DE1942455C3

DE1942455C3 - Verfahren zum Herstellen mehrschichtiger Leiterbahnen

Info

Publication number: DE1942455C3
Application number: DE19691942455
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl.-Phys 8031 Olehing Eger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Filing date: 1969-08-20
Publication date: 1978-01-12

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen mehrschichtiger Leiterbahnen für Halbleiterschaltungen, wobei auf einem Halbleitergrundkörper mit in diesem angeordneten Halbleiterbauelementen mit Platin-Kontaktflecken eine Isolatorschicht derart aufgebracht wird, daß mindestens eine Seite des Halbleitergmndkörpers mit Ausnahme der Kontaktflecken von der Isolatorschicht abgedeckt ist, und wobei auf die Isolatorschicht und die Platin-Kontaktflecken zuerst eine Titanschicht, dann eine Platinschicht und schließlich eine Goldschicht aufgebracht wird.

Aus »Bell Laboratories Record«, Oktober-November 1966, S. 299 bis 303, und aus »The Western Electric

,o Engineer«, Dezember 1967, S. 3 bis 15, ist es bekannt (vgl. auch OE-PS 2 59 014 und OE-PS 2 64 590), Leiterbahnen oder Beam-Leads in einer Schichtfolge von Titan-Platin-Gold auf einen Silizium-Halbleitergrundkörper aufzubringen. Dabei wird so vorgegangen,

!5 daß nach der Beendigung der Diffusionsprozesse im Halbleitergrundkörper aus Silizium auf diesen eine Nitrid passivierte Schicht von etwa 1000 bis 1500 Ä Stärke oder eine Siliziumdioxidschicht (OE-PS 2 59 014 und OE-PS 2 64 590) aufgebracht wird. Anschließend werden Kontaktlöcher bis zum Silizium geätzt, und dann wird die Scheibe ganzflächig mit einer PJatinschicht bestäubt. Durch eine kurzzeitige Temperaturbehandlung bildet sich in den Kontaktlöchern Platinsilicid. Die Platinschicht wird abgeätzt Dabei wird das Platinsilicid in den Kontaktlöchern nicht angegriffen. Dann wird auf dem Halbleitergrundkörper ganzflächig Titan und Platin durch Sputtern aufgebracht. Mit einer Fotomaskierung werden anschließend die Platin-Leiterbahnen freigeätzt, während Titan für die Kontaktierung der goldgalvanischen Verstärkung zurückbleibt. Nachdem noch schließlich das Titan abgeätzt worden ist, kann der Halbleitergrundkörper für die Trennätzung der einzelnen Systeme präpariert werden.

Das Titan dient als Haftschicht, das Platin als

Sperrschicht, um das Gold von Titan und vom Silizium fernzuhalten. Die Maskierung wird mit Fotolack durchgeführt. Schwierigkeiten bereitet dabei die Goldgalvanik, die für feine Strukturen, die etwa in einer Größenordnung von 5 μπι liegen, nur schwer durchzu-

führen ist. Weiterhin ist das chemische Ätzen von Platin schwer reproduzierbar.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, das die oben aufgezeigten Schwierigkeiten umgeht. Vor allem soll es aber ermöglicht werden, auch sehr feine Strukturen der Gold-Leiterbahnen herzustellen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf die Goldschicht eine chemisch leicht zu ätzende, metallische Maskierungsschicht aufgetragen wird, daß die metallische Maskierungsschicht mit Ausnahme der gewünschten Leiterbahnstruktur chemisch weggeätzt wird, daß die Goldschicht und die Platinschicht anschließend außerhalb der Leiterbahnstruktur durch Kathodenzerstäubung weggeätzt werden, und daß dann

