DE1924845C3

DE1924845C3 - Semiconductor arrangement with metallic contacts and / or metallic connecting layers

Info

Publication number: DE1924845C3
Application number: DE19691924845
Authority: DE
Inventors: James Alan Dallas Cunningham; Clyde Rhea Plano Fuller
Original assignee: Texas Instruments Inc
Current assignee: Texas Instruments Inc
Priority date: 1968-05-17
Filing date: 1969-05-16
Publication date: 1978-11-16
Also published as: DE1924845A1; NL163065B; GB1265896A; NL6907540A; DE1923253A1; GB1263381A; FR2011844B1; FR2008771B1; FR2008771A1; NL6907539A; NL163065C; FR2011844A1; DE1924845B2

Description

3030th

Die Erfindung betrifft eine Halbleiteranordnung mit metallischen Kontakten und/oder metallischen Verbindungsschichten auf der Halbleiteroberfläche und/oder auf einer Isolierschicht über der Halbleiteroberfläche; insbesondere eine nicht hermetisch gekapselte integrierte Halbleiteranordnung.The invention relates to a semiconductor arrangement with metallic contacts and / or metallic connecting layers on the semiconductor surface and / or on an insulating layer over the semiconductor surface; in particular a non-hermetically encapsulated integrated semiconductor device.

Beim Einkapseln von Halbleiteranordnungen mit Kunststoffen ergeben sich wegen der Gasdurchlässigkeit derselben häufig Korrosionserscheinungen an den metallischen Kontakten und Verbindungsschichten, die ^o zu einem Ausfall der Halbleiteranordnung führen können, insbesondere wenn es sich dabei um eine integrierte Halbleiterschaltung mit zahlreichen Kontakten und Verbindungsschichten handelt. Dabei ist das Ausmaß der Korrosionserscheinungen, insbesondere *5 auch von den verwendeten Metallsystemen abhängig, die beispielsweise Gold und Aluminium oder auch Molybdän und Gold umfassen können, wobei das System Wolfram-Gold verhältnismäßig korrosionsbeständig, jedoch ebenfalls noch verbesserungsbedürftig so ist.When encapsulating semiconductor arrangements with plastics, the result is gas permeability same often signs of corrosion on the metallic contacts and connecting layers, which ^ o can lead to failure of the semiconductor device, especially if it is a integrated semiconductor circuit with numerous contacts and connection layers. Here is that Extent of the signs of corrosion, in particular * 5 also dependent on the metal systems used, which can include gold and aluminum or molybdenum and gold, for example The tungsten-gold system is relatively corrosion-resistant, but still in need of improvement is.

Ausführliche Angaben zu den Problemen einer nicht hermetischen Kapselung finden sich beispielsweise in der OE-PS 2 59 014, aus der eine Halbleiteranordnung mit einem Halbleiterkörper bestimmten Leitungstyps bekannt ist, der eine ebene Hauptfläche und eine an einen Teil dieser Hauptfläche angrenzende Zone entgegengesetzten Leitungstyps aufweist, wobei diese Zone einen pn-übergang bildet, dessen Rand an der Hauptfläche liegt und wobsi an der Hauptfläche eine ω Schicht aus Halbleiteroxid ausgebildet ist, welche den Rand des pn-Überganges überdeckt und eine Öffnung aufweist, die einen Teil der Oberfläche der Zone entgegengesetzten Leitungstyps freilegt und die weiterhin so ausgebildet ist, daß in Berührung mit dieser fc^r> freigelegten Oberfläche der Zone enigegengesetzten Leitungstyps innerhalb der öffnung der Schicht aus Halbleiteroxid und unter Überdeckung der angrenzenden, den Rand des pn-Überganges überdeckenden Teile derselben eine Schicht aus einem aktiven Metall, beispielsweise Titan, Tantal, Zirkon, Niob, Chrom, Vanadium oder Hafnium, angeordnet ist und daß sich über dieser Schicht aus aktivem Metall ein oder mehrere Schichten aus Kontaktmetall, beispielsweise Platin, Silber, Nickel, Palladium, Rhodium oder Gold befinden, wobei davon ausgegangen wird, daß die Grenzfläche zwischen einer Schicht eines aktiven Metalls wie z. B. Titan oder Tantal und eines dielektrischen Oxids wie z. B. Siliziumdioxid eine praktisch unüberwindbare Barriere für ein Hindurchdringen von schädlichen Gasen aus der Umgebung der Halbleiteranordnung bildet Die zitierte Patentschrift befaßt sich also mit dem Problem, bei nicht hermetisch gekapselten Halbleiteranordnungen zur Oberfläche des Substrats reichende pn-Übergänge gegen das störende Eindiffundieren von Verunreinigungen aus der Atmosphäre zu schützen.Detailed information on the problems of non-hermetic encapsulation can be found, for example, in OE-PS 2 59 014, from which a semiconductor arrangement with a semiconductor body of a certain conductivity type is known, which has a flat main surface and a zone of opposite conductivity type adjoining part of this main surface, This zone forms a pn junction, the edge of which lies on the main surface and an ω layer of semiconductor oxide is formed on the main surface, which covers the edge of the pn junction and has an opening that has part of the surface of the zone of the opposite conductivity type exposes and which is further adapted so that in contact with this fc ^r> exposed surface of the zone enigegengesetzten conductivity type within the opening of the layer of semiconductor oxide and overlapping the adjacent the edge of the pn junction overlapping portions thereof a layer of an active metal , for example Ti Tan, tantalum, zirconium, niobium, chromium, vanadium or hafnium is arranged and that one or more layers of contact metal, for example platinum, silver, nickel, palladium, rhodium or gold are located above this layer of active metal, which is assumed that the interface between a layer of an active metal such as. B. titanium or tantalum and a dielectric oxide such. B. silicon dioxide forms a practically insurmountable barrier for the penetration of harmful gases from the environment of the semiconductor device Protect atmosphere.

Der vorliegender, Erfindung liegt dagegen die Aufgabe zugrunde, Korrosionserscheinungen an den metallischen Kontakten und/oder metallischen Verbindungsschichten bei nicht vollständig hermetisch gekapselten Halbleiteranordnungen zu vermeiden.The present invention, however, is based on the problem of corrosion phenomena on the metallic contacts and / or metallic connecting layers in the case of not completely hermetically encapsulated To avoid semiconductor arrangements.

Diese Aufgabe wird bei einer Halbleiteranordnung der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, daß die Kontakte bzw. Verbindungsschichten aus einer Mischung aus Molybdän oder Wolfram und einem Modifikator-Metall oder -Metalloid bestehen, das eine größere Korrosionsbeständigkeit als das Molybdän bzw. Wolfram aufweist, das in der Lage ist, passivierende Oxidschichten zu bilden und dessen Oxid stabiler als die Oxide des Molybdäns bzw. Wolframs sind.This object is achieved in a semiconductor device of the type described in that the Contacts or connecting layers made from a mixture of molybdenum or tungsten and one Modifier metal or metalloid are made, which have a greater resistance to corrosion than molybdenum or tungsten, which is able to form passivating oxide layers and its oxide is more stable than the oxides of molybdenum and tungsten, respectively.

Diese Ausgestaltung einer Halbleiteranordnung erweist sich besonders dort als vorteilhaft, wo die Halbleiteranordnung in einer Atmosphäre mit hoher Luftfeuchtigkeit arbeitet, denn es treten dann auch bei nicht hermetisch dichter Einkapselung keine Korrosionserscheinungen auf. Außerdem haftet die angegebene Materialkombination auch gut an Silizium und Siliziumoxid. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß ein derartiges, eine Sperrschicht bildendes Metall für die verbesserten elektrischen Kontakte und elektrischen Verbindungsschichten mit Gold keine intermetallischen Verbindungen eingeht.This embodiment of a semiconductor arrangement proves to be particularly advantageous where the Semiconductor arrangement works in an atmosphere with high humidity, because then it will also occur not hermetically sealed encapsulation does not show any signs of corrosion. In addition, the specified Material combination also good on silicon and silicon oxide. Another advantage is that such a barrier-forming metal for the improved electrical contacts and electrical Connection layers with gold do not enter into any intermetallic compounds.

