DE2123595A1 - Halbleiteranordnung - Google Patents

Description

DR -INO. DIPL.-InG. M. SC. DiPL. PHYS C^cI. DIP'L.-PHYS,

HÖGER - STELLRECHT- GRIESbBACH - HAECKER

PATENTANWÄLTE IN STUTTGART

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Texas Instruments Incorporated 135oo North Central Expressway Dallas, Texas, U. S. A.

Halbleiteranordnung

Die Erfindung betrifft eine Halbleiteranordnung mit einem oder mehreren Halbleiterbauelementen, an denen durch ein isolierendes Material hindurch Kontakte anzubringen sind und die miteinander mittels einer oderer mehrerer Lagen von Verbindungen miteinander verbindbar sind.

Insbesondere befasst sich die Erfindung mit integrierten Kalbleiterschaltungen, bei denen eine oder mehrere Lagen von Me-

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tallisierungen mit ausseren Leitersystemen kombiniert sind.

Die Halbleiterindustrie sucht gegenwärtig, und zwar bereits seit einiger Zeit, nach besseren und billigeren Verfahren zur Einkapselung yon Halbleiteranordnungen. Bis in die jüngste Zeit bestand die üblichste und am weitesten verbreitete Technik zur Einkapselung von Halbleiteranordnungen darin, die Halbleiteranordnung auf einem Metall- oder Glasträger zu befestigen und die Einkapselung mit einer Metallkappe zu vervollständigen. Dieses Verfahren, bei welchem ein Träger und eine Kappe verwendet werden, ist sehr teuer. Die Kosten des Trägers und der Kappe überschreiten in einigen Fällen sogar die Kosten der Halbleiteranordnung selbst.

Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, für die Einkapselung von Halbleiteranordnungen, wie Transistoren, Dioden, integrierte Schaltungen usw. , synthetische Kapseln aus polyir.erem Material zu verwenden, wobei im wesentlichen an Kapseln aus einem wärmehärtenden Kunstharz gedacht wurde. Die Halbleiterindustrie hat in steigendem Umfang eine ständig zunehmende Anzahl von verschiedenen Halbleiteranordnungen in Plastikmaterial verpackt bzw. eingekapselt. Gegenwärtig wird ein sehr hoher Prozentsatz der Gesamtproduktion integrierter Silizium-Halbleiterschaltungen in Plastik eingehüllt, was wesentlich billiger ist als die zuvor beschriebene Einkapselung mittels eines Trägers und einer Kappe. Zur Einkapselung der Halbleiteranordnungen werden beispielsweise Epoxydharze und Silikonpolymere be-

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nutzt, wobei das Verfahren der Spritzpressformung zur Anwendung gelangt. Auch das Giessen stellt in diesem Zusammenhang eine übliche Technik dar. Preislich zwischen den beiden Verfahren, nämlich der Einkapselung mittels eines Trägers und einer Kappe und der Einkapselung in Plastikmaterial, liegt die Befestigung einer Metallkappe an einem Keramikträger unter Verwendung eines starken, organischen Klebers, wie z.B. Epoxydharz.

Man ist sich allgemein darin einig, dass eine Einkapselung, die nicht durch einen Träger und eine Kappe herbeigeführt wird, nicht zu einer hermetischen Versiegelung führt, wie sie für die mittels Metall und Glas eingekapselten Transistoren typisch ist. Bei den letzteren sind Leckgeschwindigkeiten der GrÖssenord-

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nung von Io cm /sek. oder weniger für Helium üblich. Plastikmaterial weist demgegenüber eine relativ hohe Durchlässigkeit für verschiedene Gase auf, aber das Hauptproblem,mit welchem die Industrie besonders zu kämpfen hatte, lag darin,, dass die Gase aus der Umgebung einschliesslich des Wasserdampfes längs der¹ Grenzschicht zwischen dem Plastikmaterial und den metallischen Leitungen zu der aktiven Halbleiteranordnung wanderten.

