DE1947026A1

DE1947026A1 - Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements

Info

Publication number: DE1947026A1
Application number: DE19691947026
Authority: DE
Inventors: Banfield Joseph Henry; Greig William John; Husni Saleem Ynees
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1968-12-23
Filing date: 1969-09-17
Publication date: 1971-03-04
Also published as: FR2026831A1; GB1232126A; JPS4842023B1; DE1947026B2

Description

6858-6S/&

RCA 61,208

U.S.Serial No. 786,218

Piled Dec. 25, 1968

RCA-Corporation, New York, N.Y., USA

Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements, das ein Substrat aus' einem Halbleitermaterial enthält, auf dem sich eine Platinschicht befindet.

Bs ist bekannt, daß bei bestimmten Arten von Halbleiterbauelementen auf einer Oberfläche eines Halbleiterplättchens an verschiedenen, im Abstand voneinander liegenden Stellen ein Goldbelag aufgebracht wird. Damit das Gold besser auf dem Substrat haftet, wird eine Zwischenschicht aus Titan verwendet. Eine Zwischenschicht aus Fiatin verhindert, daß das Gold in das Titan eindiffundiert.

Zur Herstellung solcher Bauelemente ist es bekannt und üblich, eine Oberfläche des Substrates mit einer ersten Schicht aus Titan und das Titan mit einer zweiten Schicht aus Platin zu bedecken, Teile der Platinschicht selektiv so wegzuätzen, daß im Abstand voneinander liegende Inseln aus Platin übrigbleiben, die sonst freiliegenden Teile der Titanschicht zwischen den Platininseln abzudecken, und die Inseln mit Gold zu Überziehen.

Die Schwierigkeiten bei den bekannten Verfahren bestanden darin, die entsprechenden Teile des Platins genau und auf ein« reprodusierbar· Weist wegzuätzen und einen gut haftenden Ooldübtr-

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zug auf das Platin aufzubringen· Das Edelmetall Platin ist verhältnismäßig reaktionsträge, und die Verwendung eines entsprechend starken Ätzmittels führt häufig zur Entfernung oder Abhebung der zum Ätzen benutzten Abdeckmaske· Dadurch werden in.unerwünschter Weise zusätzliche Teile des Platins dem Ätzmittel ausgesetzt. Außerdem hat sich herausgestellt, daß sich das Verhalten des Platins beim Ätzen und bei der Bildung eines Überzugs häufig ändert· Einige Werkstücke einer offenbar gleichartigen Charge können nach der Bearbeitung einwandfrei sein, während andere Werkstücke der Charge nach genau der gleichen Behandlung häufig unbrauchbar waren·

Gemäß der Erfindung werden Bauelemente der angegebenen Art nach einem Verfahren hergestellt, bei welchem die Oberfläche der.Platinschicht, die geätzt oder mit einem Oberzug versehen werden soll, mit einer Schutzschicht bedeckt wird, die beim Ätzen des Platins auch als Abdeckmaske dient.· Teile der Schutzschicht werden entfernt, damit entsprechende Teile der Platinschicht für das Ätzen und zum Aufbringen eines Überzugs freigelegt werden. Vorzugsweise erfolgt das Aufbringen sowohl der Platinschicht wie auch der Abdeckschichten für das Platin in einer Schutzatmosphäre, ohne daß die Platinschicht dabei der Erdatmosphäre ausgesetzt wird, und das Ätzen und Überziehen der Platinteile werden vorzugsweise unverzüglich vorgenommen, nachdem die Schutzschicht von den Teilen entfernt worden ist·

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung nun näher erläutert werden· Sie Zeichnung zeigt inχ

Fig. 1 eine seitliche Schnittansicht eines Werkstücks, das nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellt worden ist, und

ffig. 2 bis 7 Darstellungen dta in Fig· 1 gezeigten Werkstücke während aufeinanderfolgender Rhrittllungistufen,

