DE1589975B2 - Verfahren zum Herstellen von Kontaktmetallisierungen bei Halbleiterbauelementen - Google Patents

Description

schließenden Verfahrensschritt überschüssige Metallschichtreste durch Abbürsten bzw. Abwaschen von der Halbleiteroberfläche entfernt werden. Auch bei Anwendung dieses Verfahrens haben sich Übergangswiderstände zwischen Zuleitungen und Halbleiter- zonen gezeigt, die nicht allen Anforderungen voll genügen konnten.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Herstellen von Kontaktmetallisierungen an Halbleiterzonen anzugeben, das zu thermischen und elektrischen Übergangswiderständen führt, die wesentlich kleiner sind als bisher festgestellte und zum anderen auch bei Kontaktlöchern mit sehr kleinem Durchmesser eine außergewöhnlich gute Kontaktierung zwischen Elektrode und Halbleiter gewährleistet, so daß das Auflösungsvermögen der auf einer Halbleiterscheibe unterzubringenden Leitungsführungen erheblich gegenüber bisher erhöht werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in einem entsprechenden elektrodenlosen Plattierungsverfahren ausschließlich auf die Silicidbereiche Schichten eines hochschmelzbaren Metalls in einer Stärke von mehreren tausend A niedergeschlagen werden, um hierauf in einem abschließenden Verfahrensschritt die hiermit in Verbindung stehenden Leiterbahnen durch ' Aufdampfverfahren anzubringen.

Diese Leiterbahnen weisen im Bereich der Kontakierungslöcher auf der Halbleiterscheibe jeweils eine Dicke auf, die jeweils dem Kontaktlochdurchmesser entspricht. Zur besseren Wärmeabfuhr jedoch sind außerhalb der genannten Bereiche die Leitungszüge wesentlich erweitert, um eine bessere Wärmeabstrahlung zu erreichen.

Es hat sich gezeigt, daß der Übergangswiderstand zwischen Halbleiterzone mit Leiterbahnen gegenüber bisherigen Kontaktmetallisierungen um eine Größenordnung herabgesetzt werden kann, weil bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens, keine durch- n<r gehende Palladium-Aluminium-Legierung entsteht. Außerdem zeigt sich, daß im Gegensatz zu den in einem Zuge Palladium, Platin oder Molybdän auftragenden Verfahren kein höherer Verfahrensaufwand zur Umwandlung in das entsprechende Silicid und zur Entfernung der überflüssigen Metallisierung auf der Schutzschicht erforderlich' ist. .,

In vorteilhafter Weiterbildung des Verfahrens gemäß der Erfindung ist weiterhin /vorgesehen,, daß auf in den Kontaktlöchefn zunächst gebildete Piatinsilicidbereiche Palladium ρ " als"*^; ■■ Schicht'^: hochschmelzbaren Metalls niedergeschlagen wird und daß die hiermit in Verbindung stehenden Leiterbahnen durch anschließendes Aufbringen von Aluminium, Molybdän qder_v einer Poppelschicht,' bestehend aus Molybdän und Kupfer, gebildet werden.

Zusammenfassend läßt sich sagen, daß mit der Erfindung ein Verfahren bereitgestellt wird, das;be monolithisch integrierter, Schaltungstechnik in_; An-: ^w.?ndung hoher,Packungsdichten den! Widerstand zu;6o Kontakten.an Halbleiterzonen so klein wie;möglich halten kann, wobei eine, gute Wärmeabfuhr gewährleistet ist, so daß der Aufwand sowohl für den Leistungsbedarf als auch für Wärmeableitung auf ein verträgliches und zufriedenstellendes Maß gehalten werden kann, π ..,_Λ ... :-■■/ .?, .1 _:/.l /..',.,': .,.,-..'.,L,'_;i,.._:

Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus der nachfolgenden /Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand der unten aufgeführten Zeichnungen hervor. Es zeigt

F i g. 1 ein Diagramm der Verfahrensschritte eines bevorzugten Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung,

