DE1614786C3 - Halbleiteranordnung mit mehrschichtigen Leiterbahnen und Verfahren zum Herstellen dieser Halbleiteranordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Halbleiteranordnung, insbesondere einen Transistor, eine Diode oder eine integrierte Schaltung mit mehrschichtigen Leitbahnen zur Kontaktierung des Halbleitersystems bzw. zur Verbindung einzelner Schaltelemente.

Ein planares Halbleiterbauelement mit verschiedenen Zonen unterschiedlichen Leitfähigkeiisiyps ist im allgemeinen an der Oberfläche mit einer Isolierschicht, vorzugsweise mit einer Oxydschicht bedeckt, in diese Oxydschicht werden Kontaktierungsfenster für die einzelner, Zonen des Halbleiterbauelements eingebracht.

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kontakte im allgemeinen so klein sind, daß mit den heute zur Verfügung stehenden Methoden an diesen kleinen Metallflächen keine elektrischen Zuleitungsdrähte mehr befestigt werden können, erhält das Leitbahnsystern bei Halbleiterbauelementen immer größere Bedeutung. Dabei werden die Kontakte auf dem Halbleitermaterial über Leitbahnen mit auf der Isolierschicht befindlichen großflächigen Kontakten elektrisch leitend-verbunden. Weiterhin benötigt man Leitbahnen besonders bei integrierten Schaltungen zur Verknüpfung der einzelnen Bauelemente der Schaltung und zum Anschluß der Schaltungselemente an gleichfalls großflächigen Anschlußkoniakten. Vom Leitbahnmaterial wird daher gefordert, daß es auf der Isolicrschicht gut haftet und mit dem Halbleitermaterial einen guten ohmschen Kontakt bildet. Eine weitere Voraussetzung ist natürlich die guie Leitfähigkeit des verwendeten Metalls. Die Leiibahnen werden in der Regel auf die Oberfläche des Halbleiterkörpers aufgedampft, aufgedruckt, chemisch oder galvanisch abgeschieden. Dabei wird zur Strukturierung der aufgebrachten Metallschicht meist die bekannte Maskierungstechnik mit Photolack verwendet. Vielfach wird Aluminium als Leiibahnmalerial verwendet, das auf der Oxydschicht eines Siliziumhalbleiterkörpers gut haftet und mit dem Halbleiterkörper selbst einen guten ohmschen Kontakt bildet. Bei der Verwendung von Aluminium-Leitbahnen wirkt sich jedoch nachteilig aus, daß durch das Aluminium Oxydschichten auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers mit positiven Ionen behaftet werden, die für die Bildung von Inversionsschichten im Halbleitermaterial unter der Oxydschicht verantwortlich sind. Durch derartige Inversionsschichicn wird die Funktionsweise von Halbleiterbauelementen stark beeinträchtigt bzw. deren Verwendung völlig unmöglich gemacht.

Um diesem Nachteil der Aluminiumleitbahnen zu begegnen, wurde bereits früher vorgeschlagen, mehrschichtige Leitbahnen zu verwenden, wobei die erste, unterste Schicht aus Chrom und die zweite, oberste Schicht aus Gold besteht. Chrom haftet auf Isolierschichten, besonders auf Siliziumdioxyd, sehr gut. Die zuletzt aufgebrachte Goldschicht, die beispielsweise aufgedampft und anschließend galvanisch verstärkt werden kann, haftet ihrerseits wiederum sehr gut auf der Chromschicht und läßt sich leicht mit elektrischen Zulcitungsdrähten verbinden. Außerdem verursacht, als weiterer Vorteil des früher vorgeschlagenen Verfahrens, Chrom keine Inversionsschichten oder andere störende Zustände im Halbleitermaterial unter der beschichteten Isolierschicht. Chrom hat jedoch den Nachteil, daß es sich nur sehr schwer ätzen läßt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mehrschichtige Leitbahn unter Verwendung von Chrom anzugeben, die sich relativ leicht ätzen läßt. Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einer Halbleiteranordnung nach der Erfindung vorgeschlagen, daß zwischen einer ersten, unteren Leitbahnschicht aus Chrom und einer dritten, obersten Leitbahnschicht eine Schicht aus einem Metall angeordnet ist, das mit den angrenzenden Leitbahnschichten einen guten ohmschen Kontakt bildet und in einer sauerstofffreien Säure lösbar ist.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß aufgedampfte Chromschichten beim Vorhandensein von Sauerstoff an der Oberfläche so stark passiviert werden, daß sie sich gegen Säuren edler als Platin oder Gold verhalten. Dadurch wird eine Ätzung unter Verwendung einer Photolackmaske unmöglich. Dm zu verhindern, daß Sauerstoff mii der Chromschicht in Beruh-

