DE1546014A1 - Verfahren zum AEtzen von Metallschichten mit laengs der Schichtdicke unterschiedlicher Zusammensetzung - Google Patents

Description

Verfahren zum Atzen von Metallsciiichten mit läng's der Schicht-· dicke unterschiedlicher Zusamme n£?e^-Gg:unjs;-

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gum Ätzen von auf einer isolierenden Unterlage angeordneten Metallschichten aus zwei Metallen mit längs der Schichtdicke unterschiedlicher Zusammensetzung«, Die beiden Metalle, welche die Schicht bilden, sind so verschieden, so daß jedes Metall eine andere Behandlung erfordert, um eine vorteilhafte Ätzung zu. erzielen·

Es wurde bereits vorgeschlagen, auf einer isolierenden Unterlage eine Metallschicht aus zwei Metallen niederzuschlagen, von denen ein Metall gut an der Unterlage haftet und das andere Metall weich lötbar ist. Die Schicht besteht dabei aus einzelnen Teilschichten mit einem abgestuften Gehalt an den beiden Metallen und zwar so, daß die relative Menge des gut haftenden Metalles bezüglich der Menge/weich lötbaren Metalles mit zunehmendem Abstand von der Unterlage abnimmt· Insbesondere wurde eine Schicht aus Chrom und Gold durch Niederschlagen auf einer Glasplatte im Vakuum vorgeschlagen·

Bei den älteren Vorschlägen wurde eine Metallschicht abgestufter Zusammensetzung für großflächige Eontakte bei planeren Siliziumhalbleitervorrichtungen verwendet und auch als Leiter

Pr./da. - 28.12.1964

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BAD ORIGINAL

zwischen einer Jtnssalil von solchen Vorrichtungen, die in einer Unterlage aus einkrü?tallinem Silizium gebildet wurden. Eine Metallschicht mit abgestufter Zusammensetzung wurde dabei zunächst auf der ganzen Oberfläche der isolierenden Unterlage niedergeschlagen und dann wurden die benötigten Kontaktflächen durch Wegätzen der nicht benötigten Sehichtteile herausgearbeitet·

Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zur selektiven Ätzung einer Metallschicht auf einer isolierenden Unterlage vorgeschlagen, bei dem die Metallschicht aus Teilschichten abgestutter Zuaanaiensetsung und zwar aus Chrom, das an der Unterlage haftet, und einem weich lötbaren Metall bestehto Die Schichten sind in ihrer Zusammensetzung so abgestufti daß die relative Menge von Chrom bezüglich des weich lötbaren Metalls mit zunehmendem Abstand von der Unterlage abnimmt. Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung werden bei bestimmten Flächenteilen die Schichten mit hohem Gehalt an lötbarem Metall in einem ersten Verfahrensschritt weggeätzt und die Schichten mit einem hohen Chromanteil unter diesen Schichten werden anschließend in einem zweiten Verfahrensschritt weggeätzt, wobei eine verdünnte Lösung von Chlorwasserstoffsäure verwendet wird« Vor oder mit dem zweiten Verfahrensschritt wird ein Verfahrensschritt zum Entfernen der Chromoxyde, die während des ersten VerfahrensSchrittes gebildet werden, durchgeführt, so daß der zweite Verfahrensschritt in Gang gebracht werden kann.

Die Erfindung soll nun anhand der Bildung von großflächigen Kontakten bei planaren Siliziuahalbleiterv^rrioh^mngen ^a anhand der Figuren näher beschrieben werden, in denen ein Fließbild für das Itzverfahren und Schnitte durch die Halbleitervorrichtung bei den verschiedenen Verfahrensschritten dargestellt sind.

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Die Halbleitervorrichtung gesteht aus einem Siliziumplättchen 1, ■ das von einem Einkristall aus Silizium abgeschnitten wurde und einen bestimmten Leitungstyp hat oder das durch epitaxiales Aufwachsen auf einem Einkristall erhalten wurde und einen bestimmten Leitungstyp hate In dem Plättchen wurden die Zonen 2 und 3 von unterschiedlichem Leitungstyp durch Diffusion von einer ebenen Oberfläche aus erzeugt. Diese Zonen sind voneinander und von der Hauptmenge des Siliziums durch die gleichrichtenden Übergänge 4 und 5 getrennt, die an die Oberfläche des Plättchens reichen. Die Übergänge sind durch eine Schicht aus Siliziumoxyd geschützt, die während des Diffusionsverfahrens oder anschließend erzeugt wurde und in die Fenster eingeätzt wurden, so daß die darunterlr.e^nden Zonen zugänglich sind ä (d.he innerhalb der oder zwischen den Übergängen)«. Die Kontakte an diesen Zonen sind in einem späteren Verfahrensschritt hergestellt und bestehen aus einer Chrom-Goldschicht 7 mit abgestuf ter Zusammensetzung, die in an sich bekannter Weise auf der ganzen Oberfläche des Plättchens niedergeschlagen wurde.