F i g. 2 eine Draufsicht auf einen entsprechend F i g. 1 gefertigten Metallkontakt,

F i g. 3 eine Querschnittsdarstellung genommen entlang der Geraden 3-3 der F i g. 2.
--In den Fig. 2 und 3 ist ein mit einer Schutzschicht 12 bedeckter Halbleiterkörper gezeigt. Diese Schutzschicht kann durch bekannte thermische Oxidationsverfahren, ζ. B. durch pyrolithische Abscheidung von Silicium, durch anodische Oxidation usw. auf dem Halbleiterkörper erzeugt werden. Die Schutzschicht dient als Diffusionsbarriere und als elektrischer Isolator zwischen dem Halbleiterkörper und den die Zwischenverbindung herstellenden Metallschichten, welche anschließend auf die Schutzschicht 12 aufgebracht werden. ., ._:. ..-.:■.·...-■ .·...:,■;..V ,

Die Schicht 12 kann aus geeigneten isolierenden Schutzschichten . beispielsweise aus: Siliciumdioxid, Siliciumnitrid oder ähnlichen Materialien bestehen. , Zum Herstellen von elektrischen Kontakten sind Öffnungen in der Schutzschicht 12 vorgesehen, durch die vorgesehene Bereiche des^; Halbleiters für eine Kontaktierung zugänglich gemacht werden. Diese Durchbrüche besitzen eine Weite in der Größenordnung von μΐη.

Wie oben erwähnt, soll nunmehr in diesen Öffnungen und um den Öffnungsrand herum ein Metallkontakt gebildet werden, wobei die Herstellung derartiger Metallisierungen die Leistungsfähigkeit herkömmlicher Photogravüretechnik überschreitet. Die Durchbrüche selbst können in der Schutzschicht 12 mittels eines Standard-Photomaskierungsverfahrens mit anschließender chemischer Ätzung oder mittels Abtragung durch Kathodenzerstäubung unter Zuhilfenahme einer Maske eingebracht werden entsprechend dem ersten Verfahrensschrit 14 im Verfahrensschrittdiagramm nach F i g. 1; ;t· i/ ;

Entsprechend dem nächsten Verfahrensschritt 16 wird mittels einer mit Gleichstrom ausgeführten Kathodenzerstäubung eine-Metallschicht niedergeschlagen. Diese, kann auch durch Verdampfung mittels Elektronenstrahl: oder andere geeignete Maßnahmen erzeugtr werden, wobei, diese Schicht: durch die Öffnungen bis auf den Halbleiterkörper- selbst reicht sowie sich über einen Teil.der randnahen Schutzschicht, erstreckt;.' ;■:;-; .;'-uh ''■■::-;,:,*; rAfiz., ::·.: ;ίΛ^;

Das Metall: muß gute ädhäsive Eigenschaften' bezüglich des Halbleitermaterials aufweisen; und es muß in ,der. Lage, sein, nach genügender ■ Erhitzung einen ausreichenden ohmschen Kontakt auf- dem Halbleiterkörper i zul bilden;. Beispiele) füriiMetalle,; die diese;; Bedingungen: erfüllen, sind." Platin" -" Palladium und Molybdän^;!;;; -.r^iul-l ϊ^ί'ΐίνΛ. η:ύ'3. ^^r,.?//.-ι; Ein ohmscher; Kontakt aus Platinsüicid' kann" z.^T B. ; durch Erhitzen eines Siliciumoberflächenbereiches er-^; ■' zeugt: werden, wobei die Dickenabmessung der so' erstellten Platihschicht-wenige 100 Ä-beträgt)Hierbei erfolgt die-Erhitzung auf eine-Temperatur zwischen-500 ündv.700?-C:: füri eine Zeit von"·'einigen; Minuten im Hochvakuum.· Bei Benutzung' anderer geeigneter -Metall-Halbleiterkombinationen· sind: die genannten Daten natürlich entsprechend-c der ■■vorliegenden wechselseitigen - _;._: Legierungscharakteristiken ϊ h abzuändern.-;-+;-:- :''·^ν.-'·.Λ--./r ■:■;-'"■■■:> -«_:m<ten;/· >;-;; '''·;■.:■:■■

