METHOD OF MANUFACTURING A METALLISATION ON A SEMICONDUCTOR DEVICE

Abstract: 1. A method of producing semiconductor devices, in particular integrated circuits, in which a metallisation is applied by vapour deposition or spraying to the surface of an inorganic insulating layer which covers the semiconductor body of the semiconductor device with the exception of contact positions, said metallisation being further processed by localised erosion to form electrical conductor paths and electrical contacts, characterised in that at least 70% of the total thickness of the metallisation, which consists of a homogeneous material, is applied in a first metallisation process and at least 10% of the total thickness of the metallisation is applied in a following second metallisation process ; and that the temperature of the substrate which is to be provided with the metallisation is set to be higher in the case of the first metallisation process than in the case of the second metallisation process.

Description: Verfahren zum Herstellen von Halbleitervorrichtungen Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen von Halbleitervorrichtungen, insbesondere von integrierten Schaltungen, bei dem an der Oberfläche einer den Halbleiterkörper der Halbleitervorrichtung mit Ausnahme von Kon- taktstellen bedeckenden, anorganischen Isolierschicht eine Metallisierung durch Aufdampfen oder Auf stäuben aufgebracht und durch lokalisierte Wiederabträgung zu elektrischen Leitbahnen bzw. elektrischen Kontakten weiterverarbeitet wird. Solche Verfahren werden allgemein bei der Herstellung monolithisch integrierter Schaltungen angewendet. Dabei wird von einem monokristallinen, dotierten Siliciumplättchen ausgegangen, an dessen Oberfläche zunächst eine - insbe- sondere aus SiO2 bestehende - Isolierschicht durch thermi- sche Oxydation bzw. pyrolytische Abscheidung erzeugt und dann mittels Photolack-Ätztechnik zu einer Dotier#:ngsmas- ke gestaltet wird. Diese Maske wird dann als Diffusion#- maske bei der Erzeugung der für die integrierte Schaltung erforderlichen Dotierungsstruktur im Halbleiterplättchen verwendet und verbleibt - ggf. nach lokalen Umgestaltungen - zum Schutze der erzeugten pn-Übergänge und als Träger der zu erzeugenden Leitbahnen an der Oberfläche des Halbleiterplättchens. Sie weist dann lediglich zu den einzelnen Kontaktstellen der Oberfläche des Siliciumplätt- chens fuhrende Kontaktfenster auf. Die auf der Isolierschicht zu erzeugenden Leitbahnen und die zugehörigen Anschlusselektroden für die externe BeauT- schlagung der Schaltung bilden die aus der Metallisierung her7ustellenden 3estandbeiLe der Halbleiteranordnung. Sie werden aus der Metallisierung durch Photoiack-Ätztecnrftk m bekannter Weise #erge-stellt. Als Material wir die Ie- tallisie u#d damit auch für die Kontaktelektroden an der Halbleiteroberfläche in den Fenstern der Isolierschicht wird in den meisten Fällen Aluminium oder eine Aluminiumlegierung verwendet. Die Metallisierung entstehtüblicher Weise durch Auf dam- pfen oder durch Aufstäuben (Aufsputtern) in einem einzigen Prozess, sofern es sich um eine homogene Metallisierung handelt. Die Stärke der Metallisierung bestimmt gemeinsam mit der durch die Strukturierung der Metallisierung eingestellten Breite der Leitbahnen den stromführenden Querschnitt der Leitbahn. Dieser muss z.B. bei integrierten Leistungsschaltkreisen (z.B. NF-Verstärkern und Spannungsversorgungsschaltungen) erheblich grösser als z.B. für digitale Schaltungen eingestellt werden. Will man die Packungsdichte der integrierten Schaltung im Siliciumplättchen möglichst gross machen, so muss man die Metallisierung mit einer höheren Schichtdicke abscheiden, um mit ¯ im Interesse der Ersparnis an Chip Fläche möglichst schmalen Leitbahnen die bei