DE2228678A1 - Verfahren zum herstellen einer schicht aus leiterzugmaterial fuer halbleiterbauteile - Google Patents
Verfahren zum herstellen einer schicht aus leiterzugmaterial fuer halbleiterbauteileInfo
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Description
Böblingen, 6. Juni 19 72
oe-we
änmelderins International Business Machines
Corporation, Armonk, N.Y. 10504
Amtliches Aktenzeichen; Neuanmeldung Aktenzeichen der Anmelderin: BU 971 005
Verfahren zum Herstellen einer Schicht aus Leiterzugmaterial für Halbleiterbauteile
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Schicht aus Leiterzugmaterial auf der Oberfläche von selektiv mit einer
passivierenden Oxidschicht bedeckten Haltleiterbauelementen unter Bildung einer intermetallischen Verbindung an der Grenzfläche zum
Halbleitermaterial bzw. der Oxidschicht.
Bei Leiterzügen für integrierte Schaltkreise genügt es nicht,
daß sie gute elektrische Leitfähigkeit haben und gute Ohmsche Kontakte zum Halbleitermaterial bilden, sie müssen auch gute
thermische Eigenschaften haben und chemisch und mechanisch widerstandsfähig sein. Auch wenn.diese Erfordernisse erfüllt sind,
treten bei der fortschreitenden Miniaturisierung neue Probleme auf, z.B. findet bei Leiterzügen mit Dicken in der Größenordnung
von einigen 1000 8 Massetransport unter dem Einfluß des elektrischen
Stromes statt, was zu Unterbrechungen führen kann.
Ein anderes Problem, das besonders bei Aluminiumleiterzügen auftritt, ist das Eindringen von Aluminiumspitzen in das
Halbleitermaterial, das kontaktiert werden soll. Dieses Eindringen findet statt bei langer dauernden Beanspruchungen,bei
relativ hoher Temperatur, z.B. beim Aufbringen des Leiterzugmaterials, beim zum Herstellen eines guten Kontakts erforderlichen
Sintern der Leiterzüge oder beim Passivieren der fertigen Schaltkreise. Man nimmt an, daß wegen der Löslichkeit von Silicium in
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Aluminium ein Austausch von Silicium gegen Aluminium stattfindet, wobei aluminiumreiche Legierungen in die Siliciumoberflache eindringen.
Dieses Problem wird kritischer mit dem Trend zu zunehmend flacheren Diffusionsschichten.
Viele Versuche wurden schon unternommen, um die Probleme mit
dem Massetransport und dem Eindringen von Aluminiumspitzen zu lösen. Methoden, den Massetransport zu vermindern, werden z.B.
in der US-Patentschrift 3 474 530 beschrieben. Obwohl die bekannten Verfahren das Massetransportproblern zu vermindern scheinen,
ohne die Leitfähigkeit und die Haftung zu verschlechtern,
so haben sie doch keinen Einfluß auf das Problem des Eindringens von Aluminiumspitzen.
Die bekannten Verfahren zur Verminderung des Eindringens von Aluminiumspitsen können in vier Gruppen eingeteilt werden.
Zur ersten Gruppe zählen aie Methoden, bei denen eine metallurgische
Barriere gegen das Lösen des Siliciums errichtet wird. Es
sind zwei Arten von Barrieren zu unterscheiden. Bei der ersten Art wird eine Schicht eines gegenüber dem Silicium sehr wenig
affinen Metalls zwischen dem Silicium und dem eigentlichen Leitermaterial erzeugt. Das Metall dient als Diffusionsbarriere
gegenüber dem Silicium. Metalle wie Titan, Chrom, Molybdän und Wolfram wurden für diesen Zweck vorgeschlagen. Die zweite Art
Barriere wird gebildet durch eine intermetallische Verbindung, in der sich entweder ein Element, wie z.B. Platin, mit dem
Halbleitermaterial zu einem Silicid verbindet, oder in der sich zwei Elemente, wie z.B. Paladium und Aluminium, zu PdAl, PdAl-
oder Pd3Al verbinden. Jede dieser Methoden erfordert zusätzliche
Prozeßschritte. Außerdem ist die erste Art von Barriere schwierig zu ätzen, während die intermetallischen Verbindungen die
ilassetransporteigenschaften des Leiters verändern können. Ein
weiteres Problem, das der Zusatz eines Metalls oder einer inter
metallischen Verbindung schafft, ist die Veränderung der
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Austrittsarbeit zwischen dem eigentlichen Leiter und einer
Oxidschicht, wie z.B. dem Gate eines Feldeffekttransistors. Beispiele äer beschriebenen Verfahren finden sich in der US-Patentschrift
3 461 357 und in dem IBM Technical Disclosure Bulletin, Band 10, Nr. 11 Seite 1709 und Nr. 12, Seite 1979*
Bei der zweiten Gruppe von Verfahren wird Silicium vor der Hochtemperaturbeanspruchung
im Leiterzugmaterial bis zur Sättigung gelöst, um die Lösungstendenz zwischen Aluminium und Silicium
zu reduzieren. Solche Verfahren sind beschrieben in der US-Pa- tentschrift
3 567 509 und im IBM Technical Disclosure Bulletin, Band 13, Nr. 12, Seite 3661. Bei diesen Verfahren sind zusätzliche
Schritte und Material notwendig. Es ist schwierig, die festgelegten Mengenverhältnisse zu erzeugen. Außerdem erniedrigt
sich die Leitfähigkeit des Leiters.
