DE1614995C - Method for producing aluminum contacts on planar semiconductor devices - Google Patents
Method for producing aluminum contacts on planar semiconductor devicesInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Aluminiumkontakten an planaren Halbleiteranordnungen durch elektrolytisches Ätzen, bei dem die auf der einen Seite mit einer Aluminiumschicht versehene und im gewünschten Kontaktierungsmuster maskierte Halbleiteranordnung zusammen mit einem als Kathode dienenden geeigneten Metallstab in ein Elektrolysebad eingetaucht wird.The invention relates to a method for producing aluminum contacts on planar semiconductor arrangements by electrolytic etching, in which the one side with an aluminum layer provided and masked in the desired contact pattern semiconductor arrangement together is immersed in an electrolysis bath with a suitable metal rod serving as a cathode.
Die Aufbau- und Herstellungstechniken planarer Halbleiteranordnungen unter Verwendung von Diffusion und Oxidmaskierung sind wohlbekannt. Bei einem bekannten Herstellungsverfahren von planaren Halbleiteranordnungen (französische Patentschrift 1380 991) wird auf einer Seite einer Halbleiterscheibe eine Aluminiumschicht niedergeschlagen. Die für die Kontaktierung vorgesehenen Teile der Aluminiumschicht werden mit einer geeigneten Maske abgedeckt und die übrigen Teile der Aluminiumschicht in einem alkalischen Elektrolysebad weggeätzt. The engineering and manufacturing techniques of planar semiconductor devices using diffusion and oxide masking are well known. In a known manufacturing method of planar Semiconductor arrangements (French patent specification 1380 991), an aluminum layer is deposited on one side of a semiconductor wafer. the Parts of the aluminum layer intended for contact are covered with a suitable mask covered and the remaining parts of the aluminum layer etched away in an alkaline electrolysis bath.
Es ist ferner bekannt (deutsche Patentschrift 1 015 541), die bei dem Kontaktieren auftretenden Verunreinigungen der Halbleiterelemente durch Ätzen zu beseitigen, wobei das Elektrodenmaterial an seiner freien Oberfläche gegen die Einwirkung des Ätzmittels unempfindlich gemacht wird durch Behandlung mit einer stark oxydierenden Mineralsäure. Da ein solches Verfahren jedoch aufwendig ist, ist es günstiger, bei der Kontaktierung die Verwendung von Reagenzien zu vermeiden, die die Halbleiteranordnung verunreinigen oder schädliche Rückstände hinterlassen, die die elektrischen Eigenschaften während des Betriebs der Halbleiteranordnung verschlechtern. So ist es bekannt, natriumhaltige Verbindungen, wie Natriumhydroxid, als Ätzmittel zu vermeiden, da elementares Natrium unerwünschte leitende Kanäle auf Halbleiter-Oberflächen bildet, sogar unterhalb bestimmter Schutzüberzüge.It is also known (German Patent 1 015 541) that when contacting To remove contamination of the semiconductor elements by etching, the electrode material is made insensitive to the action of the etchant on its free surface by treatment with a strongly oxidizing mineral acid. Since such a process is expensive, however it is more beneficial to avoid the use of reagents in the contacting that affect the semiconductor device contaminate or leave harmful residues that affect the electrical properties during deteriorate the operation of the semiconductor device. So it is known to use sodium-containing compounds, such as sodium hydroxide, to be avoided as an etchant, as elemental sodium is undesirable conductive Forms channels on semiconductor surfaces, even beneath certain protective coatings.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren der genannten Art anzugeben, bei dem Verunreinigungen der Halbleiteranordnung während des Kontaktierens vermieden werden.The object of the invention is to provide a method of the type mentioned in which impurities the semiconductor arrangement can be avoided during contacting.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Elektrolyt eine wäßrige Lösung eines Tetraalkylammoniumhydroxids von der allgemeinen Formel R11N (OH) ist, wobei R ein Radikal aus der Reihe Methyl, Äthyl, Propyl und Butyl oder eine beliebige Kombination der vorstehenden Radikale bezeichnet. The object is achieved according to the invention in that the electrolyte is an aqueous solution of a tetraalkylammonium hydroxide of the general formula R 11 N (OH), where R denotes a radical from the series methyl, ethyl, propyl and butyl or any combination of the above radicals.
In Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, zur Steuerung des Ätzvorganges auf der Oberfläche der Halbleiteranordnung zunächst eine Titanschicht niederzuschlagen, auf die dann die Aluminiumschicht aufgebracht wird.In an embodiment of the invention it is proposed to control the etching process on the Surface of the semiconductor device first deposit a titanium layer, on which then the aluminum layer is applied.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Titanschicht eine Dicke von 200 AE und die Aluminiumschicht eine Dicke von 2000 bis 40000 AE auf. In vorteilhafter Weise besitzt die Aluminiumschicht eine Dicke von etwa 20000 bis 40000 AE, wobei mit Hilfe des über der Halbleiteranordnung und der Kathode liegenden Spannungsgefälles die Stromstärke derart eingestellt wird, daß die Dicke der Aluminiiimschicht mit der Geschwindigkeit von etwa 10000 AF. pro Minute abgetragen wird.In a preferred embodiment, the titanium layer has a thickness of 200 AU and the aluminum layer a thickness of 2000 to 40,000 AU. The aluminum layer advantageously has it a thickness of about 20,000 to 40,000 AU, with the help of the above the semiconductor device and the voltage gradient lying on the cathode, the current intensity is adjusted in such a way that the thickness of the Aluminum layer at the rate of about 10000 AF. is removed per minute.
In zweckmäßiger Weise wird ein Strom von etwa 20OmA während einer Zeitdauer von 3 bis 5 Minuten aufrechterhalten.A current of about 20OmA is expediently applied over a period of 3 to 5 minutes maintain.
Bei einer speziellen Ausführungsform der Erfindung wird ein Körper aus Silicium als Halbleitermaterial in dem Stadium behandelt, wo er eine Mehrzahl von Diffusions-Übergängen mit einer Oxidmaske auf der diffundierten Oberfläche enthält, die das Gebiet der Metall-Halbleiter-Kontakte umgrenzt. Auf dieser maskierten Oberfläche wird zuerst eine dünne Schicht aus Titan gemäß der Lehre des USA.-Patents 3106 489 niedergeschlagen. Als nächstes wird eine dickere Schicht aus Aluminium auf dem Titan aufgebracht und auf der Aluminiumfläche eine Maske gebildet, um die endgültige Gestalt der elekrischen Kontakte zu den Diffusionszonen zu umgrenzen. Die Maske wird ausgerichtet, so daß sie genau den darunterliegenden Kontaktflächen entspricht.In a special embodiment of the invention, a body made of silicon is used as the semiconductor material treated at the stage where it has a plurality of diffusion junctions with an oxide mask on the diffused surface that delimits the area of the metal-semiconductor contacts. on This masked surface is first a thin layer of titanium in accordance with the teaching of the United States patent 3106 489 dejected. Next, a thicker layer of aluminum is applied over the titanium and a mask is formed on the aluminum surface to give the final shape of the electrical To delimit contacts to the diffusion zones. The mask is aligned so that it is exactly the one underneath Corresponds to contact surfaces.