5 6

Der nächste Verfahrensschritt 18 besteht darin, das eigneten Metall, beispielsweise aus Molybdän oder Metall selektiv von der Schutzschicht zu entfernen, aus einer Wechselbeschichtung aus Kupfer und Mowobei lediglich die Bereiche der ohmschen Kontakt- lybdän, Chrom und Kupfer, Molybdän und Kupfer schicht 30 verbleiben, welche den Halbleiterkörper oder Molybdän und Gold, bestehen. Das im ersten innerhalb des Bereiches der schmalen Öffnungen der 5 Alternativverfahren benutzte Ätzmittel hängt natiir-Schutzschicht 12 bedecken. Dies kann erreicht wer- lieh von dem speziellen Metall, welches geätzt werden entweder durch die Benutzung eines Ätzmittels, den soll, ab.
beispielsweise durch Königswasser im Falle von B eis οiel
Platin oder Palladium oder durch mechanisches *
Schwabbeln. Hierbei wird das chemische Ätzver- io Es wurde ein Transistor mit einer verlängerten fahren vorzuziehen sein, weil das mechanische Emitterzone 50 innerhalb einer Basiszone 52 entspre-Schwabbeln dahin tendiert, Rückstände des Metalles chend der in F i g. 2 und 3 gezeigten Konfiguration : über die ohmschen Kontaktflächen zu verschmieren, hergestellt. Kontaktöffnurigeri mit einer Weite, von wodurch Schäden innerhalb der ohmschen Kontakt- 2,5 ■ 10~³mm, einer Länge von 4,2 · 1O^-2 mm und schichten entstehen können. 15 mit einem Abstand von 2^5 · 10~³ mm wurden durch

Der nächste Verfahrensschritt 20 besteht im Auf- die Siliciumdioxidschutzschictit zum Zwecke der Konbringen einer zweiten Metallschicht 32 über die ohm- taktierung der Emitter- und Basiszone entsprechend sehen Kontakte30. Dies kann z.B. durch Elektro- der Fig. 2 geätzt. Das Halbleiterbauelement wurde plattierung oder durch chemische bzw. elektrodenlose unter einen Rezipienten gebracht und dieser auf Plattierung bewerkstelligt werden. Die chemische 20 einen Druck von 5· ΙΟ"³ Torr evakuiert. Mittels eines oder elektrodenlose Plattierung wird vorgezogen, weil Elektronenstrahles wurde' Platin in Richtung auf das hierbei keine elektrischen Kontakte zu den sehr Halbleiterbauelement init; einer Rate von 50 A/Mi- . ( schmalen ohmschen Kontaktgebieten zum Zwecke nute verdampft, wodurch; eine Platinschicht von etwa des eigentlichen Niederschlages vorausgesetzt werden 300 A Dicke sowohl überden Öffnungen als auch müssen. .'..■;.'...'..;V.-_:^ll.'.':',''■"....'' .'.V, , 25 über der Schutzschicht niedergeschlagen wurde. Der !

Die zweite Metallschicht 32 wird lediglich auf die ohmsche Kontakt aus Platin wurde durch anschlie-

ohmschen Kontakte 30 niedergeschlagen wegen des ßendes Erhitzen der Plätinschicht im Vakuum bei

Vorhandenseins der Schutzschicht 12, die nicht me- etwa 2 -.10~⁶Torr bis 5 · 10~⁶Torr während einer

tallischer Natur ist und die als Unterlage für eine Dauer von 5 Minuten bei einer Temperatur von etwa

elektrodenlose Niederschlagung nicht geeignet ist. 30 500° C hergestellt. Die Temperatur wurde dann redu-

Diese Metallschicht dient dazu, den Widerstand ziert und das Halbleiterbauelement der Vakuumder ohmschen Kontakte zu erniedrigen, der wegen kammer entnommmem Das Platin wurde anschlieder außerordentlichen Schmalheit der ohmschen ßend von der Siliciümdioxidbeschichtung durch EinKontakte und der aufeinanderfolgend angebrachten tauchen des Halbleiterkörpers in Königswasser entfingerähnlichen Fortsetzungen der äußeren Metall- 35 fernt. Hierbei blieb lediglich das Platinsilicid innerkontakte an sich hoch ist. halb der Kontaktöffnungen zurück.