Bei der dritten Gruppe von Verfahren wird ein zwischenliegender, Ohmscher Kontakt eingebaut, der aus einer Legierung besteht, die
ein Metall mit einer höheren Löslichkeit für das Leiterzugmaterial
als das Silicium enthält. Dabei wird die Lösüngstendenz zwischen Aluminium und Silicium reduziert. Bei diesem Verfahren muß
sichergestellt werden, daß keines des zugefügten Metalle, wie ZiBi Aluminium, für eine Wechselwirkung mit Silicium verfügbar
ist* Dies kann erreicht werden, indem entweder die benötigte i4etällmenge berechnet wird oder durch Entfernung des Überschusses,
wie es ζ^B. in der US-Patentschrift 3 558 352 beschrieben ist.
Diese an sich brauchbaren Methoden erfordern zusätzliche Prozeßschritte s
Die vierte Gruppe schließt solche Verfahren ein, die auf der
Kontrolle der Prozeßparameter während des Aufdampfens des Leiterzugmaterials beruhen. Z.B. kann das Eindringen der Metallspitzen
reduziert werden, wenn zunächst eine kleine Menge Leiterzugmaterial bei hoher Temperatur und anschließend der Rest bei niedriger
Temperatur aufgebracht wird. Ein solches Verfahren wird in der US-Patentschrift 3 574 6 80 beschrieben. Eine Schwierigkeit
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bei solchen Verfahren besteht darin, daß die üblichen Bedampfungsapparate
nicht dafür ausgestattet sind, bei so hohen Temperaturen, wie bei diesen Verfahren nötig sind, zu operieren. Außerdem verhindern
diese Methoden nicht das Eindringen von Metallspitzen bei nachfolgenden Hochtemperaturprozessen.
Aufgabe der Erfindung ist es, das Eindringen von Metallspitzen in das Halbleitermaterial zu unterbinden und die Massetransporteigenschaften
des Leite^rzugmaterials zu verbessern, ohne dabei
die Zahl der Prozeßschritte und der Materialien zu erhöhen und ohne die Austrittsarbeit zwischen Leiterzugmaterial und Unterlage
nachteilig zu verändern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren der eingangs
genannten Art dadurch gelöst, daß zunächst eine metallische, aus dem Leitermaterial hergestellte Schicht und eine aus einem
Dotierungsmittel bestehende Schicht aufgebracht werden, daß sodann diese beiden Schichten zur Bildung der intermetallischen Verbindung bis zur üleichgewichtseinstellung erhitzt werden und daß
schließlich auf die die intermetallische Verbindung enthaltende Schicht eine beide Bestandteile der intermetallischen Verbindung
enthaltende Schicht aufgebracht wiru. Die intermetallische Verbindung verhindert die Diffusion des Halb leitermaterial in das Leiter
ζ ugaiateri al.