rung kommt, wird die Chromschicht und anschließend die Goldschicht im Vakuum ohne Zwischenbelüftung zwischen den beiden Aufdampfprozessen auf die Halbleiteroberfläche aufgebracht. Da jedoch die Goldätzung bei der Leitbahnherstellung in oxydierenden Sauren oder elektrolytisch erfolgt, finden bei diesen Prozessen durch den dabei anwesenden oder entstehenden Sauerstoff eine Passivierung der Chromschicht statt, die wiederum eine Ätzung dieser Chromschicht nahezu unmöglich macht. Zur Lösung der Goldschichten wird im allgemeinen Königswasser genommen. Der Erfindung liegt daher der Gedanke zugrunde, zwischen der Chromschicht und der obersten Leitbahnschicht eine Schicht anzuordnen, die in einer sauerstofffreien Lösung abgetragen werden kann, so daß bei diesem Ätz-Vorgang eine Passivierung der Chromschicht ausgeschlossen ist. Ferner wird von dieser mittleren Leitbahn-Zwischenschicht gefordert, daß sie mit den angrenzenden Leitbahnschichten einen guten ohmschen* Kontakt bildet. Diese Bedingungen als Leitbahnmaterial erfüllt besonders Titan.

Nach der Erfindung wird daher in einer Vakuumanlage ohne Zwischenbelüftung auf die Oberfläche eines Halbleiterkörpers nacheinander eine Schicht aus Chrom, eine Schicht aus Titan und eine Schicht aus Gold aufgedampft. Dabei wird die Oberfläche des Halbleiterkörpers größtenteils mit einer Oxydschicht bedeckt sein, die nur an den Kontaktierungsstellen für die im Halbleiterkörper befindlichen Zonen und Bauelemente durchbrochen ist. Die erste Chromschicht schlägt sich also sowohl in den Kontaktierungsfenstern auf den Halbleiterzonen als auch auf der Isolierschicht nieder. Bei Siliziumhalbleiterkörpern wird die Isolierschicht aus Siliziumoxyd oder Siliziumdioxyd bestehen. Nach der Aufdampfung aller Schichten wird die oberste Goldschicht mit einer Photolackmaske versehen, die die Bereiche der Goldschicht abdeckt, die von einem Goldlösungsmittel nicht angegriffen werden sollen. Die nicht abgedeckten Bereiche der Goldschicht werden dann in Königswasser abgelöst, so daß an diesen Stellen die Titanschicht an die Oberfläche tritt. Die Photolackmaske kann nun beispielsweise in Trichloräthylen abgewischt werden. Danach werden die freigelegten Bereiche der Titanschicht in Flußsäure abgelöst, während die vom Gold bedeckten Teile der Titanschicht durch den Goldbelag maskierend abgedeckt bleiben. Sobald die Titanschicht abgetragen ist, wird die Anordnung in etwa 5O⁰C heiße Schwefelsäure eingetaucht, in der sich nun die freigelegten Bereiche der nicht passivierten Chromschicht auflösen. Die übrigbleibenden Leitbahnen mit der Schichtenfolge Chrom-Titan-Gold können noch durch galvanische Goldabscheidung verstärkt werden.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel wird an Hand der F i g. 1 bis 3 beschrieben, in denen verschiedene Fertigungsphasen der erfindungsgemäßen Leitbahn dargestellt sind.

