DE2450341A1 - SEMICONDUCTOR COMPONENTS WITH HEAT-RESISTANT METAL LAYERS - Google Patents

SEMICONDUCTOR COMPONENTS WITH HEAT-RESISTANT METAL LAYERS

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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
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Description

Dipl.-lng. H. Sauenland Dn.-lng. a. König . Dipl.-lng. K. Bergen Patentanwälte · 4doo Düsseldorf 3D · Cecilienallee 7B · Telefon 43S7 3SDipl.-Ing. H. Sauenland Dn.-lng. a. King. Dipl.-Ing. K. Bergen Patent Attorneys · 4doo Düsseldorf 3D · Cecilienallee 7B · Telephone 43S7 3S

22. Oktober 1974 29 650 BOctober 22, 1974 29 650 B

RCA Corporation, 30 Rockefeller Plaza, New York, N0Y. 10020 (V.St.A0)RCA Corporation, 30 Rockefeller Plaza, New York , N 0 Y. 10020 (V.St.A 0 )

"Halbleiterbauteile mit hitzebeständigen Metallschichten""Semiconductor components with heat-resistant metal layers"

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Aufbringen einer hitzebeständigen Metallschicht auf einer Oberfläche eines Halbleiterkörpers.The invention relates to a method for applying a heat-resistant metal layer on a Surface of a semiconductor body.

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,.In a certain for the preparation of types of semiconductor devices applied method, a layer of platinum silicide is fabricated on a silicon body by forming a platinum layer is brought to the body at first by vapor deposition or the like, 0 and the Schioht then heated or "sintered in order to to bring about a chemical reaction with the silicon, so that the platinum silicide layer is formed «. Such Platinsilizidschichten are very useful for a variety of semiconductor devices, as they are electrically conductive, firmly adhering to the silicon body and excellent 0hm 1 see contact with other mounted thereon metals guarantee ,.

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, daßThis is particularly important in the case of high-frequency components in which the various active areas, e.g. the emitter and base areas are made as small as possible, serious problem arising in connection with this known manufacturing process is that

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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.the platinum silicide layer penetrates into the silicon body, so that space is consumed on the surface of the body, which generally means that the various underlying areas have to be embedded somewhat deeper in the body than would be necessary if die.platinsilizidschicht exclusively on the surface of the body would be appropriate. The need for greater depth within the body fundamentally lowers the high-frequency performance of such components o In addition, the penetration of the platinum silicide into the underlying silicon body usually takes place in a non-uniform manner, ie "relatively long peaks of the suicide formed protrude downwards from the main silicide layer. Such tips can protrude into areas that have to be separated from the silicide layer, so that internal short circuits occur in the component.

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.In addition, during sintering in the surrounding silicon material Tensions caused, which often lead to microscopic cracks or dislocations of the Kirstall to lead. Such dislocations, of course, affect the electrical properties of the silicon material disadvantageous.

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.The object of the present invention is to propose a method for producing silicide layers, with which the aforementioned disadvantages are avoided. This object is achieved according to the invention in that a heat-resistant metal and silicon in an approximately stoichiometric ratio of a silicide compound containing target is sprayed by bombardment with electrically charged particles and the thereby generated target particles on the surface get knocked down.

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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.In a preferred embodiment of the invention a layer of heat-resistant metal silicide is applied to a silicon body with the aid of a known Spraying process, whereby a target made of the desired silicide with electrical charges, e.g. argon ions, and small particles of the target material, at least approximately stoichiometric ratio on which silicon bodies are deposited. Due to the fact that the precipitated material is approximately stoichiometric Ratio located, and possibly as the silicide itself, occurs during the precipitation process very little reaction of the deposited material with the underlying silicon so that the deposited layer is effectively exclusively on the surface of the silicon body lies «This can penetrate the dejected Layer or tips of this layer into the silicon can be completely prevented. Alternatively, as will be described below, with the aid of a heat treatment at relatively high temperatures a certain penetration of the deposited layer into the underlying silicon body can be achieved, but with extremely high accuracy and without the occurrence of undesirable peaks.