5,5 die restliche auf der Leiterbahnstruktur verbliebene Maskierungsschicht sowie die außerhalb der Leiterbahnstruktur befindliche Titanschicht chemisch weggeätzt werden.
Die chemisch leicht zu ätzende, metallische Maskierungsschicht ermöglicht die Herstellung sehr feiner Goldleiterbahnen. Vorteilhaft ist dabei die Verwendung reaktiver Materialien mit möglichst kleiner Zerstäubungsrate zur Maskierung beim Ionenätzen.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung

6s wird zur Maskierung Aluminium oder Titan oder Molybdän verwendet. Weiterhin kann auch Chrom, Tantal, Hafnium, Zirkonium, Vanadium oder Wolfram aufgebracht werden. Die Zerstäubungsraten dieser

Maskierungsmaterialien sind etwa zwei- bis dreimal kleiner als die von Gold oder Platin. Dieser Unterschied kann in einer weiteren Ausbildung der Erfindung durch Zugaben von Stickstoff oder Sauerstoff zum Zerstäubungsgas Argon vor allem bei Gleichstromzerstäubung noch erhöht werden.

Weiterhin ist es vorteilhaft, auf die Goldschicht zunächst eine zweite Platinschicht, und dann erst die Maskierungsschicht aufzubringen. Die Platinschicht vermeidet eine direkte Berührung des Materials der Maskierungsschicht mit der Goldschicht. Dies hat sich für das nachfolgende chemische Ätzen der Maskierungsschicht als zweckmäßig erwiesen.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels nach der Figur, in der ein Halbleitergrundkörper mit der erfindungsgemäßen Schichtfolge im Querschnitt dargestellt ist, erläutert

Auf einem Halbleitergrundkörper 1, der vorzugsweise aus Silizium besteht und der eine Nitrid passivierte Randschicht 2 aufweist, in dem Einzelbauelemente oder Schaltkreise angeordnet sind — beispielsweise Dioden 11 — und in dem sich in der Figur nicht dargestellte Ritzbahnen befinden, werden Platin-Silicid-Kontakte 3 auf folgende Weise hergestellt: Nach Ätzung der Kontaktfenster 4 wird Platin aufgestäubt. Dann wird das Platin außerhalb der Kontaktflecken S abgeätzt.

Mit einer Mehrtarget-Hochfrequenz-Kathodenzerstäubungsapparatur wird dann in einer Folge ohne das Vakuum zu unterbrechen eine etwa 1000 A dicke Titanhaftschicht 6, eine etwa 1500 A dicke Platin-Sperrschicht 7, um Gold vom Titan und Silizium fernzuhalten, eine 5000 bis 10 000 A dicke Goldschicht 8 als Leitmaterial, um die später durch Ionenätzung zu bildenden Leiterbahnen hinreichend niederohmig zu machen, eine zweite etwa 500 A dicke Platinschicht 10, um das Gold vom Maskierungsmaterial fernzuhalten und schließlich eine etwa 3000 Ä starke Maskierungsschicht 9 aus Aluminium, Titan oder Molybdän für das nachfolgende Ionenätzen der Leiterbahnen aufgestäubt. Die hier angegebenen Schichtdicken haben sich als vorteilhaft erwiesen. Das Aufbringen der zweiten Metallschicht 10 ist nicht unbedingt erforderlich. Es hat sich jedoch gezeigt, daß es dann vor allem zweckmäßig ist, wenn für die Maskierungsschicht Aluminium oder Titan verwendet wird.

. Nach dem Aufbringen dieses vier- bzw. fünfschichtigen Metallfilms wird auf bekannte Art und Weise mittels Fototechnik die Leiterbahnstruktur für das gesamte Bauelement in die Maskierungsschicht 9 chemisch geätzt Da die Maskierungsschicht 9 sehr dünn ist sind Strukturen unter 4 um leicht herzustellen.

