DE2012110A1

DE2012110A1 - Verfahren zum Herstellen einer Mehrlagenmetallisierung an elektrischen Bauelementen

Info

Publication number: DE2012110A1
Application number: DE19702012110
Authority: DE
Inventors: Georg Dipl.-Chem. 8012 Ottobrunn; Söhlbrand Heinrich Dipl.-Chem. Dr. 8000 München Rosenberger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1970-03-13
Filing date: 1970-03-13
Publication date: 1971-09-23
Also published as: AT318009B; FR2081913B1; GB1286433A; SE359122B; FR2081913A1; US3808041A; NL7102911A

Description

Verfahren zum Herstellen einer Mehrlagenmetallisierung an

j. Patent .......... (P 1.963-514.4 = VPA 69/3147).

Das' Hauptpatent .......... (P 1.965.514.4 = VPA 69/3147) betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer gut haftenden kontaktierbiren Metallisierung auf Oberflächen von elektrischen Bauelementen, insbesondere von Silicium-Planarhalbleiterbau- elementen, .bei dem auf die zu metallisierende Oberfläche eine das Metall enthaltende Lösung oder Suspension in flüssiger Form aufgebracht, die !Flüssigkeit verdampft und die zurückbleibende, die Metallverbindung enthaltende Schicht durch Erhitzen in eine reine Metallschicht übergeführt und anschließend in die Halbleiteroberfläche eingesintert oder einlegiert wird.

Bei der S'ystemherstellung von elektrischen Bauelementen, insbesondere von Mikrohalbleiterbauelementen, die nach der Planar- oder Mesatechnik gefertigt sind, ist einer der letzten Verfahrensschritte das definierte Aufbringen von Emitter- bzw. Basiskontakten oderj-leitbahnen. Dies geschieht in der Weise, daß eine Scheibe au^s Halbleitermaterial, beispielsweiseeine SiIi-' ciumeinkristalHlscheibe, welche mit einer Vielzahl von Bauelement systemen versehen und nach Fertigstellung der Systeme zerteilt wird, unjber Verwendung entsprechender Masken oder Schablonen mit ;dera· gewünschten Metall, beispielsweise Aluminium, Silber, Gold, !Platin, Chrom oder Molybdän bedampft wird,

Wenn, bedingt^durch die Kleinheit der Geometrien+ ein Bedampfen

durch Masken liicht mehr möglich ist;, wird die Metallschicht^

ganzflächig einem entsi

aufgebracht und anschließend nach Abdeckung mit. reihenden Fotolack und Abbildung der gewünschten

Struktur, durch Belichtung und Entwicklung des Fotolacks die

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Metallschicht an den unerwünschten Stellen des Halbluitursystems wieder abgelöst. Aufler der Metallbedampfung ist es auch möglich, die Metallisierung einer Halbleiteroberfläche durch Kathodenzerstäubung (sputtern) oder aus einer galvanischen Lösung aufzubringen. Diese Verfahren erfordern einen erheblichen apparativen Aufwand und haben zudem noch den Nachteil, daß die durch sie erzeugten Metallisierungen bezüglich ihres Haftvermögens und ihrer Schichtdicke auf der Halbleiteroberfläche nicht immer optimal sind und daher die Kontaktierbarkeit erschweren. Dies führt au mechanischen und elektrischen Ausfällen bei den so gefertigten Halbleiterbauelementen.

Die vorliegende Erfindung dient zur Lösung der Aufgabe, die Haftfestigkeit und damit die Kontaktierbarkeit von aus mehreren Metallagen bestehenden Metallisierungen, die hauptsächlich aus Gold, Platin und Titan bestehen, auf Halbleiteroberflächen zu verbessern und dabei gleichzeitig ein Verfahren anzugeben, welches rationell und ohne großen Aufwand arbeitet.

