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DE2450341A1 - Halbleiterbauteile mit hitzebestaendigen metallschichten - Google Patents

Halbleiterbauteile mit hitzebestaendigen metallschichten

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Publication number
DE2450341A1
DE2450341A1 DE19742450341 DE2450341A DE2450341A1 DE 2450341 A1 DE2450341 A1 DE 2450341A1 DE 19742450341 DE19742450341 DE 19742450341 DE 2450341 A DE2450341 A DE 2450341A DE 2450341 A1 DE2450341 A1 DE 2450341A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
silicon
heat
metal
target
resistant metal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE19742450341
Other languages
English (en)
Inventor
Robert Amantea
Joseph Henry Banfield
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
RCA Corp
Original Assignee
RCA Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by RCA Corp filed Critical RCA Corp
Publication of DE2450341A1 publication Critical patent/DE2450341A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H10D64/0112—
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/0682—Silicides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • C23C14/3407—Cathode assembly for sputtering apparatus, e.g. Target
    • C23C14/3414—Metallurgical or chemical aspects of target preparation, e.g. casting, powder metallurgy
    • H10P95/00—

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

Description

Dipl.-lng. H. Sauenland Dn.-lng. a. König . Dipl.-lng. K. Bergen Patentanwälte · 4doo Düsseldorf 3D · Cecilienallee 7B · Telefon 43S7 3S
22. Oktober 1974 29 650 B
RCA Corporation, 30 Rockefeller Plaza, New York, N0Y. 10020 (V.St.A0)
"Halbleiterbauteile mit hitzebeständigen Metallschichten"
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Aufbringen einer hitzebeständigen Metallschicht auf einer Oberfläche eines Halbleiterkörpers.
Bei einem für die Herstellung bestimmter Typen von Halbleiterbauteilen angewandten Verfahren wird eine Schicht aus Platinsilizid auf einem Siliziumkörper dadurch hergestellt, daß zunächst durch Aufdampfen od.dgl0 eine Platinschicht auf den Körper gebracht wird und die Schioht sodann erhitzt bzw„ gesintert wird, um sie zu einer chemischen Reaktion mit dem Silizium zu bringen, so daß die Platinsilizidschicht entsteht«. Derartige Platinsilizidschichten sind sehr nützlich für verschiedenartige Halbleiterbauteile, da sie elektrisch leitend sind, fest am Siliziumkörper haften und ausgezeichneten 0hm1sehen Kontakt mit anderen darauf angebrachten Metallen garantieren,.
Ein insbesondere bei Hochfrequenz-Bauteilen, bei denen die verschiedenen aktiven Bereiche, z„B. die Emitter- und Basisbereiche möglichst klein gemacht werden, auftretendes ernstes Problem im Zusammenhang mit diesem bekannten Herstellungsverfahren besteht darin, daß
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die Platinsilizidschicht in den Siliziumkörper eindringt, so daß an der Oberfläche des Körpers Raum verbraucht wird, was im allgemeinen dazu führt, daß die verschiedenen darunter liegenden Bereiche etwas tiefer in den Körper eingelagert werden müssen als notwendig wäre, wenn die.Platinsilizidschicht ausschließlich auf der Oberfläche des Körpers angebracht wäre. Das Bedürfnis für größere Tiefe innerhalb des Körpers erniedrigt grundsätzlich die Hochfrequenzleistung solcher Bauteileo Darüber hinaus geschieht das Eindringen des Platinsilizid in den darunter liegenden Siliziumkörper meist in nicht gleichförmiger Weise, d.h„ relativ lange Spitzen des gebildeten Suizids ragen von der Hauptsilizidschicht nach unten hervor. Derartige Spitzen können bis in Bereiche hineinragen, die von der Silizidschicht getrennt sein müssen, so daß innere Kurzschlüsse im Bauteil auftreten.
Außerdem werden während des Sinterns im umgebenden Siliziummaterial Spannungen hervorgerufen, die häufig zu mikroskopischen Rissen oder Kirstallversetzungen führen. Solche Versetzungen beeinträchtigen natürlich die elektrischen Eigenschaften des Siliziummaterials nachteilig.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen von Silizidschichten vorzuschlagen, mit dem die vorerwähnten Nachteile vermieden werden. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein ein hitzebeständiges Metall und Silizium in angenähert stöchiometrischem Verhältnis einer Silizid-Verbindung enthaltendes Target durch Beschüß mit elektrisch geladenen Teilchen zersprüht wird und die dadurch erzeugten·Targetpartikel auf der Oberfläche niedergeschlagen werden.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird auf einem Siliziumkörper eine Schicht aus hitzebeständigem Metallsilizid mit Hilfe eines bekannten Sprühverfahrens hergestellt, wobei ein Target aus dem gewünschten Silizid mit elektrischen Ladungen, z.B. Argonionen, bombadiert wird und kleine Teilchen des Targetmaterials, zumindest im.annähernd stöchiometrisehen Verhältnis, auf dem Siliziumkörper niedergeschlagen werden. Aufgrund der Tatsache, daß das niedergeschlagene Material sich in annähernd stöchiometrischem Verhältnis befindet, und möglicherweise als das Silizid selbst, tritt während des Niederschlagsprozesses nur eine sehr geringe Reaktion des niedergeschlagenen Materials mit dem darunter liegenden Silizium auf, so daß die niedergeschlagene Schicht effektiv ausschließlich auf der Oberfläche des Siliziumkörpers liegt« Dadurch kann ein Eindringen der niedergeschlagenen Schicht oder von Spitzen dieser Schicht in das Silizium vollständig verhindert werden. Alternativ kann, wie nachfolgend noch beschrieben werden wird, mit Hilfe einer Färmebehandlung bei relativ hohen Temperaturen ein gewisses Eindringen der niedergeschlagenen Schicht in den darunter liegenden Siliziumkörper erreicht werden, jedoch mit äußerst hoher Genauigkeit und ohne das Auftreten unerwünschter Spitzen.