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 VerhältnisThe exact composition of the small particles of the on the substrate sprayed target is not known. It is believed that the sprayed material contains particles of metal, of silicon and / or particles of the metal silicide «, but preferably a target of the metal silicide compound is used, it is assumed that the deposited layer is at least the approximate, if not the exact stoichiometric ratio

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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.has over its entire range. In addition, it is believed that even in the event of disintegration the metal silicide compound of the target recombines to some extent during the spraying process occurs to the silicide compound on the substrate, either during the deposition process or during the later high-temperature treatment of the substrate.

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.It is further believed that the use of a target comprising a metal and silicon in non-stoichiometric Contains ratio, within the scope of the invention also provides desirable results, however proportional to the extent to which the target materials are present in the stoichiometric ratio. With others In other words, if there is an excess of metal in the target, increased interaction of the metal with and penetration in the silicon of the substrate is to be expected »If the silicon content in the target is increased, then a higher Resistance of the precipitated layer can be expected.

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.The, deposited metal-silicon layer has proved to adhere extremely well to the silicon body, it is heat-resistant and can, depending on The parameters provided for the spraying process are made electrically conductive to different degrees will. In addition, a subsequent heat treatment, as described below the crystal dislocations occurring in the known platinum silicide processes are avoided.

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-The refractory material used can be any metal that reacts with silicon to form suicide e.g. platinum, molybdenum, tungsten, rhodium and rhenium. In terms of liability, high

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temperaturstabilität und elektrische Leitfähigkeit bevorzugtes Material ist Wolfram.temperature stability and electrical conductivity the preferred material is tungsten.

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.As previously discussed, spray processes are where a target is used to separate particles with electrical Charges are bombarded and the target particles are deposited on a substrate, known. Included either DC or AC voltages can be used. However, it turned out that from inexplicable reasons with regard to the adhesion of the deposited layer to the substrate somewhat better Results are obtained when AC voltages are used.

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.The resistivity of the deposited layer depends to a certain extent on the temperature of the substrate during the deposition process. For example, the specific resistance of the deposited layer is approximately 450 to 600 micro-ohm cm when the substrate has a temperature of approximately 200 ° C. At substrate temperatures in the range of 300 to 400 ° C., the specific resistance of a tungsten-silicon moves Layer, however, on the order of about 100 micro-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 währendA further reduction in the specific resistance of the deposited layer by up to approximately 25% is achieved by subsequent heat treatment by heating the coated substrate, for example in an oxygen-free atmosphere, for example argon, at a temperature of 900 ° C. for approximately 30 minutes. The annealing also leads to the elimination of various crystal dislocations that occur during

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des Niederschlagsprozesses im Siliziumkörper ereignet haben können,,the precipitation process in the silicon body may have occurred,

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.If desired, it can be ensured that the deposited layer reacts with the underlying silicon body or at least penetrates it. For example, at temperatures of the order of magnitude of 1200 ° C. and above, uniform penetration of the deposited layer into the underlying silicon body occurs. It is not known whether the penetration process merely involves migration of the overlying particles or chemical mutual interference However, it is important that the penetration of the deposited layer into the silicon substrate takes place completely uniformly, so that no undesired peaks protrude into the silicon body below.

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Claims (4)

RCA Corporation, 30 Rockefeller Plaza, New York, N0Y0 10020 (V.St.A.)RCA Corporation, 30 Rockefeller Plaza, New York , N 0 Y 0 10020 (V.St.A.) Patentansprüche:Patent claims: 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.experienced in applying a hit-resistant metal-silicon layer onto a surface of a semiconductor body, characterized in that a heat-resistant metal and silicon are approximated stoichiometric ratio of a silicide compound containing target is sprayed by bombardment with electrically charged particles and the thereby generated target particles are deposited on the surface. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Substrat auf eine Temperatur zwischen 300 und 500 C erhitzt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the substrate on a Temperature between 300 and 500 C is heated. 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.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that after deposition of the particles on the surface the layer thus produced to reduce their specific Resistance is heat treated. 4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß das Target ein Silizid des Metalls enthält.4. The method according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that the target contains a silicide of the metal. β Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Metall Wolfram verwendet wird.β method according to claim 4, characterized in that that tungsten is used as the metal. 5098 19/07185098 19/0718
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