DE1690276B1 - Kathodenzerstaeubungsvrfahren zur herstellung ohmscher kontakte auf einem halbleitersubstrat und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

OR(GiMAL ΙΓ-iSPECTED

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zu bilden, die untereinander und an dem Substrat gut so daß z. B. die Emitterzone 12 zwischen 0,0025 und

haften. 0,005 mm breit und weniger als 0,0025 mm lang ist.

Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß In der Oxydschicht 13 sind Öffnungen 14 und 15 für

zwei Kathoden in der Unterdruckkammer räumlich den Basisanschluß bzw. den Emitteranschluß vorgetrennten Gasentladungsstrecken zugeordnet sind, 5 gesehen. Die Oberfläche der Oxydschicht und der frei

daß nacheinander zunächst eine Spannung an die aus liegenden Stellen des Halbleitermaterials wird meh-

Molybdän bestehende erste Kathode und dann eine reren Reinigungsprozessen unterzogen, damit die An-

Spannung an die aus Gold und einem weiteren Ma- Ordnung von F i g. 1 für das Anbringen mehrschich-

terial bestehende zweite Kathode angelegt wird und tiger Kontakte vorbereitet wird, die in der später be-

daß sich auf dem beiden Kathoden gegenüberliegend io schriebenen Weise aus einer Molybdänschicht, einer

angeordneten Halbleitersubstrat nacheinander abge- Platin-Gold-Schicht und einer Goldschicht gebildet

stäubtes, unterschiedliches Kathodenmaterial zu mehr- werden. Es wurde beobachtet, daß die Bildung einer

schichtigen Kontakten ablagert. gesinterten Platinsilicidablagerung im Kontaktbereich

Dadurch ergeben sich insbesondere bei einer indu- vor der Ablagerung der dünnen Molybdänschicht die

striellen Massenfertigung auf einfache und wirtschaft- 15 mechanische und elektrische Verbindung des Molyb-

liche Weise sehr gleichmäßige und gut haftende mehr- däns mit der Halbleiteroberfläche verbessert,

schichtige Kontakte, wodurch die Ausbeute bei gleich- F i g. 2 zeigt die gesinterten Platinsilicidablage-

zeitiger Erhöhung der Produktionsmenge wesentlich rungen 17 und 18, die zu diesem Zweck in dem

verbessert wird. Nach dem Einbringen der Substrate Kontaktbereich der Basis und des Emitters gebildet

in die Unterdruckkammer kann der Fertigungsprozeß 20 sind.

durch Umschalten und Einstellen von elektrischen In F i g. 5 ist eine Ausführungsform eines Appa-

Spannungen exakt gesteuert werden, ohne daß rates zur Kathodenzerstäubung mit Dreielektroden-

zwischendurch eine Entnahme oder Handhabung der anordnung dargestellt, welcher zum Aufbau des mehr-

Substrate erforderlich ist. schichtigen Kontakts Verwendung finden kann. Der

Vorzugsweise ist das weitere Metall der zweiten 25 Apparat enthält einen drehbaren Tisch 30 aus rost-

Kathode Platin. Es wurde festgestellt, daß dadurch die freiem Stahl, der mit genau gearbeiteten Öffnungen 31

Haftung der Goldschicht auf der Molybdänschicht versehen ist, in welche die Siliciumscheiben 10 mit den

wesentlich verbessert wird. daran befindlichen Platinsilicidablagerungen 17 und 18

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird vor eingelegt werden. Über dem drehbaren Tisch 30 ist

dem Aufbringen der ersten Schicht aus Molybdän 30 eine Infrarot-Quarzlampe 33 unter einem Winkel von

eine gesinterte Platinsilicidschicht auf dem Substrat ungefähr 20° angeordnet. Mit dieser Lampe können

angebracht. Dadurch wird die mechanische und elek- die Siliciumscheiben 10 auf jede beliebige Temperatur

irische Verbindung der Molybdänschicht mit dem erwärmt und ziemlich genau auf einer bestimmten

Halbleitermaterial verbessert. Temperatur gehalten werden. Scheiben 32 aus rost-

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung besteht 35 freiem Stahl sind lose auf die Rückseite jeder Silicium-

darin, daß nach dem Aufbringen der zweiten Schicht scheibe 10 aufgelegt, damit ein gleichmäßiger Tempe-

durch Zerstäubung der zweiten Kathode eine dritte raturübergang gewährleistet ist.

