DE2217775B2 - Verfahren zum Abscheiden sabiler Tanal-Auminium-Dünnschichten - Google Patents
Verfahren zum Abscheiden sabiler Tanal-Auminium-DünnschichtenInfo
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Description
3 4
Substrats zur Austemperung von Strahlungsschäden Stickstoffionen (N2 +) bis auf eine Tiefe von 630 A in
wird in einer weiteren auf die Implantation erfolgenden einem Ionenbeschleuniger durchgeführt, in dem eine
Verfahrensstufe verwendet. Spannung von 150 keV verwendet wurde, wobei eine
Wie erwähnt, werden die hier interessierenden Ionen integrierte Gesamtbeaufschlagung von etwa 2 · 1017
auf eine erforderliche vorbestimmte Energie oder 3 A sec/cm2 erfolgte.
Geschwindigkeit beschleunigt, um ihr angemessenes Im Anschluß an die Implantation wurde der Aufbau
Eindringen sicherzustellen. Beschleunigungspotentiale eine Stunde lang bei 700°C bei einem Druck von
im Bereich von 50000 bis 300000 Volt wurden als im 10"6 Torr getempert, um die Strahlungsschäden in der
allgemeinen geeignet für den angestrebten Zweck ;r- Schicht zu heilen und um eine gleichmäßige Verteilung
mittelf Das verwendete Beschleunigungspotential be- ίο der implantierten Ionen über die Schichtdicke zu
stimmt die Eindringtiefe der in Frage stehenden lone erreichen.
und seine Veränderung hat Veränderungen in der Ein- Die implantierte Schicht wurde durch Messung des
dringtiefe und der gleichzeitigen Steuerung der Dicke spezifischen Flächenwiderstands bei 1 kH auf einem
der implantierten Schicht zur Folge. Für die Zwecke Impedanzvergleicher gekennzeichnet. Der Temperatur-
des vorliegenden Ausführungsbeispiels kann die Ein- 15 koeffizient des Widerstands (TCR) wurde durch
dringtiefe zwischen 400 und 2500 A variiert werden, Widerstandsmessungen bei Raumtemperatur und der
wenn erforderlich. Versuche haben außerdem gezeigt, Temperatur des flüssigen Stickstoffs bestimmt. Die
daß eine gleichförmigere Verteilung der implantierten Schichtdicke des Widerstands wurde durch Talysurf-
Jonen erreicht werden kann, durch ßeschuO mit Ionen Messungen der Schicht ermittelt und die strukturellen
von nach und nach abnehmender Energie. 20 Eigenschaften wurden durch Röntgen-Beugung und
Die Wärmebehandlung oder Temperung des erzeug- durch Elektronen-Mikrotasterverfahren studiert,
ten Bauelements wird schließlich in einem Temperatur- Die so erhaltenen Messungen zeigten, daß der herbereich von 500 bis 7000C durchgeführt, um Strah- gestellte Widerstand einen ursprünglichen spezifischen lungsschäden zu entfernen. Flächenwiderstand von 30,5, 32,8 nach der Implanta-
ten Bauelements wird schließlich in einem Temperatur- Die so erhaltenen Messungen zeigten, daß der herbereich von 500 bis 7000C durchgeführt, um Strah- gestellte Widerstand einen ursprünglichen spezifischen lungsschäden zu entfernen. Flächenwiderstand von 30,5, 32,8 nach der Implanta-
Nachstehend sind im einzelnen Ausführungsbeispiele 25 tion und 37 Ω nach der Temperbehandlung hatte,