Das Eindringen von Gasen in Halbleiterkapseln ist jedoch wahrscheinlich kein ernstes Problem im Hinblick auf die mögliche Oberflächenverschlechterung der Halbleiteranordnung selbst. Die Probleme, die mit der Korrosion der dünnen Metallschichten, die für Kontakte Zu-leitungen und Verbindungsleitungen zwischen verschiedenen Bereichen der Halbleiteranordnung verwendet werden,

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verbunden sind, sind heute für die Industrie von weitaus grösserer Bedeutung. Diese Korrosion wird durch Eindringen von Wasserdampf aus der Umgebung in die Kapselung verursacht. Die Korrosion dieser dünnen Metallschichten wird in einzelnen. Halbleiteranordnungen dadurch auf ein Minimum gebracht, dass nur eine minimale Menge von Metallfilmen erforderlich ist, um die Zwischenverbindungen herzustellen. Das Problem wird jedoch weit- W aus deutlicher sichtbar bei Halbleiterschaltungen mit vielen Komponenten, wie z.B. bei integrierten Halbleiterschaltungen. Selbst bei Kapseln ,welche nur ein einziges Halbleiterbauelement enthalten, kann jedoch eine Korrosion im Grenzbereich von Zuleitung Und Kontaktierplatte auftreten, wenn unähnliche Metalle verwendet werden.

Integrierte Halbleiterschaltungen weisen üblicherweise eine Anzahl von aktiven und passiven Bauelementen auf, wie z.B. Transistoren, Kondensatoren und Widerstände, welche durch Diffusion unterhalb einer Oberfläche oder einer grösseren Fläche eines Halbleiterplättchens ausgebildet sind. Eine isolierende Schicht k liegt über der Oberfläche des Plattchens und weist Öffnungen auf, in deren Bereich die Halbleiteroberfläche freiliegt. Metallische Schichten werden über der isolierenden Schicht abgeschieden. Diese metallischen Schichten verbinden in einem vorgegebenen Muster verschiedene Bereiche der Halbleiteranordnung durch die Öffnungen in der isolierenden Schicht. Die Länge dieser dünnen, metallischen Schichten ist in integrierten Halbleiterschaltungen,verglichen mit einem einzigen Bauelement, üblicherweise sehr hoch, weil zwischen den einzelnen

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Bereichen Zwischenverbindungen nötig sind. Nun ist natürlich die Möglichkeit einer Korrosion umso grosser, je grosser die Oberfläche der verbindenden.Metallschichten ist, die den Gasen aus der Umgebung ausgesetzt sind. Wenn die Kompliziertheit der Verbiridungsleitungsmuster ansteigt, wird es erforderlich, mehr als eine Lage metallisierter Zwischenverbindungen herzustellen. 'Diese Lagen sind natürlich elektrisch durch verschiedene Lagen* isolierenden Materials an den Kreuzungspunkten gegeneinander isoliert. Obwohl dabei die unteren Schichten von der Umgebung isoliert sind, ist die'oberste oder letzte Schicht der Zwischenverbindungen üblicherweise immer noch den Gasen aus der Umgebung ausgesetzt, wodurch eindeutig die Möglichkeit einer Korrosion der obersten, dünnen Metallschichten des Metallisierungssystems geschaffen wird.

Aluminium und ein aus zwei Schichten bestehendes Gold-Molybden-System sind zwei Metalle oder Metallisierüngssysteme, die üblicherweise benutzt werden, um Halbleiterleitungen und Kontakte für integrierte Schaltungen zu schaffen. Aluminium ist in grossem Umfang in integrierten Schaltungen benutzt worden. In Halbleiterschaltungen mit nur einem Bauelement sind die Kontaktbereiche im allgemeinen ebenfalls aus Aluminium hergestellt. Golddrähte werden üblicherweise benutzt, um den Aluminium-Kontaktbereich mit einer Zuleitung zu verbinden, die auf der Aussenseite der eingekapselten Halbleitervorrichtung endet. Wenn jedoch Aluminium in einer nicht hermetisch abgeschirmten Umgebung benutzt wird, kann eine Ionenleitung zwischen unähnlichen

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Metallen, wie z.B. Aluminium und Gold, eintreten. Wenn durch Oberflächenabsorption eine ausreichende Menge Wasserdampf absorbiert wurde, um auf der Halbleiteranordnung einen Elektrolyt genügender Dicke und Leitfähigkeit zu erzeugen, ist das Aluminium-Gold-Element besonders aktiv und erzeugt eine Eigenspannung von etwa 3 Volt.