Die Erfindung wird nachstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit einer Zeichnung noch näher erläutert. Es zeigtThe invention is explained below using preferred exemplary embodiments in conjunction with a drawing explained in more detail. It shows

Fig. 1 eine Draufsicht auf ein Halbleiterplättchen, in dem ein Planartransistor gebildet wurde und das eine Isolierschicht auf seiner Oberfläche aufweist, die öffnungen zum Anbringen von Kontakten hat,Fig. 1 is a plan view of a semiconductor die in which a planar transistor has been formed and which has an insulating layer on its surface, the has openings for attaching contacts,

F i g. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 in F i g. 1,F i g. 2 shows a section along line 2-2 in FIG. 1,

Fig.3 einen schematischen Schnitt durch eine Einrichtung zum Hochfrequenz-Aufstäuben, wie sie zum Anbringen der Kontakte am Halbleiterplättchen Verwendung finden kann,3 shows a schematic section through a device for high-frequency sputtering, as used for Attaching the contacts to the semiconductor die can be used,

F i g. 4 eine Draufsicht auf das Halbleiterplättchen der F i g. 1 nach dem Anbringen von Kontakten und Anschlußstellen,F i g. 4 is a top plan view of the semiconductor die of FIG. 1 after attaching contacts and Connection points,

F i g. 5a und 5b einen Schnitt und eine Draufsicht des in Fig.4 gezeigten Halbleiterplättchens nach dem Anbringen der Zuleitungen und dem Einbetten in Kunststoff, wobei die Schnittrichtung der F i g. 5a durch die Linie 5a-5a in Fig. 5b angedeutet ist; der obere Toil der Kunststoffkapsel wurde jedoch in Fig. 5b abgeschnitten, um die Anordnung deutlicher darstellen zu können,F i g. 5a and 5b show a section and a plan view of the semiconductor chip shown in FIG Attaching the supply lines and embedding them in plastic, the cutting direction of FIG. 5a through the line 5a-5a is indicated in Figure 5b; the upper toil however, the plastic capsule was cut off in Fig. 5b, in order to be able to show the arrangement more clearly,

F i g. 6 einen Schnitt durch eine integrierte SchaltungF i g. 6 shows a section through an integrated circuit

mit lediglich in einer einzigen Ebene liegenden Verbindungen,with connections only in a single plane,

Fig.7 eine Draufsicht, die die Anordnung von Schaltungselementen in einer der Funktionseinheiten eines Halbleiterplättchens zeigt, das in Fig.8 dargestellt ist und Zwischenverbindungen in mehreren Ebenen benötigt,Fig. 7 is a plan view showing the arrangement of Shows circuit elements in one of the functional units of a semiconductor die shown in Fig.8 is and interconnections are required on several levels,

F i g. 8 eine Draufsicht auf dieses Halbleiterplättchen, das mehrere Funktionseinheiten enthält,F i g. 8 is a plan view of this semiconductor die; which contains several functional units,

F i g. 9 ein Schaltschema einer der Funktionseinheiten der F i g. 7 undF i g. 9 is a circuit diagram of one of the functional units of FIG. 7 and

Fig. 10 bk *2 mehrere Schnitte zur Erläuterung der Herstellung der in Fig.8 gezeigten integrierten Schaltung entsprechend der Linie 10-10 F i g. 8.Fig. 10 bk * 2 several sections to explain the Production of the integrated circuit shown in FIG. 8 according to the line 10-10 F i g. 8th.

Die Erfindung sieht Kontakte und Zwischenverbindüngen für Halbleiteranordnungen vor, die korrosionsbeständig sind und entweder an nicht eingekapselten oder nicht hermetisch eingekapselten Halbleiteranordnungen mit Vorteil verwendet werden können. Es wird eine homogene Mischung vorgegebener Mengen von Molybdän oder Wolfram und einem Modifikator-Metall verwendet, weiches eine größere Korrosionsbeständigkeit als Molybdän bzw. Wolfram hat, um die Korrosionsbeständigkeit des letzteren zu erhöhen. Die Vorteile, die durch die Verwendung von Molybdän erzielt werden können, sind in der US-Patentschrift 33 41 753 beschrieben. Erwähnenswert ist, daß Molybdän und Wolfram außerordentlich gut an Silizium und Siliziumoxid haftet, daß sie keine intermetallischen Verbindungen mit Gold bilden und eine Sperrschicht zwischen Gold und dem Halbleitermaterial darstellen, was dann wichtig ist, wenn man Gold als übergeschichtetes Metall verwendet, wo es sowohl eine Schutzschicht als auch einen Leiter mit niederem spezifischen Widerstand darstellt.The invention contemplates contacts and interconnections for semiconductor devices that are corrosion-resistant and either non-encapsulated or non-hermetically encapsulated semiconductor devices can be used to advantage. It will a homogeneous mixture of predetermined amounts of molybdenum or tungsten and a modifier metal used, soft a greater corrosion resistance than molybdenum or tungsten to increase the corrosion resistance of the latter. the Advantages that can be obtained by using molybdenum are disclosed in U.S. Patent 33 41 753. It is worth mentioning that molybdenum and tungsten adheres extremely well to silicon and silicon oxide that they are not intermetallic Form connections with gold and form a barrier layer between gold and the semiconductor material, which is important when using gold as a clad metal where there is both a protective layer as well as a conductor with low resistivity.

Eine der Forderungen, die an ein Modofikator-Metall gestellt werden müssen, besteht darin, daß es korrosionsbeständiger als Molybdän bzw. Wolfram sein muß, mit dem zusammen es eingesetzt werden soll. Das bedeutet, daß das Modifikator-Metall nur geringfügig in wäßrigen Säuren — ausgenommene Flußsäure — löslich sein darf; ferner müssen die Oxide des Modifikators stabiler als die Oxide des Molybdäns bzw. Wolfram sein, und sie dürfen auch in den verschiedensten Säuren nur geringfügig löslich sein. Das Modifikator-Metall muß ferner in der Lage sein, passivierende Oxidschichten zu bilden, und zwar bei den verschiedensten Oxydationspotentialen; schließlich muß der Modifikator in hohem Maße korrosionsbeständig sein. Er sollte aber auch einen verhältnismäßig hohen Schmelzpunkt und eine niedrige Selbstdiffusion haben.One of the requirements that must be made of a modifier metal is that it is more resistant to corrosion must be than molybdenum or tungsten with which it is to be used. That means that the modifier metal is only slightly in aqueous acids - with the exception of hydrofluoric acid - may be soluble; furthermore, the oxides of the modifier must be more stable than the oxides of molybdenum or Be tungsten, and they may only be slightly soluble in a wide variety of acids. The modifier metal must also be able to form passivating oxide layers in a wide variety of ways Oxidation potentials; finally, the modifier must be highly resistant to corrosion. He but should also have a relatively high melting point and low self-diffusion.

Jedoch ist keines der Modifikator-Metalle, das die vorstehend geschilderten Forderungen erfüllt, mit Gold metallurgisch ausreichend stabil, um es als Sperrschicht bei einem Metall-Gold-Kontakt einzusetzen.However, none of the modifier metals that meet the above requirements is gold metallurgically stable enough to be used as a barrier layer in a metal-gold contact.

Das ideale Modifikator-Metall ist unlöslich in Molybdän bzw. Wolfram und bildet mit diesem keine Verbindungen. Jedoch ist jedes Metall, das die vorstehend geschilderten Forderungen erfüllt, entweder löslich in Molybdän bzw. Wolfram oder bildet mit diesem eine Verbindung. Die Forderung, daß das Modifikator-Metall keine Verbindungen mit Molybdän bzw. Wolfram bilden darf und sich in diesem nicht lösen sollte, wird im Hinblick auf die Ätzfähigkeit der Mischung aus Molybdän bzw. Wolfram und dem Modifikator-Metall aufgestellt, denn die Ätzfähigkeit ändert sich mit dem Prozentsatz eines zugesetzten Elementes in einer Mischung. Das Ätzen wird immer schwieriger, je größer die prozentuale Löslichkeit ist, und Mischungen, die Verbindungen bilden, sind am schwierigsten zu ätzen, wenn das gewünschte Schaltungsmuster gebildet werden soll. Beispiele von Modifikator-Metallen, die alle gewünschten Eigenschaften mit der Ausnahme haben, daß sie keine Verbindung bilden mit oder löslich sind in Molybdän bzw. Wolfram, sind die folgenden Elemente: Titan, Tantal, Chrom, Zirkon, Hafnium und Silizium.The ideal modifier metal is insoluble in molybdenum or tungsten and does not form any with it Links. However, any metal that meets the above requirements is either soluble in molybdenum or tungsten or forms a compound with it. The requirement that that Modifier metal must not form compounds with molybdenum or tungsten and must not dissolve in them should, with regard to the etchability of the mixture of molybdenum or tungsten and the Modifier metal set up, because the etchability changes with the percentage of an added Element in a mixture. Etching becomes more and more difficult, the greater the percent solubility, and compounds that form interconnections are the most difficult to etch when the desired circuit pattern is achieved should be formed. Examples of modifier metals that have all of the desired properties with the exception that they do not form a compound with or are soluble in molybdenum or tungsten, are the following elements: titanium, tantalum, chromium, zirconium, hafnium and silicon.

ίο Als Modifikator-Metall bevorzugt wird Titan, das in jedem Verhältnis in Molybdän löslich ist, mit diesem und mit Wolfram jedoch keine Verbindungen bildet; in Titan ist außerdem Wolfram unterhalb von 700° C praktisch unlöslich. Titan seinerseits ist in Wolfram bei 600° C nur bis zu ungefähr 4 Gew.-°/o löslich. Die gegenseitige Diffusion in Wolfram-Titan-Mischungen, in denen der Titananteil 4% übersteigt, wird durch die Konzentration begrenzt und ist deshalb ziemlich niedrig. Die übrigen vorstehend erwähnten Metalle eignen sich zwar auch als Modifikator-Metalle, jedoch werden sie in ihrer Reihenfolge aus den folgenden Gründen weniger bevorzugt: Tantal und Chrom bilden keine Verbindungen mit Molybdän bzw. Wolfram, jedoch sind sie in Molybdän bzw. Wolfram in jedem Verhältnis löslich.ίο The preferred modifier metal is titanium, which is found in is soluble in molybdenum in any proportion, but does not form compounds with it or with tungsten; in titanium In addition, tungsten is practically insoluble below 700 ° C. Titanium, for its part, is in tungsten at 600 ° C only soluble up to about 4% by weight. The mutual diffusion in tungsten-titanium mixtures in which the Titanium content exceeds 4%, is limited by the concentration and is therefore quite low. The remaining Metals mentioned above are also useful as modifier metals, but in their Order less preferred for the following reasons: Tantalum and chromium do not form compounds with molybdenum or tungsten, but they are soluble in molybdenum or tungsten in any ratio.