Schicht durch Aufdampfen von Gold aufgebracht wird. Unter dem Tisch 30 sind zwei Dreielektrodenanord-

Eine Vorrichtung zur Durchführung des beschrie- nungen angebracht, die aus den Kathoden 35 bzw. 35', benen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß in 40 die aus dem zu zerstäubenden Material gebildet sind, der Nähe jeder Kathode eine Glühkathode und eine aus den aus Molybdän gebildeten Anoden 36 bzw. 36' Anode angeordnet sind und daß eine Einrichtung zum und aus den aus Wolfram gebildeten Kathodenheiz-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 Goldist und daß in an sich bekannter Weise in der Unter- 45 einlage 40 vorgesehen. Unterhalb des drehbaren druckkammer Kathoden aus den zu zerstäubenden Tisches 30 ist eine Blende 41 angeordnet, welche ent-Metallen und ihnen gegenüber ein Tisch zur Aufnahme weder über die Kathoden 35 und 35' oder über die der Halbleitersubstrate angebracht sind. Wolframspule 39 geschwenkt werden kann. Der dreh-

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an bare Tisch 30 kann mit geeigneter Geschwindigkeit

Hand der Zeichnung näher erläutert; es zeigen 5° 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 auf einer

der ohmschen Kontakte und Verbindungsleitungen Grundplatte 52 befestigt ist. Durch diese Grundplatte

mit dem Verfahren gemäß 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 Keramik,

Verfahrens. derart geführt, daß sie gegen die Grundplatte isoliert

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 Glocke 50

und einer Emitterzone 12 besteht und bei dem der vorgesehen. Außerdem ist eine weitere Öffnung 56

restliche Teil der Scheibe 10 die Kollektorzone bildet. 60 vorhanden, durch welche ein Gasgemisch 60 für den

Der Transistor ist in konventioneller Planartechnik Aufbau einer für die Zerstäubung günstigen Atmo-

imter Verwendung aufeinanderfolgender Diffusionen Sphäre eingeführt werden kann,

durch Siliciumoxydmasken hergestellt. Bei diesem Da die Zerstäubungsgeschwmdigkeit und das Ge-

Verfahren bleibt eine Oxydschicht 13 auf der Ober- füge der abgelagerten Schichten von dem Druck in der

fläche der Scheibe zurück, die stufenweise entsprechend 65 Zerstäubungskammer beeinflußt werden, wird der

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. Die

sistors sind für hohe Frequenzen außerordentlich klein, Spannungen für die Kathodenheizwendel, die Ka-

thoden und Anoden können mittels gleichlaufend be- zustellen ist. Es wurden Versuche angestellt, um die triebener, nicht dargestellter Schalter schnell von einer Kraft festzustellen, welche erforderlich ist, um die Dreielektrodenanordnung auf die andere umgeschaltet Schicht 21 von der Molybdänschicht 20 abzuziehen, werden. wenn die Oberfläche der Kathode 35' verschiedene

Ein ringförmiger Magnet 56 umgibt die Glocke 50; 5 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

