DE1614310B2 - Method for attaching an electrical connection to a surface of an electronic component - Google Patents
Method for attaching an electrical connection to a surface of an electronic componentInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren entThe invention relates to a method ent
sprechend dem Oberbegriff des Hauptanspruches.speaking the preamble of the main claim.
Eine auf der Oberfläche eines elektronischen Bauelementes angebrachte Isolierschicht kann beispielsweise aus Siliziumdioxid oder aus einem aus Siliziumdioxid und Boroxid (B2O3) bestehenden Glas bestehen, wobei auf dieser Oberfläche eine Metallschicht, im weiteren als Kontaktschicht bezeichnet, angebracht wird, die auf galvanischem Wege verstärkt wird, wodurch der erwähnte Anschluß erhalten wird. Es ist bekannt, bei einem derartigen Verfahren die Kontaktschicht aus Silber oder Chrom herzustellen und auf dieser Schicht durch galvanisches Anwachsen einer Silberschicht einen Anschluß auf dieser Schicht zu bilden. Auch wurde bereits vorgeschlagen, die Kontaktschicht dadurch zu bilden, daß zunächst Chrom, danach Aluminium und darauf Silber aufgedampft wird, und zwar derart, daß die Aufdampfvorgänge einander teilweise überlappen und so gemischte Übergangsgebiete zwischen aus reinem Metall bestehenden Schichten gebildet werden.An insulating layer applied to the surface of an electronic component can, for example consist of silicon dioxide or of a glass consisting of silicon dioxide and boron oxide (B2O3), wherein on this surface a metal layer, hereinafter referred to as contact layer, is applied, which on is galvanically reinforced, whereby the aforementioned connection is obtained. It is known at such a method to produce the contact layer of silver or chromium and on this layer to form a connection on this layer by galvanic growth of a silver layer. Also was already proposed to form the contact layer by first chromium, then aluminum and silver is evaporated thereon in such a way that the evaporation processes partially overlap one another and so mixed transition regions are formed between layers made of pure metal.
Die in dieser Weise hergestellten elektronischen Bauelemente können jedoch elektrische Instabilitäten aufweisen, die der Wanderung des Silbers über die Oberfläche zugeschrieben werden können. Auch ist es bekannt, daß Silber leicht von einer Oxidschicht entfernt werden kann, wenn es darauf aufgedampft ist Dies ist ein Vorteil, wenn die Silberschicht nur zeitweilig vorhanden sein soll und wieder entfernt werden muß; diese Eigenschaft kann jedoch auch zu einem weniger guten mechanischen Zusammenhang zwischen den elektrischen Anschlüssen und dem darunterliegenden Teil des elektronischen Bauelementes führen.However, the electronic components manufactured in this way can have electrical instabilities which can be attributed to the migration of the silver over the surface. It is too It is known that silver can be easily removed from an oxide layer when it is vapor deposited thereon This is an advantage if the silver layer is only to be present temporarily and is to be removed again got to; However, this property can also lead to a less good mechanical relationship between lead the electrical connections and the underlying part of the electronic component.
Aus der OE-PS 219 662 ist ein Verfahren zur Herstellung halbleitender Vorrichtungen, die einen Halbleiterkörper mit mindestens einer aus Aluminium bestehenden Elektrode enthalten, bekannt, wobei dieser Körper gemeinsam mit mindestens einer solchen Elektrode durch stromloses Vernickeln mit einer Nickelschicht überzogen wird. Als nachteilig hat sich bei diesem Verfahren der direkte Kontakt des Halbleiterkörpers mit Nickel erwiesen, da der Halbleiterkörper hierdurch unerwünschte Verunreinigungen erfährt.From OE-PS 219 662 a method for the production of semiconducting devices that have a semiconductor body containing at least one electrode made of aluminum, known, this Body together with at least one such electrode by electroless nickel plating with a nickel layer is covered. The direct contact of the semiconductor body has proven to be disadvantageous in this method Proven with nickel, since the semiconductor body experiences undesirable impurities as a result.