In Fällenf in denen das Kontaktpotential an der Grenzfläche zwischen
Leiterzugmaterial und Halbleitermaterial bzw. zwischen Leiterzugmaterial und dem passivierenden Oxia von Eedeutung 1st,
kann es vorteilnaft sein, daß das Leiterzugmaterial so lange hohen Temperaturen ausgesetzt wird, bis die die intermetallische
Verbindung enthaltende Schicht in eine Schicht mit diskreten, aus der intermetallischen Verbindung bestehenden Körnern umgewandelt
worden ist, woJjei die die intermetallische Verbindung enthaltende
Schicht nur so dick gemacht wird, daß sie fast bis zum Ende aller HpchtemperaturproZesse als geschlossene Schicht erhalten bleibt,
aber uünner gemacht wird als der Durchmesser der aus der iηtenne~
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tallischen Verbindung bestehenden Körner im Gleichgewicht beträgt.
Es ist besonders vorteilhaft, als Leitermaterial Aluminium und
als Dotierungsmittel Kupfer zu nehmen und die Kupfermenge zur Alurainiummenge so abzustimmen, daß bei der Gleichgewichtseinstellung
fast ausschließlich Al Cu entsteht. Al3Cu dient als
besonders wirkungsvolle Diffusionsbarriere für das Silicium.
Bei Einsatz des Systems Aluminium-Kupfer ist es für die rlassentransporteigenschaft
besonders vorteilhaft, wenn ein Gesamtkupfergehalt im Leiterzugmaterial zwischen 9 und 15 Gewichtsprozent erzeugt
wird.
Die Erfindung wird anhand von durch die Zeichnung erläuterten Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine nach b'ekannten Verfahren hergestellte Halbleiterstruktur
mit darüberliegendem Leiterzugmaterial, ausschnittweise, im Querschnitt, wobei die unerwünschten Spitzen aus Metall zu sehen
sind, die in·die flach diffundierte Schicht eindringen
,
Fig. 2 einen ähnlichen Ausschnitt wie die Fig. 1, in
welchem die zwei ersten Schichten des Leiterzugmaterials , die entsprechend dem in den Ansprüchen
gekennzeichneten Verfahren aufgebracht wurden, zu sehen sind,
Fig. 3 einen der Fig. 2 entsprechenden Ausschnitt aus
einem vollständigen Bauteil, wie er fast am Ende der Hochtemperaturbehandlungen vorliegt,
mit der aus einer intermetallischen Verbindung bestehenden Schicht, die die Spitzenbildung verhindert,
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Fig. 4 einen Ausschnitt aus einem vollständigen
Bauteil, für dessen Herstellung das im Fall des in Fig. 3 dargestellten Bauteils angewandte Verfahren
etwas abgewandelt wurde, so daß mehr oder weniger kugelförmige Körner der intermetallischen
Verbindung entstehen und
Fig. 5 einen Ausschnitt aus dem Phasendiagramm
des Aluminium-Kupfersystems.
In Fig. 1 ist im Querschnitt ein Ausschnitt aus einem planaren Halbleiterbauteil dargestellt, wie er nach bekannten Verfahren
hergestellt wird. In das Plättchen 10 aus Halbleitermaterial ist eine dotierte Schicht 12 eindiffundiert worden. Eine Passivierungsschicht
14, üblicherweise aus Siliciumdioxid, bedeckt selektiv die Plättchenoberfläche. Um elektrischen Kontakt mit der diffundierten
Schicht herzustellen, ist eine leitende Schicht 16, z.B. aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehend, selektiv
-auf die Oberfläche der Halbleiterstruktur aufgebracht. Der Kontakt
wird hergestellt an der Berührungsfläche zwischen der Diffusionsschicht 12 und der leitenden Schicht 16.
Im Idealfall ist der Kontakt ohmisch und die Kontaktfläche planar. Dadurch wird eine reproduzierbare Charakteristik erreicht.
Es wurde jedoch gefunden- daß sich beim Aufbringen einer Glasschicht 18 bei höheren Temperaturen, in der Größenordnung von
bis 650 C, unerwünschte Aluminiumspitzen 20 bilden.
Fig. 2 zeigt einen ähnlichen Ausschnitt eines Halbleiterbauteils
wie Fig. 1. Gezeigt sind das Ilalbleiterplättchen 10, die Diffusionsschicht
12 und die passivierende Oxidschicht 14. Auf diese in bekannter Weise hergestellte Struktur wird eine dünne Schicht
22 aufgebracht, die aus einem ersten Element besteht und die auf der Halbleiterstruktur aufliegt. Auf Schicht 22 wird eine aus
einem anderen Element bestehende Schicht 24 aufgebracht. Die beiden Elemente werden nach zwei Kriterien ausgewählt. Das erste Kriterium
ist, daß eines der Elemente, ein Metall, ein brauchbares
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Leitermaterial sein muß und das andere,im allgemeinen auch aber
nicht notwendigerweise ein Metall, ein brauchbares Dotierungsmittel sein muß, das den Massetransport im Leiterzugmaterial reduziert.