Der Körper aus Halbleitermaterial wird dann in die Lösung eines Elektrolyten getaucht und die aufgebrachten Metallschichten als Anode geschaltet. Es·. ist wichtig, daß man in diesem Stadium einen Elektrolyten verwendet, der keine schädlichen Wirkungen auf das Halbleiterelement hat, während er gleichzeitig eine wirksame Entfernung des unmaskierten Metalls von der Scheibenoberfläche bewirkt. Gemäß Erfindung gewährt ein Elektrolyt aus der Klasse der Tetraalkylammoniumhydroxide eine ausgezeichnete Ätzgeschwindigkeit bei scharf umgrenzten Kanten und ohne offenbare schädliche Effekte. Insbesondere hinterlassen diese Elektrolyte keinen schädlichen Rückstand, der schließlich die Eigenschaften des Geräts verschlechtert.The body made of semiconductor material is then immersed in the solution of an electrolyte and the applied Metal layers connected as anode. It·. It is important to have an electrolyte at this stage is used, which has no harmful effects on the semiconductor element, while at the same time effectively removes the unmasked metal from the wafer surface. According to Invention gives an electrolyte from the class of tetraalkylammonium hydroxides an excellent one Etching speed with sharply delimited edges and without obviously harmful effects. In particular These electrolytes leave no harmful residue, which ultimately affects the properties of the device worsened.
Bei dieser speziellen Ausführungsform unter Verwendung einer Aluminiumschicht über einer Titanschicht wird die dicke Aluminiumschicht durch Elektroätzung in einem Verfahren entfernt, das sich selbst begrenzt, insofern, als die Elektroätzung das darunterliegende Titan praktisch nicht angreift. Demzufolge bleibt das Titan eine wirksame Elektrode, bis alles unmaskierte Aluminium entfernt ist. Der nachfolgende Arbeitsgang der Entfernung des darunterliegenden unmaskierten Titans ist ein einfacher durchlaufender chemischer Ätzvorgang.In this particular embodiment using an aluminum layer over a titanium layer the thick aluminum layer is removed by electroetching in a process that is self limited, insofar as the electroetching practically does not attack the underlying titanium. As a result the titanium remains an effective electrode until all of the unmasked aluminum is removed. The following The operation of removing the underlying unmasked titanium is a simple one continuous chemical etching process.
Ein klareres Verständnis der Erfindung, ihrer Ziele und Merkmale ergibt sich aus der nachfolgenden, ins einzelne gehenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung, die die aufeinanderfolgenden Arbeitsgänge bei der Herstellung planarer Halbleiterkontakte gemäß vorliegender Erfindung zeigt.A clearer understanding of the invention, its objects and features emerges from the following, ins single detailed description in conjunction with the drawing showing the successive operations in the manufacture of planar semiconductor contacts according to the present invention.
In der Zeichnung wird ein Transistorelement 10 aus Silicium in pnp-Form im Querschnitt gezeigt. Es versteht sich, daß die zu beschreibenden Fabrikationsstufen allgemein an einer ganzen Scheibe Halbleitermaterial aus Silicium durchgeführt werden, die mehrere hundert solcher Transistorelemente enthält. Der einfacheren Erklärung halber wird indessen nur ein einzelnes Element, wie es nach der Trennung von der Scheibe anfällt, gezeigt. Das Element 10 wird in jenem Herstellungsstadium gezeigt, bei dem sich die die Kontaktflächen begrenzende Oxidmaske 16 an Ort und Stelle befindet und aufeinanderfolgende Metallschichten darauf niedergeschlagen sind. Im einzelnen werden Kontakte durch die Oxidschicht 16 hindurch an der diffundierten Emitterzone vom p-Typ in der Fläche 21 und in gleicher Weise an der diffundierten Basiszone vom η-Typ in der Fläche 22 angelegt, die in diesem Fall ringförmig ist. Ein Kontakt wird auch an die Kollektorzone an der oberen Fläche des Elements bei 23 angelegt. Die erste Metallschicht 17 besteht aus einem Titanfilm mit einer Dicke von etwa 200 AE. Auf dieser Schicht 17 wirdIn the drawing, a transistor element 10 made of silicon is shown in pnp form in cross section. It it goes without saying that the fabrication stages to be described generally apply to an entire slice of semiconductor material made of silicon, which contains several hundred such transistor elements. the For the sake of simplicity, however, only a single element appears, as it is after separation from the Disk accrues, shown. The element 10 is shown at that stage of manufacture at which the the oxide mask 16 delimiting the contact areas is in place and successive metal layers are down on it. In detail, contacts are made through the oxide layer 16 through to the diffused p-type emitter region in the area 21 and in the same way to the diffused base zone of the η-type applied in the surface 22, which in this case is ring-shaped. One contact is also applied to the collector region on the upper surface of the element at 23. The first layer of metal 17 consists of a titanium film about 200 AU thick. On this layer 17 is
eine zweite Metallschicht 18 aus Aluminium mit einer Dicke von 20 000 bis 40 000 AE niedergeschlagen.a second metal layer 18 of aluminum is deposited to a thickness of 20,000 to 40,000 AU.
