DE1690276C2 - Kathodenzerstäubungsverfahren zur Herstellung ohm scher Kontakte auf einem Silizium-Halbleitersubstrat und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents
Kathodenzerstäubungsverfahren zur Herstellung ohm scher Kontakte auf einem Silizium-Halbleitersubstrat und Vorrichtung zur Durchführung des VerfahrensInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Kathodenzerstäubangsverfahren zum Herstellen ohmscher Kontakte
auf einem in einer Unterdruckkammer angeordneten Substrat aus Silizium-Halbleitermaterial in
einer Gasatmosphäre, die einen geringen Anteil Wasserstoff enthält, bei welchem mittels räumlich
getrennter Gasentladungsstrecken erzeugte positive Ionen infolge der angelegten Spannung mit zur Zerstäubung
ausreichender Energie abwechselnd auf zwei in der Unterdruckkammer angeordnete Kathoden
aus verschiedenen Materialien auftreffen und die Ablagerung dünner Schichten aus den Kathodenmaterialien
auf dem Siliziumsubstrat bewirken.
Solche Verfahren sind bereits bekannt. Zum Stand der Technik gehört auch ein aus der deutschen
Auslegeschrift 1 143 374 bekanntes Verfahren, mit dem sich auf der Halbleiteroberfläche Kontakte aufbringen
lassen, die aus einer Schicht des Kathodenmaterials gebildet sind und sowohl mechanisch als
auch elektrisch bessere Eigenschaften haben als elektrolytisch aufgebrachte Metallüberzüge.
F.s ist aber oft vorteilhafter, die ohmschen Kontakte
auf Halbleitersubstraten aus mehreren Schichten aufzubauen.
In der deutschen Auslegeschrift 1 004 294 ist ein Verfahren zur Kontaktierung eines Halbleiterkörper
beschrieben, bei dem zunächst eine Schicht aus Gold, Platin oder Rhodium durch Ionenaustausch aufgebracht
und anschließend mit einem unedleren Metall galvanisch verstärkt wird. Auch ist es bekannt, daß
Gold, das wegen seiner chemischen und elektrischen Eigenschaften als Kontaktmaterial besonders günstig
wäre, mit verschiedenen Halbleitermaterialien, insbesondere Silicium, schlecht verträglich ist, weil es zu
unerwünschten Legierungserscheinungen führt, durch welche die Übergangsbereiche verschlechtert werden.
Deshalb wird vorzugsweise zwischen die Goldschicht und das Halbleitersubstrat eine Mol>bdänschicht eingefügt,
die das Gold physikalisch von dem Halbleitermaterial isoliert und eine besonders gute Haftung auf
den Oxydschichten ergibt, die sich normalerweise auf dem Halbleitersubstrat befinden, insbesondere Halbleiterbauelementen,
die in der Planartechnik gefertigt werden.
Aus der deutschen Auslegeschrift 1 116 015 ist es auch bereits bekannt, mehrschichtige Überzüge verschiedener
Substanzen durch Kathodenzerstäubungsverfahren auf einem Werkstück abzulagern, beispielsweise
zur Herstellung von mehrschichtigen Interferenzfiltern oder von leitenden Metallfilmen auf einer Glasschicht
unter Einfügung einer Metalloxydschicht. Dies geschieht mit Hilfe mehrerer Kathoden unterschiedlichen
Materials und eines zu diesen Kathoden in relativer Drehung befindlichen Werkstück-Tisches,
wobei die gewünschten Schichtbildungen durch gleichzeitiges Anlegen ein- oder mehrphasiger Wechselspannungen
und entsprechende Formgebung der Kathoden beeinflußt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren der eingangs angegebenen Art die
1 690 278 M
3 * 4
auf dem Substrat aus Silizium-Halbleitermaterial auf- s0 daß z. B. die Emitterzone 12 zwischen 0,0025 und
zubringenden ohmschen Kontakte aus unterschied- qqos mm breit und weniger als 0,0025 m.n lang ist.
liefen Schichten zu bilden, die untereinander und an In" der Oxydschicht 13 sind öffnungen 14 und 15 tür
dem Substrat gut haften. den Basisanschluß bzw. den Emitteranschluß vor
Dic-e Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge- 5 gesehen Die Oberfläche der Oxydschicht und der irei
löst, OiS zuerst eine Spannung an die ?;·<
Molybdän * liegenden Stellen des Halbleitermaterial wird mehbesk-iuide
erste Kathode und dann eine Spannung an reren Reinigungsprozessen unterzogen, damit die Andie
aus Gold und einem weiteren Material bestehende ordr.ung von F i g. 1 für das Anbringen mehrscnichzwel!.