Das zweite Kriterium ist, daß die beiden Elemente eine intermetallische Verbindung miteinander eingehen. Beispiele für geeignete
Kombinationen sind Aluminium-Kupfer, Aluminium-Eisen und Aluminium-Chromi
Das eine oder das andere Element können als Schicht 22 bzw. 24 aufgebracht werden. Z.B. kann Schicht 22 aus Aluminium und
.Schicht 24 aus Kupfer bestehen. Das relative Mengenverhältnis
der beiden Element sollte so sein, daß sich bei der Gleichgewichtseinstellung
fast ausschließlich die gewünschte intermetallische Verbindung bildet. Soll z.B. Al3Cu gebildet werden, so muß das
Göwichtsverhältnls der aufgebrachten Mengen 45,9 % Aluminium zu
54,1 % Kupfer sein.
Mach dem Aufbringen der Schichten 22 und 24 wird die die intermetallische
Verbindung enthaltende Schicht 26 (siehe Fig* 3) hergestellt,
iiidem man die beiden Schichten miteinander ins Gleichgewicht kommen läßt. Je nach der Dicke der Schichten kann dies sofort
während des Aufbringens geschehen oder muß noch unterstützt werden, indem man die Schichten kurze Zeit einer erhöhten Temperatür
aussetzt* Die Bildung der Schicht 26 kann während nachfolgender,
bei hohen "Temperaturen stattfindenden Prozeßschritten-, wie z.B. dem
obenerwähnten Niederschlagen einer Glasschicht, erfolgen» Die zuletzt
erwähnte Methode ist brauchbar, wenn die Bildung der intermetallischen Verbindung schneller erfolgt als die die Metall-.spitzen
verursachende Diffusion des Siliciüms.
Die Dicke der Schicht 26 muß für jeden speziellen Fall unter
Berücksichtigung der Eigenschaften der eingesetzten Materialien und der Zeit Temperatur-Beanspruchung durch nachfolgende Prozeßschritte
festgelegt werden.
Ala nächster Schritt, den die Fig. 3 zeigt, folgt das Aufbringen
einer im allgemeinen beide Bestandteile der intermetallischen
Verbindung enthaltenden Schicht.28r die auf der Schicht 24
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JiL jll UU5
bzw. je.nach dem gewählten Verfahren auf der Schicht 26 aufliegt
und mit ihr verbunden ist. Die Schicht 28 kann z.B. aus reinem Aluminium bestehen,«· das so dick aufgetragen wird, daß eine Gesamtdicke
des Leiterzugmaterials erreicht wird, wie es die Schaltkreisauslegung
erfordert. Andererseits kann die Schicht 28 aus einer dotierten Metallschicht bestehen, die genügend Dotierungsmaterial
enthält, daß der gesamte Dotierungsanteil im Leiterzugmaterial
so hoch ist, daß der Massetransport minimal wird. Ist z.B. die Schicht 26 eine Kupfer und Aluminium enthaltende intermetallische
Verbindung und die vorherbestimmte Dicke dieser Schicht enthält nicht genug Kupfer um das gesamte Leiterzugmaterial mit
optimalen Massetransporteigenschaften auszustatten, so ist es notwendig, eine kleine Menge Kupfer der aus Aluminium bestehenden
Schicht 28 zuzusetzen, um den Gesamtkupferanteil auf den gewünschten Wert zu bringen.
Die Schicht 26 kann auch durch gleichzeitiges Niederschlagen der
beiden Elemente im notwendigen stöchiometrischen Verhältnis gebildet
werden.
Die Schichten können nach verschiedenen Verfahren, wie z.B.
Eiektronenstrahlverdampfung, Hochfrequenzbedampfen oder Kathodenstrahlzerstäuburig
aufgebracht werden.
Nach dem Aufbringen der Schicht 28 können nachfolgende Hochtemperatur-Prozeßschritte
durchgeführt werden, ohne, daß nennenswerte Metallspitzen in die diffundierte Schicht 12 hinein entstehen.