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 io
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 15
5 · 10~⁶ Torr evakuiert, und die Infrarotlampen 33
werden derart erregt, daß die Scheiben 10 auf eine
Temperatur von ungefähr 200⁰C erhitzt werden. Ein
Gasgemisch 60 wird durch die Öffnung 56 in die evakuierte Kammer eingeleitet, bis ein Kammerdruck von 20
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- as
sentlichen die Bildung von unerwünschten Oxyden auf
den verschiedenen Oberflächen ausschaltet. Nach- Die Tabelle zeigt, daß bei Verwendung einer Zustehend wird angenommen, daß das Edelgas Argon sammensetzung aus 95 % G°ld und 5 % Platin f ür die ist, da dieses aus Preisgründen zur Zeit bevorzugt wird. Schicht 21 an Stelle von reinem Gold eine Vergröße-Hierbei hat sich ein Gemisch aus 90 % Argon und 30 rung der Haftung an der Molybdänschicht 20 um bei-10% Wasserstoff als besonders vorteilhaft erwiesen. nahe 400% erreicht wird. Zusätzlich wurde fest-

Zunächst wird die aus den Elektroden 35, 36, 37 gestellt, daß die sich ergebende Schicht 21 glatter und bestehende Dreielektrodenanordnung an Spannung besser zusammenhängend ist und daß die Oxydation gelegt, und die Wolframwendel 37 wird zum Glühen der darunterliegenden Molybdänschicht während der gebracht, so daß eine Elektronenemission stattfindet. 35 folgenden unter hoher Temperatur verlaufenden Ver-Diese Elektronen werden mit beträchtlicher Ge- fahrensschritte verhindert wird. Außerdem wurde festschwindigkeit 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 ge- 40
ladener 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 45 der Schicht 22 befestigt werden. Das ganze Verfahren Energie auf, wodurch Molybdänatome aus der Ka- zum Aufbringen der Mehrschichtkontakte besteht also thode freigesetzt werden, die dann durch »Zerstäubung« aus einer Kathodenzerstäubung mit einer Dreielekauf die Siliciumscheibe 10 aufgebracht werden. Wie trodenanordnung für die Ablagerung einer Molybdänin F i g. 3 gezeigt ist, wird dadurch eine dünne Schicht schicht, einer Kathodenzerstäubung mit einer Drei-20 aus Molybdän auf der gesamten Oberfläche der 50 elektrodenanordnung für die Ablagerung einer Platin-Oxydmaske 13 und auf den Platinsilicidablagerungen Gold-Schicht und der Aufdampfung einer darüber-17 und 18 in den Öffnungen 14 und 15 abgelagert. liegenden Goldschicht. Dabei kann die in F i g. 5

Anschließend werden die Spannungen an die aus dargestellte Blende 41 jeweils über die gerade tätige der Kathodenheizwendel 37', der Anode 36' und der Kathode bzw. die Verdampfungsspule geschwenkt Kathode 35' bestehende Dreielektrodenanordnung an- 55 werden, damit die Ablagerung fremder Teilchen von gelegt, so daß eine dünne Goldschicht 21 durch Zer- der Kathode bzw. von der Spulenoberfläche verhindert stäuben auf die Molybdänschicht 20 aufgetragen wird. wird.

Die Kathode 35' enthält jedoch nicht nur Gold, Die in F i g. 5 dargestellte besondere Anordnung

sondern sie besteht entweder aus einer Platin-Gold- der Siliciumscheiben über den Elektroden ergibt die Legierung, oder sie ist eine Goldkathode, welche an ⁵° Wirkung, daß die Zerstäubung nach oben erfolgt. Dader Oberfläche teilweise mit Platin überzogen ist. Da- durch ist es möglich, die Ablagerung von Teilchen durch erfolgt eine gleichzeitige Emission von Platin oder Metallflocken wesentlich zu reduzieren oder völlig und Gold, so daß die Schicht 21 anstatt aus reinem zu unterbinden.

