DE2059306A1

DE2059306A1 - Verfahren zum Zerstaeubungsaetzen

Info

Publication number: DE2059306A1
Application number: DE19702059306
Authority: DE
Inventors: Terry Lewis Eugene
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1969-12-03
Filing date: 1970-12-02
Publication date: 1971-06-09
Also published as: JPS5018456B1; US3649503A; NL7017544A

Description

Verfahren zum Zerstäubungsätzen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zerstäubungsätzen unter Verwendung einer Metallmaske.

Die Verwendung einer mehrschichtigen Metallisation mit zwei oder drei Metallschichten ist bei der Herstellung von Halbleiteranordnungen als Standardausführung weit verbreitet. Diese mehrschichtigen Metallisationen bestehen aus einer ersten Metallschicht, die auf dem Halbleitermaterial angebracht ist und im besonderen einen guten ohmischen Kontakt zum Halbleitermaterial herstellt, wobei auch eine gute Haftung an der passivierenden Schicht ohne Wechselwirkungen gegeben ist. Über dieser Schicht werden eine oder mehrere weitere Metallschichten angebracht, um eine möglichst gute Oberfläche für die Befestigung von Leitungsbahnen zu schaffen. Eine solche mehr-

Fs/wi schichtige

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schichtige Metallisierung umfasst beispielsweise Systeme aus Molybdän-Gold, AlUminium-Molybdän-Gold, Aluminium-Nickel, Aluminium-Michrome, Ghrom-Gold sowie Titan-Platin-Gold, Chrom-Platin-Gold, und Titan-Platin. Die Kombination von Platin- und Goldschichten erweist sich als besonders schwierig, da diese Metalle verhältnismässig/chemisch zu ätzen sind, und da die der üblichen Maskierung mit Hilfe eines Photolackes anhaftenden Begrenzungen sich ebenfalls ungünstig auswirken. Masken aus einem Photolack, wie er unter der Bezeichnung KMER bekannt ist, sind bei einer Zerstäubungsätzung nicht zufriedenstellend zu verwenden, da Schwierigkeiten bestehen, den Photolack zu entfernen, wenn er verhältnismässig dick ist, oder da der Photolack beim Zerstäubungsätzen verhältnismässig rasch weggeht, wenn er dünn aufgetragen wird. Da Materialien wie Platin und Gold schwer chemisch zu ätzen sind, wurde bereits versucht, diese durch Zerstäubungsätzen abzutragen. Ein Abtragen dieser Metalle durch Zerstäuben i^t jedoch nicht zufriedenstellend aufgrund der Schwierigkeiten, lie sich durch die Maskierung ergeben. Die typischen Photolacke sind für eine Zerstäubungsätzung völlig unbefriedigend, da diese entweder verhältnismässig schwer zu entfernen sind, wenn sie in ausreichender Dicke aufgetragen \vrden, und andererseits die Photomaske auf dem Metall nicht ausreichend festgehalten werden kann, wenn die Maske nicht dick genug ist.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Zerstäubuiigsätzen unter Verwendung einer Metallmaske zu schaffen, die ein Ätzen mit sehr hoher Genauigkeit zulässt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass auf ein Trägermaterial eine erste Metallschicht aus einem Metall aufgebracht wird, das sich verhältnismässig langsam durch chemisches Ätzen abtragen lässt, dass über der ersten Metallschicht eine zweite Metallschicht aus einem Metall aufgebracht

2 - wird

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wird, das sich verhältnismässig schnell durch chemisches Ätzen und verhältnismässig langsam durch Zerstäubungsätzen abtragen lässt, dass die zweite Metallschicht bereichsweise durch chemisches Ätzen entfernt und die darunter liegende Metallschicht freigelegt wird, wobei die verbleibenden Teile der zweiten Metallschicht als Maske für die erste Metallschicht dienen, und dass die freigelegten Teile der ersten Metallschicht durch Zerstäubungsätzen entfernt werden.