Die aus der intermetallischen Verbindung bestehende Schicht an der Halbleiteroberfläche verhindert, daß bei Hochtemperatur-Verfahrensschritten
Silicium in das Leiterzugmaterial hineindiffundiert. Wird das Bauteil jedoch längere Zeit höheren Temperaturen
ausgesetzt, so geht die zunächst nicht einheitliche Verteilung der Metalle im Leiterzug in einen allgemeinen Gleichgewichtszustand über und ändert dabei den Anteil der intermetallischen
Verbindung, der an der Halbleiteroberfläche vorhanden ist.
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Zusätzlich vergrößert sich bei der Hochteraperaturbeanspruchung
die Korngröße der Metallteilchen im Leiterzug, je mehr sich das System dem Gleichgewichtszustand nähert. Diese Vorgänge bewirken,
daß die intermetallische Schicht nach einer bestimmten Zeit löchrig wird. Mit zunehmender Korngröße neigen einige Legierungen,
zu denen auch die Aluminium enthaltenden gehören, dazu, Körner von etwa kugelförmiger Gestalt zu bilden. Diese Bildung relativ '
großer Körner geht auf Kosten vorhandener kleiner Körner. Man kann dieses Phänomen mit Vorteil ausnützen, wenn man bewußt
vorsieht, daß die Dicke der Schicht 26 geringer ist als der Durchmesser der im Gleichgewichtszustand vorliegenden, aus der inter- ·
metallischen Verbindung bestehenden Körner 30. Fig. 4 zeigt einen Zustand, in dem der durchschnittliche Durchmesser der Körner 30
größer ist als die Dicke der ursprünglichen Schicht 26 (siehe Fig. 3), was zur Folge hat, daß Schicht 26 nicht mehr geschlossen ist.
Ist dieser Zustand,- wie ihn die Fig. 4 illustriert, erreicht, so füllt das Material, aus der die Schicht 28 besteht, die Zwischenräume
zwischen den Körnern 30 aus.
Offensichtlich verliert die Schicht 26 ihre diffusionshemmenden Eigenschaften, wenn die Bildung diskreter Körner 30 stattfindet.
Man muß deshalb einen Kompromiß in der Weise schließen, daß, wenn die Körnerbildung erwünscht ist, diese erst vollendet ist nach
dem Abschluß aller Hochtemperaturprozesse, wobei einerseits die Metallspitzen nur soweit in das Halbleitermaterial eindringen, wie
dies noch hingenommen werden kann, aber andererseits die Vorteile der Körnerbildung ausgenutzt werden können.
Um das beschriebene Verfahren noch deutlicher zu machen, wird es anhand des in Fig. 5 dargestellten Phasendiagramms des
Systems Aluminium-Kupfer eingehender besprochen.
Das Phasendiagramm zeigt die Phasen die in kupferhaltigen
Aluminiumlegierungen im Gleichgewicht vorliegen. Es gibt zwei feste Phasen, die von besonderem Interesse sind. Die
eine ist die κ-Phase, die eine feste Lösung von Kupfer in
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Aluminium darstellt, d.h., Kupfer und Aluminium liegen in .
einer einzigen Phase vor und die Kristallstruktur ist die des reinen Aluminiums. Die andere ist die Q-Phase, die aus
der intermetallischen Verbindung Al_Cu besteht. Wie man aus Fig. 5 ersieht, hängt das Auftreten einer oder beider Phasen
vom Kupfergehalt in der Legierung im Gleichgewicht ab. Bei Kupfer-Gehalten zwischen nahezu O und etwa 54 Gewichtsprozent
liegen die Θ-Phase und die κ-Phase als Zweiphasengemisch
vor. Im Gleichgewicht sind die Phasen in den Anteilen vorhanden, die sich aus dem Phasendiagramm ergeben. Sie müssen nicht
notwendigerweise homogen im ganzen Legierungssystem verteilt sein. Z.B. kann ein Leiterzugmaterial, wie es hier beschrieben
wird, im Gleichgewicht sein, obwohl Schichten mit unterschiedlicher Phasenverteilung nebeneinander existieren.