der Erfindung beschrieben. Diese Beispiele sollen ledig- Das vorstehend beschriebene Verfahren wurde mit
lieh das Verständnis der Erfindung fördern. geringeren Abwandlungen wiederholt, wobei die im
folgenden angegebenen Daten festgestellt wurden :
Beispiel 1
Beispiel 1
Dieses Beispiel beschreibt die Herstellung eines 30 Beispiel 1 (Ergebnisse)
Stickstoff-implantierten Tantal-Aluminium-Schicht- Widerstandsschicht (Atom %)..60 Ta-40 Al
Widerstands gemäß einem Ausführungsbeispiel der Substrat SiO2-Si
Erfindung. Implantierte Ionen N2 +
Es wurde eine Vorrichtung zur kathodischen Zer- Ionendosierung, 1017/cm2 2,46 bei 150 KeV
stäubung mit einer derart mit Aluminiumstreifen be- 35 Ionenbereich, A 630
legten Tantalkathode verwendet, daß die geometrische Anfängliche Schichtdicke, A .. .630
Fläche des Aluminiums auf der Tantalkathode etwa Anfängliches R8 30,5 Ω
40 Atomprozent betrug. R8 nach der implantation 32,8 Ω
Bei der verwendeten Vorrichtung wurde eine schwe- RH nach der Temperbehandlung 37 Ω
bende, d. h. eine nicht angeschlossene Anode verwen- 40 TCR PPM/CC —
det, wobei die Potentialdifferenz dadurch erreicht . , -
wurde, daß die Kathode relativ zur Erde negativ ge- Beispiel
macht wurde. Widerstar.dsschicht (Atom %). .60 Ta-40 Al
Das gewählte Substrat war eine mit Siliziumdioxid Substrat SiO2-Si
beschichtete Siliziumscheibe von 17,463 mm Durch- 45 Implantierte Ionen N2 +
messer. Die Vakuumkammer wurde zunächst auf einen loncndosierung, 1017/cm2 1,64 bei 150 KeV
Druck in der Größenordnung von 1 · 10~e Torr eva- Ionenbereich, A 630
kuiert, worauf Argon mit einem Druck von 25 μ Hg Anfängliche Schichtdicke, A .. .630
zugeführt wurde. Eine Gleichspannung von etwa Anfängliches R9 27,2 Ω
4000 Volt wurde zwischen der Anode und der Kathode 50 R8 nach der Implantation 31,6 Ω
angelegt und der Zerstäubungsvorgang etwa 6 Minuten R8 nach der Temperbehandlung 34,0 Ω
lang durchgeführt, was zu einer Schicht aus einer TCR PPM/°C —
Tantal-Aluminium-Legierung mit etwa 60% Tantal . ...
und 40'% Aluminium in einer Dicke von 630 A führte. Beispiel i
Die aufgestäubte Tantal-Aiuminium-Legierung 55 Widerstandsschicht (Atom %). .60 Ta-40 Al
wurde dann mit einer 200 A dicken Schicht von Titan Substrat SiO2-Si
und einer 5000 A dicken Schicht von Gold belegt., und Implantierte Ionen N2 +
ein gewünschtes Widerstandsmuster wurde hierin lonendosierung, 1017/cm2 2,87 bei 150 KeV
durch bekannte Verfahren erzeugt, so daß sich ein lonenbereich, A 630
dem in Fig. 1 gezeigten ähnlicher Aufbau ergab. 60 Anfängliche Schichtdicke, A ...630
Die Titan-Gold-Anschlußkontaktflächen des Auf- Anfängliches RH 28,6 Ω
baus wurden dann mittels einer Maske aus korrosions- Rn nach der Implantation 31,6 Ω
freiem Stahl abgeschirmt und ihre Rückseiten wurden R8 nach der Temperbehandlung 34,0 Ω
mit Silberfarbe beschichtet, um die während des TCR PPM/"C —
Implantationsvorgangs erzeugte Joulcsche Wärme ab- 65 . .
