DE2104804A1 - Verfahren zum Atzen eines passivier baren Metalls - Google Patents

Description

PB/U/C
F 4865

COMPAGNIB GENERALE D'ELECTRICITE 54, Rue La Boetie, PARIS (8), Frankreich

VERFAHREN ZUM ÄTZEN EINES PASSIVIERBAREN METALIS

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ätzen eines passivierbaren Metalls durch ein Säurebad, welches geeignet ist, das Matell in seiner gesaraten Tiefe zu ätzen. Dieses Ätzen ist jedoch nur unter bestimmten Bedingungen wirksam, wenn eine vorherige Oberflächenbehandlung des Metalls erfolgt ist. Die Oberfläche darf beispielsweise nicht mit einem oxydierenden Medium in Berührung gekommen sein. Das Metall wird passiviert genannt, wenn es nicht angegriffen wird. Diese Passivierung kann durch verschiedene Verfahren verhindert werden, zum Beispiel dadurch, dass das Metall von seiner Bearbeitung ab und bis zum Ätzen in einem Hochvakuum oder in einer genauestens kontrollierten Atmosphäre untergebracht wird. Diese Verfahren sind jedoch umständlich und kostspielig.

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Das Problem wird besonders kritisch, wenn das Säurebad selektiv wirken soll, d.h. dann, wenn es sowohl das betreffende Metall, jedoch nicht ein weiteres Material angreifen soll, welches im Metallteil enthalten ist. Bei der Herstellung von Transistoren nach der Planartechnik werden beispielsweise bei einem bekannten Verfahren zur Herstellung von nicht gleichrichtenden Kontakten bestimmte mit dünnen Schichten abgedeckt, deren Form und Abmessungen mit Präzision bestimmt werden müssen. Einige dieser Schichten bestehen aus schwer ätzbaren Metallen. Die Konturen dieser Schichten werden folgendermassen abgegrenzt:

- Aufbringung einer Schicht, die silber die endgültigen

Umrisse hinausgeht;

- Aufbringung einer Schicht aus lichtempfindlichem Kunstharz;

- Belichtung dieser Kunstharzschicht durch eine Abdeckung hindurch, um sie widerstandsfähiger in dem Bereich zu machen, auf den in der Folge das Metall aufzubringen ist, und zwar nur in diesem Bereich. Diese Belichtung ist "solle ktiv"; die Selektivität, die sich von der oben erwähnten chemischen Selektivität unterscheidet wird "räumliche" Selektivität genannt;

- Entfernung der Kunstharzschicht, die nicht widerstandsfähig gemacht worden ist;

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- Ätztmg des Metalls in einem Säurebad, dem das verbliebene Kunstharz zu widerstehen vermag.

Ein derartiger Verfahrensablauf ist offensichtlich von der Selektivität des Ätzens durch das Säurebad (chemische Selektivität) abhängig. Wenn das Metall das Phänomen der Passivierung aufweist, ist es schwierig, diesem durch eine Änderung der Verfahrensbedingungen abzuhelfen, beispielsweise durch eine Erhöhung der Temperatur oder eine Verlängerung der % Dauer des Ätzens. Das Kunstharz würde dieser nicht standhalten.

Ein Ziel der Erfindung ist daher ein einfaches Verfahren, mit dem die Passivierung des Metalls, welches von einem Säurebad angegriffen werden soll, zu verhindern.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, die Verfahren zur Herstellung von Kontakten auf Halbleitern zu verbessern.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Ätzen eines passivierbaren Metalls, bei dem das betreffende Metall in eine Säurelosung getaucht wird, und dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass auf dem passivierbaren Metall zunächst eine Schicht eines starker oxydierbaren Zusatzmetalls aufgebracht wird.

Das erfindungsgemasse Verfahren wird an Hand eines Ausfuhrungsbeispiels und der Zeichnung beschrieben, wobei

