DE1614306B2 - Verfahren zur Herstellung elektrischer Anschlüsse auf einer Oberfläche eines elektronischen Bauelementes und durch Anwendung dieses Verfahrens hergestelltes Bauelement - Google Patents

Verfahren zur Herstellung elektrischer Anschlüsse auf einer Oberfläche eines elektronischen Bauelementes und durch Anwendung dieses Verfahrens hergestelltes Bauelement

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung elektrischer Anschlüsse in Form von Erhebungen, die mit äußeren Leitern verbunden werden können, auf einer Oberfläche eines elektronischen Bauelementes -—insbesondere einer integrierten Halbleiterkristallschaltung — bei dem die Oberfläche zunächst mit einer Kathodenschicht und danach mit einer Maskierungsschicht bedeckt wird, in der sich ein Fenster befindet, wonach an der Stelle des Fensters dadurch ein Anschluß hergestellt wird, daß Metall auf der Kathodenschicht niedergeschlagen wird.
Die Oberfläche des elektronischen Bauelementes kann teilweise durch eine Isolierschicht gebildet werden, die beispielsweise aus Siliziumdioxid oder aus einem Glas besteht, das beispielsweise aus Siliziumdioxid und Boroxid (B2O3) besteht. Die Oberfläche wird zunächst mit einer Metallschicht (Kathodenschicht) und danach mit einer Maskierungsschicht bedeckt, in der sich ein Fenster befindet, wonach an der Stelle dieses Fensters durch Niederschlagen von Metall auf der Kathodenschicht ein Anschluß gebildet wird. Danach werden im allgemeinen die Maskierungsschicht und die Kathodenschicht wenigstens teilweise wieder entfernt.
Die Erfindung umfaßt selbstverständlich ebenfalls den Fall, daß die Maskierungsschicht mehr als nur ein Fenster aufweist und daß mehrere Anschlüsse gebildet werden. Derartige Anschlüsse bilden Erhebungen auf der Oberfläche des elektronischen Bauelementes, die dazu dienen können, äußere Leiter daran zu befestigen. Mit äußeren Leitern werden in diesem Zusammenhang diejenigen Leiter gemeint, die nicht in oder auf dem elektronischen Bauelement selber liegen. '
Etwaige Leiter, die unmittelbar auf der Oberfläche oder sogar darunter liegen, werden als innere Leiter bezeichnet.
Verschiedene Typen von Schaltungsanordnungen mit Kontakten in Form von verlötbaren Erhebungen
ίο sind z.B. bekannt aus »Electronics« 1965, June 28, S. 66 bis 73, wobei diese Erhöhungen mittels Ultraschall an dünne Filme gelötet werden können.
Das Niederschlagen des Metalls in den Fenstern der Maskierungsschicht erfolgt nach einem bekannten Verfahren auf galvanischem Wege mit einem äußeren elektrischen Feld, wobei die darunterliegende Metallschicht als Kathode geschaltet ist. Obschon die Schicht aus diesem Grunde in diesem Zusammenhang als Kathodenschicht bezeichnet wird, ist damit das Niederschlagen von Metall ohne Anwendung eines elektrischen Feldes, insbesondere gemäß dem sogenannten »electroless«-Verfahren nicht ausgeschlossen.
Um die elektrischen Anschlüsse mit äußeren Leitern zu verbinden, wäre es zu bevorzugen, sie mit diesen zu verlöten, und in diesem Fall ist es erwünscht, sie zuvor mit einer Metallschicht zu bedekken, die selber ein Lot bildet oder durch ein Lötmittel leicht benetzt wird.
Es ist wichtig, derartige zu verlötende Teile zuvor zu verzinnen, im vorliegenden Fall sind die Anschlüsse jedoch meistens so klein, daß ein individuelles Verzinnen derselben nicht gut möglich ist. Das Verzinnen durch Eintauchen in ein Bad mit geschmolzenem Metall in einer Weise, die bei gedruckter Verdrahtung sehr üblich ist, ist auch hier möglich, erfordert aber eine Maske, welche die nicht mit geschmolzenem Metall zu bedeckenden Teile abschirmt. Photoempfindliche Maskierungsschichten, die bei der Herstellung elektronischer Bauelemente oft verwendet werden, sind dazu ungeeignet, da sie nicht gegenüber der Temperatur des geschmolzenen Metalls beständig sind.
Ebenso ungeeignet als Maskierungsschichten für eine metallische Kathodenschicht sind glasartige Schichten aus einem Gemisch aus SiO und Al2O, wie sie gemäß der deutschen Auslegeschrift 1 174 909 als Begrenzungsschichten für einzulegierende Elektroden verwendet werden. Diese Schichten haben ein Wärmedehnverhalten, das sie nach dem Legierungsprozeß vom Metall der Elektroden auf Grund der beim Abkühlen auftretenden Schubspannungen abspringen, auf dem Halbleitermaterial jedoch haften läßt.