zuführen. Der erhaltene Aufbau wurde dann in eine Beispiel
Vorrichtung gesetzt, wie sie beispielsweise in Fig. 2 Widerstandsschicht (Atom %). .25 Ta-75 Al
gezeigt ist, und es wurde eine Ionenimplantation mit Substrat Quarz
5 * 6
Implantierte Ionen N2 + ρ nach der Implantation 11 610 μΩ-cm
lonendosierung, IO"/cm2 5,51 ρ nach der Temperbehandlung . 13054 μΩ-cm
lonenbereich, A 400-1300 TCR PPM/°C -221
Anfängliche Schichtdicke, A ... 1500
Anfängliches ρ 695 μΩ-cm 5 Eine Analyse der listenmäßig zusammengestellten
ρ nach der Implantation 4100 μΩ-cm Daten zeigt, daß die in den Beispielen 1 bis 3 erläuter-
ρ nach der Tcmpcrbehandlung .4690 μΩ-cm ten Widerstände mit Verfahren hergestellt sind, bei
TCR PPM/°C —265 denen der berechnete lonenbereich die Schicht-Sub-
strat-Zwischenflächc war. Untersuchungen der Schicht
Beispiel 5 10 zejgtcri( (]aß wenigstens die Hälfte der implantierten
Widerstandsschicht (Atom %). .25 Ta-75 Al Ionen die Schicht vollständig durchdrang und im
Substrat Quarz Substrat eingelagert gefunden wurde. Reflexions- und
Implantierte Ionen .N2 1 Röntgcnbeugungsuntersuchungen zeigten, daß die im-
lonendosierung, 10l7/cm2 4,83 planlierten Gebiete von der /J-Tantalphase in die
lonenbereich, A 400—1300 15 krz.-Tanlalphase umgewandelt waren.
Anfängliche Schichtdicke, A ... 1500 Um eine gleichmäßigere Verteilung der implantierten
Anfängliches ρ 579 μΩ-cm Ionen zu erreichen, wurden die gemäß Beispiel 4 bis 6
ρ nach der Implantation 2370 μΩ-cm hergestellten Bauelemente mit Ionen progressiv ge-
ρ nach der Temperbehandlung .2370 μΩ-cm ringer werdender Energien beschossen. Es wurde
TCR PPM/°C —231 ao beobachtet, daß erhebliche Änderungen des Widerstandes
und der Dicke vnr der Temperbehandlung
Beispiel 6 auftraten, so daß angenommen werden muß, daß eine
Widerstandsschicht (Atom "/„). .25 Ta-75 Al gleichmäßigere Verteilung der implantierten Ionen
Substrat Quarz über die Schichtdicke erreicht wurde. Zusätzlich wurde
Implantierte Ionen O2' »5 beobachtet, daß der Widerstand der nach diesen Bci-
lonendosierung, 10"/cm2 7,53 spielen hergestellten Materialien sich um einen Faktor
lonenbereich, Λ 400—1300 um etwa 20 änderte, ohne daß dabei gleichzeitig
Anfängliche Schichtdicke, A ...1500 erhebliche Änderungen des Widerstandstemperatur-Anfängliches
ρ 690 μΩ-cm koeffizienten auftraten.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Verfahren zur Abscheidung einer stabilen Temperung unterzogen wird.
Tantal-Aluminium-Dünnschicht auf ein Substrat 5 Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es
durch kathodische Zerstäubung, dadurch möglich, den spezifischen Widerstand von hochgekennzeichnet.
daß eine Tantal-Alumi- beständigen Tantal-Aluminium-Legierungsschichten
nium-Dünnschicht mit 25 bis 75 Atomprozent durch Ionenimplantation auf die jeweils gewünschte
Aluminium abgeschieden wird, die einer Implan- Höhe anzuheben, ohne daß die übrigen Eigenschaften
tationsbehandlung mit Ionen der aus Sauerstoff io verändert würden.
und Stickstoff bestehenden Gruppe und sodann Nachstehend ist das erfindungsgemäße Verfahren
zur Ausheilung der Implantationsstrahlungsschä- an Hand der Zeichnung beschrieben; es zeigt
den einer Temperung unterzogen wird. Fig. 1 eine Draufsicht auf eine durch kathodische
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- Zerstäubung hergestellte Tantal-Aluminium-Legiezeichnet,
daß die Implantation mit Beschleunigungs- 15 rungsschicht und
Potentialen von 50000 bis 300000 Volt bei Ein- Fig. 2 eine schematische Ansicht einer für die Ionendringtiefen von 400 bis 2500 A durchgeführt wird. implantation d:s Bauteils nach Fig. 1 geeignete Vor-
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch richtung.
