DE1947026B2

DE1947026B2 - Verfahren zum Herstellen von Metallkontakten an Halbleiterbauelementen

Info

Publication number: DE1947026B2
Application number: DE19691947026
Authority: DE
Inventors: Joseph Henry Plainfield Banfield; William John Somerville Greig; Saleem Ynees Mendham Township Husni
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1968-12-23
Filing date: 1969-09-17
Publication date: 1973-12-20
Also published as: JPS4842023B1; FR2026831A1; DE1947026A1; GB1232126A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Metallkontakten an Halbleiterbauelementen, wobei ein mit einer isolierenden Maske bedecktes Halbleitersubstrat mit einer ersten Schicht aus am Substrat gut haftendem Metall und diese ihrerseits mit einer zweiten Schicht aus Platin überzogen wird, auf die ein Kontaktmetall aufgebracht wird.

Es 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 Plaiin verhindert, daß das Gold in das Titan eindiffundien. Zur Herstellung solcher Bauelemente ist es bekannt und üblich, eine

ίο 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 frei-

liegenden Teile der Titanschicht zwischen den Platininseln abzudecken, und die Inseln mit Gold zu überziehen (österreichische Patentschrift 264 590). Statt Platin kann man auch Palladium verwenden (französische Patentschrift 1 430 595).

Die Schwierigkeiten bei dem bekannten Verfahren bestanden darin, die entsprechenden Teile des Platins genau und auf eine reproduzierbare Weise wegzuätzen und einen gut haftenden Goldüberzug; 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 es sich herausgestellt, daß sich das Verhalten des Platins beim Ätzen und bei der Bildung eines Überzugs häufig ändert. Einige Werkstücke einer scheinbar gleichartigen Charge können nach der Bearbeitung einwandfrei sein, während andere Werkstücke der Charge nach genau der gleichen Behandlung häufig unbrauchbar waren.

Aufgabe der Erfindung ist uemgemäß, ein Verfahren anzugeben, bei dem die bisherigen Schwierigkeiten beim Ätzen des Platins vermieden werden.

Die Erfindung lost diese Aufgabe dadurch, daß bei einem Verfahren der eingangs genannten Art die zweite Schicht zunächst mit einer sie gegen schädliche Umgebungseinflüsse schützenden dritten Schicht aus Metall überzogen wird; daß in der dritten Schicht eine Öffnung geschaffen wird, durch welche ein erster Teil der zweiten Schicht freigelegt wird; daß dieser erste Teil unmittelbar nach seiner Freilegung mit einem Ätzmittel, das die Metalle der ersten und der dritten Schicht nicht angreift, weggeätzt wird; daß dann ein zweiter Teil der zweiten Schicht durch Entfernen der restlichen Teile der dritten Schicht freigelegt wird; und daß unmittelbar danach auf diesen zweiten Teil das Kontaktmetall aufgebracht wird.

Dadurch, daß die Oberfläche der Platinschicht mit einer beim Ätzen zugleich als Abdeckmaske dienenden Schutzschicht bedeckt wird, lassen sich Bauelemente mit innerhalb einer Charge kaum schwankender Qualität herstellen. 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.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung soll nun an Hand der Zeichnung näher erläutert werden. Die Zeichnung zeigt in
F i g. 1 eine seitliche Schnittansicht eines Halb-

leiterkörpers mit Metallkontakten, die nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellt worden etwa 1000 Angs t^ diele Ist ,eine

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Titan. Wie in der
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des Substrates IiIvon ^
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die den Zweck hat, ^einf
zwischen den Polstern ¹⁴
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AngsÄ dicke dritte

F 1 Γι bis 7 Darstellungen des in F i g. 1 gezeigten Halbleiterkörper« während aufeinanderfolgender Herstellungsstufen der Metailkontakte.