Aus der US-PS 3 290 570 ist es bekannt, mehrschichtige Elektroden für elektronische Bauelemente aus Schichten von Aluminium, Molybdän und Gold aufzubauen. Eine solche mehrschichtige Elektrode hat den Nachteil, daß für die Goldschicht, die angebracht werden muß, da Molybdän sich nicht mit den in der Halbleiterfertigung üblicherweise verwendeten Golddrähten kontaktieren läßt, nicht unerhebliche Materialkosten anfallen.From US-PS 3,290,570 it is known multilayer Build electrodes for electronic components from layers of aluminum, molybdenum and gold. Such a multilayer electrode has the disadvantage that for the gold layer that are attached must, since molybdenum does not interfere with the gold wires commonly used in semiconductor production contact, there are not inconsiderable material costs.
Aus der GB-PS 1 053 069 ist es bekannt, vielschichtige Kontaktschichten für elektronische Bauelemente unter Verwendung von Aluminium, Chrom, Titan, Molybdän, Kupfer und Gold aufzubauen. Das Verfahren ist verhältnismäßig kompliziert; im übrigen gelten die gleichen Nachteile, wie sie für die US-PS 3 290 570 genannt wurden.From GB-PS 1 053 069 it is known multi-layered Contact layers for electronic components using aluminum, chromium, titanium, molybdenum, Build copper and gold. The process is relatively complex; otherwise the same apply Disadvantages such as those mentioned for US Pat. No. 3,290,570.
Das Verfahren bezieht sich dagegen insbesondere auf die Bildung eines Anschlusses auf einer Kontaktschicht, in der Aluminium mit der Oberfläche des elektronischen Bauelementes in unmittelbarer Berührung steht. Aluminium eignet sich beispielsweise sehr gut für die Bildung ohmscher Kontakte sowohl auf p-leitendem Silizium als auch auf η-leitendem Silizium. Es ist jedoch schwierig, auf einer Kontaktschicht aus Aluminium auf galvanischem Wege einen Anschluß zu bilden, der damit mechanisch fest verbunden ist, während die Anwendung von aufeinanderfolgenden und einanderThe method, on the other hand, relates in particular to the formation of a connection on a contact layer, in the aluminum with the surface of the electronic component in direct contact stands. Aluminum, for example, is very suitable for the formation of ohmic contacts on both p-type contacts Silicon as well as η-conductive silicon. It is difficult, however, on an aluminum contact layer to galvanically form a connection that is mechanically firmly connected to it, while the Application of successive and one another
überlappenden Auf dampf vorgängen von Aluminium und anderen Elementen schwierig und nicht immer möglich ist, besonders dann nicht, wenn eine ausschließlich aus Aluminium bestehende Kontaktschicht einer bestimmten Wärmebehandlung ausgesetzt werden muß, bevor ein Anschluß angebracht wird.Overlapping vapor deposition processes on aluminum and other elements are difficult and not always is possible, especially if one is exclusively Contact layer made of aluminum are subjected to a specific heat treatment must before a connection is made.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dessen Hilfe elektrische Anschlüsse auf einer Fläche elektronischer Bauelemente ausgebildet werden können, wobei die genannten Schwierigkeiten vermieden werden, die Anschlüsse einen guten mechanischen Zusammenhang zu den unter ihnen befindlichen Teilen der elektronischen Bauelemente aufweisen und die elektrisch stabil sind.The invention is based on the object of creating a method by means of which electrical connections can be formed on a surface of electronic components, said Difficulties are avoided, the connections have a good mechanical connection to the below have them located parts of the electronic components and which are electrically stable.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Hauptanspruches angegebene Ausbildung des Verfahrens gelöstThis object is achieved according to the invention by the training specified in the characterizing part of the main claim of the procedure resolved
Die Reihenfolge der im Kennzeichen des Hauptanspruches angegebenen Verfahrensstufen ist nicht zwingend;
das leitende Muster in der Nickelschicht kann beispielsweise auch nach Entfernen der mittels eines
photolithographischen Verfahrens angebrachten Maske durch selektives Ätzen ausgebildet werden.