gekennzeichnet, daß der Implantationsvorgang mit Im folgenden wird insbesondere auf Fig. 1 Bezug
Ionen von progressiv abnehmenden Energien in 20 genommen, in der eine Draufsicht auf einen gemäß
mindestens zwei Stufen durchgeführt wird einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
4. Verfahren nach einem der Ansprüche I bis 3, hergestellten Aufbau gezeigt ist. In der Zeichnung ist
dadurch gekennzeichnet, daß die Temperung bei ein Substrat- oder Unterlagebauteil 11 gezeigt, auf
500 bis 700°C durchgeführt wird. dem ein Widerstandsmuster aus einer Tantal-Alumi-
25 nium-Legierungsschicht 12 durch den Fachleuten an sich bekannte kathodische Zerstäubung niederge-
schlagin ist. Die Zerstäubungsvorrichtung hierfür
weist eine so aufgebaute Kathodenkonfiguration auf, daß eine Tantal-Aluminium-Legierungsschicht 12 mit
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Absehet- 30 25 bis 75 Atomprozent Aluminium erzeugt wird, wobei
dung einer stabilen Tantal-Aluminium-Dünnschicht dieser Bereich durch Erwägungen bezüglich des therauf
ein Substrat durch kathodische Zerstäubung. mischen Oxidationswiderstands der Legierung gegeben
Solche Bauelemente sind von besonderem Interesse ist. Ein solcher Aufbau hat üblicherweise die Form einer
als Dünnschicht-Widerstände. Tantal-Aluminium-Kathode mit 25 bis 75 Atompro-
Die Miniaturisierung von Schaltungen und Bau- 35 zent Aluminium, wobei eine Tantalscheibe mit AIuelementen
in Verbindung mit immer größer werdender minium beschichtet ist oder bearbeitete Streifen aus
Kompliziertheit der modernen elektronischen Systeme Aluminium trägt. Anschlußkontaktflächen 13 aus
hat die Anforderung an die Zuverlässigkeit von einem geeigneten Leitermaterial für den Widerstand
Dünnschicht-Bauelementen in ungeahntem Ausmaß sind vorgesehen. Der so erhaltene Aufbau wird dann
wachsen lassen. Die meisten Anforderungen bezüglich 40 einer Ionenimplantation unterzogen, wobei Sauerstoff-Stabilität,
Präzision und Miniaturisierung wurden oder Stickstoffionen in die Tantal-Aluminium-Legiegleichzeitig
durch Tantal-Bauelemente erfüllt, bei de- rungsschicht implantiert werden. Das für die Implannen
elementares Tantal oder eine Tantalverbindung tation verwendete Verfahren wird am einfachsten in
in Form einer Dünnschicht verwendet wurde. Erst in Verbindung mit Fig. 2 beschrieben,
jüngerer Zeit wurde jedoch herausgefunden, daß Tan- 45 Die verwendete Vorrichtung weist eine Ionenquelle tal-Aluminium-Legierungen konkurrenzfähig mit Tan- 20 zur Erzeugung von Sauerstoff- oder Stickstoffionen tal sind und hinsichtlich der Stabilität in vieler Hinsicht auf. Ionenquellen sind ausführlicher in »Methods of dem reinen Tantal oder dessen Verbindungen über- Experimental Physics« (herausgegeben von L. Mariegen sind. Untersuchungen haben ergeben, daß Tan- tow), Bd. 4, Teil A (Academic Press, New York, N.Y.), tal-Aluminium-Legierungen überlegene Festigkeits- 50 S. 256 bis 283 (1967), beschrieben. Bei der Durcheigenschaften bei Temperaturen von etwa 4000C führung der Implantation focussieren (nicht gezeigte) zeigen, so daß sich ihre Verwendung als Widerstand elektrostatische oder magnetische Linsen einen Ionenbei der Herstellung von Halbleiterbauteilen anbietet. strahl in eine Beschleunigersäule 21, welche die Ionen