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In «Pig. 1 ist ein Werkstück 8 in einem Zwischenstadium seiner Verarbeitung zu einem Halbleiterbauelement dargestellt· Es besitzt ein Halbleitersubstrat 10 aus Silicium, Galliumarsenid oder dergleichen» Zum Teil ist die Oberfläche des Substrates 10 von einer Schutzschicht 12 aus Siliciumdioxid oder dergleichen bedeckt, deren Dicke etwa 5 000 Angström beträgt· Durch öffnungen in der Schicht 12 hindurch erstrecken sich bis zur Berührung mit den Oberflächenteilen 13 des Substrates 10 im Abstand voneinander liegende Metallpolster 14-, die als elektrische Kontakte für verschiedene Elektroden innerhalb des Substrates dienen· Die Polster 14 enthalten eine etwa 1 000 Angstrom dicke Schicht 16 aus einem Metall, das gut am Substrat 12 haftet· Geeignete Metalle sind beispielsweise Titan, Tantal und Rhodium. Zusätzliche Kriterien für die Auswahl des Metalles der Schicht 16 werden weiter unten angegeben. Auf der Schicht 16 befindet sich eine Schicht 18 aus Platin, die eine Dicke von etwa 3 000 Angström besitzt. Auf der Platinschicht 18 ist eine Schicht 20 aus Gold angeordnet, deren Dicke etwa 10 000 bis 30 000 Angström beträgt.

Das Werkstück 8 ist dazu bestimmt, zu einem Halbleiterbauelement wie z.B. einem Transistor weiterverarbeitet zu werden· Diese Weiterverarbeitung ist nicht Gegenstand der Erfindung und wird deshalb nicht näher erläutert werden·

Bisher traten bei der Herstellung des Werkstücks 8, wie schon erwähnt wurde, erhebliche Schwierigkeiten beim Ätzen des Platins und bei der Bildung des Goldüberzugs auf dem Platin auf· Nach vielen Versuchen zur Überwindung dieser Schwierigkeiten wurde erkannt, daß die Eigenschaften des Platins hinsichtlich des Ätzens und der Bildung des Überzugs sich offenbar in zufälliger Weise in Abhängigkeit von der Zeit ändern, während der die Platinoberfläche der Atmosphäre ausgesetzt ist, und in Abhängigkeit vom Einfluß der verschiedenen bei den bekannten Verfahren benutzten Chemikalien und Behandlungsweisen·

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Ausgehend von dieser Erkenntnis wurde das folgende Verfahren zum Herstellen des Werkstücks 8 bis zu dem in Fig. 1 dargestellten Stadium entwickelt·

Das anfängliche Werkstück 8 (Fig. 2) besteht aus dem Substrat 10 und der darauf befindlichen Schutzschicht 12, in welcher Öffnungen 21 vorgesehen sind. Das Substrat 10 enthält verschiedene Zonen (nicht dargestellt) von unterschiedlichem Leitungstyp, durch welche die gewünschten elektrischen Eigenschaften des fertigen Bauelements, beispielsweise eines Transistors bewirkt werden. Die durch die Schicht 12 führenden Öffnungen 21 legen die Oberflächenteile 13 bestimmter solcher Zonen frei, so daß dort elektrische Anschlüsse, nämlich die Kontaktpolster 14 (Fig. 1) angebracht werden können. Verfahren zum Herstellen des Werkstücks 8 bis zu dem in Fig. 2. dargestellten Stadium sind bekannt und bedürfen keiner näheren Erläuterung.

Als nächstes (Fig. 3) erhält das Werkstück 8 eine erste Schicht 16 aus Metall wie z.B. Titan, die etwa 1000 Angström dick ist, eine zweite Schicht 18 aus Platin, deren Dicke etwa 3000 Angström beträgt, und eine etwa 500 bis 1000 Angström dicke dritte Schicht 22 aus Metall, beispielsweise ebenfalls aus Titan. Wie in der Zeichnung dargestellt ist, erstrecken sich Teile der ersten Schicht 16 durch die Öffnungen 21 in der Schutzschicht 12 hindurch bis auf die Oberflächenteile 13 des Substrates 10 und stehen mit diesen in Kontakt. Obwohl dies in der Zeichnung nicht dargestellt ist, können die Oberflächenteile 13 des Substrates 10 von einer dünnen, z.B. 1000 Angström dicken Schicht aus Platinsilicid bedeckt sein, die den Zweck hat, einen guten Ohmschen Kontakt zwischen den Polstern 14 und dem Substrat 10 zu gewährleisten. Die Verwendung solcher Platinsilicidschichten und Verfahren zu ihrer Herstellung sind bekannt·

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Vorzugsweise werden sowohl die Platinschicht 18 als auch die Deckschicht 22 in einer Schutzatmosphäre, beispielsweise in einer Argonatmosphäre, oder in einem Vakuum auf das Substrat 10 aufgebracht, ohne daß die Platiinoberflache im Verlauf des Verfahrens der Erdatmosphäre ausgesetzt wird.