Die höheren Oxide des Chroms sind wasserlöslich und infolgedessen nicht so korrosionsbeständig, wenn man eine hohe positive Vorspannung anlegt. Zirkon bildet Verbindungen mit Molybdän bzw. Wolfram, ebenso wie dies bei Hafnium und Silizium der Fall ist.The higher oxides of chromium are water-soluble and consequently not as resistant to corrosion when one applies a high positive bias. Zircon forms compounds with molybdenum or tungsten, as well as this is the case with hafnium and silicon.

Eine homogen gemischte Schicht aus Molybdän bzw. Wolfram und einem Modifikator-Metall, bei dem es sich vorzugsweise um Titan handelt, läßt sich leicht durch Hochfrequenz- oder Trioden-Aufsprühen mittels Kathoden herstellen, die in der üblichen Pulvermetallurgie-Technik produziert wurden. Titankonzentrationen über ungefähr 4% in Wolfram-Titan-Mischungen führen zu Pseudo-Legierungen, in denen der 4% übersteigende Titananteil zwar nicht in Wolfram legiert bzw. gelöst ist, jedoch der erhöhte Titananteil trotzdem die gewünschte Korrosionsbeständigkeit bei Wolfram bewirkt.A homogeneously mixed layer of molybdenum or tungsten and a modifier metal, which is preferably titanium, can easily be applied by high-frequency or triode spraying using cathodes manufactured using the usual powder metallurgy technology. Titanium concentrations above about 4% in tungsten-titanium mixtures result in pseudo-alloys in which the excess of 4% Although the titanium content is not alloyed or dissolved in tungsten, the increased titanium content is still the desired one Causes corrosion resistance in tungsten.

Die untere Grenze des Anteils des Modifikator-Metalls in der Mischung mit Molybdän bzw. Wolfram wird dadurch bestimmt, daß dieser Anteil an Modifikator-Metall die Korrosionsbeständigkeit des Molybdäns bzw. Wolframs in ausreichendem Maße erhöht. Zufällige Verunreinigungen mit kleinem Mengenanteil aus den vorstehend erwähnten Modifikator-Metallen, wie sie unbeabsichtigt in das Molybdän bzw. Wolfram gelangen können, haben keinen Einfluß auf die Korrosionsbeständigkeit des Molybdäns bzw. Wolframs, aus dem beispielsweise die Kontakte gebildet werden. Es muß also schon ein merklicher Anteil an Modifikator-Metall absichtlich dem Molybdän bzw. Wolfram beigegeben werden. Praktisch liegt die untere Grenze für den Anteil des Modifikator-Metalls bei ungefähr 3 Gewichts-%. Die Passivierung oder Korrosionsbeständigkeit des Kontakts nimmt mit dem Anteil des Modifikator-Metalls in der Mischung mit Molybdän bzw. Wolfram zu. Übersteigt der Anteil des Modifikator-Metaüs jedochThe lower limit of the proportion of the modifier metal in the mixture with molybdenum or tungsten is determined by the fact that this proportion of modifier metal the corrosion resistance of the molybdenum or tungsten increases to a sufficient extent. Random Small amount impurities from the aforementioned modifier metals, such as them Inadvertently into which molybdenum or tungsten can get into, have no influence on the corrosion resistance of molybdenum or tungsten, from which the contacts are formed, for example. It must So a noticeable amount of modifier metal was intentionally added to the molybdenum or tungsten will. In practice, the lower limit for the proportion of the modifier metal is approximately 3% by weight. The passivation or corrosion resistance of the contact decreases with the proportion of the modifier metal in the mixture with molybdenum or tungsten. However, if the portion of the modifier metau is exceeded

bo ungefähr 20% — bei diesem Wert zeigt sich eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit der Kontakte — so bringt das Modifikator-Metall auch nachteilige Eigenschaften der Mischung mit sich.bo about 20% - this value shows a excellent corrosion resistance of the contacts - so the modifier metal also brings disadvantageous ones Properties of the mixture with itself.

Die obere Grenze für den Anteil des Modifikator-Me-The upper limit for the proportion of the modifier measurement

h") tails i.i der Mischung mit Molybdän bzw. Wolfram wird durch zweierlei bestimmt: Erstens durch denjenigen Anteil an Modifikator-Metall, den die Molybdän- bzw. Wolfram-Matrix aufnehmen kann, ohne daß dash ") tails i.i the mixture with molybdenum or tungsten determined by two things: Firstly, by the proportion of modifier metal that the molybdenum or Tungsten matrix can accommodate without that

Modifikator-Metall mit der Goldschicht reagiert und infolgedessen deren spezifischen Widerstand anhebt, und zweitens durch die Ätzbarkeit der Schicht, die mit der Zunahme des Anteils an Modifikator-Metall abnimmt. Ferner wird es schwierig, den metallischen Kontakt aus Molybdän bzw. Wolfram und Modifikator-Metall exakt zu definieren, wenn das Modifikator-Metall mit der angrenzenden Goldschicht reagiert. Die Mischung aus Molybdän bzw. Wolfram und Modifikator-Metall läßt sich außerordentlich schwer ätzen, wenn der Anteil des Modifikator-Metalls ungefähr 35% übersteigt, und die Mischung wird metallurgisch instabil und führt zu einer Reaktion des Modifikator-Metalls mit dem Gold, wenn der Anteil des Modifikator-Metalls über ungefähr 60% liegt. Die Verwendung von Kontakten, die mehr als ungefähr 35% bzw. 60% Modifikator- Metall enthalten, ist zwar möglich, jedoch muß sorgfältiger gearbeitet werden, und die Herstellung benötigt mehr Zeit, da es schwieriger wird, die einzelnen Kontakte und Zwischenverbindungen in der richtigen Gestalt herzustellen. Am zweckmäßigsten ist ein Gehalt von ungefähr 20% an Modifikator-Metall. Die angegebenen Prozentsätze sind Durchschnittswerte und treffen exakt nicht für jedes Modifikator-Metall zu, da sich diese in ihren Eigenschaften geringfügig voneinander unterscheiden, so daß sich die angegebenen Prozentsätze verschieben.Modifier metal reacts with the gold layer and as a result increases its specific resistance, and secondly through the etchability of the layer, which decreases with the increase in the proportion of modifier metal. Furthermore, it becomes difficult to precisely define the metallic contact of molybdenum or tungsten and modifier metal when the modifier metal reacts with the adjacent gold layer. The mixture of molybdenum or tungsten and modifier metal is extremely difficult to etch if the proportion of the modifier metal exceeds approximately 35%, and the mixture becomes metallurgically unstable and leads to a reaction of the modifier metal with the gold when the The proportion of the modifier metal is greater than about 60%. While it is possible to use contacts containing greater than about 35% or 60% modifier metal, respectively, it requires more care and time to manufacture as it becomes more difficult to correctly locate the individual contacts and interconnects To make shape. A modifier metal content of approximately 20% is most expedient. The percentages given are average values and do not exactly apply to every modifier metal, since these differ slightly in their properties, so that the percentages given are shifted.

Im folgenden wird der Einfachheit halber nur noch die Verwendung von Molybdän und Titan beschrieben, wobei an die Stelle des Molybdäns stets auch Wolfram treten kann, sofern nichts Gegenteiliges ausgeführt wird.For the sake of simplicity, only the Use of molybdenum and titanium is described, with tungsten always replacing molybdenum can occur, unless otherwise is done.

Die F i g. 1 und 2 zeigen ein Halbleiterplättchen 10, in dem ein Transistor gebildet worden ist, der eine Basis 11 und einen Emitter 12 aufweist und wobei das übrige Plättchen den Kollektor 17 bildet. Er wurde in der üblichen Planartechnik erstellt, und zwar durch aufeinanderfolgendes Eindiffundieren von Donatoren und Akzeptoren und dem dazwischen liegenden Bilden von Siliziumoxidmasken.The F i g. 1 and 2 show a semiconductor die 10 in which a transistor having a base 11 has been formed and an emitter 12 and wherein the remaining plate forms the collector 17. He was in the conventional planar technology created by successive diffusion of donors and acceptors and the intermediate formation of silicon oxide masks.

Im Planarverfahren wird eine Oxidschicht 13 auf der Oberfläche des Plättchens 10 gebildet, und zwar muß die Schichtdicke über dem Kollektor 17 dicker als über der Basis sein, so daß sich die übliche abgestufte Ausbildung ergibt. Für hohe Frequenzen sollten die aktiven Teile des Transistors äußerst schmal sein, so daß der langgestreckte Emitter 12 beispielsweise 0,05 mm breit und weniger als 0,25 mm lang ist. Die Basis 11 hat dann beispielsweise eine Fläche von ungefähr 10-²mm². Für die Basiskontakte sind zwei öffnungen 14 und 15 vorgesehen, während eine öffnung 16 für den Emitterkontakt angeordnet wurde: die letztere ist dieselbe, die auch für das Eindiffundieren des Emitters herangezogen wurde. Wegen der extremen Kleinheit der Basis- und Emitter-Kontaktflächen müssen die Kontakte selbst über die Siliziumoxidschicht ausgedehnt werden, damit Zuleitungsdrähte angebracht werden können. Das Halbleiterplättchen selbst hat beispielsweise eine Kantenlänge von 0,75 mm und ist 0,1 mm dick. In the planar process, an oxide layer 13 is formed on the surface of the lamina 10, namely the layer thickness over the collector 17 must be thicker than over the base, so that the usual stepped design results. For high frequencies, the active parts of the transistor should be extremely narrow, so that the elongated emitter 12 is, for example, 0.05 mm wide and less than 0.25 mm long. The base 11 has, for example, an area of about 10 ^-2 mm ^2. Two openings 14 and 15 are provided for the base contacts, while one opening 16 has been arranged for the emitter contact: the latter is the same one that was also used for diffusing in the emitter. Because of the extremely small size of the base and emitter contact areas, the contacts themselves must be extended beyond the silicon oxide layer so that lead wires can be attached. The semiconductor wafer itself has, for example, an edge length of 0.75 mm and is 0.1 mm thick.