Danach wird eine Photoätzmaske in exakter Ausrichtung mit den Kontaktflächen zu den verschiedenen Zonen des Elements hergestellt. Die Technik zur Herstellung solcher Masken unter Verwendung von Photolackschichten ist dem Fachmann wohlbekannt; ein Beispiel findet sich im USA.-Patent 3122 817.After that, a photo-etching mask is made in exact alignment made with the contact surfaces to the different zones of the element. The technology for the production of such masks using photoresist layers is well known to the person skilled in the art; an example is found in U.S. Patent 3,122,817.
Als nächster Schritt wird, wie im Feld 11 angedeutet, die Scheibe in einen Elektrolyten eingetaucht, in spezieller Form eine 2prozentige wäßrige Lösung von Tetramethylammoniumhydroxid bei 25° C. Typischerweise wird die Scheibe in der Lösung unter Verwendung von Metallpinzetten aufgehängt, die einen filektrodenanschluß bilden. Eine geeignete Kathode für das elektrolytische Verfahren ist ein kleiner Stab aus Molybdän, der etwa 25 mm von der Aluminium-Oberfläche der Scheibe angebracht ist. Nach Stromdurchlaß durch die Lösung während einiger Minuten zeigt die visuelle Beobachtung an, daß die Entfernung der Aluminiumschicht, die nicht von der Photoätzmaske bedeckt ist, vollendet ist. Eine typische Ätzgeschwindigkeit bei einem Strom von 20OmA ist etwa 10000 AE je Minute. Daher ist für einen Transistor mit einer Aluminiumschicht von etwa 40000 AE Dicke eine Ätzperiode von 4 bis 5 Minuten wirksam.As the next step, as indicated in field 11, the pane is immersed in an electrolyte, in a special form a 2 percent aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide at 25 ° C. Typically, the disc is hung in the solution using metal tweezers, which Form an electrode connection. A suitable cathode for the electrolytic process is a small rod made of molybdenum, which is attached about 25 mm from the aluminum surface of the disc. After passing current through the solution for a few minutes, visual observation indicates that the removal of the aluminum layer not covered by the photo-etching mask is complete. A typical etching rate at a current of 20OmA is around 10,000 AU per minute. thats why for a transistor with an aluminum layer approximately 40,000 AU thick, an etching period of 4 to Effective for 5 minutes.