Dabei wird gemäß der Lehre der Erfindung zur Herstellung einer aus mehreren Lagen verschiedener Metalle bestehenden Metallisierung jedes einzelne Metall in Form einer Verbindung in einem organischen Lack gelöst aufgebracht, zwischen dem Aufbringen der einzelnen, die Metallverbindungen enthaltenden Lachschichten jeweils ein Temperprozeß durchgeführt, dann die nacheinander aufgebrachten Lackschichten in einem einzigen Verfahrensschritt durch Thermolyse in einer Sauerstoff und Argon enthaltenden Atmosphäre bei 350 - 400 ⁰C in die reinen Metallschichten übergeführt und die übereinandei-liegenden Metallschichten in die ; Halbleiteroberfläche einlegiert. \

Es liegt im Rahmen der vorliegenden Erfindung, zur Strukturie- ' rung der Mehrlagenmetallschicht ein fotolithographisches Ätz- i verfahren vor oder nach der Thermolyse durchzuführen. Die Foto-| ätztechnik vor der Thermd'lyse hat den Vorteil, daß beim Entwickeln die darunterliegenden Lackpartien, welche die Metalle enthalten, initabgelöst werden. Wird die Fotoätztechnik nach der Thermolyse durchgeführt, so muß zum Ablösen der eineelhjn lie-

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tailschichten und damit zum Freilegen der Substratoberfläche ■ mit verschiedenen Lösungsmitteln, die der jeweiligen Metallschicht angepaßt sind, gearbeitet v/erden. Durch selektives Ätzen der einzelnen Schichten läßt sich eine gesonderte Strukturierung durchführen.

Eine weitere Möglichkeit ist dadurch gegeben, daß an Stelle einer in einem Butylacetat-Äther-Gemisch gelösten Nitrocellulose als Lacklösung gleich ein fotosensitiver Lack als Suspensions- oder Lösungsmittel für die Metallverbindung verwendet wird. Dadurch kann auch eine Strukturierung innerhalb der Mehrlagenmetallisierung erreicht werden.

Gemäß einem günstigen Ausführungsbeispiel nach der Lehre der Erfindung wird die Konzentration der Metallverbindung im Lack auf 5-10 °/o. eingestellt.

Die Temperung der einzelnen, die-.jeweilige Metallverbindung enthaltenden Lackschichten erfolgt zweckmäßigerweise bei 100 150 C maximal 5 Minuten lang.

Die Schichtdicke der einzelnen die Metallverbindungen enthaltenden Lacke wird auf 3 - 4 /u eingestellt, so daß nach der Thermolyse eine Schichtdicke der einzelnen Metallschichten von Ο,1 - 0,3 /U zu erwarten ist.

Durch die Verwendung von organischen Lacken gemäß vorliegender Erfindung .Können nämlich besonders gleichmäßige Beschichtungsdicken über die gesamte zu beschichtende Halbleiteroberfläche erzielt werden, die dann zu entsprechend gleichmäßigen Metallschichten führen. Durch die Verwendung von Fotolacken lassen sich durch die bekannten Verfahrensschritte der Fototechnik mit nachfolgendem Erhitzen sehr fein detaillierte Metallstrukturen bis herunter zu Breiten von einigen 1/1000 mm erzeugen.

Gemäß einem besonders günstigen Ausführungsbeispiel nach der Lehre der Erfindung wird zur Herstellung einer aus Gold und Platin bestehenden Mehrlagenmetallstruktur für die Goldverbin-

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dung Chlorogoldsäure (HAuCl^ 4HpO) oder Golddimethylacetylacetonat und für die Platinverbindung Hexachloroplatinsaure (H₂PtCIg) verwendet. Wenn des weiteren noch eine Titanschicht aufgebracht werden soll oder als Zwischenschicht verwendet wird, so hat es sich als vorteilhaft erwiesen, für die Titanverbindung Dicyclopentadienyltitan zu verwenden.