Dies geschieht zweckmäßig dadurch, daß die Schichten 16, 18 und 22 der Reihe nach in einem Zerstäubungssystem erzeugt werden. Wie bekannt, bestehen solche Systeme aus einem Kolben, der eine Schutzatmosphäre beispielsweise aus Argon und eine oder mehrere Elektroden aus den Materialien, die auf ein im Kolben angeordnetes Substrat aufgestäubt werden sollen, enthält. Zwischen das Substrat und die zu zerstäubende Elektrode wird eine elektrische Spannung angelegt, und das Substrat wird mit dem Material beschichtet, das durch den Aufprall von Ionen der Argonatmosphäre auf der Elektrode von dieser abgestäubt wird. Verschiedene Schichten aus den Materialien der Elektroden können dadurch auf dem Substrat hergestellt werden, daß man die angelegte Spannung nacheinander auf die verschiedenen Elektroden umschaltet. Während des Vorgangs wird das System nicht zur Erdatmosphäre geöffnet, so daß eine außerordentlich reine Schicht 22 aus ^etall entsteht.

Es können auch andere Verfahren angewandt werden, bei denen Metallßchichten nacheinander auf ein Substrat aufgebracht werden können, ohne daß die Schichten während dieses Verfahrens der Erdatmosphäre ausgesetzt werden, beispielsweise ein Verfahren der Blektronenstrahlverdampfung von Metallen.

Pur die dritte 3chicht 22 können Metulle wie z.B. Titan, Tantal oder Rhodium verwendet werden, die nach einem Verfahren der angegebenen Art aufgebracht werden können. Die erste Schicht 16 und die dritte Schicht 22 bestehen vorzuga-

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weise aus dem gleichen Metall, was den Vorteil hat, daß die Anzahl der benötigten Metallquellen begrenzt wird. Ein weiteres Kriterium für die Wahl der Metalle dieser Schichten wird noch erläutert werden.

Die dritte Schicht 22 schützt die Platinschicht 18 vor der Brdatmosphäre, nachdem das Werkstück aus dem Gerät, in welchem die Schichten aufgebracht werden, herausgenommen worden ist. Es hat sich gezeigt, daß dadurch Änderungen der Eigenschäften des Platins hinsichtlich des Ätzens und der Bildung eines Metallüberzuges nach einer Zwischenlagerung des Werkstücks verhindert werden.

ünach werden die beabstandeten Kontaktpolster 14 gebildet. Dies geschieht dadurch, daß zuerst die dritte Schicht 22 mit einer Photolackschicht beispielsweise aus dem von der Firma Eastman Kodak Company vertriebenen "KPR"-Photolack bedeckt wird, die dann durch eine Maske hindurch belichtet wird, worauf die unbelichteten Teile der Photolackschicht weggeätzt werden, so daß die in Fig. 3 dargestellte, gegen Ätzen beständige Abdeckmaske 28 entsteht· Während Teile 30 der dritton Schicht 22 durch die Maske 28 freigelegt werden, werden andere !Teile 52 durch die Maske geschützt· Die freigelegten Teile 30 werden dann weggeätzt· PUr eine Schicht 22 aus Titan beispielsweise wird ein Ätzmittel gewählt, das Wasser, Schwefelsäure und Flußsäure enthält* Das Ergebnis nach dem Ätzen der dritten Schicht ist in Fig. 4 dargestellt. Bestimmte T_eile 34 der Platinschicht 18 sind freigelegt, während andere Teile 36 dieser Schicht 18 durch die noch vorhandenen Teile der dritten Schicht 22 bedeckt bleiben· Nun werden die freiliegenden Platinteile 34 unter Verwendung eines Ätzmittels, das 5 Teile Salzsäure und 1 Teil Salpetersäure enthält, weggeätzt. Bei dieser Stelle des Verfahrens ist es wünschenswert» daß die erste Schicht 16 nicht durch das Ätzen des Platins verändert odor beeinflußt wird. Deshalb wird für die erste