*' Im Anfangszustand der Reaktion oxydiert das anodische Aluminium zu AI j während an der Kathode eine Wasserstoffentwicklung stattfindet« Das auf diese V/eise befreite Aluminiumion reagiert sofort mit Wasser entsprechend der Reaktionsgleichung:

2Al³* + 3H₂O - Al₂O₃ + 6H*

wobei unlösliches und isolierendes Α1₂θ3 ^βη^^3ΐεηΐ° Die Bildung dieser isolierenden Haut verlangsamt natürlich die Reaktion und besitzt die Tendenz_s die Anode gegen eine weitere Auflösung zu schützen. Unglücklicherweise ist jedoch das anodische Oxyd ausreichend durchlässig, und unvollkommen₉ so dass die Oxydation weitergeht. Üblicherweise findet der Angriff an begrenzten Stellen nahe der Kathode statt, so dass sich Gruben bilden« Das Aluminium wird in Form von AlO₂ Ionen weggetragen. Die Aluminiumkorrosion findet auch noch auf eine andere Weise statt. Da die Lösung in der Nähe der Kathode basisch wird_s lösen sich in der Nähe liegende Bereiche _s die nicht unter Vorspannung stehen«, entsprechend der folgenden Reaktionsgleichung;

2Al Ψ 20H~ 4- 2H₂O = 2AlO₂" + 3H₂

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In diesem Fall bildet sich keine schützende Haut. Diese Reaktion läuft weiter,bis eine Unterbrechung des Kreises erzeugt ist. Das gelöste Aluminium scheidet sich nicht wieder als Metall an der Kathodenseite ab, da die Wasserstoffentwicklung günstiger ist. Das Anlegen einer externen Vorspannung an dem System hat eine beschleunigte Wasserstoffentwicklung in den kathodisch vorgespannten Bereichen zur Folge, während die negativ vorgespannten Metallbereiche nicht korrodieren. Die ano-

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dischen Reaktionen werden gleichermassfn/wobei die Sauerstoffentwicklung ein konkurrierender, elektrolytischer Prozess wird. Ein Teil des Sauerstoffs wandert zur Kathode, wo er zu Wasser reduziert wird. Die Benutzung eines Drahtes aus Aluminium anstatt aus Gold bietet einen Schutz dagegen, dass das System selbst eine Spannung erzeugt bzw. als galvanische Zelle wirkt, aber ein Aluminiumdraht kann bei Anlegen einer externen Vorspannung korrodieren.

Das Molybden-Gold-System verhält sich etwas anders. Da die Oxy de des Molybdens wasserlöslich sind (z.B. Mo 0 j, passiviert das Metall nicht so bereitwillig wie Aluminium. Folglich wird sich das System eine Vorspannung erzeugen und bereitwillig kor rodieren, wobei das Molybden sich an der Anode auflöst, bis der Schaltkreis unterbrochen wird. DasJAnlegen einer Vorspannung beschleunigt beide Elektrodenprozesse. Solange keine sehr hohen Elektrodenvorspannungen angelegt werden (über 5 Volt), tritt eine Sauerstoffentwicklung nicht in bedeutendem Umfang auf, da die Auflösung von Molybden in bevorzugterem Masse elek-

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trochemisch erfolgt. Bei hohen äusseren Vorspannungen tritt auch die Auflösung von Gold an anodischen Plätzen als konkurrierender Effekt in Erscheinung. Da aber das Oxydationspotential von Gold ziemlich negativ ist, ist die Sauerstoffentwicklung vorherrschend. Nichtsdestoweniger kann sich einiges Gold an der Anode gemäss folgender Reaktionsgleichung auflösen:

Au + XH₂O = Au(aq) + e

Gold bildet natürlich keine stabilen Oxyde. Das Gold, das sich nicht anodisch löst, wird gleichmässig über den ganzen anodischen Bereich entfernt, wodurch jedoch kein Lochfrass auftritt. Das Goldion wird in dem Elektrolyt zu dem nächstgelegenen kathodischen Bereich transportiert, wo es in metallischer Form abgeschieden wird..

Es wurde angenommen, dass die oben aufgezeigten Probleme überwunden werden können, wenn metallische Schichten aus Wolfram und einem modifizierenden Metall verwendet werden, welches w einen grösseren Korrosionswiderstand besitzt als Wolfram. Derartige Metallisierungssysteme wurden in einer früheren Anmeldung (Aktenzeichen: ) der Anmelderin vorgeschlagen. Diese Metallisationssysteme weisen jedoch für die meisten Anordnungen gewisse Nachteile auf. Da Wolfram und ein modifizierendes Metall, wie z.B. Titan, voneinander getrennt werden, wenn konventionelle Aufdampfverfahren angewendet werden, können derartige Filme nur durch Zerstäubungsverfahren (sputtering) abge-

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schieden werden, wie z.B. durch Hochfrequenzzerstäubung. Die Energie der zerstäubten Metallatome, die an dem Substrat ankommen, ist jedoch ziemlich hoch (lo-loo Elektronenvolt) und die .Siliziumplättchen werden in energetisches Argon eingetaucht. Zusätzlich werden die Siliziumplättchen bzw. die Substrate während der Metallfilmabschexdung in ein energetisches Plasma eingetaucht. Dieses hochenergetische Bombardement kann eine 'Modifikation in dem Halbleitersubstrat zur Folge haben, welche ihrerseits eine Qss-Ladung zur Folge hat. Die Qss-Ladung ist eine Restladung, welche an der Grenzschicht zwischen dem Silizium und der ersten Silizium-Dioxydschicht auftritt oder in der Nähe derselben. Dies ist unerwünscht, da,wenn die Qss-Ladung ein bestimmtes Niveau überschreitet, die Schwellwertspannung, die erforderlich ist, um ein bestimmtes Bauelement zu aktivieren, ebenfalls über einen gewünschten Pegel ansteigt.