* Unter dem Niederschlagen von elementarem Nickel in feinverteilter Form ist das Niederschlagen von Nikkel
in atomarer Form oder in Form von ionisierten oder nichtionisierten Partikeln, durch Aufdampfen,
Zerstäuben oder Zerlegen in der Gasphase, im Vakuum oder in einer indifferenten Atmosphäre, also auf trokkenem
Wege, zu verstehen.The sequence of the process steps specified in the characterizing part of the main claim is not mandatory; the conductive pattern in the nickel layer can, for example, also be formed by selective etching after removing the mask applied by means of a photolithographic method.
* Under the deposition of elemental nickel in finely divided form is the deposition of nickel in atomic form or in the form of ionized or non-ionized particles, by vapor deposition, sputtering or decomposition in the gas phase, in a vacuum or in an inert atmosphere, i.e. in a dry way, to understand.
Ein Vorteil der Kombination einer Kontaktschicht aus Aluminium und einer Zwischenschicht aus Nickel besteht darin, daß selektive Ätzmittel benutzt werden können, die entweder das Nickel nicht angreifen und das Aluminium entfernen oder das Nickel entfernen und das Aluminium nicht angreifen oder aber beide entfernen (ohne daß das SiCh oder Si spürbar angegriffen wird).An advantage of the combination of a contact layer made of aluminum and an intermediate layer made of nickel is that selective etchants can be used that either do not attack the nickel and remove the aluminum or remove the nickel and not attack the aluminum, or both remove (without noticeably attacking the SiCh or Si).
Obschon die in dieser Weise erhaltene Schicht ein Verstärken auf galvanischem Wege mit vielen anderen
Metallen ermöglicht was an sich in der Technik der Galvanoplastik bekannt ist wird nach einem vorzugsweise
angewandten Ausführungsbeispiel der Erfindung diese Verstärkung mit Kupfer vorgenommen.
) Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher
beschrieben. Die Figuren zeigen teilweise perspektivisch,
teilweise im Schnitt ein elektronisches Bauelement in verschiedenen Herstellungsstufen. Der Deutlichkeit
halber sind die Figuren schematisch und in ver- so größertem Maßstab dargestellt wobei die Abmessungen
der Teile untereinander große Abweichungen aufweisen können und die Geometrie des dargestellten
Bauelementes nur als Beispiel zu verstehen istAlthough the layer obtained in this way enables reinforcement by electroplating with many other metals, which is known per se in the art of electroplating, this reinforcement is carried out with copper according to a preferred embodiment of the invention.
) An embodiment of the invention is shown in the drawings and is described in more detail below. The figures show, partly in perspective, partly in section, an electronic component in various stages of manufacture. For the sake of clarity, the figures are shown schematically and on an enlarged scale, the dimensions of the parts being able to differ greatly from one another and the geometry of the component shown is only to be understood as an example
Als einfaches Beispiel eines elektronischen Bauelementes ist hier der in F i g. 1 dargestellte Transistor gewählt der aus einem Einkristall-Siliziumkörper 1 mit einer η-leitenden Kollektorzone 2, einer p-leitenden Basiszone 3 und einer n-Ieitenden Emitterzone 4 besteht Meistens wird jedoch die Erfindung auf kompliziertere elektronische Bauelemente, wie integrierte Halbleiterkristallschaltungen anwendbar sein, ohne daß vom Prinzip abgewichen wird.As a simple example of an electronic component here is the one in FIG. 1 selected from a single crystal silicon body 1 with the transistor shown an η-conducting collector zone 2, a p-conducting base zone 3 and an n-conducting emitter zone 4 Most of the time, however, the invention is applied to more complex electronic components, such as integrated ones Semiconductor crystal circuits can be used without deviating from the principle.