Geht man noch einmal zurück zu Fig. 2 und nimmt an, daß die Schicht 22 aus Aluminium und die Schicht 24 aus Kupfer besteht,
so wird sich im Gleichgewicht eine Schicht 26 (siehe Fig. 3) aus reiner Θ-Phase, d.h. aus Al Cu1, bilden, sofern Kupfer, und
Aluminium im richtigen stöchiometrischen Verhältnis niedergeschlagen wurden. Wegen der außerordentlich geringen Dicke dieser
Schichten, die in der Größenordnung von 1000 8 liegen, wird das
Gleichgewicht ziemlich schnell erreicht dank der Nachbarschaft auch der relativ am weitesten voneinander entfernten Atome.
Um optimale Massetransporteigenschaften zu erzielen, ist ein Gesamtkupfergehalt im Leiterzugmaterial von etwa 15 Gewichtsprozent
günstig. Diese günstige Zusammensetzung entspricht dem Punkt A in Fig. 5. Diese günstige Zusammensetzung kann erreicht
werden, indem eine Schicht 28 aus reinem Aluminium aufgebracht wird. Die genaue Dicke dieser Schicht ergibt sich durch einfache
Rechnung, sie liegt in der Größenordnung von 6000 A. Die Gesamtdicke der Leiterstruktur hat damit eine Dicke von etwa 8000 A.
Ist es notwendig, eine noch dickere Struktur zu erzeugen, so muß das Aluminium in Schicht 28 einen so großen Kupferanteil enthalten,
daß der gemischte Gesamtkupfergehalt erreicht wird. Die
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Einstellung des Gleichgewichts in einer z.B. 8000 A* dicken Schicht
dauert wesentlich langer als in einer nur 2000 A dicken Schicht.
Die Gleichgewichtseinstellung erfolgt im allgemeinen schneller
als die Bildung von diskreten Körnern 30 aus der Schicht 26/
d.h., die Körnerbildung findet nach der Gleichgewichtseinstellung statt. Deshalb bildet sich die in Fig. 4 gezeichnete Struktur
nach der Bildung des durch den Punkt A in Fig. 5 definierten Zweiphasensystems.
Das folgende Beispiel erläutert das beschriebene Verfahren und die damit erzielten Ergebnisse.
Proben wurden hergestellt entsprechend dem oben beschriebenen Verfahren. Der Gesamtkupfergehalt betrug 15 Gewichtsprozent.
Das Kupfer wurde bei etwa 200 0C direkt auf die freigelegte
Oberfläche von 100-orientierten Siliciumplättchen aufgebracht.
Die Gesamtdicke des Leiterzugmaterials war etwa 12000 S. Nach einer einstündigen Wärmebehandlung bei 450 0C wurde ein Eindringen
der Metallspitzen von nur 9000 8. festgestellt, während beim im allgemeinen verwendeten kupferlegierten Aluminium die
Metallspitzen 11300 8 eindringen. Bei der Untersuchung des Massetransports an diesen Proben wurde bei 1,5 χ 10 Ampere/
cm bei 150 0C ein Ausfall nach durchschnittlich 5630 Stunden
festgestellt, während eine konventionell hergestellte Struktur
schon nach 140 Stunden ausfiel. Diese Ergebnisse zeigen, daß die entsprechend dem beschriebenen Verfahren hergestellte
Legierung mit 15 % Gesamtkupfergehalt eine wirkungsvolle Diffusionsbarriere bei 400 0C für mindestens eine Stunde bildet.
Dieses Zeit-Temperatur Verhalten ist ausreichend, wenn das Bauteil anschließend durch Kathodenstrahlzerstäubung passiviert
werden soll. Es muß noch angemerkt werden, daß, obwohl die herrschende Lehre der Ansicht ist, daß bei kupferhaltigen Leiterzugstrukturen
zur Vermeidung der 'Kupfervergiftung" die Kupferschichten nicht direkten Kontakt zur Siliciumoberfläche haben
sollen, uas hier beschriebene Verfahren dies zuläßt, ohne daß
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schädliche Wirkungen festgestellt werden.