Um eine Schicht aus einer Mischung aus Molybdän und einem Modifikator-Metall auf dem Plättchen 10 anzubringen — diese Schicht bildet einen Emitterkontakt 18 und einer, Basiskontakt 19 (siehe F i g. 4) —, wird das Plättchen 10, das Teil einer größeren Halbleiterscheibe ist, zusammen mit einer Anzahl anderer solcher Scheiben auf einer Trägerplatte 20 in einem üblichen HF-Sprühgerät 21 angebracht (siehe Fig.3). Der Einfachheit halber wird lediglich die Bildung der Molybdän-Titan-Kontakte beschrieben. Kontakte aus anderen Zusammenstellungen lassen sich auf dieselbe Weise herstellen. Die Trägerplatte 20 dient als Anode in dem Hochfrequenz-Sprühkreis, während als Kathode eine Zerstäuberplatte 22 vorgesehen ist, die das Metall enthält, das auf dem Halbleiterplättchen 10 niedergeschlagen werden soll. Selbstverständlich sind mehrere Zerstauberplatten vorhanden, wenn verschiedene Mctalle niedergeschlagen werden sollen. Im vorliegenden Fall besteht die Zerstäuberplatte 22 also aus der gewünschten Mischung aus Molybdän und Titan. Hergestellt kann sie in üblicher Weise durch pulvermetallurgische Verfahren werden. Die Zerstäuberplatte 22 wird von einer Halteplatte 23 getragen, die elektrisch über einen Schalter mit einem nicht gezeigten HF-Generator verbunden ist. In order to apply a layer of a mixture of molybdenum and a modifier metal to the wafer 10 - this layer forms an emitter contact 18 and a base contact 19 (see FIG. 4) - the wafer 10 is part of a larger semiconductor wafer is mounted, together with a number of other such disks, on a carrier plate 20 in a conventional HF spray device 21 (see FIG. 3). For the sake of simplicity, only the formation of the molybdenum-titanium contacts is described. Contacts from other combinations can be made in the same way. The carrier plate 20 serves as the anode in the high-frequency spray circuit, while an atomizer plate 22, which contains the metal which is to be deposited on the semiconductor wafer 10, is provided as the cathode. Of course, there are several atomizer plates available if different metals are to be knocked down. In the present case, the atomizer plate 22 thus consists of the desired mixture of molybdenum and titanium. It can be manufactured in the usual way by powder metallurgical processes. The atomizer plate 22 is carried by a holding plate 23 which is electrically connected via a switch to an HF generator (not shown).

Um das Gold niederzuschlagen, wird eine Gold-Zerstäuberplatte 24 auf einer Halteplatte 25 angebracht, die ihrerseits über einen Schalter ebenfalls mit dem HF-Generator verbunden ist. Selbstverständlich stellt die F i g. 3 nur eine schematische Zeichnung dar, so daß aus ihr die Anordnung der verschiedenen Elemente nicht ganz exakt entnommen werden kann. Um gleichförmige Metallschichten auf allen Halbleiterplättchen zu erhalten, muß jede Zerstäuberplatte mindestens so groß wie jedes zu beschichtende Halbleiterplättchen sein, und außerdem sollten die Abstände zwischen jeder Zerstäuberplatte und der Oberfläche eines jeden Halbleiterplättchens gleich sein. Infolgedessen hat jedes Sprühgerät eine Vorrichtung innerhalb seiner Kammer 26, mit deren Hilfe die ausgewählte Zerstäuberplatte für den jeweiligen Niederschlagungsvorgang justiert werden kann.In order to deposit the gold, a gold atomizer plate 24 is attached to a holding plate 25 which in turn is also connected to the HF generator via a switch. Of course it provides the F i g. 3 is only a schematic drawing, so that from it the arrangement of the various elements cannot be taken exactly. To have uniform metal layers on all semiconductor wafers To achieve this, each atomizer plate must be at least as large as each semiconductor wafer to be coated and also should the clearances between each atomizer plate and the surface of each Be the same semiconductor wafer. As a result, each sprayer has a device within its chamber 26, with the help of which the selected atomizer plate can be adjusted for the respective precipitation process can.

Es wird nun beispielsweise Argon unter einem Druck von ungefähr 6 bis 20 μbar durch einen Einlaß 27' in das Sprühgerät 21 geleitet, worauf man die Hochfrequenzenergie zwischen Trägerplatte 20 und Halteplatte 22 anlegt; als zweckmäßig hat sich eine Frequenz von ungefähr 15 MHz erwiesen, und der Vorgang des Niederschiagens sollte so lange aufrechterhalten werden, daß eine Molybdän-Titan-Schicht auf dem Halbleiterplättchen 10 entsteht, die ungefähr 250 nm dick ist. Danach wird die H F-Energie abgeschaltet und zwischen die Trägerplatte 20 und die Gold-Zerstäuberplatte 24 angelegt. Sie bleibt dann so lange eingeschaltet, bis auf der Molybdän-Titan-Schicht eine beispielsweise 1000 nm dicke Goldschicht entstanden ist. Danach wird HF-Energie abgeschaltet,der Argon-Zustrom unterbrochen und das Halbleiterplättchen 10 dem Gerät 21 entnommen. Selbstverständlich kann die Molybdän-Titan-Schicht auch in anderer Weise aufgebracht werden, beispielsweise durch Triodenzerstäubung. Gleiches gilt für die Goldschicht. Man kann aber auch zur üblichen Aufdampftechnik greifen, wenn dies günstiger erscheint For example, argon is now passed under a pressure of approximately 6 to 20 μbar through an inlet 27 'into the spray device 21, whereupon the high-frequency energy is applied between the carrier plate 20 and the holding plate 22; A frequency of approximately 15 MHz has proven to be expedient, and the process of deposition should be maintained for so long that a molybdenum-titanium layer is formed on the semiconductor wafer 10 which is approximately 250 nm thick. The HF energy is then switched off and applied between the carrier plate 20 and the gold atomizer plate 24. It then remains switched on until a gold layer, for example 1000 nm thick, has formed on the molybdenum-titanium layer. HF energy is then switched off, the flow of argon is interrupted and the semiconductor wafer 10 is removed from the device 21. Of course, the molybdenum-titanium layer can also be applied in another way, for example by triode sputtering. The same applies to the gold layer. But you can also use the usual vapor deposition technique if this seems more favorable

Anschließend werden die überschüssigen Teile derThen the excess parts of the Gold- und Molybdän-Titan-Schichten entfernt, indemGold and molybdenum-titanium layers removed by

man die Halbleiterscheiben selektiv ätzt, insbesonderethe semiconductor wafers are selectively etched, in particular unter Verwendung von Fotolackmasken. Hierfür eignetusing photoresist masks. Suitable for this

Wi sich besonders ein Fotolackmaterial, das in bestimmter Weise mit ultraviolettem Licht durch eine Maske hindurch an den Stellen belichtet wird, wo das Gold und die Molybdän-Titan-Schicht verbleiben sollen. Die nicht belichteten Teile der Fotolackschicht werden dann A photoresist material is particularly suitable, which is exposed in a certain way to ultraviolet light through a mask at the points where the gold and the molybdenum-titanium layer are to remain. The unexposed parts of the photoresist layer are then

bs durch eine Entwicklerflüssigkeit entfernt Die Fotolackmaske liegt dann nur noch über denjenigen Teilen der Gold- und Molybdän-Titan-Schicht, die die Emitter- und Basis-Kontakte sowie die ausgedehnten Leitungen bs removed by a developer liquid. The photoresist mask then only lies over those parts of the gold and molybdenum-titanium layer that contain the emitter and base contacts as well as the extended lines

bilden sollen, wie sie die F i g. 4 erkennen läßt.should form as they are the F i g. 4 shows.