Um elektrische Anschlüsse auf der Oberfläche eines elektronischen Bauelementes im Hinblick auf eine optimale Verlötbarkeit noch einmal gesondert mit einer Metallschicht bedecken zu können, kann gemäß der niederländischen Offenlegungsschrift 6 602 549 so verfahren werden, daß die nicht mit dem Metall zu bedeckenden Oberflächenbereiche gesondert mit einer nichtmetallischen oder isolierenden Schicht versehen werden. Das erfordert aber einen zusätzlichen und umständlichen Arbeitsprozeß.
Die Erfindung bezweckt unter anderem, ein einfaches Verfahren zum Anbringen einer dünnen Metallschicht in geschmolzenem Zustand auf den Erhebungen zu schaffen, ohne daß dabei die Gefahr besteht, daß dieses Metall an anderen Teilen haftet.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen also insbesondere darin, daß Anschlüsse auf einer auf der Oberfläche eines elektronischen Bauelementes angebrachten Metallschicht (Kathodenschicht) auf sehr einfache Weise mit einer weiteren Metallschicht versehen werden können, ohne daß komplizierte Maßnahmen getroffen werden müssen, um zu verhindern, daß die gesamte Kathodenschicht von diesem zusätzlichen Metall benetzt wird.
Nach der Erfindung wird eine Kathodenschicht verwendet, deren freie nicht von einem Anschluß bedeckte Oberfläche wenigstens teilweise aus einem Metall besteht, an dem geschmolzenes Lot nicht haftet, und daß die Kathodenschicht mit dem Anschluß in geschmolzenes Lot getauscht wird, wodurch dieses Lot den Anschluß, nicht jedoch die Kathodenschicht benetzt, soweit diese aus einem Metall besteht, an dem das Lot nicht haftet.
Wo in diesem Zusammenhang von dieser aus Metall bestehenden Oberfläche die Rede ist, ist jedoch das Vorhandensein einer aus diesem Metall gebildeten Oxidhaut auf der Oberfläche des Metalls nicht ausgeschlossen.
Vorzugsweise wird gerade ein Metall gewählt, das sich an der Luft spontan mit einer derartigen Oxidhaut bedeckt.
Sehr geeignet zu diesem Zweck ist Aluminium, auf dem sich sehr schnell eine Oxidhaut bildet und auf dem das geschmolzene Metall durchaus nicht haftet. Ein weiterer Vorteil der Verwendung von Aluminium zu diesem Zweck besteht darin, daß das Anbringen der Schicht mit einer Apparatur geschehen kann, die oft vorhanden ist, weil Kontakte auf vielen halbleitenden elektronischen Bauelementen aus Aluminium bestehen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Die Figuren stellen schematisch im Schnitt und in stark vergrößertem Maßstab die unterschiedlichen Herstellungsstufen einer Diode dar.
Als Ausgangsprodukt ist hier eine N-leitende Siliziumscheibe 1 gewählt, auf der auf üblichem Wege eine Oxidschicht! angebracht ist, in der ein Fenster 3 vorgesehen ist (s. Fig. 1). Mittels einer der üblichen Diffusionsbehandlungen wird eine Zone der Siliziumscheibe 1, die unter diesem Fenster liegt, P-leitend gemacht. Dabei kann sich eine neue Oxidhaut 5 im Fenster bilden, und die bestehende Haut kann verstärkt werden. Wenn dies nicht der Fall ist, wird eine derartige Oxidhaut in einer gesonderten Behandlung angebracht, wonach darin mittels einer Maskierung und durch Ätzen zwei Fenster 6 und 7 angebracht werden (F i g. 2). Diese Fenster bilden den Zugang zu der aus P-leitendem Silizium bestehenden Zone 4 und zur ursprünglichen N-leitenden Material.
Danach wird auf der ganzen oberen Fläche eine Silberschicht 8 mit einer Dicke von 1 μΐη aufgedampft, über die, ebenfalls durch Aufdampfen, eine Aluminiumschicht 9 mit einer Dicke von 5000 Ä angebracht wird. Diese wird wieder mit einer photoempfindlichen Maskierungsschicht 10 bedeckt, in der in üblicher Weise auf photographischem Wege, an der Stelle der ursprünglichen Fenster 6 und 7, zwei Öffnungen 11 und 12 angebracht werden (vgl. F i g. 3). Danach wird das Ganze in ein aus 3 Volumteilen konzentrierter Salpetersäure (HNO3), 1 Volumteil Phosphorsäure (Ji3PO4) und 20 Volumteilen Wasser bestehendes Ätzbad mit einer Temperatur von 25° C
ίο gebracht, so lange, bis sich das frei liegende Aluminium in den Öffnungen 11 und 12 gelöst hat.
