JPH0156524B2 - - Google Patents

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JPH0156524B2
JPH0156524B2 JP56002761A JP276181A JPH0156524B2 JP H0156524 B2 JPH0156524 B2 JP H0156524B2 JP 56002761 A JP56002761 A JP 56002761A JP 276181 A JP276181 A JP 276181A JP H0156524 B2 JPH0156524 B2 JP H0156524B2
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JP
Japan
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metal
layer
semiconductor
gold
work function
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JP56002761A
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English (en)
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JPS56126920A (en
Inventor
Changu Chinnan
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International Business Machines Corp
Original Assignee
International Business Machines Corp
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Publication date
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Publication of JPH0156524B2 publication Critical patent/JPH0156524B2/ja
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10PGENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P95/00Generic processes or apparatus for manufacture or treatments not covered by the other groups of this subclass
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12493Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.]
    • Y10T428/12771Transition metal-base component
    • Y10T428/12861Group VIII or IB metal-base component
    • Y10T428/12889Au-base component

Landscapes

  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、高温に曝されたときに、相互に密着
している第1の金属型導体及び/若しくは半導体
と第2の異なる金属型導体及び/若しくは半導体
との間に生じる相互拡散を減少させるための方法
に係る。本発明の方法は高温を用いる被処理体の
種々の処理工程に適し、又高温に於て被処理体の
処理中に生じる相互拡散を防ぐために適してい
る。
本発明の方法は、金属型導体及び/若しくは半
導体への金属接点の製造に於て用いられるために
特に有利であり、特に浅い接合又は界面が含まれ
ている場合に有利である。本発明の方法は、処理
されている被処理体が高温に曝されている間、或
る制御された気体雰囲気を用いる方法である。
従来に於て、典型的な半導体素子は、半導体の
基板と、その上に設けられた導体又は半導体の中
間層と、更にその上に設けられた上記中間層の材
料と異なる材料の導体又は半導体の上層とを含む
多層構造体である。更に、電気接点が通常は少く
とも上記上層の上面に設けられている。又、電気
接点は半導体基板の下側にも設けられ得る。それ
らの電気接点は通常、上記多層構造体と接点材料
とをそれらの材料が融着する様に高温に曝すこと
によつて設けられる。
しかしながら、この種の工程は、上記中間層の
材料と上記上層の材料との界面に於ける相互拡散
即ち移行現象(migration)を助長する。その相
互拡散は、上記上層の上面に上記中間層からの材