Anschließend wird das Halbleiterplättchen geätzt, um die nicht von der Maske abgedeckten Teile der Goldschicht 27 zu entfernen. Ein geeignetes Ätzmittel für Gold ist eine alkoholische Lösung aus |od und Xaliumjodid. Die nun freigelegten Teile der Molybdän-Titan-Schichl 28 werden nun ebenfalls abgeätzt, beispielsweise mittels einer basischen Lösung aus Kaliumferricyanid, so daß die Kontakte 18 und 19 entstehen, die aus den fest aneinander haftenden Schichten 27 und 28 bestehen; die Molybdän-Titan-Schicht 28 haftet ferner außerordentlich gut an der Siliziumoxidschicht 13 und der Oberfläche des HaIbleiterplättchens 10. Das letztere ist nun so weit fertig, daß es montiert und verpackt werden kann. Ein Beispiel einer nicht hermetisch dicht abschließenden Verkapselung ist eine Kunststoffumhüllung S, wie sie die F i g. 5a und 5b zeigen. Nachdem das Halbleiterplättchen 10 an einer Kollektorzuleitung 9 angebracht worden ist, wird ein Golddraht 6 sowohl mit dem Basiskontakt 19 als auch mit einer Basiszuleitung 8 verbunden, beispielsweise mit Hilfe des sogenannten »Ball-Bonding«, und ein weiterer Golddraht 7 verbindet zwischen dem Emitterkontakt 18 und einer Emitterzuleitung 10. Dann wird die Kunststoffumhüllung 5 über dem Halbleiterplättchen 10 gebildet.The semiconductor wafer is then etched in order to remove the parts of the gold layer 27 that are not covered by the mask. A suitable etchant for gold is an alcoholic solution of | od and xalium iodide. The now exposed parts of the molybdenum-titanium layer 28 are also etched away, for example by means of a basic solution of potassium ferricyanide, so that the contacts 18 and 19 are formed, which consist of the layers 27 and 28 that are firmly adhering to one another; the molybdenum-titanium layer 28 also adheres extremely well to the silicon oxide layer 13 and the surface of the semiconductor plate 10. The latter is now finished to the point that it can be assembled and packaged. An example of a non-hermetically sealed encapsulation is a plastic casing S, as shown in FIG. Figures 5a and 5b show. After the semiconductor die 10 has been attached to a collector lead 9, a gold wire 6 is connected both to the base contact 19 and to a base lead 8, for example with the help of so-called ball bonding, and another gold wire 7 connects between the emitter contact 18 and an emitter lead 10. The plastic casing 5 is then formed over the semiconductor die 10.

Um einen guten ohmschen Kontakt geringen Widerstands zwischen dem Silizium und der Molybdän-Titan-Schicht zu schaffen, ist es erforderlich, daß der Oberflächenbereich des Siliziums, in dem der Kontakt gebildet werden soll, eine hohe Störstellendichte aufweist und entweder N oder P-Ieitend ist; dies gilt, wie bekannt, bei allen Kontakten aus schwer schmelzbaren Metallen. Dient als Dotierungsmaterial entweder Bor oder Phosphor, so sollte die Oberflächenkonzentration größer als 2 χ ΙΟ¹⁹ Atome/cm³ sein, insbesondere größer als 10²¹ Atome/cm³. Es können natürlich auch elektrische Kontakte zu Siliziumoberflächen mit einer geringeren Störstellendichte erzeugt werden, jedoch nimmt der Obergangswiderstand am Kontakt mit der Abnahme der Konzentration der Verunreinigungen zu.In order to create a good ohmic contact of low resistance between the silicon and the molybdenum-titanium layer, it is necessary that the surface area of the silicon in which the contact is to be formed has a high density of impurities and is either N or P conductive ; As is known, this applies to all contacts made from difficult-to-melt metals. If either boron or phosphorus is used as the doping material, the surface concentration should be greater than 2 ¹⁹ atoms / cm ³ , in particular greater than 10 ²¹ atoms / cm ³ . Of course, electrical contacts to silicon surfaces with a lower density of impurities can also be produced, but the contact resistance at the contact increases as the concentration of the impurities decreases.

Bei typischen Transistoren weist der N-leitende Emitter üblicherweise eine sehr hohe Störstellenkonzentration auf, insbesondere im Bereich seiner Oberfläche, da die Emitterzone durch eine zweite Diffusion geschaffen worden ist. Die Basiszone hat üblicherweise eine geringere Störstellendichte, jedoch weist sie mindestens an der Oberfläche ebenfalls einen hohen Dotierungsgrad auf, damit ein Kontakt niederen Widerstands hergestellt werden kann. Ist dies nicht der Fall, so wird vor dem Niederschlagen des Kontaktmaterials in einem weiteren Diffusionsverfahren eine flache P-leitende Diffusionszone zusätzlich geschaffen. Das Diffundieren kann durch öffnungen ungefähr derselben Größe und ungefähr am selben Platz erfolgen wie die Öffnungen 14 und 15, die für die Herstellung der Basiskontakte gebildet worden sind, und vorzugsweise handelt es sich um dieselben öffnungen. Bei integrierten Schaltungen sind besondere Diffusionsschritte zur Erzeugung hoher Oberflächenkonzentrationen im Bereich der Kontakte noch notwendiger. Dies kommt daher, -weil der Kollektorkontakt oben am Halbleiterplättchen in einem Bereich erzeugt wird, bei dem es sich um eine epitaktische Schicht geringer Störstellendichte oder tun die erste Diffusionszone in einem dreifach diffundierten Bereich handeln kann, die üblicherweise eine verhältnismäßig geringe Störstellenkonzentration aufweist, um die beiden folgenden DiffusionsschritteIn typical transistors, the N-conducting emitter usually has a very high concentration of impurities, especially in the area of its surface, since the emitter zone is caused by a second diffusion has been created. The base zone usually has a lower density of impurities, but it has at least on the surface also a high degree of doping, so that a contact is low Resistance can be produced. If this is not the case, then before the contact material is deposited in a further diffusion process, a flat surface is created P-conductive diffusion zone also created. Diffusion can occur through openings approximately the same Size and about the same place as the openings 14 and 15, which are used for the production of the Base contacts have been formed, and preferably these are the same openings. With integrated Circuits require special diffusion steps to generate high surface concentrations in the area of the contacts. This is coming therefore, -because the collector contact is created on top of the semiconductor die in an area where it is around an epitaxial layer of low impurity density or do the first diffusion zone in a triple diffused area can act usually has a relatively low concentration of impurities to the two following diffusion steps durchführen zu können. Des weiteren wird auch die Basiszone des Transistors oder einer integrierten Schaltung üblicherweise gleichzeitig mit der Bildung durch Diffusion geschaffener Widerstände erzeugt. Dato be able to perform. Furthermore, the base zone of the transistor or an integrated Circuit usually created simultaneously with the formation of resistors created by diffusion. There der spezifische Widerstand des Materials, das diese Widerstände bildet, verhältnismäßig hoch sein sollte, muß die Störstellendichte in der Basiszone ziemlich nieder sein. Infolgedessen sollte die Konzentration an Dotierungsstoffen im Bereich des Kollektors, der Basisthe specific resistance of the material that forms these resistances should be relatively high, the impurity density in the base zone must be quite low. As a result, the focus should be on Dopants in the area of the collector, the base

to und der Widerstände dort erhöht werden, wo Kontakte angebracht werden müssen.to and the resistances are increased where contacts have to be made.

Die F i g. 6 zeigt eine integrierte Schaltung im Schnitt, die lediglich in einer Ebene Zwischenverbindungen benötigt. Sie ist in einem P-Ieitenden SiliziumplättchenThe F i g. 6 shows an integrated circuit in section with interconnections in only one plane needed. It is in a P-conductive silicon plate

ts 30 gebildet und umfaßt einen Transistor am linken Ende mit durch Diffusion erzeugtem Kollektor 31. Basis 32 und Emitter 33; es handelt sich dabei um einen NPN-Transistor. Am rechten Ende liegt ein Widerstand in einer Isolierzone 34, wobei der Widerstand selbstts 30 and includes a transistor on the left end with collector 31 generated by diffusion, base 32 and emitter 33; it is one NPN transistor. At the right end there is a resistance in an isolation zone 34, the resistance itself durch eine P-leitende Diffusionszone gebildet wird und mit 35 bezeichnet ist. Ehe der zweite Diffusionsschritt zum Einbringen N-leitender Verunreinigungen durchgeführt wird, d. h. vor der Bildung des Emitters 33, wird in eine Isolierschicht 36, die beispielsweise ausis formed by a P-conductive diffusion zone and is denoted by 35. Before the second diffusion step for introducing N-type impurities is carried out, i. H. before the formation of the emitter 33, becomes in an insulating layer 36, for example made of

Siliziumoxid bestehen kann, eine Öffnung eingebracht, und zwar an der Stelle, an der der Kollektorkontakt gebildet werden soll; infolgedessen wird gleichzeitig mit dem Emitter 33 ein Diffusionsbereich 37 mit hoher N+-Störstellendichte gebildet. Diffusionsbereiche 38,39Silicon oxide can exist, an opening made, namely at the point where the collector contact should be formed; as a result, at the same time as the emitter 33, a diffusion region 37 with high N + impurity density formed. Diffusion regions 38.39 und 42 mit hoher P+-Störstellendichte werden anschließend durch selektives Eindiffundieren von Bor erzeugt, wobei die Isolierschicht 36 als Maske Verwendung finden kann. Dann werden in der Isolierschicht in üblicher Weise mittels einer Fotolackschicht und einemand 42 with a high P + impurity density are then produced by selective diffusion of boron, wherein the insulating layer 36 can be used as a mask. Then in the insulating layer in Usually by means of a photoresist layer and a Ätzvorgang Öffnungen geschaffen, und zwar an denjenigen Stellen, an denen Kontakte zum Transistor und zu dem Widerstand hergestellt werden sollen. Schließlich wird in der beschriebenen Weise eine Molybdän-Titan-Schicht 40 aufgebracht und diese vonEtching process created openings, namely at those points where contacts to the transistor and the resistor are to be made. Finally, a molybdenum-titanium layer 40 is applied in the manner described and this from einer Goldschicht 41 überdeckt, worauf diese Schichten selektiv entfernt werden, wodurch das gewünschte Leitungs- und Kontaktmuster entsteht. Der Kollektor 31 ist mit einem Ende 38 des Widerstands durch eine Zwischenverbindung 39 verbunden, die über diea gold layer 41 covered, whereupon these layers are selectively removed, whereby the desired Line and contact patterns emerge. The collector 31 is with one end 38 of the resistor by a Interconnection 39 connected via the Isolierschicht verläuft. Diese Zwischenverbindung hat ebenso wie die übrigen Kontakte und Zwischenverbindungen der integrierten Schaltung eine Schicht 40 aus einer Mischung aus Molybdän und Titan, die an der Isolierschicht 36 und den freiliegenden OberflächenteiInsulating layer runs. This interconnection has like the other contacts and interconnections of the integrated circuit, a layer 40 is made up a mixture of molybdenum and titanium attached to the insulating layer 36 and the exposed surface parts len des Halbleiterplättchens 30 festhaftet, sowie darüber eine Goldschicht 41, die ihrerseits fest an der Schicht 40 haftetlen of the semiconductor die 30 firmly adhered, as well as above a gold layer 41, which in turn adheres firmly to the layer 40