Leistungs- IC's erforderliche Stromauerschnittsfläche zu erzielen. (Eine integrierte Schaltung, bei der die Leitbahnen mit zu kleinem Querschnitt ausgestaltet sind, führt zu lokalen Erhitzungen des Halbleiterplättchens durch die überbeanspruchten Leitbahnen, was im Interesse der Betriebssicherheit der integrierten Schaltung nicht zu empfehlen ist.) Weiter ist zu bemerken, dass di Leitbahnen an den Kontaktöffnungen der Isolierschicht zu den Kontakt stellen der Halbleiteroberfläche über Kanten und Stufen der Isolierschicht geführt werden. Gegebenenfalls kann die Iso lierschicht auch aus mehreren Xbersinander aufgebrachten Teilschichten bestehen, von deren wenigstens die unterste in der Regel aus thermisch erzeugtem SiO2 besteht. Oft ist dann in den Tsoliersch chten eine Ätzstruktur vorhanden, über welche dann eine Leitbahn von einer Anschlussstelle zur anderen geführt ist. Wenn somit die Leitbahnen sehr schmal und wegen des erforderlichen Querschnitts mit einer grossen Höhe herzustellen sind, sind an die Qualität der die Grundlage der Leitbahnen bildenden Metallisierung besondere Anforderungen zu stellen. Erfahrungsgemäss besteht gerade bei derartigen Leitbahnen in erhöhtem Masse die Gefahr einer Rissbildung an den Kanten der Oxydschicht, insbesondere wenn deren Höhe grösser als 0,9/um ist. Andererseits zeigt die Erfahrung, dass sich dickere Metallschichten, z.B. Aluminiumschichten, wesentlich schwieriger als dünnere Metallschichten strukturieren lassen. So zeigen Leitbahnen, welche aus einer mehr als 2/um starken Schicht aus Aluminium geätzt und diese Schicht durch die sog. Heissaufdampfung aufgebracht ist, muschelförmige Kornausätzungen, die sehr leicht zur Unterbrechung der Leitbahn führen können. Andererseits brechen Leitbahnen, deren Metallschicht bei niedrigen Temperaturen des Substrats durch Aufdampfen bzw. Aufsputtern aufgebracht wurde, an den Kanten der Isolierschicht besonders leicht. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Abhilfe gegen die aufgeführten Störungen zu finden. Hierzu wird gemäss der Erfindung das eingangs definierte Verfahren so ausgestaltet, dass wenigstens 70,' der Gesamtstärke der aus homogenem Material bestehenden Metallisierung in einem ersten Metallisierungsprozess und wenigstens 10% der Gesamtstärke dieser Metallisierung in einem abschliessenden zweiten Metallisierungsprozess aufgebracht wird, und dass dabei die Temperatur der mit der Metallisierung zu versehenden Unterlage bei dem ersten Metal lisierungsprozess merklich hoher als beim zweiten Metallisierungsprozess eingestellt wird. Die auf diese Weise erhaltene Metallisierung und damit auch die aus ihr erhaltenen Leitbahnen bestehen dann aus zwei an sich materialgleichen Schichten, wobei die untere Schicht bezüglich ihrer inneren Beschaffenheit durch die höhere Substrattemperatur während ihrer AuSbringung bleibend beeinflusst ist, während die äussere Schicht dieser Beeinflussung nicht ausgesetzt war. Die während des zweiten Metallisierungsprozesses gegebenen Bedingungen, die abgesehen von der niedrigeren Substrattemperatur und gegebenenfalls einer niedrigeren Aufwachsrate sich von den Bedingungen des ersten Metallisierungsprozesses nicht unterscheiden, beeinträchtigen erfahrungsgemäss die Eigenschaften der zuerst aufgebrachten Metallisierungsschicht nicht. Somit bleibt auch die durch die Höhere Substrattemperatur bedingte grössere Stabilität der Leitbahnen an den Knickstellen, also an den Stufen der Oxyd- und Halbleiterunterlage, erhalten. Andererseits hat es sich gezeigt, dass die beim zweiten Metallisierungsprozess aufgebrachte obere Teilschicht der Metallisierung zu einer glatten Ätzstruktur führt und die genannten Kornausätzungen vermieden werden. Die Erfindung hat sich vor allem bei der Herstellung von Leitbahnen aus Aluminium oder einer Äluminiumle- gierung bewährt. Dabei wurden z.B. folgende Bedingun- gen angewendet: 70 % bis 90 % der Gesamt stärke der Metallisierung wird bei einer Temperatur von mindestens 2500 C der zu metallisierenden Unterlage, also des Siliciumpläftchens und der auf ihm befindlichen Oxydschicht, aufgebracht, während der Rest nac#e=:bei einer Temperatur von höchstens 1500 C dieser Unterlage im zweiten Metallisierungsprozess aufgebracht wird. 