DE1955716A1

DE1955716A1 - Verfahren zum Herstellen gut haftender Metallkontaktschichten insbesondere fuer Halbleiterbauelemente in Beam-Lead-Technik

Info

Publication number: DE1955716A1
Application number: DE19691955716
Authority: DE
Inventors: Manfred Dipl-Phys Dietrich; Helmut Dipl-Phys Eger; Dipl-Phys Dr Kerzl Hans Georg
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1969-11-05
Filing date: 1969-11-05
Publication date: 1971-05-13

Description

Verfahren zum Herstellen gut-haftender Metallkon-taktschichten, insbesondere für Halbleiterbauelemente, in Beam-Teadr'jechnik -Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von guthaftenden Metallkontaktschichten auf insbesondere aus isolierendem Material bestehenden Substraten für vorzugsweise nach der Eearn-ead-Technik gefertigte Halbleiterbauelemente.
Die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegt, besteht darin, die Haftung dünner Metalifilme auf ihren Substraten zu verbessern. Die Haftung ist abhängig sowohl von den verwendeten Materialien (Metallfilm und Substrat) als auch von der Art der Aufbringung. Bs ist bekannt, sogenannte Haftvermittler als Zwischenschichten zu verwenden jj wenn Metall schichten mit schlechtem Haftvermögen aufgebracht werden sollen. Ein solches Beispiel gibt die Abscheidung von Gold auf einem SiO2-Substrat, bei dem als Haftzwischenschicht Molybdän oder Chrom aufgebracht wird (siehe auch Aufsatz von Cunningham in Solid State Electronics, Vol. 8, Sept. 1965).
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, daß man, um eine gute Haftung zu erhalten, stets eine chemische Verbindung zwischen Substrat und Metallschicht herbeiführen muß. Das bedeutet, daß ein Material für die Metallschicht zu wählen ist, welches eine hohe chemische Affinität zum Substrat besitzt, oder aber man muß eine die haftung vermittelnde Zwischenschieht aufbringen, welche einerseits eine hohe chemische Affinität zum Substrat und andererseits zur Metallschicht aufweist.
Der letztgenannte Weg wird durch das erfindungsgemäße Verfahren beschritten, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß mindestens ein Teil der aufzubringenden Metall schicht unter Mitwirkung reaktiver Gase als Haftzwischenschicht mit hoher chemischer Affinität auf dem Substrat niedergeschlagen wird.
In einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, daß ein erster An-teil der aufzubringenden Metallschicht durch reaktives Zerstäuben erzeugt wird.
Es liegt aber ebenso im Rahmen der vorliegenden Erfindung, zunächst einen ersten Anteil der aufzubringenden Metallschicht un-ter normalen Bedingungen niederzuschlagen und anschließend, beispielsweise in einer Glimmen-tladung unter Teilnahme reaktiver Gase, chemisch umzusetzen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel nach der Lehre der Erfindung wird zum Herstellen einer Titanschicht auf einem aus Siliciurnnitrid bestehenden Substratkörper durch Kathodenzerstäubung der aus Argon bestehenden Gasatmosphäre ein Anteil von 5 % Stickstoff beigemischt, dann die dadurch gebildete Titannitridschicht bis zu einer Schichtstärke von 50 - 100 i auf dem Siliciumnitrid niedergeschlagen und anschließend ohne St;ickstoffanteil in reiner Argonatmosphäre auf der Titannitridechicht reines Titan niedergeschlagen. Zunächst wird dabei die Titan-Kathode bei geschlossener Substratblende sauber gestäubt. Kurz vor Öffnen der Blende gibt man dem Arbeitsgas (Argon) der Kathodenzerstäubungsapparatur c. 5 % Sickstoff zu. Hierdurch tritt ein reaktives Zerstäuben auf, d. h. es wird anstatt einer Titanschicht eine Titannitridschicht auf dem Siliciumnitridsubstrat niedergeschlagen, welche als Haftzwischenschicht dient. Nachdem diese Schicht eine Dicke von 50 - 100 Å erreicht hat, was je nach dem Typ der Zerstäubungsapparatur in 5 - 30 Sekunden erreicht ist, schließt man das Stickstoffdosierventil und geht hierdurch vom Nitridstäuben zum Stäuben des reinen Metalls über.
Die in der Zeichnung dargestellte Figur zeigt ein System in be eben beschriebenen Schichtenfolge. Dabei ist mit d Sczugszeichen 1 der aus Siliciuinnitrid bestehende Substratkörper, mit 2 die durch reaktives Zerstäuben aufgebrachte Titannitridschicht und mit n die reine Titansciiicht bezeichnet. In gleicher Weise sind alle anderen Systeme, die nach dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden können, aufgebaut.
Die Haftung von aufgedampftem Titan auf einem SiO2-Substrat wird nach der Lehre der Erfindung dadurch verbessert, daß zunächst im Hochvakuum eine möglichst zusammenhängende dünne Haftschicht aus Titan von ca. 10 - 20 Å aufgedampft wird.
Anschließend wird der Aufdampfprozeß gestoppt und durch Einlassen von Sauerstoff der Druck im Rezipienten auf io 1 bis lo 2 Torr erhöht. Dann wird eine Glimmentladung gezündet und zwar so, daß sich das mit der dünnen Titanschicht bedampfte SiO2-Substrat in der Glimmentladung befindet. Hierdurch oxydiert die Schicht je nach Intensität der Glimmentladung und ihrer Dicke durch. Anschließend wird wieder auf Hochvakuum evakuiert und weiterhin das reine Metall aufgedampft.
Es liegt aber auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung, neben dein angegebenen Verfahren, die Haftzwischenschicht durch kurzzeitiges Erhitzen der teilweise niedergeschlagenen reinen Metall schicht bei Temperaturen über 500° G zu erzeugen. Bei leicht durchoxydierenden Materialien wie Zirkon genügt ein kurzes Erhitzen im Sauerstoffstrom, um Zirkondioxid zu erzeugen. Beim Herstellen von Platinkontakten auf Siliciumsubstraten genügt ebenfalls ein kurzes Erhitzen auf ca. 500° C, um eine dünnc Platinsilicidhaftschicht zu erhalten.
Bei Verwendung von Oxidsubstraten ist das Erhitzen in sauerstoffhaltiger Atmosphäre, bei Nitridsubstraten in stickstoffhaltiger Atmosphäre besonders vorteilhaft.
Das Verfahren nach der Lehre der Erfindung ist besonders gut geeignet zur Herstellung von Metallkontaktschichten aus Titan, Zirkon, Platin, Eisen, Aluminium, Tantal oder Chrom auf aus Silicium oder Siliciumoxid oder -nitrid bestehenden Substraten, wie sie in der Beam-lead-Technologie Verwendung finden.
9 Patentansprüche 1 Figur

