DE1614872C3

DE1614872C3 - Halbleiteranordnung

Info

Publication number: DE1614872C3
Application number: DE1614872A
Authority: DE
Inventors: Robert Scotland Clark Iii; James Alan Cunningham
Original assignee: Texas Instruments Inc
Current assignee: Texas Instruments Inc
Priority date: 1966-12-30
Filing date: 1967-10-06
Publication date: 1974-01-24
Also published as: DE1789106A1; NL6714669A; GB1203086A; US3434020A; MY7300372A; GB1203087A; DE1614872A1; US3581161A; MY7300371A; NL6714670A; GB1200656A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiteranordnung mit einem Halbleiterkörper, in dem Schaltungselemente aus sich zu einer Oberfläche des Halbleiterkörpers erstreckenden Halbleiterzonen mit wenigstens einem sich bis zu dieser Oberfläche erstreckenden PN-Übergang gebildet sind, mit einer auf dieser Oberfläche des Halbleiterkörpers angebrachten Isolationsschicht mit Öffnungen über den Schaltungselementen und mit einem ersten elektrischen Leitungssystem, das durch die Öffnungen in der Isolationsschicht in ohmschem Kontakt mit den Schaltungselementen steht und eine auf der Isolationsschicht bzw. auf dem Halbleiterkörper aufliegende Molybdänschicht und auf dieser eine Goldschicht aufweist.

Bei einer bekannten Halbleiteranordnung dieser Art können mehrere Schaltungselemente, die im Halbleiterkörper angebracht sind, elektrisch miteinander verbunden werden. Das Leitungssystem, mit dem die einzelnen Schaltungselemente miteinander verbunden werden, liegt dabei in einer Ebene. Wenn die Packungsdichte der Schaltungselemente jedoch stark vergrößert wird, ist es nicht mehr möglich, einzelne Leitungsbahnen kreuzungsfrei zu führen. Sich überkreuzende Leitungsbahnen können bei der bekannten Anordnung aber erst dann angebracht werden, wenn über der obersten Schicht des Leitungssystems, die ja aus einem elektrisch leitenden Material besteht, eine Isolationsschicht angebracht wird.

Die bei der bekannten Anordnung verwendete Goldschicht als oberste Schicht des Leitungssystems erschwert das Aufbringen der in der Halbleitertechnik üblicherweise verwendeten Isolationsmaterialien ganz erheblich. So haftet beispielsweise das häufig verwendete Siliciumdioxid sehr schlecht an Gold. Die Isolationswirkung einer Siliciumdioxidschichl auf Gold ist somit nicht zuverlässig gewährleistet.

Außerdem ist es bereits bekannt, Leitungsbahnen von gedruckten Schaltungsplatten unter Einfügen von Isolationsschichten in mehreren Ebenen übereinander anzubringen. In der Technik der integrierten Schaltungen ist es jedoch nicht möglich, die gleichen Maßnahmen wie bei gedruckten Schaltungen anzuwenden, da insbesondere bei den in integrierten Schaltungen üblicherweise verwendeten Materialien besonders große Schwierigkeiten beim Übereinanderfügen mehrerer Leitungsbahnen auftreten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Halbleiteranordnung der eingangs angegebenen Art zu schaffen, in der Schaltungselemente auch bei sehr großer Packungsdichte über gut haftende Leitungsbahnen miteinander verbunden sind, die zuverlässig voneinander isoliert sind.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß auf der Goldschicht des ersten Leitungssystems eine weitere Molybdänschicht und darauf eine weitere Isolationsschicht angebracht sind und daß auf der weiteren Isolationsschicht ein zweites Leitungssystem angebracht ist, das durch Öffnungen in der weiteren Isolationsschicht und in der weiteren Molybdän-Schicht in ohmschem Kontakt mit der Goldschicht des ersten Leitungssystems steht.

Die auf der Goldschicht angebrachte Molybdänschicht stellt eine ausgezeichnete Haftunterlage für die darüberliegende Isolationsschicht dar, auf der dann die Leiterbahnen einer zweiten Schicht gebildet sind, die die Leiterbahnen der darunterliegenden Schicht ohne Gefahr von Kurzschlüssen überkreuzen können. Aus diesem Grund kann die Zahl der pro Flächeneinheit in dem Halbleiterkörper unterzubringenden Schaltungselemente beträchtlich erhöht werden, da nicht mehr darauf Rücksicht genommen werden muß, ob die zur Verbindung der Schaltungselemente benötigten Leiterbahnen noch kreuzungsfrei angeordnet werden können.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Darin zeigt