Schwer schmelzbare Metalle wie Titan, Wolfram, Molybden oder Legierungen dieser Metalle bilden keine so guten ohm'sehen Kontakte mit Silizium oder anderen Halbleitermaterialien wie Aluminium. Eine Grundforderung für ein Metallisierungssystem besteht jedoch darin, dass damit ohm'sche Kontakte hergestellt werden. Eines der wenigen Metalle, welches die Fähigkeit besitzt, ausgezeichnete ohm'sche Kontakte mit Halbleitersubstraten zu erzeugen, ist Aluminium. Aluminium hat jedoch die oben beschriebenen Korrosionsmerkmale, so dass es für nicht hermetisch abgeschlossene Umgebungen weniger brauchbar erscheint.

Um einen guten ohm'sehen Kontakt herzustellen, wenn Kontaktsyste-

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me aus schwer schmelzbaren Metallen verwendet werden, wie z.B. Titan-Platin-Gold, Molybden-Gold oder eine Wolfram-Titan-Legierung und Gold, muss man zuerst einen Kontakt aus einer Silizium-Platin-Verbindung in den Oxydöffnungen herstellen, in denen ein Kontakt mit dem Silizium zu erzeugen ist. Dies wird erreicht, indem Platin abgeschieden wird und dann bei etwa 6 5o°C gesintert wird, wobei anschliessend das nicht zur Reaktion gebrach-■ te Platin oberhalb der Siliziumdioxydschicht entfernt wird. Bei diesem Prozess wird Platinsilizid in den Kontaktöffnungen erzeugt. Die schwer schmelzbaren Metalle werden dann auf dem Platinsilizid abgeschieden, um einen guten ohm'sehen Kontakt zu erhalten. Bei diesem Verfahren ist jedoch der besondere Schritt zur Erzeugung des Platinsilizids erforderlich. Zusätzlich kann die bei hoher Temperatur erfolgende Sinterung das Halbleitersubstrat beschädigen.

Es ist daher wünschenswert, ein Metallisierungssystem für einschichtige Kontaktierbereiche oder Leiteranordnungen oder mehrschichtige Metallisierungssysteme für integrierte Halbleiter- t schaltungen vorzuschlagen, welche sich die günstigen Eigenschaften von Aluminium für die ohm'sche Kontaktierung zunutze machen, aber auch nicht korrodierende Metallisierungssysteme zur Benutzung in nicht hermetisch eingekapselten Halbleitervorrichtungen umfassen können, um ein Metallisierungssystem zu erhalten, welches einen ohm'sehen Aluminiumkontakt an dem Halbleitersubstrat liefert und die Aluminiummetallisierung der ersten Schicht mit nicht korrodierenden Leitern zu einem zweiten Me-

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tallisierungssystem kombiniert. Das Metallisierungssystem soll bei einer Erwärmung ferner keine Erhöhung des Hächenwiderstandes aufweisen, es soll des weiteren eine erste Metallisierungslage besitzen, welche sich in einer Weise ätzen lässt, die zu einer kontrollierten Hinterschneidung führt, so dass abgeschrägte Metallkanten entstehen, wodurch eine bessere Isolationsabdeckung gefördert wird und es soll eine erste Metallisierungslage enthalten, welche beim Ätzen von Durchführungskonstruktionen eine Grenze für den Ätzvorgang bildet und ausserdem nach Herstellung der Durchführungskonstruktion leicht von Oxyd gereinigt werden kann.