Danach wird das Ganze in ein galvanisches Bad 15 gebracht und die Siliziumscheibe 1 mit dem negativen Pol einer Batterie 16 verbunden, während über
is der Scheibe eine aus Kupfer bestehende Anode 17 angeordnet wird. In diesem Fall kann der galvanische Strom in der Scheibe 1 an der Stelle der Öffnung 12 unmittelbar zu der als Kathode dienenden Schicht 8 fließen. Bei anderen Forgebungen kann der negative Pol der Batterie nötigenfalls unmittelbar mit der Silberschicht 8 verbunden werden, beispielsweise an dem Rand oder in der Nähe des Scheibenrandes. Es sei bemerkt, daß in F i g. 4 die üblichen Abschirmungen um die Leiter, die in das Bad 15 eingetaucht sind und die dazu dienen, ein Niederschlagen von Metall auf ungewünschten Stellen oder Korrosion zu verhüten, nicht dargestellt sind. Das Bad kann in diesem Fall aus einer Lösung von 200 g Kupfersulfat (CuSO4) in einem Liter Wasser beste-
hen, der 50 g konzentrierte Schwefelsäure (H2SO4) zugesetzt ist. Bei einer Temperatur von 25° C und einer Spannung von 1/5 V werden in diesem Bad zwei aus Kupfer bestehende Anschlüsse 20 und 21 mit einer Höhe von ungefähr 10 μηι niedergeschlagen.
Die Maskierungsschicht wird danach entfernt.
Die obere Fläche der Scheibe wird nun ganz von der aus Aluminium bestehenden Schicht 9 eingenommen, ausgenommen diejenigen Stellen, an denen sich die Anschlüsse 20 und 21 befinden (vgl. F i g. 5). Durch Tauchen in geschmolzenem Lot, das beispielsweise aus 60 Gewichtsprozent Zinn und 40 Gewichtsprozent Blei besteht, bei 300° C, werden die Anschlüsse mit Lötschichten 22 und 23 bedeckt, während das Aluminium nicht benetzt wird.
Die restlichen Teile der aus Aluminium bestehenden Schicht 9 werden nun mit dem im obenstehenden bereits beschriebenen Ätzmittel, das aus 3 Volumteilen konzentrierter Salpetersäure (HNO3), 1 Volumteil Phosphorsäure (H3PO4) und 20 Volumteilen Wasser besteht, bei 25° C entfernt, während die überflüssigen Teile der Silberschicht 8 in einem aus 1 Volumteil konzentrierter Salzsäure (HCl), 1 Volumteil konzentrierter Salpetersäure (HNO3) und
100 Volumteilen Wasser bestehenden Bad bei 30° C gelöst.
Ein anderes Verfahren zur Entfernung des Silbers besteht darin, daß man es unter Ausnützung der schlechten Haftung des Silbers an der Oxidschicht 5 mit Hilfe eines kräftigen Wasserstrahls abwäscht. Das Endergebnis ist in F i g. 6 dargestellt.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung elektrischer Anschlüsse in Form von Erhebungen, die mit äußeren Leitern verbunden werden können, auf einer Oberfläche eines elektronischen Bauelementes — insbesondere einer integrierten Halbleiterkristallschaltung — bei dem die Oberfläche zunächst mit einer Kathodenschicht und danach mit einer Maskierungsschicht bedeckt wird, in der sich ein Fenster befindet, wonach an der Stelle des Fensters dadurch ein Anschluß hergestellt wird, daß Metall auf der Kathodenschicht niedergeschlagen wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kathodenschicht verwendet wird, deren freie nicht von einem Anschluß bedeckte Oberfläche wenigstens teilweise aus einem Metall besteht, an dem geschmolzenes Lot nicht haftet, und daß die Kathodenschicht mit dem Anschluß in geschmolzenes Lot getaucht wird, wodurch dieses Lot den Anschluß, nicht jedoch die Kathodenschicht benetzt, soweit diese aus einem Metall besteht, an dem das Lot nicht haftet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall, an dem geschmolzenes Lot nicht haftet, ein Metall ist, das sich an der Luft spontan mit einer Oxidhaut bedeckt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erwähnte Metall Aluminium ist.
DE1614306A 1967-01-25 1967-12-06 Verfahren zur Herstellung elektrischer Anschlüsse auf einer Oberfläche eines elektronischen Bauelementes und durch Anwendung dieses Verfahrens hergestelltes Bauelement Expired DE1614306C3 (de)

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