料による汚染を生ぜしめて、被処理体の電気的特
性を著しく変え得る。それは又、上記上層からの
材料を半導体基板の下側迄全体に移行させて、短
絡回路を生ぜしめ得る。
相互拡散を最小限にするために、加熱は通常不
活性雰囲気中で行なわれる。しかしながら、相互
拡散の問題は依然として存在し、特に浅い接合又
は界面を有する素子を形成する場合に有害であ
る。
更に、種々の半導体素子が予定されているそれ
らの特定の用途に応じて動作されるとき、極めて
高い温度に曝され得る。従つて、その動作は、高
温に曝されたときそして環境に応じて、相互に隣
接する導体層及び/若しくは半導体層の間の相互
拡散による素子の故障を生ぜしめる結果となり得
る。
次に本発明の方法について概略的に説明する。
本発明による方法は、高温に曝されたときに、第
1の金属型導体及び/若しくは半導体と、上記第
1の金属型導体及び/若しくは半導体に隣接して
相互に密着している第2の異なる金属型導体及
び/若しくは半導体との間に生じる相互拡散を減
少させるための方法に係る。第1の金属型導体及
び/若しくは半導体と第2の異なる金属型導体及
び/若しくは半導体とは、異なる電気陰性度を有
している。或る材料の電気陰性度は、その材料の
電子を引きつける能力の尺度である。その能力が
大きい程、その材料の電気陰性度は大きい。
本明細書に於て用いられている“金属型”なる
用語は、導電性金属、導電性金属混合物、導電性
金属合金、そして金属が一般的に有している大き
さの導電率を有する高濃度にドープされた多結晶
シリコン又は金属間珪化物の如き非金属材料を意
味する。
本発明による方法は、高温に曝されるときに、
少くとも一方の金属型導体及び/若しくは半導体
の少くとも1つの表面を気体に対して曝すことを
含む。その気体は、露出されている上記一方の金
属型導体及び/若しくは半導体の表面電位を、他
方の金属型導体及び/若しくは半導体よりもその
電気陰性度がより大きい場合にはその仕事関数を
増加させそして電気陰性度がより小さい場合には
その仕事関数を減少させることによつて変化させ
て、それらの金属型導体及び/若しくは半導体の
間の相互拡散を減少させる、少くとも1つの型の
分子を含む。
仕事関数は表面から電子を放出させるために必
要とされる閾値エネルギである。仕事関数は、
B.Gysae及びS.WagenerによるZ.Physik、115、
296(1940)、及びJ.C.P.Mignoletによる
Discussions Faraday Society、8、326(1950)
に記載されている方法に従つて、或る特定の材料
の表面から電子を放出させるために必要な光のエ
ネルギによつて測定され得る。
次に、本発明の方法をその好実施例について更
に詳細に説明する。本発明の方法を施される構造
体は相互に隣接して密着する少くとも2つの層を
含む。その一方の層は第1の金属型導体及び/若
しくは半導体を含み、他方の層は第2の異なる金
属型導体及び/若しくは半導体を含む。第1の金
属型導体及び/若しくは半導体の電気陰性度は第
2の金属型導体及び/若しくは半導体の電気陰性
度と異なる。
金属型の材料は、導電性金属、導電性金属混合
物、導電性金属合金、そして金属が一般的に有し
ている大きさの導電率を有する高濃度にドープさ
れた多結晶シリコン又は金属間珪化物の如き非金
属材料であり得る。更に、金属型の層は、該層の
導電特性を望ましくない程度迄破壊しない限りに
於て、非導電性を含み得る。
本発明の方法に従つて有利に処理された金属型
材料の幾つかの例は、金、クロム、コバルト、
銅、パラジウム、白金、及びアルミニウム等であ
る。本発明の方法は又、シリコン、多結晶シリコ
ン、及びGaAsの如き半導体材料を含む層の処理
にも用いられる。更に、処理される層は金属型材
料と半導体との混合物を含み得る。
本発明の方法に従つて処理される好ましい構造
体は、相互に隣接して密着している少くとも2つ
の層を含み、その一方の層が上層として設けられ
ている。上層は金属型材料から成ることが最も好
ましい。
本発明の方法によつて特に有利に処理される構
造体には、クロム、コバルト又は銅の如き異なる
金属型材料、或はシリコン、多結晶シリコン又は
GaAsの如き半導体の層とその上に配置された特
に高温に於て極めて強い耐酸化性を有する金の如
き金属の上層とを含む構造体等がある。所望なら
ば、それらの層はそれらの金属の混合物又は合金
を含み得る。この方法は、構造体が約100乃至約
5000Åそして好ましくは約500乃至約3000Åの厚
さの如き比較的薄い層から成る場合に、最も有利
である。
金の上層と、1つ又はそれ以上の他の上述の金
属又は半導体の中間層と、砒化ガリウムの如き半
導体の基板とを用いた半導体素子について参考の
ため説明する。その様な型の半導体素子を製造す
る場合には、金属電気接点が金の上面に予め選択
された位置に設けられそしてしばしば半導体基板
の下側に設けられて、それらの間の電気的接続が
ワイヤによつて設けられ得る。この処理は、少く
とも約100℃の温度そして一般的に500℃迄の温度