'weiterhin empfiehlt es sich, den ersten Metallisierungs prozeB mit einer grösseren SSscheidegessnwindigRei' und den zweiten Metallisierungsprozess mit einer geringeren Abscheidegeschwindigkeit durchzuführen. Im Beispielsfall der Verwendung von Aluminium als Metallisierungsmaterial wurde bei der Erprobung der Erfindung i ersten Metallisierungsprozess eine Kondensationsrate von -1 5 - 7 nm .s und im zweiten Metallisierungsprozess eine Kondensationsrate von nur 2 - 3 nm S -Ú verwendet. Die genannten Bedingungen haben sich laufend bewährt, gleichgültig, ob die Metallisierung durch Aufdampfen oder durch Auf stäuben (Aufsputtern) vorgenommen wurde. Schliesslich empfiehlt es sich, eine Pause von etwa 10. bis 20 Minuten zwischen den beiden Phasen des erfindungsgemässen Verfahrens vorzusehen, damit das Substrat ausreichend gelegenheit hat, sich auf die niedrigere Tempera- tur des zweiten Metallisierungsprozesses einzustellen. Da Aluminium das am meisten bei der Herstellung.von integrierten Schaltungen verwendete Kontaktierungsmaterial ist, wurden die zu der Erfindung führenden'Ergebnisse bei Aluminiummetalli sie rungen gewonnen. Andere 'ontaktie- rungsmetalle, wie z.B. Ti, Ni, Cr, werden bei integrierten Schaltungen nur selten allein eingesetzt. Es ist jedoch auch dann zu erwarten, dass ein der Erfindung entsprechendes Zweiphasenverfahren eine Erhöhung der Stabilität solcher Leitbahnen mit sich bringt. 4 Patentansprüche

Claims: Patentansprüche 1.) Verfahren zum Herstellen von Halbleitervorrichtungen, insbesondere von integrierten Schaltungen, bei dem an der Oberfläche einer den Halbleiterkörper der Halbleitervorrichtung mit Ausnahme von Kontaktstellen bedeckenden, anorganischen Isolierschicht eine Metallisierung durch Aufdampfen oder Auf stäuben aufgebracht und durch lokalisierte Wiederabtragung zu elektrischen Leitbahnen bzw. elektrischen Kontakten weiterverarbeitet wird, dadurch aekennzeichnet, dass wenigstens 70 % der Gesamtstärke der aus homogenem Material bestehenden Metallisierung in einem ersten Metallisierungsprozess und wenigstens 10 % der Gesamtstärke dieser Metallisierung in einem abschliessenden zweiten Metallisierungsprozess aufgebracht wird, und dass dabei die Temperatur der mit der Metallisierung zu versehenden Unterlage bein dem ersten Metalli sierungsprozess merklich höher als beim zweiten Netalli- sierungsprozess eingestellt wird. 2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch zekennzeichnet, dass die Abscheidegeschwindigkeit während des ersten Metallisierungsprozesses grösser als während des zweiten Metallisierungsprozesses eingestellt wird. 3.) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch aekenn- zeichnet, dass eine Metallisierung aus Aluminium verwendet und dabei die Temperatur der zu metallisierenden Unterlage während des ersten Metallisierungsprozesses auf wenigstens 25000 und während des zweiten Metallisierungsprozesses auf höchstens 15000 gehalten wird. 4.) Verfahren nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeich- net, dass die Abscheidungsqueote im ersten Metallisierungs prozel3 auf 5 - 7 nm/sec und im zweiten Metallisierungspro zess auf 2 - 3 nm/sec eingestellt ist.

Inventors: KINZEL, HERMANN, ING.-GRAD.
Applicants: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1982
Main classification: H01L21
IPC codes: H01L21