Ein besonderes Eindiffundieren von P⁺-Verunreinigungen zur Erzeugung eines niederen Widerstands amA special diffusion of P ⁺ impurities to generate a low resistance at Kontakt kann dann unnötig werden, wenn ein äußerst dünner FHm aus Aluminium oder Platin auf die Siliziumoberfläche aufgebracht und im Falle von Platin in diese eingesintert wird, so daß Platinsilicid entsteht, ehe man die Molybdän-Titan-Schächt aufbringtContact can be unnecessary if an extremely thin aluminum or platinum FHm is on the Silicon surface is applied and, in the case of platinum, sintered into it, so that platinum silicide is formed, before the molybdenum-titanium shaft is applied

Die Fig.7 zeigt eine integrierte Schaltung, die Zwischenverbindungen in mehr als eine Ebene benötigt Ein Halbleiterscheibchen 70, das beispielsweise aus Silizium besteht, weist eine Anzahl von in ihm gebildeter fraktioneller Elemente auf. In der Abbildung sind 16The Fig.7 shows an integrated circuit that Interconnections in more than one level are required. A semiconductor wafer 70, for example from Silicon consists of a number of fractional elements formed in it. In the picture there are 16 solcher Elemente dargestellt, jedoch könnten es sehr viel mehr sein. Jedes dieser funktionalen Elemente 71 bis 86 enthält eine Anzahl von Transistoren, Widerständen, Kondensatoren u. dgL, die miteinander verbundensuch elements shown, however, could be very be much more. Each of these functional elements 71 through 86 contains a number of transistors, resistors, capacitors and the like that are connected to one another

die gewünschte Schaltung ergeben. So kann beispielsweise das funktionell Element 73 die in Fig.9 schematisch und in der Draufsicht in Fig.8 gezeigte Schaltung umfassen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich dabei um PNP-Transistoren 90 bis 93 und NPN-Transistoren 94 bis 100; außerdem sind drei Eingangsanschlüsse A, B und X sowie ein Ausgangsanschluß G vorgesehen. Diese Anschlüsse sowie ein Spannungszuführungsanschluß V entsprechen den mit den gleichen Buchstaben bezeichneten Anschlüssen in F i g. 7.result in the desired circuit. For example, the functional element 73 can comprise the circuit shown schematically in FIG. 9 and in the plan view in FIG. 8. In the illustrated embodiment, these are PNP transistors 90 to 93 and NPN transistors 94 to 100; in addition, three input connections A, B and X and one output connection G are provided. These connections as well as a voltage supply connection V correspond to the connections denoted by the same letters in FIG. 7th

Sollen die vier funktionellen Elemente 73, 76, 81 und 86 der insgesamt 16 Elemente 71 bis 86 in einer bestimmten Weise miteinander verbunden werden, damit eine besondere elektrische Schaltung entsteht, wie dies in F i g. 7 dargestellt ist, so werden die Anschlüsse B, D, /und Oder funktioneilen Elemente 73, 76, 81 und 86 untereinander mit Hilfe einer Zwischenverbindung 87 verbunden. In gleicher Weise werden die Anschlüsse V. F, L und R mittels einer Zwischenverbindung 88 und die Anschlüsse X, H, Mund Q mittels einer Zwischenverbindung 89 miteinander verbunden. Wenn man bedenkt, daß schon eine große Anzahl elektrischer Zwischenverbindungen in einer ersten Ebene bestehen, die die verschiedenen Transistoren untereinander und mit anderen Schaltungselementen und Anschlüssen verbinden, so erkennt man, daß die Zwischenverbindungen 87 bis 89 notwendigerweise einige der Zwischenverbindungen der ersten Ebene überkreuzen müssen, wie dies die F i g. 8 erkennen läßt. Aus diesem Grund und da außerdem die Zwischenverbindungen für die funktioneilen Elemente zweckmäßigerweise getrennt von denjenigen für die einzelnen Schaltungselemente erstellt werden, bildet man sie gemäß F i g. 7 in einer zweiten Ebene und legt zwischen sie und die Zwischenverbindüngen der ersten Ebene eine Isolierschicht.If the four functional elements 73, 76, 81 and 86 of the total of 16 elements 71 to 86 are to be connected to one another in a certain way, so that a special electrical circuit is created, as shown in FIG. 7, the connections B, D, / and OR-functional elements 73, 76, 81 and 86 are connected to one another with the aid of an intermediate connection 87 . In the same way, the connections V. F, L and R are connected to one another by means of an interconnection 88 and the connections X, H, and Q are connected to one another by means of an interconnection 89. If one considers that there are already a large number of electrical interconnections in a first level connecting the various transistors to one another and to other circuit elements and connections, it can be seen that the interconnections 87 to 89 must necessarily cross some of the interconnections of the first level, as shown in FIG. 8 reveals. For this reason and since the interconnections for the functional elements are expediently made separately from those for the individual circuit elements, they are formed according to FIG. 7 in a second level and places an insulating layer between it and the interconnections of the first level.

Die Transistoren und andere Schaltelemente können in oder auf den Halbleiterscheibchen 70 in bekannter Weise gebildet werden, beispielsweise in Epitaxialtechnik oder durch Eindiffundieren von Dotierungsstoffen. *o So zeigt die Fig. 10 im Schnitt einen Teil der integrierten Schaltung der F i g. 8 vor dem Aufbringen jeglicher metallischer Zwischenverbindungen. Ein NPN-Transistor 94 umfaßt einen N-leitenden Kollektor, der vom Halbleiterscheibchen selbst gebildet wird, «5 sowie eine durch Diffusion geschaffene, P-leitende Basis UO und einen N-leitenden Emitter 111. Ein Widerstand Z?i wird durch eine P-leitende und durch Diffusion geschaffene Zone 112 gebildet, die man gleichzeitig mit der Basis 110 des Transistors 94 erzeugte. Eine Isolierschicht 113, die beispielsweise aus Siliziumoxid bestehen kann, liegt auf der Oberfläche des Halbleiterscheibchens und ist abgestuft, wie dies die Zeichnung erkennen läßt, '-vas von den aufeinanderfolgenden Diffusionsschritten herrührt Dann werden Öffnungen in der Isolierschicht gebildet, um anschließend die in der ersten Ebene liegenden metallischen Zwischenverbindungen ohmisch an die Halbleiterbauelemente anschließen zu können. The transistors and other switching elements can be formed in or on the semiconductor wafers 70 in a known manner, for example using epitaxial technology or by diffusing in dopants. * o Thus, FIG. 10 g in section a part of the integrated circuit of F i. 8 before applying any metallic interconnections. An NPN transistor 94 comprises an N-conductive collector, which is formed by the semiconductor wafer itself, as well as a P-conductive base UO created by diffusion and an N-conductive emitter 111. A resistor Z? I is formed by a P- Conducting zone 112 created by diffusion is formed, which is produced simultaneously with the base 110 of the transistor 94. An insulating layer 113, which can consist of silicon oxide, for example, lies on the surface of the semiconductor wafer and is graduated, as the drawing shows, originates from the successive diffusion steps. Then openings are formed in the insulating layer, followed by those in the first To be able to ohmically connect level metallic interconnections to the semiconductor components.