の如き高温を必要とする。殆どの構造体は約200
乃至約350℃の温度で形成される。
しかしながら、既に述べた様に、その様な構造
体がそれらの高温に曝されたとき、金の層とその
下のクロムの如き層との界面に於て相互拡散が生
じがちである。金を上面にそしてクロムを中間即
ち金の下の層として含む構造体に於て、相互拡散
が生じると、クロムは金の上面へ迅速に移行し、
その素子の信頼性に関して問題を生ぜしめがちで
ある。
例えば、クロムは金よりもずつと酸化され易い
ので、その様な移行は最終的に上面に酸化クロム
の領域を形成せしめ、それらの領域は絶縁体とし
て働いて上記上面との電気的接触を妨げることに
なる。
通常の気相付着により付着された金の層は多結
晶であり、従つてクロム又は他の材料が移行する
通路を与えるので、金の層を経ての移行が促進さ
れてしまう。
又、相互拡散は更に中間層及び半導体基板を経
て金を移行させて短絡を生ぜしめ得る。
界面に於けるその様な相互拡散を最小限にしそ
して好ましくは殆ど除くためには、構造体が高温
(例えば、約100℃以上)に曝されるときに、少く
とも一方の金属型導体及び/若しくは半導体の少
くとも1つの表面そして好ましくは少くとも上層
の上面を気体に曝し、該気体はそれに曝されてい
る上記上層の表面電位を、上記上層に隣接する層
よりもその電気陰性度がより大きい場合には、そ
の仕事関数を増加させそして電気陰性度がより小
さい場合にはその仕事関数を減少させることによ
つて変化させる少くとも1つの型の分子を含んで
いる、本発明の方法が効果的に用いられることが
解つた。
上記気体が気体混合物であるときは、表面電位
を所望の程度に変化させる該混合物中の気体の相
対量が、該気体混合物の効果が所望の程度又は方
向に表面電位を変化させる(仕事関数を必要な程
度に減少又は増加させる)に充分な量であればよ
い。
或る特定の気体又は気体混合物が或る特定の表
面の仕事関数を増加させるか又は減少させるか
は、本明細書に於て言及されている技術により当
業者によつて容易に決定され得る。更に、多数の
気体が、特定材料の仕事関数をどの様に変化させ
るかについて、既にテストされそして報告されて
いる。これらについては、G.A.Somorjalによる
Principles of Surface Chemistry、Prentice−
Hall、Ine.、Englewood Cliffs、New Jersey
(1972)、第249頁、第158頁及び第159頁を参照さ
れたい。
本発明の方法により処理される好ましい構造体
は、チエンバ内に於て支持基板が支持体上に下向
きにそして上層の上面が上向きになる様に該構造
体を配置して該チエンバを経て気体を供給するこ
とによつて処理されることが好ましい。その気体
は、金の如き多結晶層の上面と接触すると、多結
晶構造体の粒界が通路として働いて、その界面へ
と下方に迅速に拡散する。
通常、構造体は、通常の処理及び/若しくは動
作条件の下で1度に数分乃至約2時間の間、より
一般的には約10分乃至約1時間の間、高温に曝さ
れる。
上層が金でありそして中間層がクロム、シリコ
ン、コバルト及び銅の如き金よりも電気陰性度の
小さい材料である構造体の場合には、一酸化炭素
及び水素の両者が金の層の仕事関数を増加させる
ことが解つた。一酸化炭素は水素よりもずつと効
果的である。更に、蒸気、空気及び酸素は金の表
面の仕事関数を減少させ、従つて金とそれに隣接
する材料との間の相互拡散を増加せしめることが
解つた。
相互拡散を所望の如く最小限にするために充分
な一酸化炭素が混合物中に存在している限りに於
て、一酸化炭素と空気の如き他の気体との混合物
を用いることが望ましい。例えば、1対1の比率
の空気及び一酸化炭素が金とクロムとの間の相互
拡散を防ぐことが解つた。
更に、本発明の方法に於て、白金の層がクロム
の如き白金よりも電気陰性度の小さい材料の層上
に配置されている構造体は、本発明の方法に従つ
て酸素又は空気を用いて処理され得ることが解つ
た。酸素及び空気は、それらが金の仕事関数に与
える影響とは反対に、白金の仕事関数を増加させ
る。
更に、本発明の方法に関連する技術が、IBM
Technical Disclosure Bulletin、第21巻、第10
号、1979年3月に於けるC.A.Changによる
“Passivating Process for the Thin Gold
Layer on Silicon”と題する論文に於て、論じ
られている。
電気陰性度のより小さな導電層の上に電気陰性
度のより大きな導電層を設けた構造体において、
上側の導電層の仕事関数を増加させるような雰囲
気中で上記構造体を熱処理すると、相互拡散が減
少する理由についての1つの理論的説明は下記の
ようなものである。
金属は通常、多結晶であり、各結晶粒の間に結
晶粒界を有している。隣接している金属層や雰囲
気中の原子等は結晶粒界を通つて拡散する。上側
の金属の表面に吸着した雰囲気の気体種は金属の
仕事関数を増加又は減少させるが、金属の結晶粒