Gold aus Platin und Gold besteht. Es wurde beob- Nachdem die Ablagerung der Schichten 20, 21 und

achtet, daß bei einer gleichzeitigen Zerstäubung eines 65 22 vollendet ist, werden die Scheiben 10 aus_ der kleinen Anteils von Platin zusammen mit Gold eine Kammer 50 entnommen und die metallischen Überwesentliche Verbesserung der Haftung der sich er- züge mit Hilfe der konventionellen photographischen gebenden Schicht 21 an der Molybdänschicht 20 fest- Maskier- und Ätztechnik teilweise entfernt, um die

gestellt, daß der spezifische Schichtwiderstand der Platin-Gold-Schicht 21 über die gesamte Oberfläche wesentlich gleichmäßiger ist.

Als nächster Schritt wird hierauf eine reine Goldschicht 22 durch Verdampfung auf der Platin-Gold-Schicht 21 abgelagert, indem die Spule 39 unter Strom gesetzt wird, um die Goldeinlage 40 zu verdampfen. Darauf können für externe Anschlüsse Golddrähte an

einzelnen Kontaktbereiche voneinander zu trennen. Auf diese Weise werden der Emitterkontakt 24 und der Basiskontakt 25,_ wie in F i g. 4 dargestellt, gebildet. Eine geeignete Ätzlösung für das selektive Entfernen der Goldschicht 22 und der Platin-Gold-Schicht 21 ist

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 einer leitenden Unterlage montiert wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

COPY

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Claims (9)

1 2 weist, in welche die Substrate (10) so eingesetzt Patentansprüche: sind, daß die zu beschichtende Fläche nach unten gerichtet und im wesentlichen unbedeckt ist.

1. Kathodenzerstäubungsverfahren zur Herstellung ohmscher Kontakte auf einem in einer Unter- 5

druckkammer angeordneten Substrat aus Halb-

leitermaterial in einer Gasatmosphäre, die einen
geringen Anteil Wasserstoff enthält, bei welchem
mittels Gasentladung erzeugte positive Ionen

infolge der angelegten Spannung mit zur Zer- io Die Erfindung bezieht sich auf ein Kathodenzerstäubung ausreichender Energie auf eine in der stäubungsverfahren zur Herstellung ohmscher Kon-Unterdruckkammer angeordnete Kathode auf- takte auf einem in einer Unterdruckkammer angeordtreffen und die Ablagerung einer dünnen Schicht neten Substrat aus Halbleitermaterial in einer Gasaus Kathodenmaterial auf dem Halbleitersubstrat atmosphäre, die einen geringen Anteil Wasserstoff bewirken, dadurch gekennzeichnet, 15 enthält, bei welchem mittels Gasentladung erzeugte daß zwei Kathoden (35, 35') in der Unterdruck- positive Ionen infolge der angelegten Spannung mit kammer (50) räumlich getrennten Gasentladungs- zur Zerstäubung ausreichender Energie auf eine in der strecken zugeordnet sind, daß nacheinander zu- Unterdruckkammer angeordnete Kathode auftreffen nächst eine Spannung an die aus Molybdän be- und die Ablagerung einer dünnen Schicht aus Kastehende erste Kathode (35) und dann eine Span- 20 thodenmaterial auf dem Halbleitersubstrat bewirken, nung an die aus Gold und einem weiteren Material Ein Verfahren dieser Art ist aus der deutschen Ausbestehende zweite Kathode (35') angelegt wird und legeschrift 1143 374 bekannt. Die mit diesem bedaß sich auf dem beiden Kathoden (35, 35') gegen- kannten Verfahren auf der Halbleiteroberfläche erüberliegend angeordneten Halbleitersubstrat (10) haltenen Kontakte aus dem Kathodenmetall haben nacheinander abgestäubtes, unterschiedliches Ka- 25 bessere mechanische und elektrische Eigenschaften als thodenmaterial zu mehrschichtigen Kontakten ab- elektrolytisch aufgebrachte Metallüberzüge, sie belagert, stehen aber nur aus einer einzigen Schicht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- Es ist aber andererseits aus verschiedenen Gründen zeichnet, daß das weitere Metall der zweiten Ka- oft vorteilhafter, die ohmschen Kontakte auf HaIbthode (35') Platin ist. 30 leitersubstraten aus mehreren Schichten aufzubauen.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn- So ist in der deutschen Auslegeschrift 1 004 294 ein zeichnet, daß die zweite Kathode (35') aus etwa Verfahren zur Kontaktierung eines Halbleiterkörpers 95 Gewichtsprozent Gold und 5 Gewichtsprozent beschrieben, bei dem zunächst eine Schicht aus Gold, Platin besteht. Platin oder Rhodium durch Ionenaustausch auf-

