JPS6286716A - 金属と半導体の間にオ−ム型接続を形成するための方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、金属と半導体の間、特にＰ又はＮにドープさ
れたシリコンとの間に、オーム型接続を形成するための
改良された装置及びそれに関連する方法に関する。

（従来技術） 例えば成長された接合、合金接合、プレナー技術、プラ
ノックス（イタリアのエソセヂエフセ・ミクロエレソト
口一二カ・エッセ・ピ・ア社の商品名）技術等の方法等
の多くの異なった技術により製造される任意の半導体デ
バイスの製造のような、任意の集積回路の製造には、例
えばＰ又はＮにドープされたシリコン等の半導体物質と
、例えば集積回路の「前」部上に必要な相互接続を作り
だし、又は同じものの「後」部上のサポートへ接続する
ために使用する金属物質の間にオーム型接続を形成する
ことが必要である。

使用される金属物質は、異なった種類のアルミニウム、
タングステン、プラチナ、それらの合金、窒化物及び珪
化物であり、強くドープされた多結晶シリコンは商業的
に使用される好適な物質の例である。

金属伝導を有する物質と半導体物質との間に形成される
この型の接続は、当初の電流−電圧特性（オーム型接続
）に関して実質的な直線性及び均斉性を示さなければな
らず、つまりそれは、少なくともデバイスの予知できる
操作条件（温度、放熱等）における軸の起源（ｔｈｅ　
ｏｒｉｇｉｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ａｘｅｓ）に関する特性
のある部分（操作電流の予知できる最大強度）中で、電
流の「整流」現象や感知できる非直線性をもたらしては
ならない。

更に接続抵抗は、電力浪費、スイッチ時間等の明白な理
由のため、可能な限り低くしなければならない。

一般に、今日の既知方法によると、その上に既に必要な
拡散が行われ、酸化物又はそれと等価の非伝導性化合物
の表面絶縁層を修正した後に、フォトレジストの新しい
層を適用し、それを通してマスキングのための既知の写
真食刻技術により必要な「窓部」を形成する、ウェファ
上にこのような接続を形成する方法は、実質的に異方性
条件又はとにかく制御された条件下で起こる、半導体（
例えばドープされたシリコン）が露出するまでフォトレ
ジスト層中に形成された窓部に対応する一般に酸化物（
例えばＳｉｎｇ）である非伝導性物質層を除去して、そ
の上にオーム接続が形成される区画の大きさを良好に限
定することを確実にすることを企図する。

従って、ウェファのサポートとして機能する電極と典型
的には該第１の電極を完全に包み込む、より大きな対極
との間に適用される無線周波電界を通して加速されるイ
オンの一部により、酸化物の表面が処理されるそれへの
衝撃により活性化される、典型的にはＦ−である反応性
イオン（ラジカル）によるプラズマ中での酸化物のアタ
ックによる反応性イオンエツチング（単にＲＩＥという
）として知られている技術により、マスキング物質中の
予め形成された孔に対応する酸化物又は類似する非伝導
性物質の除去を行うことは確立された技術である。

酸化物の化学的アタックの所望の異方性は、必然的に窓
部の孔を通してウェファ表面に垂直に起こるイオンの部
分的な衝撃の方向性によって決定され、該方法は横たわ
る単結晶半導体が露出するまで続けられる。

このような区画を限定する方法の後、ウェファは、一般
にスパッタリング技術で行われる金属化のための装置内
に導入される。このような技術によると、無線周波電界
中で加速された不活性ガスのイオンで衝撃された固体金
属の表面から放出される選択された金属の原子が、一般
に、薄くかつ極度に均一な層でウェファを覆うチャンバ
ーの表面全体上に付着する。

この後に、接続の区画に対応して付着させた金属と単結
晶半導体の間の冶金合金の形成を有利にするために十分
な温度と時間で金属化されたウェファの熱処理を進行さ
せることも知られている。

他の特別な手段を行わないこの方法で形成された接続で
は、接続抵抗は半導体単結晶（例えばシリコン）の表面
の状態により強く影響される。接続のために意図される
区画から酸化物の層を除去′するためのアタックの後の
酸化シリコンの残渣の存在、及び／又は室温で容易に約
５０人の深さ又は厚さに達してしまう大気に接触してい
るシリコン表面の連続的再酸化、ＣｘＦｙ又は可能なら
ばＣｘＨｙＦｚによるアタックの間に半導体表面上に形
成される重合性物質のフィルムの存在、シリコンの結晶
構造中の水素原子の「インプランテーション」は接続抵
抗を比較的高くしてしまういくつかの因子である。

更に、接続抵抗は、金属化された層とともに接続の表面
の近（のシリコンの結晶格子の状態により決定的に影響
される。

非伝導性の、典型的には５ｉｎ２である層の除去ステッ
プは上述の通り、運動エネルギーが約１００ｅＶから約
５ＫｅＶまで変化する範囲に達するまで行われる無線周
波電界により強く加速されたイオンでの衝撃を企図する
方法によりほぼ独占的に影響される。

表面の次のシリコン結晶はこの衝撃処理により顕著な損
傷を受け、この損傷は該損傷を受けた表面の近くの結晶
格子中に生ずる転位、格子欠陥及び他の活性中心により
明らかにされ、この事実は接続抵抗を増加させがちにな
る。更に大気の露出した後には、このように露出したシ
リコン表面上に約５０人の厚さに達することのある薄い
酸化物層が迅速に形成され、該酸化は先に行ったＲＩＥ
処理により誘発されるシリコン単結晶中の欠陥の存在に
より表面上で非常に有利に進行する。

シリコンの露出表面の汚染の種々の現象により生ずる接
続抵抗を減少させる目的で、空気中の再酸化に起因する
偶発的な酸化物フィルム及び／又は重合物質のようなこ
れらの不純物の除去を、金属のスパッタリングによる付
着を進行させる前に、金属付着のためのチャンバーそれ
自身の内側で、ウェファを一般にアルゴンイオン（Ａｒ
”）である非反応性イオンでの衝撃を通して簡単なスパ
ッタリングによるエツチング処理することにより、進行
させることが提案されている。

この技術は、半導体と金属化された層との間の界面に酸
化物又は他の夾雑物を存在させないようにすることを可
能にするが、他方接続の界面の近（の結晶の衝撃による
より以上の損傷を招き、それは比較的高い接続抵抗に導
く条件を決定する先行するＲＩＥアタックにより生ずる
損傷に加えられる。

（発明の目的） 本発明の目的は、金属と半導体の間にオーム接続を形成
するための改良された方法と装置を提供することである
。

本質的に本発明方法は、過度の電圧降下と、既知技術に
より形成されるオーム接続でしばしば観察される接続抵
抗に起因する他の負の効果の原因を積極的に減少させる
金属と半導体の間のオーム型接続を形成することを許容
する。

（発明の構成） 本発明方法によると、金属の付着を進行させる前に、可
能な薄い表面酸化層及び／又はオーム接続の形成のため
に限定された区画中の別に汚染された半導体物質の単結
晶層、及び直ぐ下のある厚さを有する単結晶層、つまり
デバイス又は集積回路の製造方法の先行するステップに
より損傷した結晶の表面層がプラズマエツチングにより
除去される。

この段階では厚さが好ましくは２００と５００人の間に
ある結晶が除去されて、結晶自身の損傷部分の実質的な
除去が確保される。

このように処理されたウェファは酸化的雰囲気に接触さ
せることなく、金属付着のためのチャンバー中へ導入さ
れ、これによりエツチングされた表面に起こることのあ
る再酸化が防止される。接続のための金属層のスパッタ
リングによる付着は、次にそのように前処理されたある
数のウェファに対して通常の技術に従って行われる。

ドライアタック（プラズマエツチング）が、プラズマエ
ツチングのために、減圧にできウェファを導入するため
の入口ドアと、スパッタリングチャンバー中へ処理され
たウェファを移動させるための移送用ドアが都合良く装
着されたチャンバー中で起こる。該チャンバーの内部は
、該方法で使用される化学試薬に耐性のある物質で形成
されている。ステンレス鋼やアルミナでクラッドされた
アルミニウム合金は好適な物質のいくつかの例である。

プラズマエツチングチャンバー中には２つの電極がある
。第１の可動電極は、その上に処理されるべき１又はそ
れ以上のウェファが載せちれた平らなプレートを有し、
該プレートは、処理の間にプラズマが好適に２つの電極
間に閉じ込められるようにその底孔に対応して第１の電
極を好適に受は入れるキャップ又は箱体の一部を形成す
る対極（一般に大地に接続されている）方向へ上昇させ
ることが可能である。一度ウエファが導入されると、該
チャンバーはまず約１０−’〜１０−”Ｔｏｒｒまで減
圧にされ、次いで六フッ化硫黄（ＳＦ４＞又は三フッ化
窒素（ＮＦ３）が導入され、好ましくは更に１５０から
３５０ミリＴｏｒｒまでの圧力から成る５から３０容量
％までの少量の酸素が導入される。

次に典型的には、約２００〜５００Ｗのパワーを有する
ＲＦ発振器により、１３．５６ＭＨｚの周波数を有する
約２００〜５００ボルトの間のビーク−ピーク電圧であ
る無線周波（ＲＦ）電界を電極に適用する。

ＳＦ、又はＮＦ３のガスはイオン化され、その半減期（
ｈａｌｆ　ｐｅｒｉｏｄ）の間ウェファが載せられた電
極は正であるアニオンＦ−は加速されてウェファの表面
に衝撃を与え、そこでそれは（例えば）、減圧ポンプ系
により減圧にされた揮発性化合物を形成する結晶の露出
表面のシリコンと結合する。

ＲＦエネルギー（プラズマエツチング）により活性化さ
れる化学的アタックの方法は、通常２００から５００人
までの間の十分な厚さのシリコンを除去して結晶格子に
損傷を生じさせることなく比較的等方向な方式でシリコ
ン表面をエツチングし、これによりＲＩＥアタックによ
る酸化物層の除去のための先行する処理により損傷を受
けた単結晶の表面部分、及びそれとともにポリマー又は
他の夾雑要素のトレース量の酸化物の除去が確保される
。

シリコンのアタックは次の２つの可能な反応に従って起
こる。

ａ　）　ＳＦ６　＋Ｏｚ＋５ｉ−ＳｉＦ４＋５ｉＦｘ＋
５ｘＯｙＦｚｂ）　ＮＦＩ　＋０．＋Ｓｉ−＋ＳｉＦ４
＋５ｉＦｘ＋Ｎｘ０ｙＦｚ好ましくはこの時点で、該チ
ャンバーはエツチング雰囲気に完全にパージされ、減圧
のスパッタリングチャンバーと連絡しているドアが開け
られ、電極が下げられそして好適な機構が処理されたウ
ェファを電極表面からスパッタリングチャンバーへ移動
させ、相互連絡用のドアが再度閉じられる。

入口又は接近用ドアが開けられ他のウェファがプラズマ
エツチングチャンバーに導入されて再度上記方法が繰り
返される。スパッタリングチャンバーは、ウェファの径
に応じて８から１５までのウェファを収容する能力があ
り、その積載が完了するとスパッタリングによる金属の
付着が既知の技術に従って行われる。

本発明をより良く理解するために、添付図面を参照しな
がら関連する装置の説明を続ける。

図面中筒１図は、本発明の装置の一実施例を示す概略図
であり、 第２図は、第１図のプラズマエツチングチャンバーの概
略断面図である。

第１図から分かるように該装置は、操作のために互いに
隣接しているスパッタリングチャンバー１とプラズマエ
ツチングチャンバー２とから成っている。

該プラズマエツチングチャンバー２はスバ・ツタリング
チャンバー１のプレチャンバ−を構成し、符号３で概略
的に示される高減圧ドア３は該２つのチャンバーを連結
している。プレチャンバ−２であるプラズマエツチング
チャンバーには、符号４で概略的に示される処理される
べきウェファを導入するための第２の高減圧ドア４が装
着されている。

該チャンバー１及び２は、それぞれ独立して、減圧発生
用プラントとそれらを連絡しているそれぞれの高減圧バ
ルブを通して減圧にすることができる。

第２図中には、第１図のプラズマエツチングチャンバー
２の断面図が概略的に示されている。

該チャンバーの内壁は好ましくは、使用される試薬に対
する耐性のあるステンレス鋼又は他の好適な材料で形成
されている。

キャップ状に成形され、かつ該チャンバーの空間の上部
を実質的に覆う電極又はスクリーン６はステンレス鋼で
形成され、大地に接続されている。

Ａｌ２Ｏ３又はステンレス鋼のプレートで形成された第
２の電極７は、好適な高減圧シールでシールされ該チャ
ンバーの底壁を貫通する支持用伝導ステム８を通してＲ
Ｆエネルギーの供給源に連結さている。

該電極７は図示の２つの位置の間を垂直に移動すること
ができる。

金属化されるべきウェファは１つずつ入口又は接近用ド
ア４を通して導入され、プレート７上に位置される。電
極７をその動作位置（第２図中に点線７°で示されてい
る）に上昇させた後、入口ドア４が再度閉じられる。次
いで該チャンバーを約１０−’〜１０−”Ｔｏｒｒにな
るように減圧し、ＳＦ６及びＮ　Ｆ　３及び酸素ガスを
、１５０から３５０ミリＴｏｒｒまでの圧力になるよう
導入する。

次にＲＦ電界を２つの電極６及び７の間に適用し、プラ
ズマエツチングを約２００〜５００人の半導体物質が除
去されるに十分な時間、通常１０から２００秒続ける。

この時点でパワーを中断し、電極７を下げ、スパッタリ
ングチャンバーとの相互連結用ドア３を開け、機構（図
示せず）が処理されたウェファをドア３を通してチャン
バー２からチャンバー１へ移動させる。ドア３を再度閉
めた後、ドア４を再度開けて新しいウェファをプラズマ
エツチングチャンバー２へ導入し更に操作を続けること
を許容する。

ある一定の数のウェファがスパッタリングチャンバー１
中に集められた後、金属化の操作のための通常の手順に
従って金属化が行われ、その後金属化されたウェファが
熱処理されて、接続界面に対応して付着された金属と単
結晶半導体物質間に合金が形成される。

（発明の効果） 本発明は、半導体のエツチングされた表面の最終的な「
除去（剥ぎ取り）」を確保し偶然に損傷した又は汚染し
た表面を除去して、更に金属を付着させる前に酸化的雰
囲気に接触することを防止する。従って、　本発明によ
り形成されるオーム接続された金属−半導体は従来技術
により形成された接続と比較して一貫してより低い抵抗
を示し、これにより顕著な電力浪費の減少及び／又は動
作特性及びデバイスの信頼性の改良を提供する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の装置の一実施例を示す概略図であり
、 第２図は、第１図のプラズマエツチングチャンバーの概
略断面図である。 １・・・スパッタリングチャンバー ２・・・プラズマエツチングチャンバー３．４・・・高
減圧ドア ６．７．７’　　・・・電極 ８・・・伝導ステム

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体単結晶とウエファの表面上に付着した金属の
   層との間にオーム型接続を形成するための区画に対応す
   る下の部分にあるの半導体物質の単結晶の表面を露出す
   るための孔がそれを通して形成された非伝導性物質の層
   で少なくとも部分的に被覆された表面を有する単結晶半
   導体物質のウエファにより本質的に表される、半導体デ
   バイス中の金属と半導体物質間にオーム型接続を形成す
   る方法において、前記区画に対応する半導体物質の単結
   晶が、非伝導性物質の前記層中の前記孔を形成する間に
   損傷を受けた単結晶の部分を除去するために十分な深さ
   だけプラズマエッチングされ、半導体物質のエッチング
   された表面が酸化性雰囲気と接触することを防止するた
   めの金属の層をウエファの表面に付着させることを特徴
   とする方法。 ２、半導体物質の単結晶が２００から５００Åまでの厚
   さで除去されるまでプラズマエッチングを続けるように
   した特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ３、プラズマエッチングを１５０から３５０ミリＴｏｒ
   ｒまでの圧力下で酸素の存在下ＳＦ＿６又はＮＦ＿３中
   で行うようにした特許請求の範囲第１項又は第２項に記
   載の方法。 ４、非伝導物質の層中の孔の形成が半導体物質が露出す
   るまで非伝導性物質のＲＩＥアタックにより行われるよ
   うにした特許請求の範囲第１項から第３項までのいずれ
   かに記載の方法。 ５、半導体物質がＰ又はＮにドープされたシリコンで、
   非伝導性物質が二酸化シリコンである特許請求の範囲第
   １項から第４項までのいずれかに記載の方法。 ６、金属化されるべきウエファをその中へ位置させる減
   圧することのできるスパッタリングチャンバーを有し、
   金属と半導体の間にオーム型接続を形成するためにマス
   キングとＲＩＥアタックにより限定された区画を有する
   半導体物質のウエファ上に金属層を付着させるための装
   置において、前記スパッタリングチャンバーに隣接し、
   該スパッタリングチャンバーと高減圧ドアにより連結さ
   れ、かつウエファを導入するための他の接近又は入口用
   高減圧ドアを有する減圧可能なプラズマエッチングチャ
   ンバーと、独立して前記スパッタリングチャンバーと前
   記プラズマエッチングチャンバーを減圧にするための手
   段と、ウエファを前記プラズマエッチングチャンバーか
   ら前記スパッタリングチャンバーへ輸送できる減圧下で
   も操作できる手段を有することを特徴とする装置。