Das Verfahren nach der Lehre der Erfindung läßt sich in besonders vorteilhafter Weise anwenden zur Herstellung von aus Platin, Gold und Titan bestehenden Mehrlagenkontakten auf freien und mit Maskierungs- oder Schutzschichten (SiOp, AlpO-z, Si~KL undji Kunststoffe) bedeckten Halbleiterkristalloberflächen. Es ist auch in Gegenwart von Fotolackabdeckungen anwendbar. Die nach diesem Verfahren hergestellten Mehrlagenmetallstrukturen sind wegen der Gleichmäßigkeit der Ausbildung ihrer Schichtdicken und wegen ihres guten'^elektrischen Leitvermögens besonders geeignet zur Herstellung^ von Halbleiterbauelementen, insbesondere in der Planar- und ieam-lead-Technik.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels wird nun auf die Figuren 1-5 der Zeichnung Bezug genommen, in denen die Herstellung einer Mehrlagenmetallisienmg am Beispiel Titan/Gold/Platin dargestellt ist.

Auf einer aus einem Siliciumhalbleiterkö'rper bestehenden Substratscheibe 1 wird, wie in Figur 1 dargestellt ist, zur Erzeugung einer Titanschicht ein Nitrocellulose-Ather-Butylacetat-Lack, welcher Dicyclopentadienyltitan in einer Konzentration von 5 - 10 $ gelöst enthält, aufgesprüht und auf einer zentrischen Schleuder abgeschleudert (15 Sek. bei 2000 UpM). Dabei entsteht der mit 2 bezeichnete Lackfilm in einer Schichtstärke von 3 /U. Nach dem Tempern des Lackfilms bei 100 ⁰C während 5 Minuten wird ein zweiter, eine Platinverbindung in Form von Hexachloroplatinsaure enthaltender Lackfilm 3, v/ie in Fig. 2 gezeigt, in gleicher Weise aufgebracht und ebenfalls getempert. Nun erfolgt, wie in Fig. 3 dargestellt ist, zur Erzeugung eines dritten Metallfilms das Aufbringen einer dritten Lackschicht 4,

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welche Chlorogoldsäure oder Golddimethylacetylacetonat gelöst enthält und ebe:
terworfer. wird·

enthält und ebenfalls einem kurzen femperprozeß bei 100 ⁰O vrn-

2ur Überführung der drei Lackschicliteta in die reinen Metallschicht en wird nun die gesamte Anordnung einer Shermolyse in Sauerstoff-Argon-Atmosphäre bei 350— 400 ⁰G ca, 10 Minuten lang unterworfen« Bei dieser 'Therxnolyse verflüchtigen sich die lackbestandteile und die MetallverMadungen v/erden-zersetzt. Auf der Substratoberfläche verbleibt die reine Metallisierung» bestehend aus einer Titanschioht 12",-einer Platinschicht 13 und einer Goldschicht 14, wie dies in 5¹XgUr 4 gezeigt ist» Die einzelnen Schichtstärken betragen 0,1 - Q_S3 /U«.

Pig» 5 seigt die S'reilegung der Substratoberflache im Bereich 15 im Bahnen einer fototechnik, wobei, die Strukturierung der cms der Mehrlagenmetallsohicht (12, Ij₃ 14)'bestehenden Metallisierung auf dem Siliciumsubstrat 1 durchgeführt worden ist« In analoger V/eise kann bei Verwendung der entsprechenden Metallverbinöung im lack auch eine andere Zusammensetzung der Mehrlagenmetallisierung erreicht werden* Hs ist möglich_? nur z\7ei Schichten, z. B. Platin und Gold oder fitan und Platin, oder aber aucU mehr als drei Schichten überoinander aufzubringen. Wichtig ist, daß nach jedem Aufbringen einer Metall enthaltenden Ijackschicht diese Lackschicht einem iemperprozeß unterworfen wird.

Das Einsintern oder Einlegieren der Mehrlagenmetallschicht in den Halbleiterkörper erfolgt nach bekannten {^erfahren in Rohroder Durchlaufofen bei Temperaturen von 500 - 700 ⁰G.