Darüberhinaus ist es auch wünschenswert, eine erste Metallisierungslage zu besitzen, welche die Bildung von sogenannten hillocks auf den Aluminiumschichten verhindert. Hillocks werden von denjenigen Kristalliten in der Aluminiumschicht verursacht, welche in ihrer Korngrösse bei der Rekristallisation anwachsen, wenn die Aluminiumschichten erhitzt werden. Die Korngrössenzunahme verursacht Kompressionskräfte in der Aluminiumschicht , die ihrerseits Oberflächendiskontinuitäten oder Beulen zur Folge haben. Diese Beulen werden Üblicherweise als Hillocks bezeichnet.-Es ist auch wünschenswert, ein Metallisierungssystem zu besitzen, welches mit Vorteil die Eigenschaften von Gold als obere Lage oder als Metallisierungssystem für die oberste Lage und/oder für die Kontaktierungsflächen und/oder die Leiterzüge ausnutzen kann, indem es die Goldmetallisierung mit den optimalen Eigenschaften verknüpft, welche Aluminium in ohm'schen Kontakt mit einem Halbleitermaterial besitzt.

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Ausgehend von diesem Stand der Technik lag der vorliegenden Erfindung nunmehr die Aufgabe zugrunde, eine Metallisierung für Halbleiteranordnungen vorzuschlagen, durch die bei geringem Flächenwiderstand einwandfreie ohm'sche Kontakte hoher Stabilität und Korrosionsfestigkeit erhalten werden konnten.

fc Diese Aufgabe wird bei einer Halbleiteranordnung der eingangs näher beschriebenen Art gelöst durch eine erste Metallisierung auf dem isolierenden Material, welche auf dem isolierenden Material haftet und mit mindestens einem freiliegenden Bereich eines Halbleiterbauelementes in Kontakt steht,und- ferner dadurch, dass die Metallisierung eine erste Schicht aus Aluminium und eine zweite Schicht aus Molybden aufweist.

Bisher hatten die bekannten metallurgischen Beziehungen zwischen Aluminium und Molybden weitere Untersuchungen der Möglichkeiten eines Aluminium-Molybden-Metallisierungssystems als unnötig erscheinen lassen. Eine Betrachtungjdes Aluminium-Molybden-Phasendiagramms zeigte nämlich, dass fünf Metallegierungen entstehen w können, und zwar von MoAl₂ bis Mo₃Al. Ferner war bekannt j dass die Fähigkeit zur Bildung von Mischkristallen unterhalb einer Temperatur von 7oo°C vernachlässigbar ist. Im allgemeinen ist nun jadoch ein Bimetall-Sandwich in Dünnfilmform dann, wenn zwei Metalle intermetallische Verbindungen bilden können, metallurgisch ziemlich unstabil, und der Flächenwiderstand erhöht sich sehr stark bei einer Alterung bei erhöhter Temperatur. Es wurde somit natürlich angenommen, dass ein Aluminium-Molybden-Sand- wich keine Ausnahme von dieser allgemeinen Regel darstellen wür-

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de. Überraschenderweise hat es sich nun gezeigt, dass eine Siliziumhalbleiteranordnung, die mit einer Aluminiumschicht kontaktiert wird, über der ein Molybdenfilm ausgebildet wird, unerwartete Eigenschaften aufweist. Es stellte sich nämlich heraus, dass ein Aluminium-Molybden-Film eine bemerkenswerte und unerwartete thermische Stabilität besitzt. Filme aus Aluminium- und Molybden von 2o bzw. 15 η Dicke zeigen kein merkliches Anwachsen des Flächenwiderstandes, wenn sie für eine Stunde einer Temperatur von 5oo C ausgesetzt wurden. Dies bedeutet andererseits, dass derartige Anordnungen ohne Verschlechterung ihrer Eigenschaften durch eutektische Abscheidung bei 4 5o°C mit einer zweiten Lage eines Gold-Blei-Systems versehen werden können. Diese Versuche haben dann gezeigt, dass eine erste Lage einer Aluminium-Molybden-Metallisierung auch bei anderen Halbleiteranordnungen anwendbar ist als bei Mefcall-Oxyd-Silizium-Feldeffekttransistoren, bei denen ein hoher Flächenwiderstand hingenommen werden kann. Beispielsweise wurde die Anwendbarkeit einer ersten Lage einer Aluminium-Molybden-MetaHisierung für nicht hermetisch eingekapselte, integrierte Schaltungen erkannt.