Weitere Merkmale und Ausgestaltungen .der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Durch die erfindungsgemässe Verwendung einer dünnen Metallschicht, wie z.B. Titan, welche chemisch verhältnismässig leicht geätzt werden kann, jedoch durch Zerstäubungsätzung nur verhältnismässig langsam abzutragen ist, in Verbindung mit Gold- und Platinschichten ergeben sich besondere Vorteile für das Verfahren zum,Zerstäubungsätzen. Über der Platin- und/ oder Goldschicht, die verhältnismässig leicht durch Zerstäubungsätzen zu entfernen ist, wird eine weitere Titanschicht angebracht. Die gewünschte Maske, um die Platin- und/oder Goldschicht bereichsweise abzutragen, wird durch eine chemische Ätzung der obersten Titanschicht geschaffen, wobei die nicht weggeätzten Teile der Titanschicht als Maske während der Zerstäubungsätzung der Platin- und/oder Goldschicht dienen. Damit kann die Platin- und /oder Goldschicht in den gewünschten Bereichen durch eine Zerstäubungsätzung völlig entfernt werden, bevor die Titanschicht durch eine chemische Ätzung entfernt wird, welchö die Platin- und/oder Goldschicht unbeeinflusst lässt.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit den Ansprüchen und der Zeichnaung hervor. Es zeigen

- 3 - die

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die Fig. 1 bis 4 einen Schnitt durch einen Halbleiteratfbau in verschiedenen Stadien während der Durchführung des Verfahrens, gemäss der Erfindung.

Gemäss Fig. 1 ist auf einem Trägermaterial 10 eine Metallschicht 12 angeordnet. Das Trägermaterial kann aus einem Halbleiter, wie z.B. Silicium oder Germanium, aus Keramik in der Form von Aluminiumoxyd, Berylium, Steatit u.s.w., Glas, einem Metall, wie z.B. Eisen, Nickel, Molybdän, Kupfer, Aluminium u.s.w. oder einem Kunststoff in Form von Kunstharz» den unter den Warenzeichen bekannten Kunststoffen "Teflon" und "Nylon" sowie ähnlichen Kunststoffen bestehen. Als Halbleiterträgermaterial kann z.B. auch Galliumarsenid oder eine Halbleiterverbindung der Gruppe HI-IV Verwendung finden. Die über dem Trägermaterial angeordnete Metallschicht 12 besteht vorzugsweise aus Titan oder Chrom. Diese Metalle bilden besonders gute ohmische Kontakte mit dem Halbleitermaterial und gehen eine dichte Verbindung mit dem Trägermaterial ohne Neben wirkungen ein. Es können für die Metallschicht 12 auch andere Metalle, wie z.B. Chrom, Tantal, Molybdän, Wolfram, Nickel, Zirkonium, Hafnium, Niob, Eisen, Kupfer und dgl. Verwendung finden. Die Metallschicht 12 besitzt eine Dicke zwischen/500 bis 25OO S, wobei vorzugsweise eine Dicke von 1000 Ä Verwendung findet. Diese Metallschicht 12 kann in herkömmlicher Weise durch Aufdampfen oder Zerstäuben hergestellt werden.

Über der Metallschicht 12 ist eine weitere Metallschicht 14 vorgesehen, wofür ein besonders gut leitendes Metall Verwendung findet, das ausserdem die Eigenschaft besitzt, dass es eine gute Basis für die Befestigung von Leiterbahnen bietet. ,Ein solches Metall für die Metallschicht 14 ist vorzugsweise Platin, Gold, Palladium, Rhodium, Eridium und dgl. Die Dicke dieser Metallschicht 14 beträgt ungefähr 500 bis 5000 ?,, wobei eine Dicke von 1000 bis 2000 α zu bevorzugen ist. Auch diese

- 4 - Metallschicht

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Metallschicht 14 kann mit herkömmlichen Verfahren, wie Aufdampfen und Zerstäuben, aufgebracht werden. Über dieser Metallschicht 14 ist eine weitere Metallschicht 16 angeordnet, die jedoch nicht notwendigerweise Verwendung finden muss. Als Me_ tall findet ein Material Verwendung, das ähnliche Eigenschaften besitzt wie die Metallschicht 14. Die Dicke dieser Metallschicht 16 entspricht der Dicke der Metallschicht 14. Sowohl die Metallschicht 14 als auch die Metallschicht 16 bestehen aus Metallen, die chemisch verhältnismässig schwer zu ätzen, d.h. abzutragen sind, jedoch durch eine Zerstäubungsätzung verhältnismässig rasch abgetragen werden können.