Bei den Verfahrensstufen I und II des Verfahrens werden die Flächenteile der Schicht, die als Kontakte benötigt werden, mit einer Fotolackechieht 10 abgedeckt· Der Fotolack wird zunächst auf die ganze Oberfläche der Schicht aufgebracht und dann durch eine Maske 11 belichtet, die undurchsichtige Gebiete an den Stellen hat, wo die Schicht entfernt werden soll. Der nicht belichtete Fotolack wird anschließend (Verfahrenestufe IV) durch f einen Entwicklungsvorgang entfernt, so daß öffnungen in der Fotolackschicht verbleiben, in denen die darunterliegende Metallschicht frei liegt.

Die stark goldhaltigen Schichten 8 der Schicht abgestufter Zusammensetzung werden bei der Verfahrensstufe IV abgeätzt, wobei Königswasser abgeänderter Zusammensetzung verwendet wird, das durch Vermischen von drei Volumteilen Chlorwasserstoffsäure, einem Teil Salpetersäure und drei Teilen Essigsäure hergestellt wird· Diese Lösung wird so lange stehen gelassen, bis sie eine goldgelbe Parbe hat·

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Das Halbleiterplättchen wird in das Königswasser gebracht und die Schichten mit großem Goldgehalt werden von den unbedeckten Flächenteilen weggelöst. Dieser Verfahrensschritt ist beendet, wenn die freiliegenden Flächenteile silbern aussehen, was charakteristisch ist für die Schichten mit einem großen Chromgehalt·

Dann (Verfahrensstufe V) wird der Fotolack mit einem lösungsmittel entfernt, die Schicht wird mit entionisiertem Wasser gewaschen (Verfahrensstufe VI) und getrocknet..(Verfahrensstufe VII).

) Wie bereits oben ausgeführt wurde hat Königswasser keine wesentliche Ätzwirkung auf die stark chromhaltigen Schichten. Es wird deshalb verdünnte Chlorwasserstoffsäure im nächsten Verfahrensschritt (VIII) dazu verwendet, um den Rest der Schicht abgestufter Zusammensetzung zu entfernen·

Das Königswasser kann jedoch eine nachteilige Wirkung bezüglich der folgenden Verfahrensstufe haben, indem die Chromschicht durch die Bildung von Chromoxyd passiviart wird, was den Beginn des Ätzens durch die Ghlorwasserstoffsäure verhindert. Um diesen Nachteil su vermeiden, wird Chlorwasserstoffsäure in Gegenwart eines starken Reduktionsmittels verwendet, zum Beispiel Hydrazindihydrochlorid, welches das Oxyd entfernt und bewirkt, " daß ein Ätzen eintritt. Zusätzlich oder anstelle dessen kann _naszierender Wasserstoff als Reduktionsmittel verwendet werden, oder die Oberfläche des Chroms kann zur Kathode in einer elektroi lytischen Zelle gemacht werden.

Es soll hier jedoch nur das Verfahren unter Verwendung von Hydrazindihydrochlorid beschrieben werden.

Die verdünnte Chlorwasserstoffsäurelösung wird hergestellt durch Erhitzen einer lösung von zwei Vol# von Chlorwasserstoff-' säure in Essigsäure auf den Siedepunkt. Dann werden ungefähr

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drei Gramm HydrasiMIrgaroanle^iä >yro ifendsyt )^-.."' Litter ritge setst, um eine gesättigte Lösung 2m erhalten-- ■

Ein Abdecken der Schicht lzb tei diesem Terfalipoiioseibeitt nie erforderlich.» da die Ter blei bergen Flädaenteilc aer c-sasli ;'o lialtigeii Schichten als Masks s^aia Sctei-s dei» -yorbloioeiiasa ~.?lll teile der staric chrozanaltigsn Schiefeten vor der ChlortViirass^- ' 3toffsäurelösiang dient« 1)1-3 lisifis G'elca'wasserstoffaiin^clö^r^c wird über das Silisiiusplättölien gogoössiij welcli&s sioii äaä.i^':C erhitzt imd das Chrom -?ir:l Ia&«saiS uad glelulaiaäiig wegged'äzitc Sine scJiwarze Schicht "I2_it die c'Ieli auf den Blättohon v'ihx-bnd. dieses Verfahre ns schritte 3 bilclet, kann wsggewisoht weräec {?erfahrensstufe IX).» "■ "

Anstelle von Gold kann Silber für die Schicht abgestufter-Zusammensetzung verwendet werden, Die stark silberSiai tigen Schichten können unter Yerwendimg von verdünnter Salpetersäure weggeätzt werden· Es ist auch iaöglich_f die stark gcldhaltigen Schichten oder die stark silberhaltigen Schichten mit einer Zyanidlösung wegzuätzen.

Der Vorteil der Herstellung von großflächigen Kontakten nach diesem Verfahren besteht darin, daß die Lage der Kontakte sehr exakt ist· Es ist zwar möglich, eine Metallschicht mit abgestufter Zusammensetzung nur axt den Stellen des Plättchens | niederzuschlagen, wo die Eontakte benötigt werden, indem das Plättchen während des Aufbringens der Schicht mit einer entsprechenden Maske abgedeckt wird· Es ist jedoch, sehr »chwierig, das Plättchen in die Vorrichtung einzubringen, ohne die Mauke zu verschieben·

Anlagent

14 Patentansprüche 1 Bl* Zeichnungen

" - 6 -9 0 988 6/1400 ^BAD omomm.