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Schicht ein Metall gewählt, das gegenüber dem verwendeten Platinätzmittel beständig ist, also beispielsweise eines der oben aufgezählten Metalle· Ih Fig. 5 ist das Ergebnis nach dem Ätzen der Platinschicht dargestellt·

Auf zwei Punkte ist besonders hinzuweisen. Erstens ist das gemäß der Erfindung verwendete Platinätzmittel wesentlich stärker als dasjenige, das bei dem bisher üblichen bekannten Verfahren benutzt wurde (z.B. 10 Teile Wasser, 9 Teile Salzsäure und 1 Teil Salpetersäure). Bisher mußte ein relativ schwaches Ätzmittel gewählt werden, um ein Abheben der aus der Photolackschicht bestehenden Ätzmaske zu vermeiden und zu verhindern, daß unerwünschte Teile der Platinschicht dem Ätzmittel ausgesetzt werden. Bei der Verwendung eines schwachen Ätzmittels kann andererseits nur eine relativ dünne Platinschicht (z.B. etwa 1 500 Angström) verwendet werden, damit die Platinschicht mit wenigstens einer gewissen Genauigkeit und Wiederholbarkeit durchgeätzt werden kann. Bei der Verwendung einer dünnen Platinschicht besteht aber das Problem, daß die Anzahl der durch die Schicht hindurchführenden feinen Poren ("pinholes") im allgemeinen praktisch umgekehrt proportional zur Schichtdicke ist· Es ist bekannt, daß solche durchgehenden Poren schädlich und unerwünscht sind.

Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wird für die dritte Schicht ein Metall gewühlt, beispielsweise eines der aufgezählten Metalle, das nicht nur gegenüber dem verwendeten Platinätzmittel beständig ist, sondern auch im Vergleich mit normalen Photolacken extrem gut am Platin haftet. Die verbliebenen Teile 32 (Fig. 4·) der dritten Schicht 22 dienen soait beim Ätzen des Platins als eine ausgezeichnete Ätzmaske, und es kann ein stärkeres Ätzmittel verwendet werden. Dies wiederum ermöglicht eine dickere Platinschicht mit weniger durchgehenden Poren und führt somit zu Bauelementen mit besserer Qualität.

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Zweitens erfolgt das Ätzen des Platins unverzüglich nach dem Freilegen der Teile 34 der Platinschicht, damit jede "Alterung" der Platinoberfläche, d.h. Änderungen ihres Verhaltens beim Ätzen vermieden werden. Vorzugsweise wird das Werkstück so schnell aus dem Ätzbad für die dritte Schicht 22 herausgenommen, durch Abspülen in destilliertem Wasser vom Ätzmittel befreit und dann in das Bad aus dem Platinätzmittel gebracht, wie es die für diese Arbeiten notwendige Zeit zuläßt, also ohne daß das Werkstück zwischen diesen Behandlungen gelagert wird. Die Eile, mit der das Werkstück nach der einen Behandlung der nächsten zugeführt wird, ist zwar nicht kritisch, solange es sich um Sekunden oder sogar Minuten handelt, doch müssen Verzögerungen in der Größenordnung von einigen Stunden, während welcher die Platinoberfläche der Atmosphäre ausgesetzt wird, vermieden werden.

Wenn man zuerst die Platinschicht mit einer Deckschicht schützt, und danach das Platin nach seiner Freilegung "unverzüglich" ätzt, so wird dadurch eine gleichbleibende und reproduzierbare Ätzung der Platinschichten verschiedener Werkstücke einer Charge gewährleistet.

Nun werden die verbliebenen Teile der Photolackmaske 28 entfernt, und unter Anwendung eines bekannten photolithographischen Verfahrens werden die Teile der ersten Schicht 16 zwischen den verbliebenen Platinteilen 36 mit einer elektrisch nichtleitenden Photolackschicht 40 bedeckt, wie in Fig. 6 dargestellt ist, während die Teile 32 der dritten Schicht, die auf den Platinteilen 36 liegen, freibleiben· .