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Claims (13)
- PATENTANSPRÜCHEVerfahren zum Herstellen einer Schicht aus Leiterzugmaterial auf der Oberfläche von selektiv mit einer passivierenden Oxidschicht bedeckten Halbleiterbauelementen unter Bildung einer intermetallischen Verbindung an der Grenzfläche zum Halbleitermaterial bzw. der Oxidschicht, dadurch gekenn- ' zeichnet, daß zunächst eine metallische, aus dem Leitermaterial hergestellte Schicht und eine aus einem Dotierungsmittel bestehende Schicht aufgebracht werden, daß sodann diese beiden Schichten (22) und (24) zur Bildung der ' intermetallischen Verbindung bis zur Gleichgewichtseinstellung erhitzt werden und daß schließlich auf die die intermetallische Verbindung enthaltende Schicht (26) eine beide Bestandteile der intermetallischen Verbindung enthaltende Schicht (28) aufgebracht wird.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dotierungsmittel aus der Gruppe der Metalle ausgewählt wird.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Leiterzugmaterial so lange hohen Temperaturen ausgesetzt wird, bis die die intermetallische Verbindung enthaltende Schicht (26) in eine Schicht mit diskreten, aus der intermetallischen Verbindung bestehenden Körnern (30) umgewandelt worden ist, wobei die Schicht (26) nur so dick gemacht wird, daß sie fast bis zum Ende aller Hochtemperaturprozesse als geschlossene Schicht erhalten bleibt, aber dünner gemacht wird als der Durchmesser der Körner (30) im «Gleichgewicht beträgt.
- 4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprücne 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Leitermaterial Aluminium genommen wird.
- 5. Verfahren nach eineia oder mehreren der Ansprücne 1 bis 4,20988ΊΜ008UJ 9 71 005dadurch gekennzeichnet daß das Dotierungsmittel aus der Gruppe Eisen, Chrom oder Kupfer gewählt wird.
- 6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Halbleitermaterial Silicium mit einer· selektiv durch Diffusion hergestellten, dotierten Oberflächenschicht genommen wird.
- 7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet; daß die Dicke der aus dem Dotie ■ rungsmittel bestehenden Schicht so auf die Dicke der aus dem Leitermaterial bestehenden Schicht abgestimmt wird, daß bei der Gleichgewichtseinstellung fast ausschließlich die gewünschte, intermetallische Verbindung entsteht.
- 8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Dotierungsmittel Kupfer genommen wird und als intermetallische Verbindung Al Cu erzeugt wird.
- 9. Verfahren nach mehreren der Ansprüche 1 bis ü , dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (23) entsprechend dem gewünschten Gesamtkupfergehalt im Leiterzugmaterial zusammengesetzt wird.
- 10. Verfahren nach mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gesamtkupfergehalt zwischen 0,1 und 25 Gewichtsprozent erzeugt wird.
- 11. Verfahren nach mehreren der Ansprüche 1 bis 10. dadurch gekennzeichnet, daß ein Gas cimtkup fergehalt zwischen 9 und 15 Gewichtsprozent erzeugt wirci,
- 12. Verfahren nach mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß uie erste aufgetragene Schicht aus Aluminium etwa 1000 A dick gemacht wird.EU 97! 005 20Π8Β3/1008
- 13. Verfahren nach mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (26) hergestellt wird,
indem Aluminium und Kupfer gemeinsam und im gewünschten Verhältnis abgeschieden werden und daß die Schicht (26) 1000 bis 2000 8 dick gemacht wird.209RR3/1008Leerseite
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JPS5017185A (de) * | 1973-06-12 | 1975-02-22 | ||
US4017890A (en) * | 1975-10-24 | 1977-04-12 | International Business Machines Corporation | Intermetallic compound layer in thin films for improved electromigration resistance |
FR2351502A1 (fr) * | 1976-05-14 | 1977-12-09 | Ibm | Procede de fabrication de transistors a effet de champ a porte en silicium polycristallin auto-alignee avec les regions source et drain ainsi qu'avec les regions d'isolation de champ encastrees |
DE2649773A1 (de) * | 1976-10-29 | 1978-05-11 | Bosch Gmbh Robert | Halbleiteranordnung |
US4333100A (en) * | 1978-05-31 | 1982-06-01 | Harris Corporation | Aluminum Schottky contacts and silicon-aluminum interconnects for integrated circuits |
