DE2702282A1

DE2702282A1 - Verfahren zur herstellung von elektrodenkontakten und/oder leiterbahnen an halbleiterbauelementen

Info

Publication number: DE2702282A1
Application number: DE19772702282
Authority: DE
Inventors: Radim Badalec
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1977-01-20
Filing date: 1977-01-20
Publication date: 1978-07-27

Description

Verfahren zur Herstellung von Elektrodenkontakten. - Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Elektrodenkontakten und/oder Leiterbahnen an Halbleiterbauelementen, wie es im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher- bezeichnet ist.
Bei der Herstellung von integrierten Halbleiterschaltungen werden die Leiterbahnen und die Kontaktelektroden durch Aufdatpfen eines Kontaktmetalls, einer Schichtenfolge verschiedener Metalle oder einer Legierung im Hochvakuum erseuSt. Die so aufgebrachten Schichten werden anschließend durch naßchemisches Ätzen mittels eines fotolithografischen Verfahrens oder durch eine Abhebetechnik mit einer Struktur versehen.
Bei hochintegrierten Schaltungen, bei denen die einzelnen Diffusionsgebiete nur wenig unter die Oberfläche des Halbleiters reichen, wird zur Herstellung solcher Leiterbahnen und intakte eine Aluninium- oder eine Aluminium-Eupfer-Legierung verwendet, die als Zusatzstoff einen Siliziumanteil von t bis 2 Gew.% besitzt. Durch diesen Siliziumanteil wird verhindert, daß bei einer anschließenden Temperung oder Sinterung des Bauelementes Kurzschldsse zu dem Substrat auftreten, die sich infolge zu starker Legierungsbildung zwischen dem tontaktmetall und eines diffundierten Gebiet ausbilden können. Bei diese Verfahren ist problematisch, den Siliziumanteil in der aufgedaipften ton- taktrnetallschicht sehr genau und konstant zu halten. Diese Schwierigkeiten resultieren einmal daraus, daß wegen der stark unterschiedlichen Dampfdrucke der Materialien, beispielsweise von Aluminium und Silizium, das Aufdampfen aus der gleichen Verdnmpfungsquelle mit Schwierigkeiten verbunden ist. Diese Schwierigkeit kann zwar dadurch umgangen werden, daß ein sog.
"sandx^!ich'-Verfahren angewendet wird, bei dem eine dünne Siliziumschicht zwischen zwei Metallschichten, z.B. zwischen zwei Aluminium- oder zwei Aluminiu~-Kupfer-Schichten, aufgedampft wird oder über der Metallschicht eine dünne Siliziumschicht aufgedampft wird. Bei diesem "sandwich"-Verfahren ist es jedoch problematisch, eine etwa 100 i dicke Siliziumschicht mit reproduzierbarer Dicke aufzudampfen. Eine "flash"-Verdampfung eignet sich wegen ihrer ungenügenden Kontrolle der Legierungszusammensetzung während des Aufdampfens nicht für die Metallisierung von MOS-Schaltungen, da dafür erhebliche Anforderungen an die Sauberkeit und Gleichmäßigkeit der aufgedampften Schicht gestellt werden. Eine weitere Möglichkeit zum Aufdampfen einer Silizium entsprechenden Metallschicht besteht darin, das man z.B. Aluminium und Silizium aus zwei verschiedenen Verdampfungsquellen gleichzeitig auf die Substrate aufdampft. Dieses Verfahren hat jedoch die Schwierigkeit, daß das Silizium mit einer etwa 50 bis 100fach kleineren Verdampfungsrate wie das Aluminium bzw. eine Aluminiwn-Kupfer-Legierung aufgedampft werden muß, und daß bei so kleinen Verdampfungsgeschwindigkeiten des Siliziums die Schwankungen dieser Verdampfungsgeschwindigkeit relativ groß werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Aufdampfverfahren zur Herstellung von einen Zusatzstoff enthaltenden Leiterbahnen und/oder Kontaktmetallschichten anzugeben, bei dem einmal der Anteil des Zusatzstoffes sehr genau eingehalten und gesteuert werden kann, bei dem es weiterhin möglich ist, innerhalb der aufgedampften Schicht den Anteil des Zusatzstoffes zu variieren, und bei dem die aufgedampften Schichten reproduzierbar hergestellt werden können.
Diese Aufgabe wird bei einem wie im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Verfahren erfindungsgemSß nach der im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Weise gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ergeben sich aus den UnteransprU-chen.