F i g. 1 eine vergrößerte Draufsicht auf eine Halbleiterscheibe mit einer Vielzahl von Schaltungsanordnungen, die für die Anwendung der. Erfindung geeignet sind,

Fig. 2 ein elektrisches Schaltbild einer in Fig. 1 dargestellten Schaltungsanordnung,

Fig. 3 eine vergrößerte Draufsicht auf eine Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1, die die aufbaumäßige Verwirklichung einer Schaltung gemäß Fig. 2 zeigt,

F i g. 4 und 5 Schnitte längs der Linie 4-4 durch einen Teil der in F i g. 3 dargestellten integrierten Schaltung in verschiedenen Aufbaustadien,

F i g. 6 eine Teilansicht der in F i g. 4 und 5 dar- « gestellten Schnitte, wobei ein zweites Leitungssystem „»' angebracht ist, und

F i g. 7 eine Teilansicht des Schnittes durch die in Fig. 3 dargestellte integrierte Schaltung an der Stelle der Klemme V.

Die vergrößerte Wiedergabe der Halbleiterschaltungselemente in den Figuren ist nicht maßstäblich; es wurden vielmehr im Interesse einer klaren Darstellung Teile der Halbleiterschaltungselemente besonders stark vergrößert dargestellt.

In den Figuren ist eine aus Halbleitermaterial, im hier beschriebenen Beispie! aus Silicium, bestehende Scheibe als Halbleiterkörper 10 verwendet. Auf dem Halbleiterkörper 10 sind mehrere Schaltungsanordnungen angebracht. Es sind zwar nur sechzehn derartige Schaltungsanordnungen in der Zeichnung dargestellt, doch wird üblicherweise eine sehr viel größere Anzahl verwendet. Jede der Schaltungsanordnungen 11 bis 26 enthält eine Anzahl von Transistoren, Widerständen und Kondensatoren od. dgl., die für einen bestimmten Schaltungszweck entsprechend miteinander verbunden sind. So kann z. B. die (\ Schaltungsanordnung 13 entsprechend dem Stromlauf gemäß F i g. 2 nach einem in F i g. 3 dargestellten Aufbau hergestellt sein. Der Aufbau dieser Schaltungsanordnung 13 würde dann die pnp-Transistoren 32, 33, 34 und 35, die npn-Transistoren 36, 37, 43, 45, 46, 47 und 50, die Eingangsklemmen A, B und X und eine Ausgangsklemme G aufweisen. Diese Klemmen, zusammen mit der Klemme V für die Stromversorgung, entsprechen den fünf mit gleichen Buchstaben versehenen Klemmen der Schaltungsanordnung 13 in Fig. 1.

Es sei angenommen, daß die Schaltungsanordnungen 13, 16, 21 und 26 der sechzehn Schaltungsanordnungen 11 bis 26 zur Erfüllung einer bestimmten Schaltungsfunktion in geeigneter Weise miteinander verbunden werden sollen. Wie in F i g. 1 dargestellt, werden die Klemmen B, D, J und O der Schaltungsanordnungen 13, 16, 21 und 26 durch eine Leitung 28 jeweils untereinander verbunden. Die Klemmen V, F, L und R werden durch die Leitung 29, die Klemmen λ', H, M und Q durch die Leitung 30 jeweils elektrisch miteinander verbunden. Es sei darauf hingewiesen, daß jedoch bereits eine große Anzahl von elektrischen Leitungsverbindungen in der

ersten Ebene zur Verbindung der verschiedenen Transistoren untereinander sowie mit den übrigen Elementen und Anschlüssen entsprechend der vorgesehenen individuellen Funktion der Schaltungsanordnung gemäß F i g. 3 vorhanden ist, so daß notwendigerweise die Leitungen 28, 29 und 30 über Leitungen der ersten Ebene gemäß F i g. 3 liegen oder diese kreuzen. Aus diesem Grund und auch auf Grund der Tatsache, daß die Leitungsvorschriften zwischen den einzelnen Schaltungsanordnungen separat von denen der einzelnen Elemente auf einer Schaltungsanordnung hergestellt werden, wird das Leitungssystem gemäß F i g. 1 in einer zweiten Ebene ausgebildet, die von dem Leitungssystem der ersten Ebene durch ein isolierendes Medium getrennt ist.