Auf an sich bekannte Weise wird auf der oberen Fläche 5 dieses Körpers 1 eine Isolierschicht 6 angebracht, die beispielsweise aus Siliziumdioxid besteht und in der zwei Fenster 7, beispielsweise durch Ätzen, vorgesehen sind (s. F i g. 2). Danach wird eine Aluminiumschicht 8 in einem Vakuum von ungefähr 5 · 10-6Tprr bis zu einer Stärke von ungefähr 2000 A aufgedampft (s. Fig.3).In a manner known per se, an insulating layer 6 is applied to the upper surface 5 of this body 1, which consists for example of silicon dioxide and in which two windows 7 are provided, for example by etching (see FIG. 2). The mixture is then evaporated in a vacuum of 8 approximately 5 x 10- 6 Tprr up to a thickness of about 2000 A, an aluminum layer (see Fig. 3 shows).
Darüber wird eine nicht dargestellte photoempfindliche Maskierungsschicht angebracht die wieder völlig entfernt wird, ausgenommen über den Fenstern 7 und über den Rändern derselben. Dies geschieht in üblicher Weise auf photolithographischem Wege. Danach wird der größte Teil der Aluminiumschicht 8 durch Ätzen in einer l°/oigen Lösung von Natriumhydroxid in Wasser ungefähr 1 min weggenommen, so daß nur in den Fenstern 7 und über den Rändern derselben zwei Aluminium-Teilschichten 9 und 10 zurückbleiben (F i g. 4).A photosensitive masking layer (not shown) is applied over this completely is removed, except over the windows 7 and over the edges of the same. This is done in the usual way Way by photolithographic means. Thereafter, most of the aluminum layer 8 is etched into a 10% solution of sodium hydroxide in water removed for about 1 minute, so that only in the windows 7 and over the edges of the same two aluminum partial layers 9 and 10 remain (FIG. 4).
Nach Entfernung der photoempfindlichen Maskierungsschacht wird das Ganze in einer indifferenten Atmosphäre, beispielsweise in Argon, auf 5500C erhitzt wodurch die Aluminium-Teilschichten 9 und 10 mit dem darunterliegenden Silizium legieren und damit ,einen ohmschen Kontakt bilden, sowohl mit der p-leitenden Zone 3 als auch mit der η-leitenden Zone 4 (s. F ig. 4).After removing the photosensitive masking shaft, the whole thing is heated to 550 ° C. in an inert atmosphere, for example in argon, whereby the aluminum partial layers 9 and 10 alloy with the underlying silicon and thus form an ohmic contact, both with the p-conductive zone 3 as well as with the η-conductive zone 4 (see Fig. 4).
Darauf wird die ganze obere Fläche wieder durch Aufdampfen mit einer Schicht reinen Aluminiums 13 zur Stärke von ungefähr 10 000A (= Ιμΐη) bedeckt. Diese Aluminiumschicht 13 und die Aluminium-Teilschichten 9 und 10 bilden zusammen die Kontaktschicht (s. F i g. 5).The entire upper surface is then again vapor-deposited with a layer of pure aluminum 13 to a strength of about 10 000A (= Ιμΐη). This aluminum layer 13 and the aluminum partial layers 9 and 10 together form the contact layer (see Fig. 5).
Auf dieser Schicht 13 wird nun auf trockenem Wege eine Nickelschicht 14 in feinverteilter Form mit einer Stärke von ungefähr 5000 A niedergeschlagen (s. F ig. 6).A nickel layer 14 in finely divided form with a Depressed strength of about 5000 A (see Fig. 6).