界を通つて拡散した雰囲気気体種も同様の作用を
有するものと考えられる。
電気陰性度の小さな下側の金属をB、電気陰性
度の大きな上側の金属をAとする。金属Aと金属
Bとの界面では、金属Bの原子が金属A中へ拡散
する時、下記の反応が起きる。
Ax+By→Ax−B+By-1 ここではB原子が1つ金属Bの結晶格子から離
脱し、金属Aの結晶格子に結合する。このような
反応が起きやすければ原子Bは金属A中に拡散し
やすくなる。その反応の起きやすさは、複合体
Ax−Bの結合の強さにより決まる。
金属Aの電気陰性度は金属Bの電気陰性度より
も大きいので、Ax−Bの結合は部分的にイオン
結合性を有し、Axが負である。
この時、雰囲気気体により金属Aの仕事関数が
増加するとすれば、その増加分に相応するだけ金
属Aが正電位になるが、金属Aが正になることは
先程のAx−B結合のイオン性を弱め、結合力を
若干低下させる。従つて、上側金属の仕事関数を
増加させる性質のある雰囲気気体は、複合体Ax
−Bを生じにくくし、原子Bの拡散を減少させ
る。
例 図面に本発明の効果を示す測定例を示す。これ
は酸化アルミニウム基板上にクロームと白金を付
着した構造体を、それぞれN2−H2混合気体中及
びN2−O2混合気体中で450℃で熱処理したもの
を、後方散乱法で比較測定したものである。酸素
含有雰囲気を用いた時は、Crの外方拡散が減少
する事が明らかである。
【図面の簡単な説明】
図面はAl2O3−Cr−Pt構造体を異なる雰囲気中
で熱処理した時の結果を示すグラフである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 白金層と、上記白金層の下方に上記白金層と
    接触して存在し且つ上記白金層よりも電気陰性度
    の小さな導電層とを有する構造体を、高温時に、
    上記白金層の仕事関数を増加させるに充分な量の
    酸素を含む雰囲気に曝すことによつて、上記白金
    層と導電層との間の相互拡散を減少させる方法。 2 第1材料は多結晶の金であり、第2材料はク
    ロム、コバルト、銅、シリコン、及びそれらの混
    合物より成る群から選択された材料であり、そし
    て気体は一酸化炭素又は水素或いはそれらの両者
    を含む特許請求の範囲第1項に記載の方法。
JP276181A 1980-02-25 1981-01-13 Method of mutually reducing diffusion Granted JPS56126920A (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US06/124,187 US4282043A (en) 1980-02-25 1980-02-25 Process for reducing the interdiffusion of conductors and/or semiconductors in contact with each other

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Publication Number Publication Date
JPS56126920A JPS56126920A (en) 1981-10-05
JPH0156524B2 true JPH0156524B2 (ja) 1989-11-30

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ID=22413330

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JP276181A Granted JPS56126920A (en) 1980-02-25 1981-01-13 Method of mutually reducing diffusion

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US (1) US4282043A (ja)
EP (1) EP0034785B1 (ja)
JP (1) JPS56126920A (ja)
DE (1) DE3176304D1 (ja)

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Also Published As

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US4282043A (en) 1981-08-04
JPS56126920A (en) 1981-10-05
EP0034785A2 (en) 1981-09-02
EP0034785A3 (en) 1983-09-28
EP0034785B1 (en) 1987-07-08
DE3176304D1 (en) 1987-08-13

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