Die vorteilhaften Wirkungen des erfindungsgemäßen Verfahrens bestehen insbesondere im folgenden: Die Ablagerung desJenigen Stoffes, der nur in geringem Anteil auf den Substraten niedergeschlagen werden soll, kann durch Wahl eines kleinen Blendenwinkels ebenfalls klein gehalten werden, selbst wenn die Verdampfungsrate aus der Verdampfungsquelle relativ hoch ist. Da der Monitor innerhalb dieses Blendenwinkels angeordnet wird, ergibt der Monitor im Verhältnis zu der auf den Substraten niedergeschlagenen Menge ein relativ hohes Signal, so daß eine gute Steuerung der Ablagerung dieser Komponente möglich ist. Auf diese Weise kann auch ein sehr kleiner Anteil einer Komponente in der auf den Substraten insgesamt niedergeschlagenen Schicht sehr genau angegeben werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß kurzzeitige Schwankungen in der Verdampfungsrate der Quelle des Zusatzstoffes sich nicht sehr stark auswirken. Dies ergibt sich daraus, daß die Substrate sich nicht dauernd, sondern entsprechend der Jeweiligen Umdrehungszahl und dem Blendenwinkel Uber der Verdanpfungsquelle des Zusatzstoffes befinden. Insbesondere bein Aufbringen von Silizium, das sehr zum Spritzen bei der Verdampfung neigt, erweist sich diese Eigenschaft der erfindungsgemäßen Methode als vorteilhaft. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß der Anteil des Zusatzstoffes innerhalb der aufzubringenden Schicht durch Veränderung der Verdampfungsgeschwindigkeit des Zusatzstoffes variiert werden kann, so daß für diesen Zusatzstoff in der auf dem Substrat niedergeschlagenen Schicht ein nahezu beliebiges Konzentrationsprofil erreicht werden kann.
Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren und die zu seiner Durchfuhrung verwendete Vorrichtung anhand der Figur beschrie- ben und näher erläutert.
In einer in der Figur nicht dargestellten Vakuumkammer befinden sich zwei Verdampfungsquellen 1 und 2, z.B. zwei Elektronenstrahlverdampfer. Aus der Quelle 1 wird beispielslleise Aluminium oder eine Aluminiurn-Kupfer-Legierung verdampft, aus der Quelle 2 der Zusatzstoff, z.B. Silizium. Beide Verdanpfungsquellen sind mit einen Schichtdicken-Monitor 3 bzw. 4 ausgerlistet, mit dem die Aufdampfrate der jeweiligen Verdampfungsquelle bestimmt und zur Steuerung der Verdampfungsgeschwindigkeit aus gewertet werden kann.
Die beiden Verdampfungsquellen 1 und 2 sind durch eine Blende 5 gegeneinander abgeschirmt. Diese Blende 5 hat eine V-fcrmige Form. Uber den beiden Verdampfungsquellen befindet sich der Substrathalter 6, der sog. Substrat-Dom. An diesem Substrathalter 6 sind die Substrate 7 befestigt. Der Substrathalter 6 ist um eine Achse 8 drehbar. Zur Durchführung des erfindungs#emäßen Verfahrens wird aus den beiden Verdanpfungsquellen Material verdampft. Das Aufdampfen auf die Substrate 7 erfolgt in der Weise, daß durch Drehung des Substrathalters 6 um die Achse 8 die Substrate abwechselnd dem von der Verdampfungsquelle 1 ausgehenden Metallteilchenstrahl und dem von der Verdaitipfungaquelle 2 ausgehenden Silizium-Teilchenstrahl ausgesetzt werden. Durch den Öffnungswinkel der V-förmigen Blende 5 wird das Verhältnis der Verweilzeit über den Jeweiligen Verdampfungsquellon und damit auch der prozentuale Anteil des aus der Silizium-Verdampfungsquelle herrührenden Siliziumantcils bei fester Verdampfungsgeschwindigkeit des Siliziums aus de Verdarnpfungsquelle. 2 bestimmt. Soll auf den Substraten eine Schicht abgelagert werden, in der der Siliziumanteil nicht über die gesamte Dicke konstant ist, sondern beispielsweise an der Oberfläche. des Substrates höher ist als in den darUberliegenden Bereich, so erfolgt das Aufdampfen in der Weise, daß die Verdampfung aus der Quelle 2 während des Abscheidens der Schicht auf dem Substrat verringert wird oder daß während des Verdampfens die Verdampfungsgeschwindigkeit des Metalles aus der quelle 1 erhöht wird. Durch eine Steuerung der Verdampfungsraten lihrend des Aufdarpfprczesses lann ein beliebiges Konzentrationsprofil des Siliziums in der niederge- schl#genen Kontaktmetallschicht erzeugt werden. Die Steuerung kann mit einem Prozeßrechner erfolgen. Aufgrund der Drehung des Substrathalters 6 entsteht als abgelagerte Schicht eine Folge von sehr diinnen, abwechselnd aufeinanderfolgenden Metallschichten, z.B. Aluminiumschichten und Siliziumschichten. Ist die jeweilige Verdampfungsgeschwindigkeit aus den einzelnen Verdampfungsquellen 1 oder 2 sehr gering und ist die Drehgeschwindigkeit des Substrathalters hinreichend groß, so erhalt man eine in sich kontinuierliche Kontaktmetallschicht.