In einem nächsten Schritt wird ein dünner und beispielsweise ungefähr 120 nm dicker Molybdänriun 116 auf der Oberfläche der Isolierschicht 113 niedergeschlagen, der sich an den Öffnungen der Isolierschicht in ohmschem Rontakt mit dem Halbleitermaterial befindet Der Film 116 kann auch aus einer Mischung aus Molybdän und Titan bestehen, jedoch ist die Korrosionsbeständigkeit dieser Mischung für diesen I⁷Om noch nicht erforderlich, da er von einer weiteren Isolierschicht 119 (siehe Fig. 12) abgedeckt und geschützt wird. Zum Niederschlagen des Molybdänfilms können die verschiedensten Verfahren herangezogen werden, wie dies auch anhand der Molybdän-Titan-Schichten schon erläutert worden ist. Auf dem Molybdänfilm wird dann durch irgendeines der bekannten Verfahren eine Goldschicht 117 niedergeschlagen, die beispielsweise 750 nm dick sein kann. An ihrer Stelle können aber auch andere gut leitende Metalle, wie Kupfer vorgesehen werden, das metallurgisch mit Molybdän stabil ist. Auf der Goldschicht wird eine zweite und beispielsweise ungefähr 120 nm dicke Molybdänschicht 118 gebildet, worauf die drei Schichten aus Molybdän, Gold und Molybdän nacheinander in der zuvor beschriebenen Weise geätzt werden, so daß die Zwischenverbindungen der ersten Ebene entstehen; es wird beispielsweise die Zwischenverbindung 104 gebildet, die ohmisch die Basis 114 des Transistors 94 mit dem einen Ende 112 des Widerstands R\ verbindet; eine Zwischenverbindung 101 ist ohmisch mit dem Emitter 111 des Transistors 94 verbunden, während eine Zwischenverbindung 102 ohmisch den Kollektor 70 des Transistors 94 mit dem Spannungszuführungsanschluß V verbindet (siehe F i g. 11). Jede Zwischenverbindung hat also eine untere Schicht aus Molybdän (116), eine Zv/ischenschicht aus Gold (117) und eine obere Schicht aus Molybdän (118). In a next step, a thin molybdenum ring 116, for example approximately 120 nm thick, is deposited on the surface of the insulating layer 113, which is in ohmic contact with the semiconductor material at the openings in the insulating layer. The film 116 can also consist of a mixture of molybdenum and titanium However, the corrosion resistance of this mixture ^{is not yet required for this I 7} Om, since it is covered and protected by a further insulating layer 119 (see FIG. 12). A wide variety of methods can be used to deposit the molybdenum film, as has already been explained with reference to the molybdenum-titanium layers. A gold layer 117 , which may be 750 nm thick, for example, is then deposited on the molybdenum film by any of the known methods. In their place, however, other highly conductive metals such as copper, which is metallurgically stable with molybdenum, can also be provided. A second molybdenum layer 118 , for example approximately 120 nm thick, is formed on the gold layer, whereupon the three layers of molybdenum, gold and molybdenum are successively etched in the manner described above, so that the interconnections of the first level are produced; for example, the interconnection 104 is formed which ohmically connects the base 114 of the transistor 94 to one end 112 of the resistor R \ ; an interconnect 101 is ohmically connected to the emitter 111 of the transistor 94 , while an interconnect 102 ohmically connects the collector 70 of the transistor 94 to the voltage supply terminal V (see FIG. 11). Each link thus has a lower layer of molybdenum (116), a Zv / ischenschicht of gold (1 17) and an upper layer made of molybdenum (118).

Durch irgendeines der bekannten Verfahren wird dann eine Isolierschicht 119 beispielsweise aus Siliziumoxid auf die Molybdänschicht 118 aufgebracht, beispielsweise also durch Aufdampfen oder Aufsprühen und anschließend selektiv geätzt, um die Oberfläche der Molybdänschicht 118 lediglich dort freizulegen, wo der Spannungszuführungsanschluß V liegt (siehe Fig. 12). Der Zweck der Isolierschicht 119 ist, die Zwischenverbindungen der beiden Ebenen voneinander elektrisch zu trennen. An insulating layer 119, for example made of silicon oxide , is then applied to the molybdenum layer 118 by any of the known methods, for example by vapor deposition or spraying and then selectively etched in order to expose the surface of the molybdenum layer 118 only where the voltage supply connection V is located (see FIG. 12 ). The purpose of the insulating layer 1 19 is to separate the intermediate compounds of the two layers from one another electrically.

Die Isolierschicht kann aber auch aus Siliziumnitrid, Aluminiumoxid oder anderen anorganischen oder organischen Isolierstoffen bestehen. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Isolierschicht 119 aus Siliziumoxid gebildet, das mittels HF-Zerstäubung in einer Schichtdicke von ungefähr 2000 nm aufgesprüht wird. Um einen besseren ohmschen Kontakt zwischen den Zwischenverbindungen der beiden Ebenen zu schaffen, wird die oberste Molybdänschicht 118 im Bereich des Spannungszuführungsanschlusses V selektiv abgeätzt, insbesondere mit Hilfe einer Fotolackmaske, so daß der Kontakt unmittelbar zur Goldschicht 117 hergestellt werden kann.The insulating layer can, however, also consist of silicon nitride, aluminum oxide or other inorganic or organic insulating materials. In the preferred exemplary embodiment, the insulating layer 119 is formed from silicon oxide which is sprayed on with a layer thickness of approximately 2000 nm by means of HF sputtering. In order to create a better ohmic contact between the interconnections of the two levels, the uppermost molybdenum layer 118 is selectively etched away in the area of the voltage supply connection V , in particular with the aid of a photoresist mask, so that the contact with the gold layer 117 can be made directly.

Auf der Isolierschicht 119 wird eine beispielsweise ungefähr 120 nm dicke Molybdän-Titan-Schicht 120 gebildet, und zwar beispielsweise durch Hochfrequenz-Zerstäubung, worauf eine Goldschicht 121 insbesondere aufgedampft wird, deren Dicke zweckmäßigerweise ungefähr 750 nm beträgt Dann werden Goldschicht und Molybdän-Titan-Schicht 121 bzw. 120 selektiv geätzt, um das gewünschte Muster für die Zwischenverbindungen 122 der zweiten Ebene entstehen zu lassen; ein Rontakt zwischen den beiden Ebenen entsteht am Anschluß V zwischen der Goldschächt 117 und der Molybdän-Titan-Schicht 120. Wie bereits erwähnt läßt sich das Gold leicht in einer alkoholischen Lösung aus Jod und Kaliumiodid ätzen, während die Molybdän-Titan-Schicht mittels einer anderen Ätzlösung entfernt wird, nämlich zweckmäßigerweise mit Ralhimferricyanid, das man auch für reines Molybdän verwenden kann. Die oberste Goldschicht 121 haftet gut an der Molybdän-Titan-Schicht 120. On the insulating layer 119, for example, approximately 120 nm thick molybdenum-titanium layer 120 is formed, and for example by high-frequency sputtering, and then a gold layer 121 is in particular vapor-deposited, the thickness of which expediently about 750 nm Then, the gold layer and molybdenum-titanium Selectively etch layers 121 and 120, respectively, to create the desired pattern for the second level interconnects 122; A contact between the two levels is created at connection V between the gold shaft 117 and the molybdenum-titanium layer 120. As already mentioned, the gold can easily be etched in an alcoholic solution of iodine and potassium iodide, while the molybdenum-titanium layer is etched using a other etching solution is removed, namely expediently with Ralhimferricyanid, which can also be used for pure molybdenum. The top gold layer 121 adheres well to the molybdenum-titanium layer 120.

Schließlich kann man einen nach außen führenden Golddraht (nicht dargestellt) beispielsweise durch Anwendung von Druck und Hitze mit der Goldschicht 121 verbinden.Finally, a gold wire (not shown) leading to the outside can be passed through, for example Bond to gold layer 121 using pressure and heat.

Einer der vielen Vorteile des in Fig. 12 gezeigten Systems ist die extrem gute Haftung des Molybdäns und der Mischung aus Molybdän und Titan (Schichten 118 bzw. 120) an der Isolierschicht 119. Man beobachtet ein verbessertes Haftvermögen, das auf das Titan zurückzuführen ist, wenn man Mischungen aus Molybdän und Titan mit bis zu 3% Titan verwendet. Das letztere erhöht das Haftvermögen des Molybdäns am Siliziumoxid oder an Glasoberflächen infolge der äußerst starken Ti-O-Bindungen, die dabei entstehen, und verbessert die Haftung am Gold durch Ti-Au-Bindungen, die an der Grenzfläche zwischen Gold und dem System Molybdän-Titan entstehen. Sind noch mehr Ebenen von Zwischenverbindungen und Kontakten erforderlich, so können alle bis auf die oberste aus reinem Molybdän bestehen, während diese aus einer Kombination von Molybdän-Titan mit Gold gebildet werden sollte; die oberste Goldschicht hat den Vorteil, daß man leicht nach außen führende Anschlußdrähte anbringen kann. Will man eine Zuleitung unmittelbar an die untere Molybdänschicht heranführen, so kann es zweckmäßig sein, eine Goldschicht lediglich dort auf dem Molybdän zu erzeugen, wo dieses durch eine öffnung der darüberliegenden Isolierschicht freigelegt ist, so daß der Golddraht an die verhältnismäßig kleine Goldschicht angeschlossen werden kann.One of the many advantages of that shown in FIG System is the extremely good adhesion of molybdenum and the mixture of molybdenum and titanium (layers 118 or 120) on the insulating layer 119. One observes a improved adhesion due to the titanium when using mixtures of molybdenum and Titanium used with up to 3% titanium. The latter increases the adhesion of the molybdenum to the silicon oxide or on glass surfaces as a result of the extremely strong Ti-O bonds that result, and improves the adhesion to the gold through Ti-Au bonds, which are at the interface between gold and the The molybdenum-titanium system is created. Are even more levels of interconnections and contacts required, all but the uppermost one can consist of pure molybdenum, while these consist of a Combination of molybdenum-titanium with gold should be formed; the top gold layer has the advantage that you can easily attach lead wires to the outside. If you want a supply line directly bring up the lower molybdenum layer, it may be useful to apply a gold layer only there to generate the molybdenum, where this is exposed through an opening in the overlying insulating layer so that the gold wire can be connected to the relatively small gold layer.