Obwohl zu erwarten wäre, daß bei zunehmender Es wurden etwa 4000 Ä Palladium elektrodenlos

Dicke der ersten Metallschicht 30 sich eine Verklei- auf die ohmschen Kontakte aus; Platinsilicid durch

nerung des Widerstandes einstellt, wurde gefunden, Benutzung folgende Plattierungslösung niederge-

daß dies nicht mit anderen Herstellungsverfahren 40 schlagen (eine ähnliche Plattierungslösung wird in

und mit wünschenswerten Bauelementeigenschaften der US-PS 32 74 022 beschrieben):
verträglich ist. Die größere Dicke der ersten Metallschicht 30 würde den ohmschen Kontakt mit einer ,

Metallschicht bedecken, die dann notwendigerweise Lösung A: ■ ^v

einem weiteren chemischen Ätzschritt ausgesetzt wer- 45 Palladiumchlorid 7,17 Gramm/L

den müßte, um die erste Metallschicht von der Ammoniumhydroxid(Lö-

Schutzschicht 12 zu entfernen. Weiter erhöht eine sung) 390 cm³/L

größere Dicke der ersten Metallschicht die Gefahr

eines Kurzschlusses der Vorrichtung wegen der Das Dinatriumsalz der (EDTA)

exzessiven Legierung mit dem Halbleitermaterial. 50 . -

Schließlich wird die dritte Metallschicht' ent- Äthylendiammtetraessig-

isprechend dem Verfahrensschritt22 aufgebracht. ^saure J4Uramm/L·

Dies kann entweder durch einen Metallniederschlag

über die gesamte Fläche und einen anschließenden Lösung B:

subtraktiven Ätzprozeß oder durch selektive Metalli- 55 Hydrazinsulfat 13 Gramm/L

sierung mittels einer geeigneten Maske durchgeführt
werden. Eine derartige Maske müßte eine ausreichende Abbildung der äußeren Leiterbahnen 40 Die Lösungen wurden unmittelbar vor Gebrauch mit den fingerartigen Fortsetzungen 42 sicherstellen, in einem Verhältnis von 25 cm³ Lösung A zu 1 cm³ wobei diese einen schmalen Bereich der Metalli- 60 Lösung B gemischt und auf eine Temperatur von schicht 32 und des darunterliegenden Kontaktes 30 50° C erhitzt. Das Halbleiterbauelement wurde dann überdecken. Die hierzu benutzte Maske kann ent- in das elektrodenlose Plattierungsbad gebracht, woweder, auf die Oberfläche des Plättchens in Form nach sich der Palladiumfilm mit einer Rate von etwa eines Photoresists oder einer Metallbeschichtung auf- 1000 A/Minute bildete. ;
gebracht werden, wobei sie dann jedoch dicht am 65 Die Anwendungsdauer des elektrodenlosen Plattie-Plättchen anliegen sollte: ^-^ό- 'A^V'^^.,^:'^ rungsbades betrug etwa 4 Minuten. Das 'Halbleiter-'"' .Die dritte'niederzuschlagende; Metallschicht kann bauelementwurde dann zum Aufdampfen einer AIuauch aus Aluminium oder irgendeinem anderen ge- miniümschicht von etwa 5000 A Dicke in eine Vaku-