Anschließend werden diese freiliegenden Teile 32 der dritten Schicht entfernt, wozu ein Ätzmittel aus Wasser, Schwefelsäure und Flußsäure verwendet wird, so daß nun zum ersten Mal die verbliebenen Teile 36 der Platinschicht 18 entblößt werden· "Unverzüglich" wird anschließend ein Überzug aus Gold auf

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die Platinteile 36 aufgebracht, um die Goldschichten 20 zu bilden, wie in Pig. 7 dargestellt ist. Dieses Überziehen der Platinteile mit Gold erfolgt durch ein elektrolytisches Verfahren. Die hierfür erforderlichen elektrischen Anschlüsse an die Platinteile werden über die noch unversehrte erste Schicht 16 hergestellt, die unter jedem Platinteil 36 liegt und bis zum Rand des Substrates 10 reicht. Der elektrische Anschluß an die Schicht 16 erfolgt beispielsweise mittels einer (nicht dargestellten) Klammer, die die Abdeckschicht 4-0 durchdringt. Mit dem Ausdruck "unverzüglich" ist auch hier gemeint, daß eine Zwischenlagerung des Werkstücks für die Dauer von mehreren Stunden vermieden wird.

Dadurch, daß die Platinteile 36 zuvor durch die Teile 32 der dritten Schicht 22 geschützt und nach ihrer Entblößung "unverzüglich" mit Gold überzogen werden, wird erreicht, daß sich auf dem Platin in wiederholbarer Weise ein ausgezeichnet haftender Goldüberzug hoher Qualität ergibt. Gold ist zwar das bevorzugte Material für die oberste Schicht 20 der Kontaktpolster 14, doch können auch andere Metalle wie Silber, Kupfer oder dergleichen verwendet werden.

Die noch vorhandenen Teile der Photolackschicht 40 werden dann entfernt, wobei man sich bekannter Mittel zur Beseitigung des Photolacks bedient, so daß die Teile der Schicht 16, dio nicht von den Platinteilen 36 bedeckt worden, freigelegt werden. Nach dem Wegätzen dieser freiliegenden Teile der Schicht 16 erhält man das in Fig. 1 dargestellte Werkstück· Das dabei verwendete Ätzmittel, im Falle einer Schicht 16 aus Titan beispielsweise Schwefelsäure, Flußaäure und Wasser, wird so gewählt, daß es Gold oder Platin nicht angreift«

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements, das ein Substrat aus einem Halbleitermaterial enthält, auf dem sich eine Platinschicht befindet, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (10) mit einer ersten Metallschicht (16), diese mit einer zweiten Schicht (18) aus Platin und diese Platinschicht mit einer dritten Metallschicht (22) bedeckt wird, daß in der dritten Schicht eine Öffnung geschaffen wird, durch welche ein Teil (34) der Platinschicht freigelegt wird, und daß dieser freigelegte Teil der Platinschicht mit einem Ätzmittel, das die Metalle der ersten und der dritten Schlicht nicht angreift, weggeätzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß anschließend der durch das Wegätzen des Teiles (34) der Platinschicht (18) freigelegte Teil der ersten Metallschicht (16) mit einer elektrisch nichtleitenden Schicht (40) bedeckt wird, daß durch Entfernen eines anderen Teiles (32) der dritten Metallschicht (22) ein anderer Teil (36) der Platinschicht freigelegt wird, und daß dieser andere Teil der Platinschicht mit einem Metall (20) überzogen wird·
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der andere Teil (36) der Platinschicht (18) unverzüglich nach seiner Freilegung mit dem Metall überzogen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß der erstgenannte Teil (34) der Platinschicht (18) unveraüglich nach seiner Freilegung weggeätzt wird«
5. Verfahren nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß di· Platinsohicht (18) und di· dritte

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32. - 11 -

• Schicht (22) geschaffen werden, ohne daß die Platinschicht dabei der Erdatmosphäre ausgesetzt wird.
6, Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Platinschicht (18) mit einer Dicke von 5 000 Angström gebildet wird, daß zum Wegätzen des Platinteils (34) ein Ätzmittel verwendet wird, welches sich etwa aus 3 Teilen Salzsäure und 1 Teil Salpetersäure zusammensetzt und daß auf den anderen Platinteil (36) ein Goldüberzug aufgebracht wird.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht (16) und die dritte Schicht (22) aus dem gleichen Metall bestehen und daß die erste, zweite und dritte Schicht (16, 18, 22) nacheinander auf das Substrat (10) aufgestäubt werden, ohne daß die zweite Schicht (18) dabei der Erdatmosphäre ausgesetzt wird.

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