Um die großen, durch die Erfindung erzielten Vorteile hinsichtlich der Korrosionsbeständigkeit zu demonstrieren, sollen im folgenden einige Beispiele zahlenmäßig erfaßt werden:In order to demonstrate the great advantages achieved by the invention in terms of corrosion resistance, In the following some examples are to be counted numerically:

Bei einem üblichen Wassertropfentest mit einer Spannung von 6 Volt an einer Zahl dünner Leitungen aus. dem zu prüfenden Metall und einem Tropfen einer 10-³-prozentigen Phosphorsäure auf den Leitungen zur Vervollständigung des Stromkreises versagt ein Dreischichten-Metallstreifen aus Molybdän-Gold-Molybdän innerhalb von 20 Sekunden, da die anodisch wirkenden Molybdän-Schichten abgeätzt waren. Ein Dreischichtstreifen mit 80% Molybdän, 20% Titan-Gold-80% Molybdän und 20% Titan hielt mindestens 20 Minuten, ehe die schwer schmelzbare Legierung und das Gold an der Anode abgeätzt waren. Die Auflösung beider Metalle schritt ungefähr mit derselben Geschwindigkeit voran.In a standard water drop test with a voltage of 6 volts on a number of thin cables. the metal to be tested and a drop of a 10- ³ -prozentigen phosphoric acid on the lines to complete the circuit fails, a three-layer metal strip made of molybdenum-gold-molybdenum within 20 seconds, as the anodically acting molybdenum layers were etched. A three-layer strip with 80% molybdenum, 20% titanium-gold-80% molybdenum and 20% titanium lasted at least 20 minutes before the hard-to-melt alloy and gold on the anode were etched away. The dissolution of both metals proceeded at about the same rate.

Bei der Prüfung der metallurgischen Stabilität wurde ein Metallstreifen aus einer Mischung aus 19% Titan und 81% Molybdän, der ungefähr 10~⁴ mm dick war, mit einer ungefähr 70 μπι dicken Goldschicht versehen und dann auf 600⁰C erhitzt, und zwar während einer Stunde in einer Stickstoffatmosphäre. Der Flächenwiderstand des Streifens betrug am Anfang 0,044 Ohm, jedoch stieg er auf 0,098 Ohm an, was zeigt, wie gering die Reaktion des Titans mit dem Gold ist Bei einem anderen Test mit einem ähnlichen Werkstoff stieg der ursprünglich 0,064 Ohm betragende Flächenwiderstand bei 500° C während eines Zeitraums von 5 Minuten überhaupt nicht. Beide Versuche zeigen also, welch große metallurgische Stabilität das System aufweist.In examining the metallurgical stability of a metal strip of a mixture of 19% titanium and 81% molybdenum was of about 10 ~ ⁴ mm thick, was provided with an about 70 μπι thick layer of gold and then heated to 600 ⁰ C, during a Hour in a nitrogen atmosphere. The sheet resistance of the strip was 0.044 ohms at the beginning, but it increased to 0.098 ohms, which shows how little the reaction between titanium and gold is. In another test with a similar material, the sheet resistance, originally 0.064 ohms, increased at 500 ° C not at all for a period of 5 minutes. Both tests show the great metallurgical stability of the system.

Die folgenden Beispiele zeigen die Vorteile, die bei der Verwendung einer Mischung aus Wolfram mit Titan erzielt werden: Bei einem üblichen Wassertropfentest mit einer Spannung von 6 Volt an einer Anzahl dünner Leitungen aus dem zu prüfenden Metall und einem Tropfen einer 10-³-prozentigen Phosphorsäure auf den Leitungen zur Vervollständigung des Stromkreises versagt ein Dreischichten-Metallstreifen aus Wolfram-Gold-Wolfram innerhalb von 5 Min., da die oberste Wolframschicht in der Umgebung der Kathode abgeätzt war; die Wasserstoffentwicklung führt zu einer stark alkalisch reagierenden Zone rund um die Kathode. Ein Dreischichtstreifen mit 90% Wolfram und 10% Titan-Gold, 90% Wolfram und 10% Titan hielt mindestens 30 Min, ehe die Goldschicht an der Anode abgeätzt war.The following examples demonstrate the advantages which are achieved with titanium in the use of a mixture of tungsten: In a conventional water drop test at a voltage of 6 volts at a number of thin lines from the to metal under test and a drop of a 10- ³ -prozentigen phosphoric acid On the lines to complete the circuit, a three-layer metal strip made of tungsten-gold-tungsten fails within 5 minutes because the top layer of tungsten in the vicinity of the cathode was etched away; the evolution of hydrogen leads to a strongly alkaline reacting zone around the cathode. A three-layer strip with 90% tungsten and 10% titanium-gold, 90% tungsten and 10% titanium lasted at least 30 minutes before the gold layer on the anode was etched away.

Bei der Prüfung der metallurgischen Stabilität wurde ein Metallstreifen aus einer Mischung aus 18% Titan und 82% Wolfram, der ungefähr 10~⁴ mm dick war, mit einer ungefähr 7 χ 10~³ mm dicken Goldschicht versehen und dann auf 600⁰C erhitzt, und zwar in einer Stickstoffatmosphäre. Der Flächenwiderstand des Streifens betrug am Anfang 0,073 Ohm und fiel nach 10 Min. auf 0,049 Ohm ab; dies ist darauf zurückzuführen, daß das Gold dabei geglüht und entgast wurde. Der Flächenwiderstand betrug auch noch nach 30 Min. 0,049 Ohm. Dieser Test zeigt, daß das Titan der Wolfram-Titan-Mischung nicht in die Goldschicht eindringt, denn wäre dies der Fall, so hätte der Flächenwiderstand des Metallstreifens wegen der Erhöhung des Widerstands der Goldschicht zunehmen müssen.When testing the metallurgical stability, a metal strip made of a mixture of 18% titanium and 82% tungsten, which was approximately 10 ~ ⁴ mm thick, was provided with a ^{gold layer approximately 7 × 10 ~ 3} mm thick and then heated ^{to 600 ° C.} in a nitrogen atmosphere. The sheet resistance of the strip was 0.073 ohms at the beginning and dropped to 0.049 ohms after 10 minutes; this is due to the fact that the gold was annealed and degassed in the process. The sheet resistance was 0.049 ohms even after 30 minutes. This test shows that the titanium of the tungsten-titanium mixture does not penetrate into the gold layer, because if this were the case, the sheet resistance of the metal strip should have increased because of the increase in the resistance of the gold layer.

Bei einem beschleunigten Lebensdauertest für Transistoren wurden eine Reihe von N PN-Transistoren mit unterschiedlichen Kontakt- und Zwischenverbindungssystemen in einen Raum gebracht, der bei 85°C 85% relative Feuchtigkeit aufweis. An die Emitter wurde eine Spannung von +2 Volt gelegt die Basis eines jeden Transistors wurde geerdet und an die Kollektoren wurde eine Spannung von + 6 Volt gelegt Transistoren, deren Kontakte und Zwischenverbindungen aus einer Wolfram- und einer Goldschicht bestanden, waren nach 96 Stunden zu 64% und nach 250 Stunden zu 95% ausgefallen, und zwar aufgrund unterbrochener Kontakte oder Zwischenverbindungsleitungen. Transistoren mit Kontakten und Zwischenverbindungen aus 80% Wolfram und 20% Titan sowie einer Goldschicht waren nach 96 Stunden nur zu 5% und nach 250 Stunden nur 7 a 12^% ausgefallen. Bei den Transistoren, deren Metallschichten aus 97% Wolfram und 3% Chrom sowie einer Goldschicht bestanden, ergab sich nach 96 Stunden nur eine Ausfallrate von 2% und nach 250 Stunden eine solche von 13%.In an accelerated transistor life test, a number of N PN transistors were used with different contact and interconnection systems brought into a room, which at 85 ° C 85% relative humidity. A voltage of +2 volts was applied to the emitters - the base of each The transistor was grounded and a voltage of +6 volts was applied to the collectors.Transistors, whose contacts and interconnections consisted of a tungsten and a gold layer, were after 64% failure for 96 hours and 95% failure after 250 hours due to broken contacts or interconnection lines. Transistors with contacts and interconnections from 80% Tungsten and 20% titanium as well as a gold layer were only 5% after 96 hours and only 7% after 250 hours 12 ^% failed. In the case of the transistors, their metal layers Consisting of 97% tungsten and 3% chromium as well as a gold layer, only resulted after 96 hours a failure rate of 2% and after 250 hours a failure rate of 13%.

Hierzu 6 Blatt ZeichnungenIn addition 6 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Semiconductor arrangement with metallic contacts and / or metallic connecting layers the semiconductor surface and / or on an insulating layer Above the semiconductor surface, characterized in that the contacts or Connection layers made from a mixture of molybdenum or tungsten and a modifier metal or metalloid, which have a greater resistance to corrosion than molybdenum or tungsten which is able to form passivating oxide layers and its oxide is more stable than the oxides of molybdenum and tungsten, respectively. '

2. Semiconductor arrangement according to claim 1, characterized in that the modifier metal or -Metalloid titanium, tantalum, chrome. Is zirconium, hafnium and / or silicon

3. Semiconductor arrangement according to claim 1, characterized in that on at least part of the metallic connecting layer there is a metal layer of higher electrical conductivity.

4. Semiconductor arrangement according to claim 3, characterized in that the metal layer is higher Conductivity consists of gold.