Eine Aluminium-Molybden-Schicht als erste Metallisierungslage kann auch bei grossformatigen, integrierten Schaltungen angewandt werden, bei welchen eine Metallisierung in mehreren Lagen erforderlich ist. In diesen Anwendungsfällen können die Eigenschaften von Aluminium, genutzt werden, und zwar gemeinsam mit der Eigenschaft der Korrosionsfestigkeit anderer Metallisierungssysteme. Zusätzlich verhindert, wie dies bereits oben besprochen wurde, die Molybdenschicht die Bildung von "Hillocks"

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auf dem Aluminium, welche in solchen Systemen wie Aluminium-Siliziumdioxyd-Aluminium oder mehrlagigen Goldsystemen unerwünscht ist. Ein Aluminium-Molybden-System ist ferner widerstandsfähiger gegenüber den Problemen der Elektronenwanüerung (electromigration), so dass es bei Emitter-gekoppelten, logischen Schaltungen einsetzbar ist. Das Vorliegen der Molybdenschicht als Stromträger sowie seine Fähigkeit, den Oberflächendiffusionskoeffizienten des Aluminiums zu vermindern, fördert einen Betrieb der Schaltungen bei hohen Stromdichten. Ferner können in Aluminium-Molybden-Filme wesentlich feinere Muster eingeätzt werden als zum Beispiel in Molybden-Gold-Metallisierungssysteme.

Die Erfindung führt daher zu einer Halbleiteranordnung mit einer mehrlagigen Metallschicht, welche einen ohm'sehen Kontakt mit mindestens einem Oberflächenbereich der Halbleiteranordnung bildet, wobei die mehrlagige Metallschicht eine erste Lage aus. Aluminium und eine zweite Lage aus Molybden aufweist. Die Erfindung betrifft des weiteren eine Halbleiteranordnung, die aus einem Siliziumgrundkörper, einer ersten isoliernden Schicht auf der Oberfläche des Grundkörpers mit einer öffnung,durch die hindurch ein vorgegebener Bereich der Oberfläche des Grundkörpers freiliegt, aus einer abgeschiedenen Aluminiumlage, die über einem Teil der isolierenden Schicht liegt, in die öffnung hineinreicht und in ohm'sehern Kontakt mit dem vorgegebenen Bereich der Oberfläche des Grundkörpers steht und aus einer abgeschiedenen Schicht Molybden, welche oberhalb der Schicht aus Aluminium liegt.

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Vorzugsweise wird eine derartige Halbleiteranordnung gemäss dem folgenden Verfahren hergestellt:

Auf der Oberfläche eines Grundkörpers aus Halbleitermaterial wird eine Schicht aus einem isolierenden Material erzeugt. An-. schliessend wird die isolierende Schicht gemäss einem vorgegebenen Muster entfernt, so dass vorgegebene Bereiche der Oberfläche des Halbleitergrundkörpers durch die Öffnungen in der isolierenden Schicht, welche durch das selektive Entfernen dieser Schicht entstanden sind, freiliegen. In einem nächsten Verfahrensschritt werden zumindest zwei Bereiche des Grundkörpers durch Abscheiden einer Aluminiumschicht über der isolierenden Schicht bzw. über den freiliegenden Bereichen der Oberfläche des Grundkörpers miteinander verbunden und es wird dann eine dünne Schicht von Molybden auf der Aluminiumschicht abgeschieden,und anschliessend werden Teile der Aluminium- und der Molybdenschicht entfernt, umsein vorgegebenes Leitungsmuster auf dem Grundkörper bzw. auf der diesen abdeckenden, isolierenden Schicht zu erzeugen.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden .nachstehend anhand einer Zeichnung näher erläutert und/oder sind Gegenstand der Schutzansprüche. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Halbleitergrundkörper,/welchem Planartransistoren ausgebildet sind und der mit einer isolierenden Schicht bedeckt ist, in der öffnungen aus-

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gebildet sind, die vorgegebene Bereiche der Oberfläche des Halbleitergrundkörpers für das Anbringen von Kontakten freigeben,

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Halbleiteranordnung gemäss Fig. 1 längs der Linie 2-2,

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Abscheiden von Metallschichten auf einer Halbleiteranordnung , teilweise im Schnitt,

Fig. 4 eine Draufsicht auf eine Halbleiteranordnung geir.äss

Fig. 1 nach Herstellung der Kontakte und der Anschlußbereiche,

Fig. 5 eine Draufsicht auf eine Halbleiteranordnung gemäss Fig. U nach Anbringen einer weiteren isolierenden Schicht und Anbringen von Leiterstreifen oberhalb die- * ser Schicht, »

Fig. 6 einen Querschnitt durch eine Halbleiteranordnung gemäss Fig. 5 längs der Linie 6-6,

Fig. 7 eine Draufsicht auf einen Teil eines Metall-Oxyd-Halbleiter-Feldeffekttransistors ,

Fig. 8 einen Querschnitt durch den Transistor gemäss Fig. 7 längs der Linie 8-8,

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Fig. 9 eine Teilansicht einer integrierten Schaltung mit Metallisierungen in mehreren übereinanderliegenden Lagen und

Fig. Io einen Querschnitt durch die integrierte Schaltung gemäss Fig. 9 längs der Linie lo-lo.