In F i g. 1 ist ein Halbleiterkörper 8 in einem Zwischenstadium seiner Verarbeitung zu einem Halbleiterbaiielement dargestellt. Es besitzt ein Halbleitersubstrat 10 aus Silicium, Galliumarsenid od. dgl. Zum Teil ist die Oberfläche des Substrates 10 von einer Schutzschicht 12 aus Siliciumdioxid od. dgl. bedeckt, deren Dicke etwa 5000 Angström beträgt. Durch öffnungen in der Schicht. 12 hindurch erstrekken 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 1000 Angström dicke Schicht 16 aus einem Metall, das gut

am Substrat 12 haftet. Geeignete Metalle sind bei-

spielsweise 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 3000 Angström besitzt. Auf der Pia-

tinschicht 18 ist eine Schicht 20 aus Gold angeord-

net, deren Dicke etwa 10000 bis 30000 Angström

Halbleiterkörper 8 ist dazu bestimmt, zu 30 auf ein im Kolben

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ι* ι IO und stehen Subs rates l» ^un

d 'g ^{1Q ue}J _{dk 13} ~^De™_{B 10}00 Angbedeckt sein, _Kontakt

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schichten und Verfahren zu ihrer bekannt.

Vorzugsweise w^erd,^en.^s°^^h / als auch die Deckschicht 22

so sphäre, beispielsweise ι η e iner oder in einem Vakuurr auf_da
bracht, ohne daß ^ ^plaönoberflMl« Verfahreas der Erdatmosphäre a
Dies geschieht zweckmaf ,g

*₅ Schichten 16, 18 und :« der

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Deia„iän_gliche H^eUerkop(Fig 2, b_fsuhl aus dem Substrat 10 und der darauf beiindl,-wird. Ein weiteres

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Eigtnseharten des fertigen Bauelements bezelsweise eines Transistors bewirkt werden. Die durch die Schicht 12 führenden öffnungen 21 legen die b. Oberflächenteile 13 bestimmter »Icher Zonen frei, dem

Siichlen aufgebr.eht _j„ _ist. _Es hat sich ge-

:^^^" _der Eieenschaffen g daß ^d^«^h _|1™^uS_{ns und} der Bildung Ses^PSa,SS^hu , nach einer Zwischeniagerung

wird, worauf die unbelichteten Teile der Photolack- ausgenommen, durch Abspülen in destilliertem Was-

schicht weggeätzt werden, so daß die in F i g. 3 dar- ser vom Ätzmittel befreit und dann in das Bad aus

gestellte, gegen Ätzen beständige Abdeckmaske 28 dem Platinätzmittel gebracht, wie es die für diese Ar-

entsteht. Während Teile 30 der dritten Schicht 22 beiten notwendige Zeit zuläßt, also ohne daß das

durch die Maske 28 freigelegt werden, werden an- 5 Werkstück zwischen diesen Behandlungen gelagert

dere Teile 32 durch die Maske geschützt. Die freige- wird. Die Eile, mit der das Werkstück nach der einen

legten Teile 30 werden dann weggeätzt. Für eine Behandlung der nächsten zugeführt wird, ist zwar

Schicht 22 aus Titan beispielsweise wird ein Ätzmit- nicht kritisch, solange es sich um Sekunden oder so-

tel gewählt, das Wasser, Schwefelsäure und Fluß- gar Minuten handelt, doch müssen Verzögerungen in

säure enthält. Das Ergebnis nach dem Ätzen der drit- io der Größenordnung von einigen Stunden, während

ten Schicht ist in F i g. 4 dargestellt. Bestimmte Teile welcher die Platinoberfläche der Atmosphäre ausge-

34 der Platinschicht 18 sind freigelegt, während an- setzt wird, vermieden werden.

dere Teile 36 dieser Schicht 18 durch die noch vor- Wenn man zuerst die Platinschicht mit einer Deckhandenen Teile der dritten Schicht 22 bedeckt blei- schicht schützt, und danach das Platin nach seiner ben. Nun werden die freiliegenden Platinteile 34 un- 15 Freilegung »unverzüglich« ätzt, so wird dadurch eine ter Verwendung eines Ätzmittels, das 5 Teile Salz- gleichbleibende und reproduzierbare Ätzung der Piasäure und 1 Teil Salpetersäure enthält, weggeätzt. Bei tinschichten verschiedener Werkstücke einer Charge dieser Stelle des Verfahrens ist es wünschenswert, gewährleistet.