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die Fig. 1 bis 10 Quersohnittsansichten einer Siliziumplatte darstellen, auf der durch verschiedene Verfahrensschritte Kontakte aufgebracht worden sind. Die auf der Siliziumplatte hergestellten Kontakte müssen sich entsprechend dem Ohmschen Gesetz verhalten, d.h. sie dürfen keine gleichrichtende Wirkung ausüben. Ferner muss ihr Widerstand so niedrig wie möglich sein. Sie müssen ausserdem sehr zuverlässig im Betrieb, sein, d.h. die einzelnen Schichten müssen in bezug aufeinander ein hohes Haftvermögen aufweisen, und sie dürfen sich im Laufe der Zeit chemisch nicht verändern. Das beschriebene Verfahren betrifft die Herstellung von Kontakten auf Transistoren für Höchstfrequenzen, bei denen die Abmessungen der Emitter besonders klein sind. Der Bereich, auf dem der Emitterkontakt aufzubringen ist, hat daher besonders kleine Abmessungen, und die Umrisse der Metallschichten, die den Kontakt gewährleisten, sind somit mit grösster Präzision zu bestimmen. Die Kontaktierung erfolgt selbstverständlich nach der Herstellung des eigentlichen Transistors, d.h. nachdem auf der Platte Zonen des entsprechenden Leitfähigkeitstyps geschaffen worden sind.

Zu Beginn der Kontaktherstellung wird die Siliziumplatte 1 mit einer Siliziumoxidschicht 2 (Fig. 1) überzogen· über der Zone, auf welcher der Kontakt hergestellt werden soll, wird ein Fenster 20 in der Oxidschicht vorgesehen· Das hierbei angewandte Verfahren ist bekannt. Auf der Oxidschicht

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wird zunächst ein lichtempfindliches Kunstharz aufgebracht. Diese Schicht wird durch eine entsprechend geeignete. Kaschierung derart belichtet, dass sie ausserhalb des vorzusehenden Fensters widerstandsfähig bleibt. Dann wird die Oxidschicht durch ein geeignetes Bad geätzt, wobei lediglich der Teil der Schicht, welcher dem Fenster entspricht, entfernt wird, denn der restliche Teil der Schicht wird durch das Kunstharz geschützt. Sodann wird das verbliebene Kunstharz entfernt, und der Zustand der Platte entspricht dem in Fig. 1 dargestellten. Bei dem beschriebenen Verfahren handelt es sich um Photolithographie.

Sodann wird in dem Fenster eine Legierung von Silizium und Platin hergestellt, die als Silicid bezeichnet wird, obwohl ihre Zusammensetzung den Erfindern nicht genau bekannt ist.

Zunächst wird der Oberfläche der Silicids im Fenster

der Sauerstoff entzogen, und zwar durch schnelles Eintauchen " in verdünnte Flussäure, auf das ein zehnminütiges Spülen in entionisiertem Wasser und Trocknen in Stickstoff folgen. Dann wird eine Schicht 3 von 500 Angström Platin durch Kathodenzerstäubung auf die gesamte Oberfläche der Platte aufgebracht. Dieser Vorgang entspricht der Darstellung in Fig. 2.

Sodann wird die Platte während 15 min einer Temperatur von 500° ausgesetzt, um die Bildung des Silicids im Fenster zu bewirken. Das Platinsilicid dient dazu, einen geringen

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Kontaktwideratand zu gewährleisten. Das Platin, welches nicht zur Bildung des Silicide gedient hat, wird sodann durch eine saure L'osung weggeätzt, die aus Königswasser, d.h. einer Mischung aus Salpetersäure und Salzsaure besteht. Das Ätzen, welches an sich verhältnismässig schnell verläuft, beginnt erst nach sehr langer Zeit, und zwar wegen der Passivierung der Oberfläche des Platins. Es muss sofort nach Herausnahme aus dem Vakuumbehälter erfolgen, in dem die Kathodenzerstäubung stattfand5 vorzugsweise muss das Ätzen in einem Ultraschallbad beendet werden, um die Entfernung des Platins von den Rändern des Fensters zu erleichtern. Diese Passivierung, die eine Verlängerung der Ätzdauer mit sich bringt, ist nicht sehr hinderlich, denn sie braucht nicht selektiv zu sein, da die ausser dem Platin vorhandenen Stoffe vom Königswasser wenig angegriffen werden. Diesen Vorgang zeigt Fig. 3.