umkammer gebracht. Die äußeren Leiterbahnen 40 mit den kurzen fingerartigen Fortsätzen 42 wurden dann mittels einer Photoresistmaske und subtraktiven Ätzens mit einer Standardätzlösung aus Phosphor-Salpeter- und Essigsäure erstellt. Die Messung ergab

für den Flächenwiderstand der auf das Halbleiterbauelement aufmetallisierten Schicht einen Wert von 0,2 Ω/Π im Vergleich mit etwa 2 Ω/Q für Halbleiterbauelemente, welche keinen Gebrauch von der zweiten Palladiumschicht machen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1 2 tives Ätzen der aufgebrachten Metallschicht unter Patentansprüche: Benutzung einer von der Technologie der Photogravur her bekannten Maskierungstechnik auf der

1. Verfahren zum Herstellen von Kontakt- Oberfläche des Halbleiterplättchens das gewünschte metallisierungen auf Zonen eines mit einer iso- 5 Leitungsmuster herzustellen. Dieses Vorgehen war so lierenden Schutzschicht überzogenen Silicium- lange zufriedenstellend, wie die Kontakte eine Halbleiterbauelements, indem entsprechend in größere Abmessung besaßen. Durch die außerordentder Schutzschicht angebrachte Kontaktlöcher zu- lieh geringe Abmessung der durch Diffusion erzeugnächst mit Silicid eines hochschmelzbaren Me- ten Emitterzone jedoch und durch den außerordenttalls, wie Platin, Palladium, Molybdän, zum An- io lieh kleinen Abstand zwischen Basis und Emitterschluß an die auf der Schutzschicht anzubringen- kontakt wurde es erforderlich, daß die Photomasken den Leiterbahnen über eine weitere aufgebrachte außen extrem dünne Linien aufweisen, die durch Metallschicht gefüllt werden, dadurch ge- ebenfalls sehr schmale Abstände getrennt sind. Unter kennzeichnet, daß in einem entsprechen- diesen Umständen ist die Qualität der Maske den elektrodenlosen Plattierungsverfahren aus- 15 schlecht. Weiterhin ergeben sich gewisse Abweichunschließlich auf die Silicidbereiche Schichten eines gen und Differenzen während des Metallätzprozesses hochschmelzbaren Metalls in einer Stärke von auf Grund von Überätzungsvorgängen, wodurch- der mehreren 1000 A niedergeschlagen werden, um sehr geringe Abstand zwischen Basis- und Emitterhierauf in einem abschließenden Verfahrens- kontakten schwierig zu kontrollieren ist.

schritt die hiermit in Verbindung stehenden 20 In einer Veröffentlichung von M. P. Lepselter: Leiterbahnen durch Aufdampfverfahren anzu- »Eng. Services on Transistors«, Kapitel »Beam Lead bringen. Devices«, S. 23 bis 29, Bell Telephone Labs. Inc.,

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- New York, 1965, ist ein Verfahren beschrieben, um kennzeichnet, daß auf in den Kontaktlöchern zu- sogenannte Beam-Lead-Halbleiterbauelemente herzunächst gebildete Platinsilicidbereiche Palladium 25 stellen. Hierzu wird zunächst ein Halbleiter mit einer als Schicht hochschmelzbaren Metalls nieder- Schutzschicht wie Siliciumdioxid überzogen, um angeschlagen wird und daß die hiermit in Verbin- schließend oberhalb von zu kontaktierenden Zonen dung stehenden Leiterbahnen durch anschließen- Kontaktlöcher hierin einzuätzen. Anschließend wird des Aufbringen von Aluminium, Molybdän oder die gesamte Oberfläche mit einer Platindünnschicht von einer Doppelschicht, bestehend aus Molybdän 3° überzogen und erhitzt, so daß in den Kontaktlöchern und Kupfer, gebildet werden. Platinsilicid entsteht. Durch Ätzen wird dann überschüssiges Platin auf der Oxidoberfläche entfernt, so

daß lediglich Silicid in den Kontaktlöchern verbleibt.