Leider standen bisher stabile bzw. beständige Wider- auf eine vorbestimmte Energie beschleunigt. Der Standsmaterialien, wie z. B. gerade die Tantal-Alumi- 55 Ionenstrahl durchläuft dann eine Laufzeitröhre 22, nium-Legierungen, welche spezifische Widerstände im welche einen langgestreckten, auf einen Druck in der Bereich von 10 a bis 102 ücm haben, bisher für die Größenordnung von 10"e Torr evakuierten Bauteil Verwendung bei der Herstellung von Halbleiter-Bau- umfaßt, und durchläuft dann einen Massentrennungselementen nicht zur Verfugung, die normalerweise magneten 23, der Ionenverunreinigungen aus dem Uehandlungstemperaturen von 350 bis 4000C ausge- 60 Strahl entfernt. Die Strahlrichtung wird durch einen setzt sind. x-^-Ablenker 24 gesteuert, der den Strahl auf einen
jüngerer Zeit wurde jedoch herausgefunden, daß Tan- 45 Die verwendete Vorrichtung weist eine Ionenquelle tal-Aluminium-Legierungen konkurrenzfähig mit Tan- 20 zur Erzeugung von Sauerstoff- oder Stickstoffionen tal sind und hinsichtlich der Stabilität in vieler Hinsicht auf. Ionenquellen sind ausführlicher in »Methods of dem reinen Tantal oder dessen Verbindungen über- Experimental Physics« (herausgegeben von L. Mariegen sind. Untersuchungen haben ergeben, daß Tan- tow), Bd. 4, Teil A (Academic Press, New York, N.Y.), tal-Aluminium-Legierungen überlegene Festigkeits- 50 S. 256 bis 283 (1967), beschrieben. Bei der Durcheigenschaften bei Temperaturen von etwa 4000C führung der Implantation focussieren (nicht gezeigte) zeigen, so daß sich ihre Verwendung als Widerstand elektrostatische oder magnetische Linsen einen Ionenbei der Herstellung von Halbleiterbauteilen anbietet. strahl in eine Beschleunigersäule 21, welche die Ionen Leider standen bisher stabile bzw. beständige Wider- auf eine vorbestimmte Energie beschleunigt. Der Standsmaterialien, wie z. B. gerade die Tantal-Alumi- 55 Ionenstrahl durchläuft dann eine Laufzeitröhre 22, nium-Legierungen, welche spezifische Widerstände im welche einen langgestreckten, auf einen Druck in der Bereich von 10 a bis 102 ücm haben, bisher für die Größenordnung von 10"e Torr evakuierten Bauteil Verwendung bei der Herstellung von Halbleiter-Bau- umfaßt, und durchläuft dann einen Massentrennungselementen nicht zur Verfugung, die normalerweise magneten 23, der Ionenverunreinigungen aus dem Uehandlungstemperaturen von 350 bis 4000C ausge- 60 Strahl entfernt. Die Strahlrichtung wird durch einen setzt sind. x-^-Ablenker 24 gesteuert, der den Strahl auf einen
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, gewünschten Zielbereich 25 richtet, welcher beispielsein
verbessertes Verfahren zur Herstellung von Dünn- weise die in Fig. 1 gezeigte Struktur sein kann. Der
schicht-Bauelementen der einleitend beschriebenen Art Zielbereich 25 ist auf einer (nicht gezeigten) Halterung
anzugeben. 65 angeordnet, die aus einem unter den für die Implanta-
Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe dadurch gelöst, tion erforderlichen Bedingungen beständigen Material
daß eine Tantal-Aluminium-Schicht mit 25 bis 75 besteht, beispielsweise aus korrosionsfestem Stahl oder
Atomprozent Aluminium abgeschieden wird, die einer Molybdän. Eine Einrichtung 26 zum Erwärmen des
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