Das Aufdampfen von Nickel kann in einem Vakuum von 1 · ΙΟ-5 Torr erfolgen, wobei ein kleines Nickelband in geringer Entfernung, beispielsweise 5 cm von der zu bedeckenden Oberfläche, angeordnet und durch Stromdurchgang erhitzt wird.The vapor deposition of nickel may be performed in a vacuum of 1 · ΙΟ- 5 Torr, whereby a small nickel belt at a small distance, for example 5 cm from the surface to be covered, disposed and is heated by current passage.
Im Hinblick auf die weitere Formgestaltung der leitenden Schichten auf der Oberfläche des elektronischen Bauelementes wird bereits in der nächsten Bearbeitungsstufe ein großer Teil der aus Nickel bestehenden Zwischenschicht 14 dadurch weggenommen, daß diejenigen Teile, die zurückbleiben müssen mit einer — nicht dargestellten — wieder auf üblichem photolithographischem Wege erhaltenen Maskierungsschicht bedeckt und der unbedeckte Teil mit einer Lösung von 3 Volumteilen konzentrierter Salpetersäure in 7 Teilen Wasser bei ungefähr 500C weggeätzt wird. Die aus Aluminium bestehende Kontaktschicht 13 wird durch diese Ätzmittel nicht spürbar angegriffen. Auf der Kontaktschicht 13 bleibt also ein sogenanntes Spurenmuster zurück, das hier aus zwei Teilen 15 und 16 besteht. Der Teil 15 liegt teilweise über der Emitterzone 4 und der Kollektorzone 2, der Teil 16 teilweise über der Basiszone 3 und der Kollektorzone (s. F i g. 7). Es sei wieder bemerkt daß das Spurenmuster bei integrierten Halbleiterkristallschaltungen eine viel verwickeitere Form aufweisen kann. Es kann jedoch auch von einfacherer Form sein, beispielsweise bei Dioden und bei Transistoren, deren Emitter und/oder Basiszone beispielsweise eine derart große Ausdehnung aufweisen, daß Anschlüsse unmittelbar über einem Fenster vorgesehen werden können.With regard to the further shaping of the conductive layers on the surface of the electronic component, a large part of the intermediate layer 14 consisting of nickel is already removed in the next processing stage, in that those parts that have to remain with a - not shown - again on the usual photolithographic lanes masking layer obtained covered and uncovered portion is etched away with a solution of 3 parts by volume of concentrated nitric acid in 7 parts of water at about 50 0 C. The contact layer 13 made of aluminum is not noticeably attacked by this etchant. A so-called trace pattern, which here consists of two parts 15 and 16, remains on the contact layer 13. Part 15 lies partly above emitter zone 4 and collector zone 2, part 16 partly above base zone 3 and the collector zone (see FIG. 7). Again, it should be noted that the trace pattern in the semiconductor crystal integrated circuit can have a much more intricate shape. However, it can also be of a simpler form, for example in the case of diodes and transistors, the emitter and / or base zone of which, for example, have such a large extension that connections can be provided directly above a window.
In der nachfolgenden Bearbeitungsstufe wird das Ganze wieder mit einer Maskierungsschicht 18 aus Photolack bedeckt in der zwei öffnungen 19 und 20 vorgesehen werden, unter denen die Teile 15 und 16 sichtbar werden. In gleicher Weise oder einfach auf mechanischem Wege wird außerdem ein vorzugsweiseIn the subsequent processing stage, the whole thing is made up again with a masking layer 18 Photoresist covered in the two openings 19 and 20 are provided, below which the parts 15 and 16 become visible. In the same way or simply by mechanical means, a is also preferred
am Rande der Maskierungsschicht 18 liegender Teil 21 weggenommen, wodurch die Kontaktschicht 13 teilweise freigelegt wirdat the edge of the masking layer 18 lying part 21 removed, whereby the contact layer 13 partially is exposed
Das Ganze wird nun in einen nicht dargestellten isolierenden Halter gestellt, während die Spitze eines im übrigen isolierten Leiters 22 auf die Kontaktschicht 13 gedruckt wird Die Isolierung ist in F i g. 8 schematisch dargestellt Das Ganze wird in ein galvanisches Bad gestellt, das je Liter Wasser 200 g Kupfersulfat (CuSCk) und 50 g Schwefelsäure (H2SO4) enthält Danach werden bei ungefähr 25° C in 1 Stunde, bei einer Stromdichte von ungefähr 6 mA/cm2 und bei einer Spannung von ungefähr VsV in den öffnungen 19 und 20 Anschlüsse niedergeschlagen.The whole is now placed in an insulating holder, not shown, while the tip of an otherwise insulated conductor 22 is printed onto the contact layer 13. The insulation is shown in FIG. 8 shown schematically The whole thing is placed in a galvanic bath containing 200 g of copper sulphate (CuSCk) and 50 g of sulfuric acid (H2SO4) per liter of water 2 and deposited at a voltage of approximately VsV in the openings 19 and 20 connections.