Die genaue Zusammensetzung der kleinen Teilchen des auf das Substrat gesprühten Targets ist nicht bekannt. Man nimmt an, daß das gesprühte Material Partikel aus Metall, aus Silizium und/oder Partikel des Metallsilizids enthält«, Da vorzugsweise jedoch ein Target der Metallsilizidverbindung benutzt wird, wird angenommen, daß die niedergeschlagene Schicht zumindest das angenäherte, wenn nicht sogar das exakte stöchiometrische Verhältnis
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über ihren ganzen Bereich aufweist. Darüber hinaus wird angenommen, daß selbst im Falle eines Zerfalls der Metallsilizidverbindung des Targets während des Sprühprozesses zu einem gewissen Grad eine Rekombination zur Silizidverbindung am Substrat eintritt, entweder während des Niederschlagvorgangs oder während der späteren Hochtemperaturbehandlung des Substrats.
Es wird weiterhin angenommen, daß die Verwendung eines Targets, das ein Metall und Silizium in nichtstöQhiometrischem Verhältnis enthält, im Rahmen der Erfindung ebenfalls wünschenswerte Ergebnisse liefert, jedoch proportional zum Ausmaß, in dem die Targetmaterialien im stöchiometrischen Verhältnis vorliegen. Mit anderen Worten bedeutet dies, daß bei Metallüberschuß im Target erhöhte Wechselwirkung des Metalls mit und Eindringen in das Silizium des Substrats zu erwarten ist» Bei erhöhtem Siliziumanteil im Target muß mit höherem Widerstand der niedergeschlagenen Schicht gerechnet werden.
Die, niedergeschlagene Metall-Siliziumschicht hat sich als extrem gut am Siliziumkörper haftend erwiesen, sie ist hitzebeständig und kann in Abhängigkeit von den für den Sprühprozeß vorgesehenen Parametern in unterschiedlichem Maße elektrisch leitfähig gemacht werden. Darüber hinaus können durch eine anschließende Wärmebehandlung, wie sie nachfolgend beschrieben werden wird, die bei den bekannten Platin-Silizidprozessen auftretenden Kristallversetzungen vermieden werden.
Das verwendete hitzebeständige Material kann jedes mit Silizium zur Bildung eines Suizids reagierende Metall sein, z.B. Platin, Molybdän, Wolfram, Rhodium und Rhenium. Ein hinsichtlich Haftungsvermögen, Hoch-
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temperaturstabilität und elektrische Leitfähigkeit bevorzugtes Material ist Wolfram.
Wie zuvor erläutert, sind Sprühverfahren, bei denen ein Target zum Abtrennen von Teilchen mit elektrischen Ladungen beschossen wird und die Targetteilchen auf einem Substrat niedergeschlagen werden, bekannt. Dabei können entweder Gleich- oder Wechselspannungen verwendet werden. Jedoch hat es sich herausgestellt, daß aus unerklärlichen Gründen hinsichtlich der Haftfähigkeit der niedergeschlagenen Schicht am Substrat etwas bessere Ergebnisse erzielt werden, wenn Wechselspannungen verwendet werden.
Der spezifische Widerstand der niedergeschlagenen Schicht hängt in gewissem Maße von der Temperatur des Substrats während des Niederschlagsprozesses ab. Zum Beispiel beträgt der spezifische Widerstand der niedergeschlagenen Schicht ungefähr 450 bis 600 Mikro-Ohm cm, wenn das Substrat eine Temperatur von ungefähr 2000C besitzt«, Bei Substrattemperaturen im Bereich von 300 bis 4000C bewegt sich der spezifische Widerstand einer Wolfram-Silizium-Schicht jedoch in der Größenordnung von ungefähr 100 Mikro-Ohm cm.
Eine weitere Reduzierung des spezifischen Widerstandes der niedergeschlagenen Schicht um bis ungefähr 25% wird durch nachfolgende Wärmebehandlung erreicht, indem das beschichtete Substrat beispielsweise in einer sauerstofffreien Atmosphäre, z.B. Argon, bei einer Temperatur von 9000C für ungefähr 30 Minuten erhitzt wird. Das Glühen führt zusätzlich zur Beseitigung verschiedener Kristallversetzungen, die sich während
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des Niederschlagsprozesses im Siliziumkörper ereignet haben können,,
Sofern es erwünscht ist, kann dafür gesorgt werden, daß die niedergeschlagene Schicht mit dem darunter liegenden Siliziumkörper reagiert oder zumindest in diesen eindringt. Zum Beispiel tritt "bei Temperaturen in der Größenordnung von 1.2000C und darüber ein gleichförmiges Eindringen der niedergeschlagenen Schicht in den darunter liegenden Siliziumkörper ein. Es ist nicht bekannt, ob der Eindringvorgang lediglich ein Wandern der aufliegenden Teilchen oder eine chemische gegenseitige Beeinflussung umfaßt. Von Bedeutung ist jedoch, daß das Eindringen der niedergeschlagenen Schicht in das Siliziumsubstrat völlig gleichmäßig erfolgt, so daß keine unerwünschten Spitzen in den darunter liegenden Siliziumkörper ragen.
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Claims (4)