daß die erste Schicht 16 nicht durch das Ätzen des Nun werden die verbliebenen Teile der Photolack-Platins verändert oder beeinflußt wird. Deshalb wird »o maske 28 entfernt, und unter Anwendung eines befür die erste Schicht ein Metall gewählt, das gegen- kannten photolithographischen Verfahrens werden über dem verwendeten Platinätzmittel beständig ist, die Teile der ersten Schicht 16 zwischen den verbliealso beispielsweise eines der oben aufgezählten Me- bene.n Platinteilen 36 mit einer elektrisch nichtleitentalle. In F i g. 5 ist das Ergebnis nach dem Ätzen der den Photolackschicht 40 bedeckt, wie in F i g. 6 dar-Platinschicht dargestellt. »5 gestellt ist, während die Teile 32 der dritten Schicht.

Auf zwei Punkte ist besonders hinzuweisen. Er- die auf den Platinteilen 36 liegen, freibleiben, stens ist das gemäß der Erfindung verwendete Platin- Anschließend werden diese freiliegenden Teile 32 ätzmittel wesentlich stärker als dasjenige, das bei der dritten Schicht entfernt, wozu ein Ätzmittel aus dem bisher üblichen bekannten Verfahren benutzt Wasser. Schwefelsäure und Flußsäure verwendet wurde (z.B. 10 Teile Wasser, 9Teile Salzsäure und 30 wird, so daß nun zum ersten Mal die verbliebenen 1 Teil Salpetersäure). Bisher mußte ein relativ schwa- Teile 36 der Platinschicht 18 entblößt werden. »Unches Ätzmittel gewählt werden, um ein Abheben der verzüglich« wird anschließend ein Überzug aus Gold aus der Photolackschicht bestehenden Ätzmaske zu auf die Platinteile 36 aufgebracht, um die Goldvermeiden und zu verhindern, daß unerwünschte schichten 20 zu bilden, wie in Fig. 7 dargestellt ist. Teile der Platinschicht dem Ätzmittel ausgesetzt wer- 35 Dieses Überziehen der Platinteile mit Gold erfolgt den. Bei der Verwendung eines schwachen Ätzmit- durch ein elektrolytisches Verfahren. Die hierfür ertels kann andererseits nur eine relativ dünne Platin- forderlichen elektrischen Anschlüsse an die Platinschicht (z. B. etwa 1500 Angström) verwendet wer- teile werden über die noch unversehrte erste Schicht den, damit die Platinschicht mit wenigstens einer ge- 16 hergestellt, die unter jedem Platinteil 36 liegt und wissen Genauigkeit und Wiederholbarkeit durchgc- 40 bis zum Rand des Substrates 10 reicht. Der elektriätzt werden kann. Bei der Verwendung einer dünnen sehe Anschluß an die Schicht 16 erfolgt beispiels-Platinschicht besteht aber das Problem, daß die An- weise mittels einer (nicht dargestellten) Klammer, die zahl der durch die Schicht hindurchführenden feinen die Abdcckschicht 40 durchdringt. Mit dem Aus-Poren (»pinholes«) im allgemeinen praktisch umgc- druck »unverzüglich« ist auch hier gemeint, daß eine kehrt proportional zur Schichtdicke ist. Es ist be- 45 Zwischenlagerung des Werkstücks für die Dauer von kannt, daß solche durchgehenden Poren schädlich mehreren Stunden vermieden wird, und unerwünscht sind. Dadurch, daß die Platinteiie 36 zuvor durch die

Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wird für Teile 32 der dritten Schicht 22 geschützt und nach

die dritte Schicht ein Metall gewählt, beispielsweise ihrer Entblößung »unverzüglich« mit Gold überzo-

eines der aufgezählten Metalle, das nicht nur gegen- 50 gen werden, wird erreicht, daß sich auf dem Platin ir