11 Patentansprüche
5 !Figuren ;

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Claims

1. Verfahren sum ![erstellen ainer gut haftenden kontaktierbaren Metallisierung auf Oberflächen von elektrischen Bauelementen, insbesondere von Sillcium-Planarhalbleiterbauelementen, bei dem auf die su metallisierende Oberfläche eine das Metall enthaltende Lösung oder Suspension in flüssiger Form auf ^-

. bracht, die Flüssigkeit varJampft -.jnd die zurückbleibende, die Mc. bauverbindung enthaltende Schicht durch Erhitzen in die reine Metallschicht übergeführt nv>ü anschließend in die Halbleiteroberfläche elagesintert oder einlegiert wird, nach Patent ....,..,,, (P i .963.014.4 - YPA 69/3147), dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung einer aus mehreron. Lagen verschiedener Metalle bestehende Metallisierung j-ü'I-ts ein se Ine Mvtsll in Form einer Verbindung in einem ox^anischien Lank gelöst aufgebracht wird, daß zwischen, dem Aufbringen cu·::/ einz-eJ.neti die Metallverbindungen enthaltenden laakschieivlen jeweils ein Temperprozeß durchgeführt v;ird, cia3 ä^rni rH.s- nacheinander aufgebrachten Lackschichten in einem einv\U;en Yerfahrensschritt durch Thermolyse in eine:: S-vorsir-ff und Argon enthaltenden Atmosphäre bei 350 - 400 ⁰C in die reinen Metallschichten übergeführt und die übereinanderliegenden Metallschichten in die Halbleiteroberfläche einlegiert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß zur Strukturierung der Mehrlagenmetallschicht ein fotolithographisches Ätzverfahren vor der Thermulyse durchgeführt v/ird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß zur Struktur!erung der Mehrlagenmetallschicht ein fotolithographisches Verfahren nach der Thermolyse durchgeführt v/ird.

4. Verfahren nach Anspruch 1-3» dadurch gekenn zeichnet , daß als Lacklösung eine in einem

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Butylacetat-Ather-Geniisch gelöste Nitrocellulose verwendet wird.

^ifi3*_ Verfahren nach Anspruch 1 - 3, d a d u r e h g e -

kennzeichnet, daß als Lacklösung ein fotosensitiver Lack verwendet wird*

-6". Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1—5, dad u r eh- g-ekennze. ic h η e t -,. daß die Konzentration der Metallvefbindung im Lack auf 5 - 10 $ eingestellt wird.

7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 - 6,

d ad u r c h g e k e η η ζ ei c h η e t , daß die

Temperung der einzelnen die Metallverbindungen enthaltenden

Lackschichten bei 100 - 150 ⁰G maximal 5 Minuten lang vorgenommen wird.--."-- .-'.-■

8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 -."Tj.'. dadurch gekennzeichnet , daß zur Herstellung einer aus Gold und Platin bestehenden Mehrlagenmetallstruktur für die Goldverbindung Ghlorogoldsäure ■ (HAuOi-J-. 4HpO) oder Golddimethylacetylacetonat und für die Platinverbindung Hexachloroplatinsäure (HpPtGIg) verwendet wird. ---..-_ ■"-."-'■"'

9. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t ,, daß zur Herstellung jiner aus Gold, Platin und Titan bestehenden Mehrlagenmetailstruktur für die Goldverbindung Ghlorogold-

^ säure oder Golddimethylacetylacetonatj für die Platinverbindung Hexachloroplatinsäure und für die Titanverbindung Dicyclöpentadienyltitan verwendet wird.

■TO-· Verfahren nach mindestens «inem der Ansprüche 1-^9, ■ dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t , daß die Schichtdicke der einzelnen die Metallverbindungen enthal-

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tenden Lacke auf 5 - 4 /U eingestellt wird.

11. Halbleiterbauelement, insbesondere Silicium-Planartransistor oder integrierte Schaltungen, hergestellt nach einem Verfahren nach Patentanspruch 1 - 10.

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