Kathode angelegt wird und daß sich auf den: tig«r* Kontakte vorbereitet wird, die in Jer spater bebeide·.
Kathoden gegenüberliegend angeordneten 10 schriebenen Weise aus einer Molybdänschicht, einer
Sub·-:'-■■'- aus SiHzium-Halbleitcrmaterial nacheinan- Platin-Gold-Schicht und einer Goldschicht geDiiaei
der ■'■ gestäubtes, unterschiedliches Kathodenmate- weiden. Es wurde beobachtet, daß die Bildung einer
rial /;■ ^mehrschichtigen Kontakten ablagert. gesinterten Platinsilicidablagerung im Kontaktbereicn
D .,rch ergeben üch insbesondere bei einer indu- vor der Ablagerung der dünnen M°'- a^ w*,^
5iriv.E.-.-ii Massenfertigung auf einfache und wirtschaft- 15 mechanische und elektrische Verbindung ües ivioiyu
licl-'- Weise sehr gleichmäßige und gut haftende mehr- däns mit der Halbleiteroberflache verbessert.
sch,- 'ize Kontakte, wodurch die Ausbeute bei gleich- F i g. 2 zeigt die gesinterten Plajnsiuciaaoidg
zeii ,,- Erhöhung der Produktionsmenge wesentlich rangen 17 und 18. die zu diesem **«« "*
ve-,: , . -Tt wird. Nach dem Einbringen der Substrate Kontaktbereich der Basis und des bmitters geouuci
in nterdruckkammer kann der Fenigungsprozeß 20 sind. . Anna
du.'· l'mschalten und Einstellen von elektrischen In F i g. 5 ist eine Ausführungstorrn eines Λρμ -
Sp. ,.igen exakt gesteuert werden, ohne daß rates zur Kathodenzerstäubung mit Dreielektroaenzw
hindurch eine Entnahme oder Handhabung der anordnung dargestellt, welcher zum Autbau aes.menr-SuI-:
.»te erforderlich ist. schichtigen Kontakts Verwendung finden kann. Der
V -:/ugsweise ist das weitere Metall der zweiten 25 Apparat enthält einen drehbaren "scnju a"b '"*
Kathode Platin. Es wurde festgestellt, daß dadurch die freiem Stahl, der mit genau gearbeiteten unnu"S;"
Hat-ung der Goldschicht auf der Molybdänschicht versehen ist, in welche die Si.iciumscheiben IU_mit den
wr,en;Hch verbessert w.rd. daran befindlichen Platinsiiicidablagerungen 17 und l»
ernäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird vor eingelegt werden. Über dem drehbaren "scn*" ™
den Aufbringen der ersten Schicht aus Molybdän 3c eine Infrarot-Quarzlampe 33 unter einem ννιηκει vui
eine «sinterte Platinsilicidschicht auf dem Substrat ungefähr 20° angeordnet. Mit dieser Lampe ΚΟΠΙ"="
angebracht. Dadurch wird die mechanische und elek- die Siliciumscheiben 10 auf jede beliebige >ei"P*"\l"
•irische Verbindung der Molybdänschicht mit dem erwärmt und ziemlich genau auf einer Bestimmten
Halbleitermaterial verbessert. Temperatur gehalten werden. Scheiben 3Z aus rosi-
fcine weitere vorteilhafte WeiterbiMu«g b-teht 35 freiem Stahl sind lose auf die Rückseite jeder bilic.umdarin,
daß nach dem Aufbringen der zweiten Schicht scheibe 10 aufgelegt, damit ein gleichmaUiger lempedurch
Zerstäubung der zweiten Kathode eine dritte raturübergang gewährleistet ist. ... A
Schicht durch Aufdampfen von Gold aufgebracht wird. Unter dem Tisch 30 sind zwei Dreielektrodenanord-
Eine Vorrichtung zur Durchführung des beschric- nungen angebracht, die aus den Kathoden x>
dzw. ja , benen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß in 40 die aus dem zu zerstäubenden Material ge°'ia« sina,
der Nähe jeder Kathode eine Glühkathode und eine ai-s den aus Molybdän gebildeten Anoden JO °zw· ·>"
Anode angeordnet sind und daß eine Einrichtung zum und aus den aus Wolfram gebildeten Katnoaenneu-Anlegen
einer Spannung zwischen Glühkathode und wendeln 37 bzw. 37' bestehen. Zusätzlich ist eine