Die gesamte Oberfläche wird dann mit einem Titan-35 film und darüber einem zweiten Platinfilm überzogen.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Der so gebildete obere Platinfilm dient als Unterlage

Verfahren zum Herstellen von Kontaktmetailisierun- für aufzubringende Goldleitungszüge, um die in den

gen auf Zonen eines mit einer isolierenden Schutz- Kontaktlöchern gebildeten Elektroden mit elek-

schicht überzogenen Silicium-Halbleiterbäuelements, trischen Leitungsanschlüssen zu versehen bzw. Ver-

indem entsprechend in der Schutzschicht angebrachte 40 bindungsleitungen zu erstellen. In einem abschließen-

Kontaktlöcher zunächst mit Silicid eines hoch- den Verfahren werden dann die überschüssigen obe-

schmelzbaren. Metalls, wie Platin, Palladium, Molyb- ren Platinfilmbereiche und Titanfilmbereiche zwi-

dän, zum Anschluß an die auf der Schutzschicht an- sehen den aufgebrachten Goldleitungszügen durch

zubringenden Leiterbahnen über eine weitere auf- Ätzen entfernt. '

gebrachte Metallschicht gefüllt werden. 45 Dieses Verfahren besitzt den Nachteil, daß zur

Der Entwurf moderner, schnell arbeitender Halb- Kontaktierung der Elektroden ein Kompromiß geleiterbauelemente macht es erforderlich, die Ab- schlossen werden muß, weil die unmittelbar auf die messungen der Zonenübergänge relativ klein zu hai-, , Silicidfilme in den/Kontaktlöchern aufzubringende ten. Ein typisches Halbleiterbauelement erfordert, . . metallische Schicht außerdem eine gute Haftung mit daß die Emitterzone außerordentlich schmal ist und 5° dem Siliciumoxid gewährleisten muß. Das hierfür eine im: Vergleich hierzu große Längenabmessung vorgesehene Titan stellt aber nicht eine vorteilhafte aufweist; Weiterhin ist es wesentlich, daß die Basis- Elektrodensubstanz dar, weder in Hinsicht auf elekkontakte, welche parallel zu den Emitterkontakten trische noch auf thermische Leitfähigkeit. Außerdem verlaufen, an beiden verlängerten Seiten gelegen sind, muß in einem zusätzlichen Verfahrensschritt über- und zwar so nähe wie möglich an den Emitterkon- 55 schüssiges Elektrodenmaterial von der Halbleitertakten. -^; ^ i-^j '_:; |; oberfläche entfernt werden, ν. ..,._:: ;■-

Die/Herstellung derartiger Halbleiterbauelemente In einem aus der US-Patentschrift 3 231 421 bewurde zunehmend schwieriger infolge der Begren- kanntgewordenen Verfahren wird zunächst Pallazungen, die auf Grund der zur Zeit weitgehend be- dium und Aluminium nacheinander sowohl über die nutzten Technologie der Photogravur bestehen.· '60 ■ Schutzschicht einer Halbleiterscheibe als auch in die

Das zur Zeit meist benutzte Verfahren zur Her- hierin eingebrachten Kontaktlöcher aufgetragen, so stellung von Metallkontakteri auf Emitter-und Basis- daß in einem darauffolgenden Erwärmungsverfahzonen von Halbleiterbauelementen besteht darin, zu- rensschritt sowohl untereinander eine Legierung als nächst die gesamte Oberfläche des Halbleiterplätt- auch eine Palladium-Silicidschicht gebildet wird. Bei chens, in welchem durch Diffusionsvorgänge ein oder 65 Anwendung dieses Verfahrens ist zwar keine übermehrere aktive und/oder passive Bauelemente er- mäßige Haftung zwischen aufgebrachter Aluminiumzeugt wurden, mit einer dünnen, metallisch leitenden Palladiumschicht auf der Siliciumdioxidschicht fest-Schicht zu versehen und anschließend durch selek- zustellen, jedoch müssen auch hier in einem ab-