US4316209A (en) * | 1979-08-31 | 1982-02-16 | International Business Machines Corporation | Metal/silicon contact and methods of fabrication thereof |
JPS57500669A (de) * | 1979-11-30 | 1982-04-15 | ||
JPS5678130A (en) * | 1979-11-30 | 1981-06-26 | Hitachi Ltd | Semiconductor device and its manufacture |
US4360564A (en) * | 1981-01-29 | 1982-11-23 | General Electric Company | Thin films of low resistance and high coefficients of transmission in the visible spectrum |
US4393096A (en) * | 1981-11-16 | 1983-07-12 | International Business Machines Corporation | Aluminum-copper alloy evaporated films with low via resistance |
US4534100A (en) * | 1982-06-28 | 1985-08-13 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Electrical method of making conductive paths in silicon |
US4495222A (en) * | 1983-11-07 | 1985-01-22 | Motorola, Inc. | Metallization means and method for high temperature applications |
JPS61200207U (de) * | 1985-06-03 | 1986-12-15 | ||
US4866505A (en) * | 1986-03-19 | 1989-09-12 | Analog Devices, Inc. | Aluminum-backed wafer and chip |
JP2662446B2 (ja) * | 1989-12-11 | 1997-10-15 | キヤノン株式会社 | 記録ヘッド及び記録ヘッド用素子基板 |
KR100362751B1 (ko) * | 1994-01-19 | 2003-02-11 | 소니 가부시끼 가이샤 | 반도체소자의콘택트홀및그형성방법 |
US5565707A (en) * | 1994-10-31 | 1996-10-15 | International Business Machines Corporation | Interconnect structure using a Al2 Cu for an integrated circuit chip |
KR0186206B1 (ko) * | 1995-11-21 | 1999-05-01 | 구자홍 | 액정표시소자 및 그의 제조방법 |
GB2323475B (en) * | 1995-11-21 | 1999-08-11 | Lg Electronics Inc | Controlling the generation of hillocks in liquid crystal devices |
DE19621400C2 (de) * | 1996-05-28 | 2000-07-06 | Siemens Ag | Herstellverfahren für eine Aluminiumschicht oder Aluminiumleiterbahnen |
US5926360A (en) * | 1996-12-11 | 1999-07-20 | International Business Machines Corporation | Metallized oxide structure and fabrication |
US6426293B1 (en) * | 2001-06-01 | 2002-07-30 | Advanced Micro Devices, Inc. | Minimizing resistance and electromigration of interconnect by adjusting anneal temperature and amount of seed layer dopant |
US7109556B2 (en) * | 2004-11-16 | 2006-09-19 | Texas Instruments Incorporated | Method to improve drive current by increasing the effective area of an electrode |
US20070164323A1 (en) * | 2006-01-18 | 2007-07-19 | Micron Technology, Inc. | CMOS gates with intermetallic compound tunable work functions |
US7709402B2 (en) | 2006-02-16 | 2010-05-04 | Micron Technology, Inc. | Conductive layers for hafnium silicon oxynitride films |
US7749877B2 (en) * | 2006-03-07 | 2010-07-06 | Siliconix Technology C. V. | Process for forming Schottky rectifier with PtNi silicide Schottky barrier |
US20090032958A1 (en) * | 2007-08-03 | 2009-02-05 | Micron Technology, Inc. | Intermetallic conductors |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
NL253834A (de) * | 1959-07-21 | 1900-01-01 | ||
NL303035A (de) * | 1963-02-06 | 1900-01-01 | ||
US3382568A (en) * | 1965-07-22 | 1968-05-14 | Ibm | Method for providing electrical connections to semiconductor devices |
US3408733A (en) * | 1966-03-22 | 1968-11-05 | Bell Telephone Labor Inc | Low resistance contact to diffused junction germanium transistor |
US3631304A (en) * | 1970-05-26 | 1971-12-28 | Cogar Corp | Semiconductor device, electrical conductor and fabrication methods therefor |
US3631305A (en) * | 1970-12-17 | 1971-12-28 | Cogar Corp | Improved semiconductor device and electrical conductor |
-
1971
- 1971-06-30 US US00158467A patent/US3830657A/en not_active Expired - Lifetime
-
1972
- 1972-04-26 IT IT23517/72A patent/IT953757B/it active
- 1972-05-26 JP JP47051774A patent/JPS5131184B1/ja active Pending
- 1972-06-08 FR FR7221496A patent/FR2143709B1/fr not_active Expired
- 1972-06-13 DE DE2228678A patent/DE2228678A1/de not_active Withdrawn
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Also Published As
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JPS4817267A (de) | 1973-03-05 |
FR2143709B1 (de) | 1978-03-03 |
GB1386268A (en) | 1975-03-05 |
CA974660A (en) | 1975-09-16 |
US3830657A (en) | 1974-08-20 |
IT953757B (it) | 1973-08-10 |
JPS5131184B1 (de) | 1976-09-04 |
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