Anode zwecks Einleitung der Gasentladung vorgesehen Wolframspule 39 für die Verdampfung einer uoiaist
und daß in an sich bekannter Weise in der Unter- 45 einlage 40 vorgesehen. Unterhalb des drenoaren
druckkammer Kathoden au« den zu zerstäubenden Tisches 30 ist eine Blende 41 angeordnet weicne eni-Metallen
und ihnen gegenüber ein Tisch zur Aufnahme weder über die Kathoden 35 und 35 oder uoer nie
der Halbleitersubstrat angebracht sind. Wolframspule 39 geschwenkt werden kann. Dei_ dreh-
Fin Ausführungsbeispie! der Erfindung wird an bare Tisch 30 kann mit geeigneter GeschwmdigKeii
Hand der Zeichnung näher erläutert; es zeigen 50 von einem Motor über ein Übersetzungsgetriebe ge-
F i g. 1 bis 4 Schnitte durch einen pnp-Transistor dreht werden. Alle bisher beschriebenen Teile sind
während verschiedener Zustände bei der Herstellung innerhalb einer Glocke 50 angeordnet, die aut einer
der ohmschen Kontakte und Verbindungsleitungen Grundplatte 52 befestigt ist. Durch diese Grundplatte
mit dem Verfahren pemäß der Erfindung und sind alle Elektrodenanschlüsse mit Hilfe von Durch-
F i g. 5 eine Vorrichtung zur Durchführung des 55 führungshülsen 53, z. B. aus glasiertem ^e.rami^
Verfahrens derart geführt, daß sie gegen die Grundplatte isolier
F i g. 1 zeigt eine Halbleiterscheibe 10, in welcher sind. Eine Öffnung 55 in der Grundplatte 52 ist mit
ein Transistor aufgebaut ist, der aus einer Basiszone 11 einer Vakuumpumpe zum Evakuieren der OlocKe au
und einer Emitterzone 12 besteht und bei dem der vorgesehen. Außerdem ist eine weitere Öffnung so
restliche Teil der Scheibe 10 die Kollektorzone bildet. 60 vorhanden, durch welche ein Gasgemisch W tür aen
Der Transistor ist in konventioneller Planartechnik Aufbau einer für die Zerstäubung gunstigen Atmounter
Verwendung aufeinanderfolgender Diffusionen Sphäre eingeführt werden kann,
durch Siliciumoxvdmasken hergestellt. Bei diesem Da die Zerstäubungsgeschwindigkeit und das ue-
Verfahren bleibt eine Oxydschicht 13 auf der Ober- füge der abgelagerten Schichten von dem Druck .η der
fläche der Scheibe zurück, die stufenweise entsprechend 65 Zerstäubungskammer beeinflußt werden wird eier
der aufeinanderfolgenden Diffusionen aufgebaut ist. Druck in der Kammer mit Hilfe einer elektronischen
Die Abmessungen der wirksamen Teile des Tran- Regelanordnung auf dem richtigen Wert gehalten, u.e
sistors sind für hohe Frequenzen außerordentlich klein, Spannungen für die Kathodenheizwendel, die iva-
thoden und Anoden können mittels gleichlaufend betriebener, nicht dargestellter Schalter schnell von einer
Dreielektrodenanordnung auf die andere umgeschaltet werden.
Ein ringförmiger Magnet 56 umgibt die Glocke 50; er kann dazu benutzt werden, ein inneres Magnetfeld
zur Konzentration der Gasentladung aufzubauen.
Die in F i g. 2 dargestellten, mit den Platinsilicidablagerungen 17 und 18 versehenen Siliciumscheiben
10 werden mit nach unten gerichteter Oberseite in die öffnungen 31 des drehbaren Tisches 30 eingelegt und
dann mit den Scheiben 32 bedeckt. Der Tisch wird dann mit einer konstanten Geschwindigkeit von
ungefähr 30 Umdrehungen pro Minute oder mehr gedreht. Die Glocke 50 wird auf einen Druck unter ta
5·10~βΤοπ· evakuiert, und die Infrarotlampen 33
werden derart erregt, daß die Scheiben 10 auf eine Temperatur von ungefähr 200°C erhitzt werden. Ein
Gasgemisch 60 wird durch die öffnung 56 in die evakuierte Kammer eingeleitet, bis ein Kammerdruck von ao
ungefähr 2 · 10~3 Torr aufgebaut ist. Das Gasgemisch 60 besteht im wesentlichen aus einem Edelgas, z. B.