In einern speziellen Beispiel wird der Jinltel der Blende zu 300 Gewählt. Die Aufdempfrate der Siliziumquelle wird so eingestellt, daß die Ablagerung auf einem in 25 cm Entfernung befindlichon Monitor etwa 0,4 nm pro sec beträgt. Da die Substrate wegen der Drehung des Substrathalters nur innerhalb eines Sektors von 300 der Siliziumquelle ausgesetzt sind, ist die Ablagerung auf den Substraten entsprechend herabgesetzt. Die genaue Relation zwischen der Ablagerungsrate auf dem Monitor und der Ablagerungsrate auf den Substraten wird in Vorversuchen festgestellt, und es wird auf diese Weise die gegenseitige Zuordnung zwischen der vom Monitor angezeigten Ablagerungsrate und der auf den Substraten niedergeschlagenen Schichtdicken bestimmt. Bei einer Steuerung der Verdampfungaquellen mittels eines Prozeßrechners werden diese Beziehungen ebenfalls berficksichtigt. In dem genannten Beispiel wird die Aufdampfrate der Aluminiumquelle auf einen zweiten, ebenfalls in 25 cm Entfernung befindlichen Monitor auf etwa 3 rim pro sec eingestellt. Die Drehgeschwindig1#it des Substrathalters beträgt beispielsweise 20 Umdrehungen pro min.
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich außer zur Herstellung von Silizium enthaltenden Metallschichten auch zur Herstellung anderer Legierungsschichten verwenden, bei denen eine Komponente nur in sehr geringem Anteil vorhanden sein soll.
7 Patentansprtiche 1 Figur L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zur Herstellung von Elektrodenkontakten und/oder Leiterbahnen für ein Halbleiterbauelement, bei dem auf einem Halbleitersubstrat eine einen Zusatzstoff enthaltende Metallschicht aufgedampft wird und bei dem das metall aus einer ersten und der Zusatzstoff aus einer zweiten Verdampfungs quelle verdampft werden, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß das Halbleitersubstrat (7) abwechselnd Jeweils nur in einen der Strahlen verdampfter Teilchen gebracht wird, die von den beiden Verdampfungsquellen (1, 2) ausgehen, und daß dieser Vorgang so oft wiederholt wird, bis die auf dem Substrat (7) niedergeschlagene Schicht eine vorgegebene Dicke erreicht hat.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die beiden Verdampfungsquellen (1, 2) voneinander durch eine vertikale Blende (5) getrennt werden und daß das Halbleitersubstrat (7) mittels eines drehbaren Substrathalters (6) durch die von den Verdampfungsquellen ausgehenden Teilchenstrahlen gefilhrt wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t, daß während des Aufdampfvorganges die Verdampfungsgeschwindigkeit einer der beiden Verdampfungaquellen (1 oder 2) verändert wird.
4. Verfahren nach einem der AnsprUche 1 bis 3, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t, daß das Substrat während des Aufdampfen vorganges auf einer erhöhten Temperatur zwischen 1000 und 4000C gehalten wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß als aufzudampfendes Metall Aluminium oder eine Aluminium-Kupfer-Legierung verwendet wird.
6. Verfahren nach einen der AnspHiche 1 bis 5, dadurch g e -1; e n n z e i c h n e t , daß als Zusatzstoff Siliziun vensendet wird.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei diese Vorrichtung zwei jeweils mit einer Ratensteuerung versehene Verdampfungsquellen aufweist, über denen sich ein Substrathalter mit dem zu bedampfenden Substrat befindet, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Substrathalter (6) um eine Achse (2) drehbar ist und daß in einer zu dieser Achse parallelen Richtung eine Blende (5) angebracht ist, welche die beiden Verdampfungsquellen (1, 2) gegeneinander abschirmt.