Die Platte wird anschliessend durch Kathodenzerstäubung mit einer Schicht 5 von 500 Angstrom Titan und einer Schicht 13 von 1000 Angstrom Platin überzogen (Fig. 4). Die Titanschicht dient dazu, das Anhaften der weiteren Schichten auf dem Siliziumoxid zu gewahrleisten. Diese Schichten reichen über das zuvor hergestellte Fenster hinaus· Das Platin dient zur Verhinderung der Diffusion der Goldschicht, die später aufgebracht wird, in das Silizium, dessen elektrische Eigenschaften es sonst ändern würde. Es soll ebenfalls die Diffusion des Titans in die Oxidschicht verhindern. Damit sie

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ihren Zweck voll erfüllen kann, muss die Dicke der Platinschicht ausreichend sein; andererseits darf sie nur auf einer ganz genau bestimmten Zone des fertig bearbeiteten Transistors verbleiben. Sie muss durch Photolithographie angegriffen werden können, und zwar bei Vorhandensein einer aus Kunstharz bestehenden Schutzschicht. Ihre Dicke muss daher ausreichend dünn sein. Fig. 4 veranschaulicht die Platte nach Aufbringung des Titans und des Platins. M

Die Platinschicht wird dann durch Photolithographie abgegrenzt. Zunächst wird eine Kunstharz schicht 6 (Fig· 5) auf eine genau begrenzte und die das zuvor angebrachte Fenster einschliessende Kontaktzone aufgebracht. Hierzu erfolgen die gleichen Verfahrensschritte wie vorher: nicht sei ektive Aufbringung eines lichtempfindlichen Kunstharzes, Belichtung durch eine Abdeckung hindurch und Spülen» Dies veranschaulicht Fig. 5, Danach kann das Platin durch Königswasser geätzt werden, so dass es nur in der vom Kunstharz geschützten Zone * bestehen bleibt, wie dies Fig. 7 zeigt. Infolge der Passivierung des Platins würde dieser Htzvorgang jedoch, was den Widerstand der Kunstharzschicht anbelangt, viel zu lange dauern. Dies würde zumindest teilweise angegriffen werden, und das erzielte Ergebnis ware unbestimmt. Erfindungsgemass wird daher zunächst die Platinschicht und die aus Kunstharz gebildete Schutzschicht mit einer durch Kathodenzerstäubung aufgebrachten Silberschicht 7 überzogen. Dies veranschaulicht die Fig. 6,

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Sodann wird das Silber 10 s lang einer verdünnten Salpetersäure ausgesetzt, und sofort danach erfolgt während 6 min eine Ätzung" des Platins in Königswasser. Durch das Silber ist die Oberfläche des Platins entpassiviert worden. Bei Fehlen der Silberschicht müsste das Ätzen des Platins länger als 10 min dauern, was zu lange wäre. Pig. 7 veranschaulicht diese Vorgänge.

Es folgt danach das räumlich selektive Aufbringen einer Kunstharzschicht 16 auf das Titan um die mit Platin bedeckte Kontaktzone herum. Diesen Vorgang veranschaulicht Fig. 8, Sodann wird eine Goldsehicht 8 durch Elektrolyse unter folgenden Bedingungen auf die Platinschicht aufgebracht:

Die Temperatur des Elektrolysebads beträgt 60⁰C. Nach Aufbringung auf einem geeigneten Träger wird die Platte in einem 10?5igem Schwefelsäurebad 10 min lang vorbereitet und danach 10 min lang in entionisiertem Wasser gespült. Die Elektrolyse erfolgt sodann während 10 min bei einer Stromdichte von 8 bis 10 mA/cm · Unter diesen Umständen wird eine GoIdschichtdicke in der Grössenordnung von 3 Mikron erzielt. Fig. 9 zeigt den Zustand der Platte nach erfolgter Elektrolyse·

Die Kunstharzschicht wird dann entfernt. Die ausserhalb der Kontaktzone befindliche Titanschicht wird danach mittels einer zur Hälfte aus Schwefelsäure und zur Hälfte aus Wasserstoffperoxid gebildeten Lösung angegriffen· Die Kontaktierung wird schlieaslich durch Verschweissen eines

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Golddrahtes auf der aufgebrachten Goldschicht "beendet, und zwar erfolgt das Schweissen durch Thermokompression.