Claims (1)

..Vji3i, ■r.Ji'&T;? ai'.S£':."r.- :5-stsung ;v.is- Sirom. \jiiS. eines: v/eich lot- ''c-z-^ίΐ Ιΐ3ΐα12 bss-SrV-: vü'iii Di:; ^Si= ;:Ie relativΐ i'^ige des -■;?*■:" nil do:/ de:: Vj'^sr^ Lö^jiI^s längi- der Schichtdicke __:vfc κ:ΐ2Ίΐ:ΐΊ."3.ϋ^£Εϊ /..V :i"'.v.iici γόη ΐΐΓ Unterlage afcnir:.:1't, - aaiui-ci* ■jii;-rf::i".-.ssisiiri-3ts ----^ aüüÄeiiS"; 5is Sßhicliten mit irc^Zice.?:' J--i.sal"C Qü luibare::: IsIo "dall in ^uEg^wäxilten Fläche χι ζ one .α Ίί·. 0'ln.Q.m ersten Verfahrensochrii'i weggeätzt werden vi\a daS di·?1. stark eiiroaiisltigen Schichten- tilter diesen zuerst weggeätzten Schichten anschließend In einem zweiten yerfahrensschritt miter Verwendung einer Terdünnten Lösung von Chlorf/asserstoffsäiare weggeätzt werden, und daß vor dem zweiten VorfahrensBchiritt oder gleichzeitig mit diesem das während des ersten Yerfafcrensschritteß gebildete Chromoxyd entfernt wird* 2·) Ätzverfahren für Metallschichten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile der Schichten, die einen starken Gehalt an lctbarea Metall haben und bei dem ersten Verfahrensschritt übrig bleiben, als Maske zum Schutz der darunterliegenden Teile der stark chromhaltigen Schichten für die Chlorwasaerstoffsäurelösung in zweiten Verfahrensschritt verwendet werden· 3·) Ätzverfahren für Metallschichten nach Anspruch 1 und 2,dadurch gekennzeichnet, daß die stark chromhaltigen Schichten unter Verwendung einer heißen, verdünnten Lösung von Chlorwasserstoffsäure in Essigsäure unter Erwärmen der Metallschicht und der Unterlage weggeätzt werden* - 7 -909886/UOO 4.) Ätaverfahren für Metallschichten nach einen der vorhergehenden Anspüjrche, dadurch gekennzeichnet^ daß das Chromaxy d von der Metalloberfläche in der Weise entfernt wird, LaQ der Ätzlösung aus Chlorwasserstoffsäure ein starkem Reduktionsmittel zugesetzt wird· '5») Ätzverfahren für Metallschichten nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Reduktionsmittel Hydrazindihydrochlor-id verwendet wird· 6·) Ätzverfahren für Metallschichten nach Anspruch 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet^ daß die stark chromhaltigen Schichten unter Verwendung a.'af? '■er dünn ten Chlorwasser stoff säure— ™ lösung geätzt werden, als hergestellt wurde durch Erhitzen von Essigsäure mit zwei Volumprozent Chlorwasserstoffsäure bis zum Siedepunkt und Zusetzen von etwa drei Gramm Hydrazindihydrochlorid auf hundert Milliliter Lösungo 7·) Ätzverfahren für Metallschichten nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensschritt zum Entfernen von Chromoxyd von der Metalloberfläche allein oder zusätzlich eine Behandlung mit chemisch erzeugtem naszierenden Wasserstoff enthält· 8.) Ätzverfahren für Metallschichten nach einem der vorhergehen- λ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Yerfahrensschritt zum Entfernen von Chromoxyd von der Metalloberfläche darin besteht, daß die Metalloberfläche als Kathode in einer elektrolytischen Zelle verwendet wird« 9.) Atzverfahren für Metallschichten nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als weich lötbares Metall Gold verwendet wird«, 90988G/U0 0 10.) Atzverfahren für Metallschichten nach Anspruch 9» dadurch» gekennzeichnet, daß die stark goldhaltigen Schichten unter' Verwendung von Königswasser mit abgeänderter Zusammensetzung geätzt werden· 11·) Ätzverfahren für Metallschicht en nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Königswasser durch Mischen von drei Yolumteilen Chlorwasserstoffsäure mit einem Volumteil Salpetersäure und drei Volumteilen Essigsäure und Stehenlassen der Lösung bis zum Auftreten einer goldgelben Farbe b hergestellt wird«

1.2») Ätzverfahren für Metallschichten nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als weich lötbares Metall Silber verwendet wird·

13·) Ätzverfahren für Metallschichten nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die stark silberhaltigen Schichten unter Verwendung einer verdünnten Lösung von Salpetersäure geätzt werden·

H.) Ätzverfahren für Metallschichten nach Anspruch 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten mit einem starken Gehalt an weich lötbarem Metall unter Verwendung einer Zyanidlösung geätzt werden.

Pr./da - 28.12.1964

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