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden 35 gebracht und anschließend mit einem unedleren Metall Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem galvanisch verstärkt wird. Auch ist es bekannt, daß Aufbringen einer Schicht (20) aus Molybdän eine Gold, das wegen seiner chemischen und elektrischen gesinterte Platinsilicidschicht (17, 18) auf dem Eigenschaften als Kontaktmaterial besonders günstig Substrat (10) angebracht wird. wäre, mit verschiedenen Halbleitermaterialien, insbe-

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden 40 sondere Silicium, schlecht verträglich ist, weil es zu Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach unerwünschten Legierungserscheinungen führt, durch dem Aufbringen einer Schicht (21) aus Gold und welche die Übergangsbereiche verschlechtert werden, dem weiteren Material durch Zerstäubung der Deshalb wird vorzugsweise zwischen die Goldschicht zweiten Kathode (35') eine weitere Schicht (22) und das Halbleitersubstrat eine Molybdänschicht eindurch Aufdampfen von Gold aufgebracht wird. 45 gefügt, die das Gold physikalisch von dem Halbleiter-

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden material isoliert und eine besonders gute Haftung auf Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in die den Oxydschichten ergibt, die sich normalerweise auf Unterdruckkammer (50) ein im wesentlichen aus dem Halbleitersubstrat befinden, insbesondere HaIb-Edelgas bestehender Gasstrom eingeführt wird. leiterbauelementen, die in der Planartechnik gefertigt

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekenn- 50 werden.

zeichnet, daß der Gasstrom aus ungefähr 90 Vo- Aus der deutschen Auslegeschrift 1116 015 ist es

lumprozent Argon und 10 Volumprozent Wasser- auch bereits bekannt, mehrschichtige Überzüge ver-

stoff besteht. schiedener Substanzen durch Kathodenzerstäubungs-

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens verfahren auf einem Werkstück abzulagern, beispielsnach einem der vorhergehenden Ansprüche, da- 55 weise zur Herstellung von mehrschichtigen Interferenzdurch gekennzeichnet, daß in der Nähe jeder Ka- filtern oder von leitenden Metallfilmen auf einer Glasthode (35, 35') eine Glühkathode (37, 37') und eine schicht unter Einfügung einer Metalloxydschicht. Dies Anode (36, 36') angeordnet sind und daß eine Ein- geschieht mit Hilfe mehrerer Kathoden unterschiedrichtung zum Anlegen einer Spannung zwischen liehen Materials und eines zu diesen Kathoden in Glühkathode und Anode zwecks Einleitung der 60 relativer Drehung befindlichen Werkstück-Tisches, Gasentladung vorgesehen ist und daß in an sich wobei die gewünschten Schichtbildungen durch gleichbekannter Weise in der Unterdruckkammer Ka- zeitiges Anlegen ein- oder mehrphasiger Wechselspanthoden aus den zu zerstäubenden Metallen und nungen und entsprechende Formgebung der Kathoden ihnen gegenüber ein Tisch zur Aufnahme der Halb- beeinflußt werden.

leitersubstrate angebracht sind. 65 Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu-

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch ge- gründe, bei einem Verfahren der eingangs angegebenen kennzeichnet, daß der Tisch (30) oberhalb der Art die auf dem Halbleitersubstrat aufzubringenden Kathoden angeordnet ist und Öffnungen (31) auf- ohmschen Kontakte aus unterschiedlichen Schichten