In den Figuren 1 und 2 ist ein Halblextergrundkörper Io dargestellt» in dem ein Transistor ausgebildet ist, der eine Basiszone 11 und eine Emitterzone 12 aufweist. Der Rest des Halbleitergrundkörpers bildet die Kollektorzone 17. Der Transistor¹ ist in üblicher Planartechnik hergestellt,und zwar in aufeinanderfolgenden Diffusionsvorgängen unter Verwendung einer Siliziumdioxydmaskierung. Die üblichen Fertigungstechniken sind nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung und sind in der Halbleiterindustrie so bekannt, dass der Fachmann weiss, wie diese Verfahren im einzelnen auszuführen sind. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass sich eine vollständige Beschreibung dieser Herstellungsverfahren in den Werken "Integrated Circuits - Design Principals and Fabrication"und "Silicon Semiconductor Technology^II+sowie"Physics and Technology of Semiconductor Devices""¹"*" findet.

Bei der Planartechnik wird eine Oxydschicht 13 auf der oberen Oberfläche eines Halbleitergrundkörpers erzeugt. Die Schicht über dem Kollektorbereich ist dicker als die über dem Basis-■ bereich, so dass sich eine stufenförmige Konfiguration ergibt.

⁺McGraw Hill (1965) ⁺⁺A.S.Grover.,Wylie and " ¹⁸ "

Sons (1967)

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Für hohe Frequenzen sind die Abmessungen des aktiven Teils des Transistors extrem klein, so dass die längliche Emitterzone zum Beispiel etwa 2,5 bis 5 jx breit ist und ihre Länge weniger als 25 ^u beträgt. Die Basiszone 11 besitzt dabei eine Grosse von etwa 635 juq. Für die Basiskontakte sind zwei Öffnungen IU und 15 vorgesehen. Für den Emitterkontakt ist eine Öffnung 16 vorgesehen, wobei diese öffnung die gleiche ist, die auch für das Eindiffundieren des Emitters benutzt wurde. Infolge der extrem kleinen Grosse der tatsächlichen Basis des Emitterkontaktbereiches müssen die Kontakte zur Erleichteru/ig des Anbringens von Zuleitungen für die Basis und die Emitterverbindungen bis über die Siliziumoxydschicht ausgedehnt werden. Die Grosse des Halbleitergrundkörpers wird so gewählt, dass man noch vernünftig mit diesem arbeiten kann, wobei die typische Grosse des Grundkörpers Io üblicherweise bei einer Länge von etwa 75 u für die Seitenkanten und einer Dicke von etwa loo ja liegt. Es versteht sich, dass die Figuren der Zeichnung zur besseren Verdeutlichung stark vergrössert und nicht maßstabsgetreu sind. Üblicherweise ist der Halbleitergrundkorper Io während sämtlicher Verfahrensschritte, die nachstehend beschrieben werden sollen, lediglich ein kleiner, nicht abgetrennter Teil einer grossen Siliziumscheibe, die etwa 2,5 cm Durchmesser aufweist und eine Dicke von etwa 2ooja. besitzt. Nach Anbringen der Kontakte wird diese Scheibe in einzelne Halbleiteranordnungen zerlegt.

Um die Aluminiumschicht abzuscheiden, aus der der Emitterkontakt 18 und der Basiskontakt 19 hergestellt werden, wird der HaIb-

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leitergrundkörper Io, wie dies Fig. 4 zeigt, als Teil einer grossen Siliziumscheibe zusammen mit einer Anzahl weiterer Scheiben in eine Aufdampfkammer 2o gebracht, die in Fig. 3 dargestellt ist. Die Aufdampfkammer 2o besitzt eine glockenförmige Abdeckhaube 21, die auf einer Grundplatte 2 2 befestigt ist. Eine öffnung 23 in der Grundplatte ist mit einer Vakuumpumpe zur Evakuierung der Aufdampfkammer 2o verbunden. Eine Platte 24 aus rostfreiem Stahl ist thermisch isoliert oberhalb der Grundplatte 22 mittels nicht gezeigter Befestigungsmittel befestigt. Die Platte 2 4 dient als Werkstückhalter für eine Anzahl von Siliziumscheiben 25, von denen jede an ihrer oberen Oberfläche in ungeteilter Form dutzende oder hunderte der Transistoren bzw. der Halbleitergrundkörper Io, die in Fig. 1 und 2 gezeigt sind, aufweist. Unterhalb der Platte 24 ist eine Reihe von Infrarotquarzlampen 26 angeordnet. Diese Quarzlampen 26 dienen der Beheizung der Platte 24 und der Scheiben auf jede gewünschte Temperatur, die üblicherweise in dem Bereich zwischen 2oo und 4oo° C liegt.Die Quarzlampen werden benutzt, um die Temperatur der Halbleiterscheiben mit einem vernünftigen Genauigkeitsgrad auf dem gewünschten Punkt zu halten. Für diesen Zweck ist eine nicht dargestellte, geeignete Temperaturkontrolle einschliesslich eines Thermoelementes und einer Rückführschleife vorgesehen. Etwa Io cm oberhalb der Platte 24 ist eine Wolframspule 27 angeordnet, um eine Charge 28 von Aluminium zu verdampfen.