Bei dem beschriebenen Verfahren betrifft die Erfindung das Ätzen von Platin nach der zweiten Aufbringung von Platin und vor der Aufbringung von Gold. Hierdurch können Kontaktbreiten von einigen Mikron erzielt werden. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Verbesserung dieses Verfahrens beschrankt. Sie kann vorteilhafterweise dann ange- ™ wandt werden, wenn eine sehr selektive 'Atzung eines passivierbaren Metalls erfolgen soll, und insbesondere dann, wenn die Zone, in der das Metall zu ätzen ist, mit grosser Präzision abgegrenzt werden muss. Diese Abgrenzung der Zone erfolgt vorzugsweise durch Photolithographie oder zumindest Lithographie. Die Erfindung ist nicht auf die Einwirkung von Licht begrenzt. Die bei einem solchen Verfahren verwendeten Schutzschichten können nur einen begrenzten Widerstand haben. Das Ätzen muss daher sehr selektiv erfolgen, |

Selbstverständlich kann die Lithographie eines passivierbaren Metalls aus anderen Gründen als dem der Herstellung eines elektrischen Kontaktes auf Halbleitern vorgenommen werden.

Bei dem passivierbaren Metall, das geätzt werden soll, kann es sich auch um ein anderes Metall als Platin handeln, beispielsweise um Palladium, Zur Entpassivierung kann auch, ein anderes Metall als Silber verwendet werden_f

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beispielsweise Kupfer, Wesentlich ist, dass als Zusatzmetall ein Metall verwendet wird, welches stärker oxydiert-als das
passivierbare Metall, d.h. sein Oxydations-Reduktions-

Potential muss geringer sein.

Obwohl die beschriebenen Stoffe als vorteilhaft zur Verwendung unter bestimmten technischen Bedingungen geeignet sind, können andere, die gleichen Punktionen gewährleistenden Stoffe im Rahmen der Erfindung verwendet werden.

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Claims (9)

P 21 04 804.4 üomp. Gen.d 1Ji! Äff.: Ϊ10 4865 Üomp. Gen.d'Jilee. μΛ Patentanspruclie

1.) Verfahren zum Ätzen eines passivi-erbaren Metalls, "bei dem das passivierbare Metall durch eine Säurelösung angegriffen wird, dadurch gekennzeichnet, daß auf das passivierbare Metall zunächst eine Schicht aus einem oxydierbareren Zusatzmetall aufgebracht wird. "

2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das passivierbare Metall Platin und das Zusatzmetall Silber ist.

3.) Verfahren nach. Anspruch 1, bei dem auf das passivierbare Metall eine Schutzsdtcht selektiv aufgebracht wird und danach das Metall durch, die Säurelösung, gegen die die Schutzschicht beständig ist, angegriffen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht eines oxydierbaren Metalls eine nicht-selektive Schicht ist.

4.) Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die A Aufbringung des Zusatzmetalls nach der selektiven 'Aufbringung der Schutzschicht vorgenommen wird.

5.) Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß das passivierbare Metall aus Platin besteht.

6.) Verfahren nach Anspruch 3» daduch gekennzeichnet, daß das Zusatzmetall aus Silber besteht.

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7.) Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 bei der selektiven Metallisierung eines elektronischen Halbleiterbauelementes mittels eines passivierbaren Metalls, wobei eine nicht-selektive Schicht des Metalls und eine selektive Schutzschicht aufgebracht und dieses Metall durch eine·Säurelösung, die Idestandig gegen die Schutzschicht ist, geätzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß nach der selektiven Aufbringung der' Schutzschicht und vor der Ätzung des Metalls auf das passivierbare Metall ein Zusatzraetall aufgebracht wird, welches oxydierbarer als das passivierbare Metall ist.

8.) Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 7 auf die Herstellung nicht gleichrichtender elektrischer Kontakte auf einem elektronischen Silizium-Bauelement, bei dem folgende Verfahrensschritte durchgeführt werden:

-Herstellung einer Siliziura-Platin-Legierung in diesem fenster;

- Aufbringung von Titan auf die das Fenster umschliessende Zone;

- Aufbringung von Platin auf diese Zone;

- Selektive Aufbringung einer Schutzschicht auf eine Kontaktzone, die in dieser Zone liegt und das Fenster umschließt;

- Ätzen der Platinschicht , wobei das Ätzen auf der Kontaktzone durch die Schutzschicht verhindert wird;

- Entfernung der Schutzschicht;

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Al

- Aufbringung von Gold auf die Kontaktzone;

- Verschweißen eines Golddrahtes auf der Goldschicht;

- Entfernung des Titans außerhalb der Kontaktzone nach dem Ätzen der Platinschicht mittels einer Säurelösung; dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Aufbringen einer Schutzschicht undwt dem Ätzen des Platins auf der Platinschichtzone ein Zusatzmetall aufgebracht wird, das oxydierbarer als Platin ist.

9.) Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusatzmetall Silber rerwendet wird. M

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