Darauf wird die Maskierungsschicht 18 und danach die aus Aluminium bestehende Kontaktschicht 13, insofern diese nicht von Spurenmuster 15, 16 bedeckt ist, entfernt Dazu kann ein aus gleichen Volumteilen Phosphorsäure (H3PO4) und Wasser bestehendes Ätzmittel verwendet werden, in dem die Anordnung während einer halben Minute bei 500C untergetaucht wird.The masking layer 18 and then the contact layer 13 made of aluminum are then removed, insofar as this is not covered by the trace pattern 15, 16 Minute at 50 0 C is immersed.
Auf den beiden Teilen 15 und 16 des SpurenmustersOn both parts 15 and 16 of the track pattern
sind in dieser Weise aus Kupfer bestehende Anschlüsse 24 und 25 mit einer Höhe von ungefähr 10 μπι gebildet Es wurde bereits bemerkt, daß die Anwendung von Nickel als Zwischenschicht auf Aluminium den Nebenvorteil bietet daß diese Metalle verschiedenartig auf verschiedene Ätzmittel reagieren. So löst eine aus 1 Volumteil konzentrierter Phosphorsäure (H3PO4), 3 Volumteilen konzentrierter Salpetersäure (HNO3)are formed in this way made of copper terminals 24 and 25 with a height of approximately 10 μπι It has already been noted that the use of nickel as an intermediate layer on aluminum has the side advantage offers that these metals react differently to different etchants. So one triggers 1 part by volume of concentrated phosphoric acid (H3PO4), 3 parts by volume of concentrated nitric acid (HNO3)
und 7 Volumteilen Wasser bestehende Ätzflüssigkeit bei 400C sowohl Aluminium als auch Nickel. Eine aus 1 Volumteil konzentrierter Phosphorsäure (H3PO4) und 1 Volumteil Wasser bestehende Ätzflüssigkeit löst bei 55°C das Aluminium, greift jedoch das Nickel nicht in störendem Maße an. Zu demselben Zweck ist auch eine Lösung von '/2% Natriumhydroxid (NaOH) in Wasser bei 25° C verwendbar. Dagegen kann Nickel, ohne daß das Aluminium in störendem Maße angegriffen wird, in einer aus 3 Volumteilen konzentrierter Salpetersäure (HNO3) und 7 Volumteilen Wasser bestehende Flüssigkeit bei 500C weggeätzt werden.and 7 parts by volume of water existing etching liquid at 40 0 C, both aluminum and nickel. An etching liquid consisting of 1 part by volume of concentrated phosphoric acid (H3PO4) and 1 part by volume of water dissolves the aluminum at 55 ° C, but does not attack the nickel to a disruptive extent. A solution of 1/2% sodium hydroxide (NaOH) in water at 25 ° C can also be used for the same purpose. Nickel, however, can without the aluminum being attacked in a disturbing extent, existing in a concentrated from 3 parts by volume of nitric acid (HNO3) and 7 parts by volume of liquid water are etched away at 50 0 C.
Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings
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