Gemäss der Erfindung ist eine weitere Metallschicht 18 vorgesehen, die aus Titan besteht, das durch eine chemische Ätzung verhältnismässig rasch abgetragen werden kann, jedoch im Vergleich zu Gold und Paladium verhältnismässig widerstandsfähig gegen eine Zerstäubungsätzung ist. Weitere Metalle, die für diese Metallschicht 18 geeignet sind, bestehen aus Chrom, Zirkonium, Tantal, Wolfram, Niob, Molybdän und Hafnium. Die Dicke dieser Metallschicht beträgt ungefähr 500 bis 2500 Ä, wobei die Schicht in herkömmlicher Weise durch Aufdampfen oder Zerstäuben aufgebaut werden kann.

Gemäss Fig. 2 wird aus einer Photolackschicht 20, z.B. aus dem bekannten Material KMER, eine Maske gebildet, durch welche die oberste Metallschicht 18 durch chemisches Ätzen teilweise abgetragen wird. Dadurch entsteht eine entsprechende Metallmaske 22. Da die Metallschicht 18 verhältnismässig dünn ist, und hierfür ein Metall ausgewählt wurde, das verhältnismässig leicht chemisch zu ätzen ist, lässt sich die Metallmaske mit hoher Genauigkeit unter Verwendung einer Photolackmaske und eines chemischen Ätzverfahrens herstellen. Nach diesen Verfahrensschritten wird die restliche Schicht 20 des Photolackes von der Metallmaske 22 entfernt.

- 5 - Die

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Die MetallSchichten 14 und 16 werden anschliessend durch Zerstäubungsätzen abgetragen, wodurch sich die gewünschten Metallbereiche 24 und 26 gemäss Fig. 3 ausbilden. Gemäss der Erfindung dienen bei diesem Vorgang die nicht abgetragene^. Teile 22 der obersten Metallschicht als Maske. Wie bereits erwähnt, wurde für die Maske 22 ein Metall ausgewählt, das durch Zerstäubungsätzung gegenüber den Metallen der Schichten 14 und 16 wesentlich langsamer abzutragen ist. Auf diese Weise bildet die Metallmaske 22 eine schützende Schicht für die unmittelbar darunterliegenden Bereiche 24 und 26. Für die Metallschicht 12 wird normalerweise ein Metall verwendet, das dem für die Metallmaske 22 ähnlich ist und durch Zerstäubungsätzung im Vergleich mit den Bereichen 24 und 26 langsam abzutragen ist.

Anschliessend wird durch eine chemische Ätzung die Metallmaske 22 und die von den Bereichen 24 und 26 nicht überdeckten Teile der untersten Metallschicht 12 durch chemische Ätzung entfernt. Dieser Verfahrensschritt ist in Fig. 4 dargestellt. Nach diesem letzten chemischen Ätzschritt ergibt sich der gewünschte Aufbau der Metallisation. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht das Trägermaterial 10 aus Silicium oder einer Keramik. Die darauf aufgebaute Metallisation besteht im Bereich 28 aus Titan, im Bereich 26 aus Platin und im Bereich 24 aus Gold.

Nachfolgend wird ein Verfahrensablauf im Beispiel beschrieben.