Die Transistoren und die übrigen Elemente der Schaltung können auf dem Halbleiterkörper 10 nach irgendeinem in der Technik der integrierten Schaltkreise bekannten Verfahren, z. B. durch epitaktischen' Aufbau oder Diffusion, hergestellt werden. In Fig. 4 ist ein Teil der integrierten Schaltung gemäß Fig. 3 als Schnitt in einem Zustand dargestellt, bevor diese mit metallischen Leitungsverbindungen versehen ist. Der npn-Transistor 36 besteht aus einem Kollektor mit η-Leitung, der von dem Halbleiterkörper 10 gebildet wird, einer diffundierten Basiszone 51 mit p-Leitung und einer diffundierten Emitterzone 52 mit η-Leitung. Der Widerstand/?, wird von einer diffundierten Zone 53 mit p-Leitung gebildet und wird gleichzeitig mit der Basiszone 51 des Transistors hergestellt. Eine Oxidschicht 54 wird auf der Oberfläche des Trägermaterials entsprechend der aufeinanderfolgenden Diffusionsschritte stufenförmig ausgebildet. Darauf werden Öffnungen in der Oxidschicht 54 an denjenigen Stellen angebracht, an denen die Leitungsverbindungen der ersten Ebene einen ohmschen Kontakt bilden sollen.

Im nächsten Schritt wird nach Fig. 5 eine dünne Schicht 55 α aus Molybdän, welches einer der besseren elektrischen Leiter ist, mit einer Dicke von etwa 1200 A auf der Oberfläche der Oxidschicht 54 angebracht, und durch die Öffnungen in der Oxidschicht wird ein ohmscher Kontakt mit dem Halbleitermaterial hergestellt. Für das Aufbringen der Molybdänschicht 55 α können verschiedene Verfahren angewendet werden, wie z. B. das Zerstäuben, das Verdampfen oder das Sublimieren. Unter Verwendung der herkömmlichen photographischen Maskier- und Ätztechnik werden ausgewählte Bereiche der Molybdänschicht 55 a entfernt, wodurch das Leitungsmuster der ersten Ebene geschaffen wird. Die Leitung

71 ist direkt mit der Basis des Transistors 36 und dem einen Ende des Widerstands ^₁ und die Leitung

72 ist direkt mit dem Emitter des Transistors 36 verbunden. Dagegen ist die Leitung 73 nach Fig. 5 mit dem Kollektor des Transistors 36 und mit der Klemme V für die Stromversorgung verbunden.

Nach Fig. 6 werden nun auf der Molybdänschicht 55 a, die in ohmschem Kontakt mit dem Halbleiterkörper 10 steht und die Isolationsschicht 54 überzieht, eine dünne Goldschicht 55 b bis zu einer Dicke von 7500 A und darüber eine weitere Molybdänschicht 55 c bis zu einer Dicke von 1000 A angebracht.

Anschließend wird eine Isolationsschicht 56 mit Hilfe eines geeigneten Verfahrens, wie z. B. durch Aufdampfen, Aufsprühen oder Kathodenstrahlzerstäubung, auf der Molybdänschicht 55 c angebracht.

Auf die Isolationsschicht 56 wird nun eine Molybdänschicht 57' mit einer Dicke von etwa 1200A aufgetragen, auf der z. B. durch Verdampfen eine Goldschicht 58 mit einer Dicke von ungefähr 7500 A angebracht wjrd. Die Metallschichten 57 und 58 werden sodann .teilweise geätzt, um das Leitungsmuster 29 des zweiten Leitungssystems zu schaffen. Die Kontaktverbindung der beiden Molybdänschichten 57 und 55 erfolgt über die Klemme V. Die Deckschicht 58 aus Gold besitzt eine extrem gute Leitfähigkeit und haftet sehr gut an der Molybdänschicht 57. Anschlußdrähte, die beispielsweise aus Gold bestehen, können sodann thermokompressiv mit der Goldschicht 58 verbunden werden. Wenn Leitungssysteme in drei, vier oder mehr Ebenen gewünscht werden, kann jede der Ebenen, außer der letzten, mit einer reinen Molybdänschicht hergestellt werden. Nur für die oberste Ebene besteht die Schicht aus einer Molybdän-Goldkombination, wobei der Goldüberzug das Anbringen der Anschlußdrähte erleichtert.

Es kann sein, daß vor dem Aufbringen der Motybdänschicht 57 eine sorgfältige Reinigung sowohl der Oberfläche der Isolierschicht 56 als auch der frei liegenden Oberfläche der Molybdänschicht 55 c erwünscht wird. Hierfür kann z. B. eine Sprühreinigung Verwendung finden. Diese Reinigung verringert oder beseitigt irgendwelche Oberflächenoxide, welche sich auf den freiliegenden Oberflächen des Molybdänfilms 55 c gebildet haben, und gewährleistet einerseits eine gute ohmsche Kontaktverbindung zwischen den Molybdänschichten 55 c und 57 und andererseits eine gute Haftung der Molybdänschicht 57 an der Isolationsschicht 56.