Im speziellen liefert dieser Elektroätzvorgang relativ scharf begrenzte Kanten ohne Unterschneidüngen der Photoätzmaske. Solche Unterschneidungen sind aus naheliegenden Gründen unerwünscht, denn die Metall kontaktelektroden sollen die Vorsprünge der pn-Übergänge gemäß der Lehre des französischen Patents 1417 621 überlappen. Das Verfahren ist für alle praktischen' Dicken der Aluminiumschicht brauchbar, insbesondere für Schichtdicken von 2000 bis etwa 40000 AE. Außerdem ist, wie oben angegeben, der hier mitgeteilte Elektrolyt frei von schädlichem Natrium, obwohl er von gleicher Wirksamkeit wie das zuvor für diese Behandlung verwendete Natriumhydroxid ist. Dies elektrolytische Verfahren erscheint auch im Vergleich zu Säureätzungen vorteilhaft, die im allgemeinen längere Zeitabschnitte erfordern, wobei die Ätzmasken unscharf werden.In particular, this electro-etching process provides relatively sharply defined edges without undercuts the photo-etching mask. Such undercuts are undesirable for obvious reasons, because the metal contact electrodes should be the projections of the pn junctions according to the teaching of the French patent 1,417,621 overlap. The procedure is for all practical 'thicknesses of the aluminum layer useful, especially for layer thicknesses from 2000 to about 40,000 AU. In addition, As stated above, the electrolyte disclosed here is free from harmful sodium, although it is of the same Effectiveness is like the sodium hydroxide previously used for this treatment. This is electrolytic The process also appears to be advantageous compared to acid etches, which are generally longer periods of time require, whereby the etching masks are blurred.
Das Halbleiterbauelement 12 wird nach Vollendung des elektrolytischen Ätzvorgangs gezeigt, wobei die Aluminiumschicht auf die Abschnitte begrenzt ist, die von der Photolackschicht 19 maskiert sind. Der nächste, durch Feld 13 angedeutete Arbeitsvorgang ist eine chemische Ätzung, wobei die Scheibe in eine Lösung aus verdünnter Schwefelsäure und Fluorwasserstoffsäure eingetaucht wird. Diese Behandlung entfernt in wirksamer Weise die unmaskierte darunterliegende dünne Titanschicht und hinterläßt scharf begrenzte Kontakte, wie Halbleiterelement 14 zeigt. Die weitere Herstellung der Halbleiteranordnung umfaßt die Entfernung der Photolackmaske, die Teilung der Scheibe in Einzelelemente, geeignete Montage, Anbringen äußerer Zuleitungen und Verkapselung der einzelnen Transistorelemente.The semiconductor device 12 is shown after completion of the electrolytic etching process, wherein the aluminum layer is limited to the portions which are masked by the photoresist layer 19. The next operation indicated by field 13 is chemical etching, with the wafer in a solution of dilute sulfuric acid and hydrofluoric acid is immersed. This treatment effectively removes and leaves the unmasked underlying thin titanium layer sharply delimited contacts, as semiconductor element 14 shows. The further manufacture of the semiconductor device includes the removal of the photoresist mask, the division of the pane into individual elements, suitable Assembly, attachment of external leads and encapsulation of the individual transistor elements.
Damit ist ein vorteilhaftes elektrolytisches Ätzverfahren zur bequemen Herstellung von Aluminiumkontakten auf Silicium-Halbleiteranordnungen dargelegt worden.This is an advantageous electrolytic etching process for the convenient production of aluminum contacts on silicon semiconductor devices.
Obwohl die Verwendung von Tetramethylammoniumhydroxid eine bevorzugte Ausführungsform darstellt, kann doch die Erfindung mit irgendeiner Verbindung aus der Klasse der Tetraalkylammoniumhydroxide ausgeübt werden, die durch die allgemeine Formel R4N+(OH)" wiedergegeben werden, worin R eines der Radikale aus der Reihe Äthyl, Methyl, Propyl, Butyl und deren Kombinationen darstellt. Die Lösung des Hydroxids soll das Charakteristikum einer starken Base haben, um das Ausfallen gelösten Aluminiums zu vermeiden, eine gute elektrische Leitfähigkeit und keine schädlichen Rückstände hinterlassen.Although the use of tetramethylammonium hydroxide is a preferred embodiment, the invention can be practiced with any compound from the class of the tetraalkylammonium hydroxides represented by the general formula R 4 N + (OH) ", where R is one of the radicals from the series ethyl , Methyl, propyl, butyl and combinations thereof. The solution of the hydroxide should have the characteristics of a strong base in order to avoid the precipitation of dissolved aluminum, good electrical conductivity and no harmful residues.
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