungsprozeß abgeschlossen ist. Der aufgebrachte Metallfilm 60 auf der Oberfläche 25 wird dann selektiv geätzt, um die Metallzuleitungen 62, 64 und 66 zu erhalten, wie sie in Fig. 4 gezeigt sind. Das Ätzen kann mit den bekannten photolithographischen Verfahren (sogenannte Fhotoresisttechnik) erfolgen. Beim vorliegenden Beispiel wird ein Photoresist d.h. Photolack auf das Metall 60 aufgebracht und selektiv entfernt, um Teile des Metalls 60 freizulegen. Die Oberfläche des Metalls 60 ist wesentlich glatter und feiner gekörnt als es bei nach den bisher bekannten Verfahren aufgebrachten Metallen der Fall ist, und der Photolack kann daher mit viel größerer Schutzwirkung für die Schicht und größerer Genauigkeit aufgebracht und selektiv entfernt werden. Insbesondere überzieht der Photolack gut die Kontaktlöcher und steilen Kanten in der Oberflächenkontur. Daraufhin wird ein chemischen Ätzmittel der Oberfläche 25 zugeführt, um die bloßgelegten, nicht vom Photolack bedeckten Stellen des Metalls 60 zu entfernen. Als Folge der erhöhten Genauigkeit und Schichtschutzwirkung des Photolacks sickert das Ätzmittel nicht unter den Photolack und in die Kontaktlöcher,

- 12 -

1 098?1/1780

und es wenden daher weder Stromkreisunterbrechungen noch schlechte elektrische Verbindungen hervorgerufen.

Es hat sich herausgestellt, daß die gemäss der Erfindung hergestellten Metallschichten sehr gut haftende Filme bilden, die einen geringen Widerstand ausmachen, und daß sie direkte ohmsche Kontakte mit dem darunter liegenden Halbleitermaterial bilden, Fig. 5 zeigt ein Schaubild, welches die Kontaktwiderstände als Funktion des Stromes für Aluminiumkontakte gemäss der Erfindung (Kurve 70) und für ähnliche durch thermische Aufdampfung und Sinterung hergestellte Aluminiumkontakte (Kurve 80) miteinander vergleicht. Das Schaubild stellt speziell den Durchlaß-Spannungsabfall am Basis-Emitter-Übergang des Transistors 40 dar. Wie in Fig. 5 angezeigt, sind die Aluminiumkontakte gemäß der Erfindung (70) bei hohen Strömen mindestens so gut wie die herkömmlichen gesinterten Kontakte (80), bei niedrigen Strömen sind sie erheblich besser als die herkömmlichen gesinterten Kontakte (80). Es lässt sich denken, daß das Fehlen der Restoxydschichten nicht nur die unmittelbare Bildung einer festen Lösung und des ohmschen Kontakts mit dem Halbleitermaterial erlaubt, sondern daß es auch den spezifischen Widerstand des Kontakts vermindert, da der festen Lösung an der Metall-Halbleiter-Übergangszone keine Sauerstoffatome beigemischt sind. Auch werden mit den erfindungsgemässen Kontakten, wie oben erwifint, die Unzuverlässigkeiten vermieden, die sich aus der Rekristallisierung des Metalls ergeben, wenn es mit dem darunterliegenden Halbleitermaterial zusammengesintert wird.

- 13 -

109871 / 1780

Fig. ό ist ein Schaubild, welches den ohmschen Widerstand eines anderen Satzes von erfindungsgemässen Aluminiumkontakten zeigt, und zwar als Funktion der an die Oberfläche 25 des Bauelements angelegten Glimmentladungs-Vorspannung. Für einen Durchlaßstrom von 10 MilliampeYe bewegte sich der Durchlaß-Spannungsabfall für eine großräumige Kontaktöffnung zwischen 0,75 und 0,73 Volt, und die optimalen Ergebnisse wurden zwischen 400 und 600 Volt erzielt, wobei der Durchlaß-Spannungsabfall 0,73 Volt betrug. Der Bereich der Glimmentladungs-Vorspannung zur Erzielung eines optimalen ohmschen Kontakts hängt ab von der Kontaktgeometrie, der Geometrie der HF-Auffangelektrode sowie von bestimmten in der Glimmentladung herrschenden Bedingungen, wie z.B. von dem angelegten Magnetfeld (falls überhaupt vorhanden) und vom Entladungsgasdruck.

Die Glimmentladungs-Vorspannung hat eine bedeutsame Wirkung auf die Morphologie der Oberfläche der Metallisierung. Wie oben erwähnt, wird durch die GIimmentladungs-Vorspannung ein Prozentsatz des verdampften Metalls beschleunigt und auf wenige Zehntel Angström tief in die Oberfläche 25 eingelagert. Die sich ergebenden Filme sind feinkörnig, glatt und sehr gut haftend. Bei niedrigen Vorspannungspegeln jedoch lässt sich eine beginnende Buckelbildung und mikroskopische Pfckelbildung erkennen. Wenn die Vorspannung erhöht wird, wächst die Implantation und die Fehler werden weniger offensichtlich. Die glattesten Filme sind bei einer Vorspannung von - 400 Volt aufgebracht worden, oberhalb dieses Spannungswertes beginnt die Oberfläche wieder rauh zu werden, da Kornwachstum einsetzt.

- 14 -

109871/1780

Die Metallisierung Überzieht steile Kanten in der Oberflächenkontur ebensogut wie flache Bereiche. Wie in Fig. 7 gezeigt, stellt die Kante an einem steilen Oberflächenprofil einen Ort mit starkem Feld in der Glimmentladung dar, und die Abbiegung der Äquipotential linien an dieser Kante bringt eine Entladung mit höherer Stromdichte in diesem Bereich mit sich, als an einer ebenen Fläche des Bauelements. Einerseits bewirkt die höhere Stromdichte an der Kante ein stärkeres Zerstäubungsschleifen und einen dünneren Metallfilm. Andererseits wird jedoch die Stromdichte der Aluminiumionen ebenfalls vergrößert, was die Wirkung des Zerstäubungsschleifens neutralisiert. Weiterhin werden die Aluminiumionen zur Kante hin beschleunigt, was zu einer Implantation des Aluminiums führt und einen höchst haftfähigen und porenfreien Metallfilm zur Folge hat. Ausserdem wird etwas Metall, das die ebenen Flächen in losem Verband erreicht, in kleinem Winkel fortgesprlht und an den senkrechten Wänden erneut niedergeschlagen. Der Gasdruck sollte zur Bildung einer guten Glimmentladung ausreichen, er sollte jedoch nicht so gross sein, daß Gasblasen in der Metallisierung eingeschlossen werden. Hierbei wurden sich als Folge des Zusammenfallens der Gasblasen im Metallfilm eine schlechte Adhäsion und Poren einstellen. Im Vergleich Überzogen herkömmliche Metallisierungen, die nicht während der Metallablagerung unter Hochfrequenz zerstäubungsgeschliffen worden waren, die steilen Kanten sehr schlecht, und das nachfolgende Sintern und Rekristallisieren derartiger Filme zerfraß den Überzug an den steilen Kanten noch weiter.

- 15 -

109-821/1780

- 15 Beispiel II

Dieses Beispiel gleicht im wesentlichen dem Beispiel I, wobei zusätzlich der Glimmentladung ein Magnetfeld überlagert wird. Das Magnetfeld wird von der Feldspule 34 geliefert, um es im ' wesentlichen senkrecht zur Oberfläche 25 des Bauelements verlaufen zu lassen. Zweck des Magnetfeldes ist es, die lonendichte in der Glimmentladung zu erhöhen und die Entladung auf den Bereich des Auffängers zu begrenzen. Das Magnetfeld veranlaßt die Elektronen in der Glimmentladung einer Schraubenlinie zu folgen anstatt auf gerader Linie dem nächsten geerdeten Punkt zuzufliegen. Als Folge vergrössert sich die Weglänge der Elektronen und somit auch die Anzahl der Kollisionen zwischen Elektronen und den Atomen des verdampften Metalls und des Zerstäubungsgases. Durch Vergrösserung der Anzahl der durch Elektronenkollision ionisierten Atome des verdampften Metalls wird ein grösserer Anteil des verdampften Metalls beschleunigt und in der Oberfläche eingepflanzt. Dies erhöht das Haftvermögen des Metalls und verbessert die ohmschen Kontakte.

Die Stärke des Magnetfeldes ist umgekehrt proportional dem Radius der Trägerplatte 22. Je kleiner die Auffangfläche ist, desto größer muß das Magnetfeld sein, um die Glimmentladung und das ionisierte Metall zu begrenzen. Im Vakuumsystem 10 wird für einen Trägerplattendurchmesser von 15, 24 cm ein Magnetfeld von 25 Gauß verwendet, für einen Trägerplattendurchmesser von 7,62 cm wird ein Magnetfeld von 50 Gauß verwendet.

- 16 -

1 098?1/1780

205A069

Beispiel III

Dieses Beispiel ähnelt ebenfalls dem Beispiel I, jedoch wird dem Typ und der Anordnung der Objektträgerplatte 22 besondere Aufmerksamkeit geschenkt. Die Trägerplatte 22 wird wesentlich größer als das Bauelement 24 gemacht, sodaß die Platte 22 von der Glimmentladung ebenfalls zerstäubungsgeschliffen wird. Als Folge hiervon wird etwas von dem zerstäubten Material der Trägerplatte auf dem Wege von Kollisionen mit Gasatomen in der Glimmentladung auf die Oberfläche 25 zurückgeworfen. Somit wird von der Trägerplatte aus zusätzliches Material auf die Oberfläche 25 des Bauelements aufgestäubt. Dieses Material wird unter allen Winkeln auf die Oberfläche 25 niedergeschlagen und trägt folglich zu einer gleichmässigen Beschichtung der Oberfläche 25 bei, einschiiesslich steiler Kanten und derjenigen Bereiche, die dem Faden 28 nicht unmittelbar ausgesetzt sind. Um optimale Ergebnisse zu erzielen, wird die Trägerplatte 22 aus einem Stoff hergestellt, der sich sowohl mit der Metallisierung als auch mit den Halbleitermaterialien verträgt, wie beispielsweise ein hietzefestes Edelmetall. In bevorzugter Ausführungsform der Erfindung kann es sich hierbei um Palladium, Platin, Rhodium Iridium oder Rhenium handeln, obwohl andere Metalle und einige Legierungen ebenso herangezogen werden können, wie z.B. reines Aluminium oder eine Legierung aus 98 % Aluminium und 2 Silizium.

Das beschriebene Metallisierungsverfahren ist besonders nützlich bei integrierten Großschaltungen, wo ein mehrstufiges Metallisieren nötig ist. Bei Anwendung des vorliegenden Metallisierungsverfahrens werden eine Menge Vorteile erhalten. Erstens bildet die unterste Metallschicht einen glatten haftenden Film, der ohne gesintert zu werden einen

109 871/17R0 _ i7

unmittelbaren ohmschen Kontakt zum Halbleiter herstellt. Zweitens kann eine Isolierschicht leicht auf die erste Metallschicht aufgebracht werden. Die Isolierschicht kann in angemessener Dicke, in der Größenordnung von etwa 1 Mikrometer, aufgebracht werden, ohne daß man sich um Buckel oder andere Erhebungen von 5 oder 6 Mikrometer zu sorgen braucht, welche die Isolierschicht durchdringen oder Punkte hoher Feldstärke bilden, die später zusammenbrechen. Die Isolierschicht kann dann wieder leichter durch herkömmliche Photoresist-Technik geätzt werden, um die Auftragung weiterer Metallschichten zu berücksichtigen. Drittens können zusätzliche Metallschichten aufgebracht werden und direkte ohmsche Kontakte mit der untersten Metallschicht bilden, ohne daß gesintert wird, weil die von Natur aus auf der untersten Metallschicht vorhandenen Oxydschichten in der gleichen Weise durch Zerstäubung fortgeschliffen werden, wie die Oxydschichten aus den Kontaktlöchern des Halbleiters entfernt werden. Ausserdem bleiben die Eigenschaften der untersten sowie der obersten Schicht erhalten, da keine der Schichten nach dem Auftragen gesintert werden muß.

109871/1780

Claims (10)

1. Patentansprüche

   . Verfahren zum Metallisieren der Oberfläche eines Halbleiterbauelements, wobei die Oberfläche durch die Zerstäubungswirkung einer hochfrequenten Glimmentladung geschliffen wird, um sie von Verunreinigungen zu befreien, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung eines direkten ohmschen Kontakts zwischen Metall (60) und Halbleiter (24) eine Metallmenge auf die gereinigte Oberfläche (25) niedergeschlagen wird, während die Glimmentladung aufrechterhalten bleibt.
2. 2. Verfahren zum Metallisieren der Oberfläche eines Halbleiterbauelements, wobei in einem Vakuumsystem eine hochfrequente Glimmentladung mit der Oberfläche des Bauelements als Auffangelektrode erzeugt wird, sodaß die Oberfläche durch die Zerstäubungswirkung der Glimmentladung geschliffen wird, um sie von Verunreinigungen zu befreien, dadurch gekennzeichnet, daß auf die so gereinigte Oberfläche (25) bei weiterer Aufrechterhaltung der Glimmentladung eine Metallmenge aufgedampft wird, sodaß das Metall teilweise ionisiert und zur gereinigten Oberfläche hin beschleunigt wird, wobei es unter Bildung einer festen Lösung mit dem Halbleiter (24) einen direkten ohmschen Kontakt mit diesem herstellt.

   - 19 -

   109871/1780
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das verdampfte Metall Aluminium ist.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Glimmentladung ein magnetisches Feld aufgelegt wird, um die Ionisierung des verdampften Metalls zu unterstützen.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herbeiführung der Glimmentladung ein Partialdruck eines Zerstäubergases eingelassen und das Bauelement (24) an einen Hochfrequenzgenerator (26) derart angeschlossen wird, daß die Oberfläche für länger als die Hälfte der Periodendauer des Generators auf negatives Potential gebracht wird.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauelement (24) durch kapazitive Kopplung seiner Oberfläche (25) mit dem Hochfrequenzgenerator (26) an diesen angeschlossen ist.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Zerstäubungsgas ein inertes Gas ist.
8. 8. Verfahren zum Metallisieren der Oberfläche eines Halbleiterbauelements, wobei diese Oberfläche durch die Zerstäubungseinwirkung einer hochfrequenten Glimmentladung in einem Vakuumsystem für eine Zeitspanne geschliffen wird, die zur Beseitigung der restlichen Oxydschichten von der Oberfläche

   - 20 -

   109871 Π780

   ausreicht, dadurch gekennzeichnet, daß auf die oxydfreie Oberfläche (25) eine Metallmenge aufgedampft wird, während das Schleifen der Oberfläche (25) durch die Zerstäubung fortgesetzt wird, und daß gleichzeitig ehe mit dem Bauelement (24) in elektrischem Kontakt stehende Objektträgerplatte (22) durch Zerstäubungswirkung derart geschliffen wird, sodaß das von der Objektträgerplatte abgeschliffene Material auf der Oberfläche (25) des Bauelements (24) niedergeschlagen wird.
9. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Objektträgerplatte (22) aus Edelmetall besteht.
10. 10. Verfahren zum Metallisieren der Oberfläche eines Halbleiterbauelements, wobei ohmsche Kontakte an der Oberfläche eines Halbleiterkörpers gebildet werden, der auf der betreffenden Oberfläche eine von Öffnungen durchbrochene Schicht eines Passivierungsmaterials besitzt, und wobei in einem Vakuumsystem eine hochfrequente Glimmentladung herbeigeführt wird, für welche die besagte Oberfläche des Bauelements die Auffangelektrode ist, sodaß diese Oberfläche durch die Zerstäubungswirkung der Glimmentladung geschliffen wird, um sie von Verunreinigungen zu befreien, dadurch gekennzeichnet, daß auf die so gereinigte Oberfläche (25) bei weiterer Aufrechterhaltung der Glimmentladung eine Metallmenge aufgedampft wird, sodaß das Metall teilweise ionisiert und zur gereinigten Oberfläche hin beschleunigt wird, wobei es unter Bildung einer festen Lösung mit dem

    - 21 -

    109871 /1.7 8.0

    Halbleiter (24) einen direkten ohmschen Kontakt mit diesem herstellt, und daß das Metall (60) auch Über die Ränder der Öffnungen (50, 52, 54) und auf der Oberfläche der Passivierungsschicht (48) niedergeschlagen wird, und daß schliesslich Teile des Metalls entfernt werden, um die Elektrodenzuleitungen (62,64,66) für das Bauelement (24) festzulegen.

    109871 /1780