Als Träger findet eine Siliciumscheibe Verwendung, die geätzt, geläppt und poliert wird, um eine geeignete Oberfläche zu schaffen. Auf einer Oberfläche dieser Siliciumscheibe wird eine Titanschicht in einer Dicke von 2000 Ä angebracht und über dieser Titanschicht eine Platinschicht mit einer Dicke von 2000 Ä aufgebaut. Die dritte Schicht besteht aus Gold mit

- 6 - einer

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einer Dicke von etwa 5000 SL Über der Gold.sch.icht ist eine weitere Titanschicht mit etwa 2000 S. Dicke aufgebaut. Über dieser oberen Titanschicht wird mit Hilfe eines Photolackes eine Metallmaske in bekannter Weise angebracht und die oberste Titanschicht mit einer Lösung aus HpSO.:HF in den nicht überdeckten Bereichen abgeätzt. Anschliessend wird die aus dem Photolack bestehende Maske entfernt. Durch die aus Titan bestehende Metallmaske werden nunmehr die nicht abgedeckten Gold- und Platinbereiche durch Zerstäubungsätzen abgetragen. Dabei dient das Titan als Maske und wird verhältnismässig wenig beeinflusst, da es im Vergleich zu Gold und Platin sehr widerstandsfähig gegen eine Zerstäubungsätzung ist. Die Titanmaske und die Titanschicht, die unter den abgetragenen GoId- und Platinbereichen liegt, werden anschliessend durch eine chemische Ätzung mit Hilfe einer Mischung aus H_nSO^, :HF entfernt. Dieses Verfahren führt zu der gewünschten Metallisation, wobei die Siliciumträgerschicht mit aner Metallisation aus Titan-Platin-Gold versehen ist.

- 7 - Patentansprüche

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Claims

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Patentansprüche

Verfahren zum Zerstaubungsätzen unter Verwendung einer Metallmaske, dadurch gekennzeichnet, dass auf ein Trägermaterial (10) eine erste Metallschicht (12) aus einem Metall aufgebracht wird, das sich verhältnismässig schnell durch Zerstäubungsätzen und verhältnismässig langsam durch chemisches Ätzen abtragen lässt, dass über der ersten Metallschicht eine zweite Metallschicht (14-) aus einem Metall aufgebracht wird, das sich verhältnismässig schnell durch chemisches Ätzen und verhältnismässig langsam durch Zerstäubungsätzen abtragen lässt, dass die zweite Metallschicht bereichsweise durch chemisches Ätzen entfernt und die darunter liegende Metallschicht freigelegt wird, wobei die verbleibenden Teile der zweiten Metallschicht als Maske für die erste Metallschicht dienen, und dass die freigelegten Teile der ersten Metallschicht durch Zerstäubungsätzen entfernt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die erste Metallschicht eines der Metalle Gold, Platin, Paladium, Rhodium oder Iridium verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die zweite Metallschicht eines der Metalle Chrom, Titan, Zirkonium, Tantal, Wolfram, Molybdän, Niob oder Hafnium verwendet wird.

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4-. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der zweiten Metallschicht zwischen 500 und 25OO Ϊ liegt.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Trägermaterial Silicium, Germanium oder eine Keramik Verwendung findet.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass über dem (Prägermaterial drei Metallschichten angeordnet werden, wobei die zweite Metallschicht aus einem der Metalle Gold, Platin, Paladium, Rhodium oder Iridium und die dritte Metallschicht aus einem der Metalle Chrom, Titan, Zirkonium, Tantal, Wolfram, Molybdän, Niob oder Hafnium besteht, dass über der dritten Metallschicht ein Photolack in bekannter Weise angeordnet und bereichsweise zum Freilegen bestimmter Teile der dritten Metallschicht entfernt wird, dass die dritte Metallschicht chemisch in den durch den Photolack freigegebenen Bereichen weggeätzt wird, dass nach der Beseitigung des Photolacks die freigelegte zweite Metallschicht durch Zerstäubungsätzen entfernt wird, und dass die nach dem Entfernen der zweiten Metallschicht freigelegten Teile der ersten Metallschicht durch chemisches Ätzen entfernt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichn e t, dass die erste Metallschicht aus Titan besteht und auf einem Trägermaterial aus Silicium angeordnet wird, und dass die zweite Metallschicht aus Gold und die dritte Metallschicht aus Titan hergestellt werden.

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