In F i g. 1 ist im Schnitt ein Teil eines Festkörperbauelements 1 dargestellt, das beispielsweise zwei zu kontaktierende Zonen 2 und 3 aufweist. Die Kontakte für diese Zonen sollen sich in Form von Leitbahnen auf die Isolierschicht 4 erstrecken, die mit Ausnahme der Kontaktierungsfenster5 und 6 die Halbleiteroberfläche bedeckt. Auf die Halbleiteroberfläche wird nacheinander in einer Vakuumaufdampfanlage eine Schicht 7 aus Chrom, eine Schicht 8 aus Titan und eine Schicht 9 aus Gold aufgedampft. Diese Schichten sind jeweils etwa 0,1 μσι dick. Danach wird die Goldschicht an den Stellen mit einem maskierenden Photolack 10 bedeckt, die zur Herstellung der Leitbahnen abgetragen werden sollen. Die nicht maskierten Bereiche der Goldschicht 11 werden dann galvanisch bis zu einer gewünschten Dicke verstärkt. Die Schichtdicke der galvanisch aufgebrachten Goldschicht kann beispielsweise 10 bis 20 μτη betragen. Anschließend wird die auf der Goldschicht befindliche Photolackmaske 10 in Trichloräthylen abgewischt. Die nach F i g. 1 vorliegende Halbleiteranordnung wird dann in Königswasser eingebracht, wodurch, nach F i g. 2, die Bereiche 12 der Goldschicht aufgelöst werden, die bei der galvanischen Goldabscheidung mit Photolack bedeckt waren.

Selbstverständlich wird dabei auch vom galvanisch erzeugten Goldberg 11 Gold abgelöst, doch fällt diese Abtragung bei der großen Dicke dieser Berge nicht ins Gewicht.

In einem zweiten Ätzprozeß werden die freigelegten Bereiche 12 der Titanschicht 8 in Flußsäure aufgelöst. Bei diesem Vorgang wirkt die an den übrigen Stellen vorhandene Goldschicht als ätzbeständige Maske. Wie in F i g. 3 dargestellt ist, wird unmittelbar nach der Ablösung der Titanschicht auch die Chromschicht 7 in heißer Schwefelsäure entfernt. Auf diese Weise entstehen zwei voneinander getrennte Leitbahnen 13 und 14 mit einer Schichtenfolge Chrom-Titan-Gold-Gold, die sich auf die Isolierschicht 4 erstrecken, auf dieser gut haften, leicht mit Anschlußdrähten verbindbar sind und die im Halbleiterbauelement keine Inversionsschichten hervorrufen. Außerdem können die Leitbahnen mit der erfindungsgemäßen Schichtenfolge rasch und ohne Schwierigkeiten ausgeätzt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Halbleiteranordnung mil mehrschichtigen Leitbahnen zur Kontaktierung des Halbleitersyslems bzw. zur Verbindung einzelner Schaltelemente, d a durch gekennzeichnet, daß zwischen einer ersten, unteren Leitbahnschicht aus Chrom und einer dritten, obersten Leitbahnschicht eine Schicht aus einem Metall angeordnet ist, das mit den angrenzenden Leitbahnschichten einen guten ohmschen Kontakt bildet und in einer sauerstofffreien Säure lösbar ist.

2. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte, oberste Leitbahnschicht aus Gold besteht.

3. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite, mittlere Leitbahnschicht aus Titan besteht. ..

4. Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Oberflache eines HaIbleiterkörpers in einer Aufdampfanlage nacheinander eine Schicht aus Chrom, eine Schicht aus Titan und eine Schicht aus Gold aufgedampft wird, daß aus der Goldschicht unter Verwendung einer Photolackmaske eine Leitbahnstruktur herausgeätzt und anschließend die dadurch freigelegten Bereiche der Titanschicht abgetragen werden, wobei die verbliebenen Bereiche der Goldschicht als Maske dienen, und daß schließlich die durch die vorangegangenen Abtragungen freigelegten Bereiche der Chromschicht entfernt werden.

5. Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche I bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß auf die Oberfläche eines Halbleiterkörper in einer Aufdampfanlage nacheinander eine Schicht aus Chrom, eine Schicht aus Titan und eine Schicht aus Gold aufgedampft wird, daß die für die Abtragung vorgesehenen Bereiche der Goldschicht mit einer Photolackschicht abgedeckt und die übrigen Bereiche galvanisch verstärkt werden, daß nach dem Entfernen der Photolackmaske die Goldsehichi so weit abgetragen wird, bis die für die Abtragung vorgesehenen Bereiche der Titanschicht freigelegt sind, und daß anschließend diese Bereiche der Titanschicht und schließlich die freigelegten Bereiche der Chromschicht entfernt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Goldschicht in Königswasser, die Titanschicht in Flußsäure und die Chromschicht in Schwefelsäure angetragen wird.