  1. RCA Corporation, 30 Rockefeller Plaza, New York, N0Y0 10020 (V.St.A.)
    Patentansprüche:
    erfahren zum Aufbringen einer, hitζebeständigen Metall-Silizium-Schicht auf eine Oberfläche eines Halbleiterkörpers, dadurch gekennzeichnet, daß ein ein hitzebeständiges· Metall und Silizium in angenähert stöchiometrischem Verhältnis einer Silizid-Verbindung enthaltendes Target durch Beschüß mit elektrisch geladenen Teilchen zersprüht wird und die dadurch erzeugten Targetpartikel auf der Oberfläche niedergeschlagen werden.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Substrat auf eine Temperatur zwischen 300 und 500 C erhitzt wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß nach dem Niederschlagen der Partikel auf der Oberfläche die dadurch hergestellte Schicht zur Reduzierung ihres spezifischen Widerstandes wärmebehandelt wird.
  4. 4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß das Target ein Silizid des Metalls enthält.
    β Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Metall Wolfram verwendet wird.
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DE19742450341 1973-11-01 1974-10-23 Halbleiterbauteile mit hitzebestaendigen metallschichten Pending DE2450341A1 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US41181973A 1973-11-01 1973-11-01

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Publication Number Publication Date
DE2450341A1 true DE2450341A1 (de) 1975-05-07

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Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19742450341 Pending DE2450341A1 (de) 1973-11-01 1974-10-23 Halbleiterbauteile mit hitzebestaendigen metallschichten

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JP (1) JPS5080790A (de)
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FR (1) FR2250198B1 (de)
GB (1) GB1448610A (de)
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Also Published As

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FR2250198A1 (de) 1975-05-30
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BE821564A (fr) 1975-02-17
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