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Verfahren zum Herstellen von gut haftenden Metallkontaktschichten auf insbesondere aus isolierendem Ma-terial bestehenden Substraten für vorzugsweise nach der Beam-Lead-Technik gefertigte Halbleiterbauelemente, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der aufzubringenden Metallschicht unter Mitwirkung reaktiver Gase als Haftzwischenschicht mit hoher chemischer Affinität auf dem Substra-t niedergeschlagen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Anteil der aufzubringanden Metallschicht durch reaktives Zerstäuben erzeugt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst ein erster Anteil der aufzubringenden Metallschicht unter normalen Bedingungen niedergeschlagen und anschließend, beispielsweise in einer Glimmentladung un-ter Teilnahme reaktiver Gase, chemisch umgesetzt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Herstellen einer Titanschicht auf Siliciumnitrid durch Kathodenzerstäubung der aus Argon bestehenden Gasatmosphäre ein Anteil von 5 % St*ackstoff beigemischt wird, daß dann die dadurch gebildete Titannitridschicht bis zu einer Schichtstärke von lo - loo Å auf dem Siliciumnitrid niedergeschlagen wird und anschließend ohne Stickstoffanteil in reiner Argonatmosphäxe auf der Titannitridschicht reines Titan niedergeschlagen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum Herstellen einer Titanschicht auf Siliciumdioxid zunächst durch Aufdampfen im Hochvakuum bei 10-5 Torr eine 1o - 20 Å dicke Titanschicht auf dem SiO2-Substrat niedergeschlagen wird, daß dann der Autdarllp£prozeX unterbrochol t:d der Druck im Reaktionsraum durch Sauerstoffzufuhr auf 10-1 - 10-2 Torr eingestellt wird und gleichzeitig das mit der Titanschicht versehene Subs-trat einer Glimmentladung ausgesetzt wird und daß abschließend im Hochvakuum weiterhin reines Titan auf die gebildete Titanoxidschicht aufgedampft wird.
6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Haftzwischenschicht durch kurzzeitiges Erhitzen der teilweise niedergeschlagenen reinen Metalls chi cht bei Temperaturen über 5000 C erzeugt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung~von Oxidsubstraten das Erhitzen in sauerstoffhaltiger Atmosphäre vorgenommen wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Nitridsubstraten das Erhitzen in stickstoffhaltiger A-tmosphäre vorgenommen wird.
9. Verwendung des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 - 8 zur Herstellung von Metallkontaktschichten aus Titan, Zirkon, Platin, Eisen, Aluminium, Tantal oder Chrom auf aus Silicium oder Siliciumoxid oder -nitrid bestehenden Substraten.