, ο Unter Ausnutzung der Maskierungsschicht wird dann der Halbleiterkörper in einer Kathodenzerstäubungsapparatur ionengeätzt Hierbei werden die Goldschicht 8 und die Platinschicht 7 und die zweite Platinschicht 10 außerhalb der Maskierungsstruktur abgetragen. Zweckmäßigerweise fügt man dem Zerstäubungsgas Argon etwa 5 % Stickstoff oder Sauerstoff zu. Dadurch kann der Unterschied in den Zerstäubungsraten zwischen Gold und Platin einerseits und dem Maskierungsmaterialien Aluminium oder Titan oder Molybdän andererseits von einem Faktor zwei oder drei bis zu einem Faktor 10 erhöht werden. Das verwendete Vakuum beträgt vorzugsweise etwa 10-³Torr.

Als Maskierungsmaterial, das vorzugsweise mit einer Kathodenzerstäubungsapparatur im Vakuum aufgebracht wird, ist auch die Verwendung von Chrom, Tantal, Hafnium, Zirkonium, Vanadium oder Wolfram zweckmäßig.

Es werden also reaktive, chemisch leicht zu ätzende Materialien zur Maskierung verwendet Die Zugabe von Stickstoff oder Sauerstoff zum Zerstäubungsgas Argon verkleinert die Sputterrate des Maskierungsmaterials.

Die verbliebene Maskierungsschicht aus Aluminium oder Titan oder Molybdän oder einem der anderen angegebenen Materialien und die Haftschicht aus Titan werden, letztere außerhalb der Leiterbahnstruktur, anschließend in bekannter Weise chemisch abgeätzt

Das beschriebene Verfahren läßt sich besonders vorteilhaft bei einem Halbleitergrundkörper aus Silizium anwenden. Der Halbleitergrundkörper kann jedoch auch aus einem anderen geeigneten Material, wie beispielsweise Germanium, bestehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen mehrschichtiger Leiterbahnen für Halbleiterschaltungen, wobei auf einem Halbleitergrundkörper mit in diesem angeordneten Halbleiterbauelementen mit Platin-Kontaktflecken eine Isolatorschicht derart aufgebracht wird, daß mindestens eine Seite des Halbleitergrundkörpers mit Ausnahme der Kontaktflecken von der Isolatorschicht abgedeckt ist, und wobei auf die Isolatorschicht und die Platin-Kontaktflecken zuerst eine Titanschicht, dann eine Platinschicht und schließlich eine Goldschicht aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Goldschicht eine chemisch leicht zu ätzende, metallische Maskierungsschicht aufgetragen wird, daß die metallische Maskierungsschicht mit Ausnahme der gewünschten Leiterbahnstruktur chemisch weggeätzt wird, daß die Goldschicht und die Platinschicht anschließend außerhalb der Leiterbahnstruktur durch Kathodenzerstäubung weggeätzt werden und daß dann die restliche, auf der Leiterbahnstruktur verbliebene Maskierungsschicht sowie die außerhalb der Leiterbahnstruktur befindliche Titanschicht chemisch weggeätzt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Maskierungsschicht eine Titanschicht verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Maskierungsschicht eine Aluminiumschicht verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Maskierungsschicht eine Molybdänschicht, eine Chromschicht, eine Hafniumschicht, eine Zirkoniumschicht, eine Vanadiumschicht, eine Wolframschicht oder eine Tantalschicht verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß vor der chemisch leicht zu ätzenden, metallischen Maskierungsschicht auf die Gold.schicht eine zweite Platinschicht aufgebracht wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Maskierungsschicht durch Kathodenzerstäubung im Vakuum aufgebracht wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathodenzerstäubung in einer Atmosphäre aus einem Gas, welches zu 95 % aus Argon und zu 5 % aus Stickstoff besteht, bei einem Druck von etwa 10~³ Torr durchgeführt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathodenzerstäubung in einer Atmosphäre aus einem Gas, welches zu 95 % aus Argon und zu 5 % aus Sauerstoff besteht, bei einem Druck von etwa 10~³ Torr durchgeführt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Halbleitergrundkörper Silizium verwendet wird.