Argon, Krypton oder Xenon mit einem geringen Anteil Wasserstoff. Durch den Wasserstoff wird eine
reduzierende Atmosphäre geschaffen, welche im we- »5 sentlichen die Bildung von unerwünschten Oxyden auf
den verschiedenen Oberflächen ausschaltet. Nachstehend wird angenommen, daß das Fdelgas Argon
ist, da dieses aus Preisgründen zur Zeit bevorzugt wird. Hierbei hat sich ein Gemisch aus 90% Argon und
10% Wasserstoff als besonders vorteilhaft erwiesen. Zunächst wird die aus den Elektroden 35, 36, 37
bestehende Dreielektrodenanordnung an Spannung gelegt, und die Wolframwendel 37 wird zum Glühen
gebracht, so daß eine Elektronenemission stattfindet. Diese Elektronen werden mit beträchtlicher Geschwindigkeit
von der positiv geladenen Anode 36 angezogen. Während ihres Fluges stoßen sie mit in
der Kammer befindlichen Argonmolekülen zusammen und erzeugen dadurch eine Gasentladung positiv geladener
Argonionen über der Kathode 35. An die Kathode 35 ist eine sehr hohe negative Spannung angelegt,
welche die positiv geladenen Argonionen anzieht. Diese Ionen treffen auf die aus Molybdän bestehende
Kathode 35 mit sehr hoher kinetischer Energie auf, wodurch Molybdänatome aus der Kathode
freigesetzt werden, die dann durch »Zerstäubung* auf die Siliciumscheibe 10 aufgebracht werden. Wie
in F i g. 3 gezeigt ist, wird dadurch eine dünne Schicht 20 aus Molybdän auf der gesamten Oberfläche der
Oxydmaske 13 und auf den Platinsilicidablagerungen 17 und 18 in den Öffnungen 14 und 15 abgelagen.
Anschließend werden die Spannungen an die aus der Kathodenheizwendel 37', der Anode 36' und der
Kathode 35' bestehende Dreielektrodenanordnung angelegt, so daß eine dünne Goldschicht 21 durch Zerstäuben
auf die Molybdänschicht 20 aufgetragen wird. Die Kathode 35' enthält jedoch nicht nur Gold,
sondern sie besteht entweder aus einer Platin-Gold-Legierung, oder sie ist eine Goldkathode, welche an
der Oberfläche teilweise mit Platin überzogen ist. Dadurch erfolgt eine gleichzeitige Emission von Platin
und Gold, so daß die Schicht 21 anstatt aus reinem
Gold aus Platin und Gold besteht. Es wurde beobachtet, daß bei einer gleichzeitigen Zerstäubung eines
kleinen Anteils von Platin zusammen mit Gold eine wesentliche Verbesserung der Haftung der sich ergebenden
Schicht 21 an der Molybdänschicht 20 festzustellen ist. Es wurden Versuche angestellt, um die
Kraft festzustellen, welche erforderlich ist, um die Schicht 11 von der Molybdänschicht 20 abzuziehen,
wenn die Oberfläche der Kathode 35' verschiedene Anteile an Platin aufweist und folglich die Schicht 21
in derselben prozentualen Zusammensetzung aufgebaut ist:
|
Platinanteil an der
Oberfläche der Kathode (Gewichtsprozent) |
Erforderliche Kraft |
| 0 | 5 Gramm |
| 0,1 | 8 Gramm |
| 2,0 | 20 Gramm |
| 5,0 | 24 Gramm |
| 10,0 | 24 Gramm |
Die Tabelle zeigt, daß bei Verwendung einer Zusammensetzung aus. 95% Gold und 5% Platin für al:
Schicht 21 an Stelle von reinem Gold eine Vergrößerung der Haftung an der Molybdänschicht 20 um bcnahe
400% erreicht wird. Zusätzlich wurde fest gestellt, daß die sich ergebende Schicht 21 glatter v.n-l
besser zusammenhängend ist und daß die Oxydali· < der darunterliegenden Molybdänschicht während
<K folgenden unter hoher Temperatur verlaufenden \ o
fahrensschritte verhindert wird. Außerdem wurde fes'-gestellt,
daß der spezifische Schichtwiderstand uc"
Platin-Gold-Schicht 21 über die gesamte Oberfläche wesentlich gleichmäßiger ist.
Als nächster Schritt wird hierauf eine reine G< :-'■·
schicht 22 durch Verdampfung auf der Platin-Gi■:>■-Schicht
21 abgelagert, indem die Spule 39 unter Str.). 1 gesetzt wird, um die Goldeinlage 40 zu verdampf··;·
Darauf können für externe Anschlüsse Golddrähtc η
der Schicht 22 befestigt werden. Das ganze Verfah; m
zum Aufbringen der Mehrschichtkontakte besteht ,·.'■ .0
aus einer Kathodenzerstäubung mit einer Dreie·. >
trodenanordnung für die Ablagerung einer Molybd. schicht,
einer Kathodenzerstäubung mit einer Dr-elektrodenanordnung
für die Ablagerung einer PI01 ·>Gold-Schicht
und der Aufdampfung einer darüh-τ-liegenden
Goldschicht. Dabei kann die in F i :; 5 dargestellte Blende 41 jeweils über die gerade tälii e
Kathode bzw. die Verdampfungsspule geschwenkt werden, damit die Ablagerung fremder Teilchen von
der Kathode bzw. von der Spulenoberfläche verhindert wird.