Die Isolationsschicht 56 und die Molybdänschicht 55 c werden im Bereich der Verbindungsfläche V geätzt, so daß die Molybdänschicht 57 in direkter ohmscher Verbindung mit der Goldschicht 55 ft steht. Durch die Verwendung eines Ätzmittels, das im wesentlichen Molybdän angreift, jedoch Gold im wesentlichen unbeeinflußt läßt, und z. B. aus 70 Teilen phosphoriger Säure, 15 Teilen Essigsäure, 3 Teilen Salpetersäure und 5 Teilen entionisiertem Wasser besteht, kann das Freiätzen der Anschlußfläche V sehr sorgfältig überwacht werden, so daß die Goldschicht 55 b nicht durchgeätzt wird. Zusätzlich tritt ein Farbumschlag während des Ätzprozesses auf, und zwar von einer silbrigen Farbe zu einer Goldfarbe, wodurch eine visuelle Überwachung des Ätzvorgangs möglich ist. Die Molybdänschichten 55 c und 57 haften fest an der Isolationsschicht 56, wodurch die Haftung des gesamten vielschichtigen Leitungssystems zwischen den einzelnen Schichten verbessert wird.

Die Verwendung der dreifach übereinander aufgebauten Molybdän-Gold-Molybdänschicht verbessert die elektrische Leitfähigkeit des Leitungssystems der ersten Ebene. Ein weiterer Vorteil ist die Abnahme des elektrischen Kontaktwiderstands zwischen der ersten und der zweiten Ebene auf Grund des guten ohmschen Kontakts zwischen der Molybdänschicht 57 des Leitungssystems der zweiten Ebene und dem frei liegenden Oberflächenteil der Goldschicht 55 b der ersten Ebene.

Durch Oxydation der Oberflächenteile der Molybdänschicht 55c vor dem Aufbringen der Isolationsschicht 56 erhält man eine doppelte Oxid- oder Isolationsschicht zwischen verschiedenen Ebenen. Der endgültige Aufbau würde dann der Darstellung

gemäß F i g. 6 und 7 entsprechen, jedoch eine zusätzliche Molybdänoxidschicht über der oberen Molybdänschicht 55 c der Vielfachschicht aus Molybdän, Gold und Molybdän der ersten Ebene aufweisen. Der Kontaktbereich V könnte sodann durch Wegätzen der Isolationsschicht 56, der Molybdänoxidschicht und der Molybdänschicht 55 c an der freigelegten Oberfläche der Goldschicht 55 b angebracht werden, worauf sodann die nächste Ebene aus einer Molybdänschicht 57 und einer Goldschicht 58 aufgebracht werden kann.

Claims

Patentansprüche:

1. Halbleiteranordnung mit Halbleiterkörper, in dem Schaltungselemente aus sich zu einer Oberfläche des Halbleiterkörpers erstreckenden Halbleiterzonen mit wenigstens einem sich bis zu dieser Oberfläche erstreckenden PN-Übergang ge^ bildet sind, mit einer auf dieser Oberfläche des Halbleiterkörpers angebrachten Isolationsschicht mit öffnungen über den Schaltungselementen und mit einem ersten elektrischen Leitungssystem, das durch die öffnungen in der Isolationsschicht in ohmschem Kontakt mit den Schaltungselementen steht und eine auf der Isolationsschicht bzw. auf dem- Halbleiterkörper aufliegende Molybdänschicht und auf dieser eine Goldschicht aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Goldschicht (55 b) des ersten Leitungssystems eine weitere Molybdänschicht (55 c) und darauf eine weitere Isolationsschicht (56) angebracht sind und daß auf der weiteren Isolationsschicht (56) ein zweites Leitungssystem angebracht ist, das durch öffnungen in der weiteren Isolationsschicht (56) und in der weiteren Molybdänschicht (55 c) in ohmschem Kontakt mit der Goldschicht (55 b) des ersten Leitungssystems steht.

2. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die über der weiteren Molybdänschicht (55 c) angebrachte weitere Isolationsschicht (56) aus einem Siliciumoxid besteht.

3. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite, über der weiteren Isolationsschicht (56) liegende Leitungssystem aus einer Molybdänschicht (57) und aus einer darauf angebrachten Goldschicht (58) besteht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen