Metallische Spitzen im Silizium

  • Metallische Spitzen im Silizium

    Ein weiterer Effekt ergibt sich aus der Diffusion des Siliziums in die Metallschicht, die bei dem Metallisierungsverfahren schon bei einer Temperaturbelastung ab 200°C einsetzt. Beim anschließenden Herunterfahren der Temperatur bilden sich aufgrund des abgewanderten Materials Risse im Halbleiter, die sich mit Aluminium auffüllen. Dadurch entstehen leitfähige Spitzen (englisch „spikes“) die in das Halbleitermaterial dringen und somit dotierte Strukturen geringer Dicke überbrücken und wirkungslos machen können. Mit zunehmender Temperatur und Dauer des Metallisierungsprozesses steigt der Grad der Ausprägung der Spitzen.

    Um bei dotierten Schichten geringer Dicke einen Kurzschluss zum undotierten Substrat zu vermeiden, dienen folgende Gegenmaßnahmen:

    • Im Bereich des Kontakts kann mit einem zusätzlichen Prozessschritt gezielt eine tiefe Dotierung eingebracht werden, so dass die Aluminiumspitzen den dotierten Bereich nicht durchdringen. Neben dem dadurch verkomplizierten Prozessablauf beeinflusst die erweiterte Dotierung aber die Funktion der erzeugten Struktur.
    • Die Diffusion des Siliziums in die Aluminiumschicht kann unterbunden werden, wenn diese bereits mit einem geringen Anteil von Silizium (1-2%) aufgetragen wird. Bei der Abscheidung auf Maskenöffnungen geringer Ausmaße lagert sich dann jedoch Silizium an der Substratoberfläche ab, das damit die Leitfähigkeit des Kontaktes deutlich herabsetzt.
    • Für die Kontaktierung mit hohen Ansprüchen muss die Diffusion zwischen der aufgebrachten Aluminiumschicht und dem Substrat durch eine zusätzliche Zwischenschicht unterbunden werden. Dafür eignet sich unter anderem Titan, das für einen geringen Kontaktwiderstand mit zusätzlichen Schichten aufgebracht wird. Ein Beispiel einer geeigneten Schichtfolge ist in Abb. 39. gezeigt.

    Abb. 39: Trennung der Aluminium-Kontaktierung mit einer geeigneten Schichtfolge, die die Diffusion vollständig unterbindet.