Die in F i g. 5 dargestellte besondere Anordnung der Siliciumscheiben über den Elektroden ergibt die
Wirkung, daß die Zerstäubung nach oben erfolgt. Dadurch ist es möglich, die Ablagerung von Teilchen
oder Metallflocken wesentlich zu reduzieren oder völlig
zu unterbinden.
Nachdem die Ablagerung der Schichten 20, 21 und 22 vollendet ist, werden die Scheiben 10 aus der
Kammer 50 enjhommen und die metallischen Überzüge mit Hilfe der konventionellen photographischen
Maskier- und Ätztechnik teilweise entfernt, um die
967
(ι
en Kontaktbereiche voneinander zu trennen, sse Weise werden der Emitterkontakt 24 und der
intakt 25, wie in F i g. 4 dargestellt, gebildet, eeignete Ätzlösung für das selektive Entfernen
das Alkalicyanid, während Salpetersäure für das Ätzen der Molybdänschicht 20 verwendet werden kann, wo
diese entfernt werden soll. Der Kollektoranschluß wird z. B. dadurch hergestellt, daß das Element auf
ldschicht 22 und der Platin-Gold-Schicht 21 ist 5 einer leitenden Unterlage montiert wird.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
409 614/468
Claims (9)
1. Kathodenzerstäubungsverfahren zum Herstellen ohmscher Kontakte auf einem in einer
Unterdruckkammer angeordneten Substrat aus Silizium-Halbleitermaterial in einer Gasatmosphäre,
die einen geringen Anteil Wasserstoff enthält, bei welchem mittels räumlich getrennter
Gasentladungsstrecken erzeugte positive Ionen infolge der angelegten Spannung mit zur Zerstäubung
ausreichender Energie abwechselnd auf zwei in der Unterdruckkammer angeordnete Kathoden aus verschiedenen Materialien auftreffen
und die Ablagerung dünner Schichten aus den Kathodenmaterialien auf dem Siliziumsubstrat
bewirken, dadurch gekennzeichnet,
daß zuerst eine Spannung an die aus Molybdän bestehende erste Kathode (35) und dann eine Spannung an die aus Gold und einem
weiteren Material bestehende zweite Kathode (35') angelegt wird und daß sich auf dem beiden
Kathoden (35, 35') gegenüberliegend angeordneten Substrat (10) aus Silizium-Halbleitermaterial
nacheinander abgestäubtes, unterschiedliches Kathodenmaterial
zu mehrschichtigen Kontakten ablagert.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Metall der zweiten Kathode
(35') Platin ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kathode (35') aus etwa
95 Gewichtsprozent Gold und 5 Gewichtsprozent Platin besteht.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem
Aufbringen einer Schicht (20) aus Molybdän eir;e gesinterte Platinsilicidschicht (17, 18) auf dem
Substrat (10) angebracht wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach
dem Aufbringen einer Schicht (21) aus Gold und dem weiteren Material durch Zerstäubung der
zweiten Kathode (35') eine weitere Schicht (22) durch Aufdampfen von Gold aufgebracht wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in die
Unterdruckkammer (50) ein im wesentlichen aus Edelgas bestehender Gasstrom eingeführt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasstrom aus ungefähr 90 Volumprozent
Argon und 10 Volumprozent Wasserstoff besteht.
8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß in der Nähe jeder Kathode (35, 35') eine Glühkathode (37, 37') und eine
Anode (36, 36') angeordnet sind und daß eine Einrichtung zum Anlegen einer Spannung zwischen
Glühkathode und Anode zwecks Einleitung der Gasentladung vorgesehen ist und daß in an sich
bekannter Weise in der Unterdruckkammer Kathoden aus den zu zerstäubenden Metallen und
ihnen gegenüber ein Tisch zur Aufnahme der Halbleitersubstrate angebracht sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Tisch (30) oberhalb der
Kathoden angeordnet ist und öffnungen (31) aufv-ist,
in welche die Substrate (10) so eingesetzt sind, daß die zu beschichtende Fläche nach unten
gerichtet und im wesentlichen unbedeckt ist.
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