über dem verwendeten Platinätzmittel beständig ist. wiederholbarer Weise ein ausgezeichnet haftende:

sondern auch im Vergleich mit normalen Photolak- Goldüberzug hoher Qualität ergibt. Gold ist zwar da:

ken extrem gut am Platin haftet. Die verbliebenen bevorzugte Material für die oberste Schicht 20 de

Teile 32 (F i g. 4) der dritten Schicht 22 dienen somit Kontakipolster 14, doch können auch andere Metall·

beim Ätzen des Platins als eine ausgezeichnete Ätz- 55 wie Silber, Kupfer od. dgl. verwendet werden,

maske, und es kann ein stärkeres Ätzmittel venven- Die noch vorhandenen Teile der Photolackschich

det werden. Dies wiederum ermöglicht eine dickere 40 werden dann entfernt, wobei man sich bekannte

Platinschicht mit weniger durchgehenden Poren und Mittel zur Beseitigung des Photolacks bedient, s<

führt somit zu Bauelementen mit besserer Qualität. daß die Teile der Schicht 16, die nicht von den Pia

Zweitens erfolgt das Atzen des Platins unverzüg- 60 tinteilen 36 bedeckt werden, freigelegt werden. Nac

Hch nach dem Freilegen der Teile 34 der Platin- dem Wegätzen dieser freiliegenden Teile der Schier

schicht, damit jede »Alterung« der Platinoberfläche, 16 erhält man das in Fig. 1 dargestellte Werkstücl

d.h. Änderungen ihres Verhaltens beim Ätzen ver- Das Ätzmittel, im Falle einer Schicht 16 aus Tita

mieden werden. Vorzugsweise wird das Werkstück so beispielsweise Schwefelsäure, Flußsäure und Wasse

schnell aus dem Ätzbad für die dritte Schicht 22 her- 6₅ greift Gold oder Platin nicht an.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von Metallkontakten an Halbleiterbauelementen, wobei ein mit einer isolierenden Maske bedecktes Halbleitersubstrat mit einer ersten Schicht aus am Substrat gut haftendem Metall und diese ihrerseits mit einer zweiten Schicht aus Platin überzogen wird, auf die ein Kontaktmetall aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schicht (18) zunächst mit einer sie gegen schädliche Umgebungseinflüsse schützenden dritten Schicht (22) aus Metall überzogen wird; daß in der dritten Schicht eine öffnung geschaffen wird, durch welche ein erster Teil (34) der zweiten Schicht freigelegt wird; daß dieser erste Teil unmittelbar nach seiner Freilegung mit einem Ätzmittel, das il;e Metalle der ersten und der dritten Schicht nicht angreift, weggeätzt wird; daß dann ein zweiter Teil (36) der zweiten Schicht durch Entfernen der restlichen Teile der dritten Schicht freigelegt wird; und daß unmittelbar danach auf diesen zweiten Teil (36) das Kontaktmetall (20) aufgebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der durch das Wegätzen des ersten Teils (34) der zweiten Schicht freigelegte Teil der errten Schicht (16) mit einer elektrisch nichtleitenden Schicht (40) bedeckt wird, und daß unter Verwendung der ?rsten Sicht als Elektrode das Kontaktmetall auf den zweiten Teil (36) elektrolytisch aufpiattu-rt wird, .vobei die nichtleitende Schicht ein Aufplattieren des Kontaktmetalls auf den von ihr bedeckten Teil der ersten Schicht verhindert.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Schicht erzeugt wird, ohne daß die zweite Schicht dabei der Erdatmosphäre ausgesetzt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schicht mit einer Dicke von etwa 3000 Angström gebildet wird, daß zum Wegätzen des ersten Teils (34) der zweiten Schicht ein Ätzmittel verwendet wird, welches sich etwa aus 5 Teilen Salzsäure und 1 Teil Salpetersäure zusammensetzt, und daß auf den zweiten Teil (36) der zweiten Schicht ein Goldüberzug (20) als Kontaktmetall aufgebracht wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, 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 nacheinander auf das Substrat (10) aufgestäubt werden.