Um das Aufdampfen durchzuführen, wird in der Aufdampfkammer 2o ein Unterdruck von etwa 6 χ Io mm Quecksilbersäule erzeugt.

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Vor dem Einsetzen in die Aufdampfkammer findet eine sorgfältige Reinigung der Halbleiterscheiben statt. Beispielsweise werden die Halbleiterscheiben, in denen die Transistoren oder andere Halbleiterbauelemente bereits hergestellt sind und die bereits mit durch die Isolationsschicht hindurch freiliegenden Kontaktbereichen versehen sind, wobei die Isolationsschicht aus Siliziumdioxyd besteht, für etwa Io Minuten in konzentrierte Schwefelsäure, die eine Temperatur von 15o bis 2oo°C hat, eingebracht , danach aus der Säure entfernt und in entionisiertem Wasser gewässert. Die Scheiben werden dann für etwa 5 Minuten in kochende Salpetersäure eingebracht und erneut in entionisiertem Wasser gewässert. Danach können die Scheiben für etwa 6 Sekunden in verdünnte Flußsäure (oder eine lo%ige Lösung von Ainmoniumhydrogenf luorid) eingetaucht werden, dann in kaltem, entionisiertem Wasser für 2o Minuten gewässert werden, anschliessend in Azeton gespült und schlLesslich getrocknet werden. Die Scheiben werden dann sofort in die Aufdampfkammer zur Evakuierung und zum Aufdampfen eingebracht, der Zweck der heissen Schwefelsäure besteht darin, alle organischen Materialien von der freiliegenden Oberfläche des Siliziums und von dem Siliziumdioxyd zu entfernen. Zu diesen organischen Materialien können unter anderem Rückstände von Polymeren der Fotowiderstandsschicht gehören, die bei der Herstellung des Transistors benutzt wurde. Die Salpetersäure dient der Entfernung der Sulfatrückstände des vorhergehenden Schrittes. Die Flußsäure stellt sicher, dass in den Kontaktbereichen alle Oxyde von der Siliziumoberfläche entfernt werden. Dur.ch das Eintauchen in die Flußsäure wird ferner

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ein Teil der Oxydschicht 13 entfernt, aber da diese Schicht im grössten Teil der Halbleiteranordnung vielmals dicker als der Rückstand über den Basis- und Emitterkontaktbereichen ist, bleibt die Oxydschicht im wesentlichen erhalten.

Das Aluminium wird mit einer Dicke von etwa 8.000 bis 15.000 Ä auf der gesamten Oberfläche jeder Scheibe abgeschieden. Die Abscheidung wird bewirkt, indem Leistung an die Infrarotlampen 2 6 angelegt wird, bis deren Temperatur etwa 25o bis 3oo°C erreicht. Anschliessend wird der Wolframdraht 27 beheizt, um die Aluminiumcharge 2 8 zu verdampfen und einen Aluminiumfilm 32, wie er in Fig. 6 dargestellt ist, auf den Siliziumscheiben 25 abzuscheiden. Nachdem die gewünschte Dicke des Aluminiumfilms erreicht ist, wird die Stromzuführung für den Wolframdraht 27 unterbrochen und die Infrarotlampen 26 werden abgeschaltet. Anschliessend wird zwischen der Molybdenzerstäuberplatte 29 und der Platte 2 4 durch Einschalten einer Energiequelle 31 Hochfre~ quenzenergie mit einer Frequenz von etwa 15 MHz angelegt. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass die Lage der Elemente nur schematisch angedeutet ist und dass beispielsweise die Platte 2 9 und die Scheiben 25 üblicherweise äquidistant zueinander angeordnet sind. Danach wird durch ein Rohr 45 Argon in die Aufdampfkammer eingeleitet,und zwar bis ein Druck von etwa 5 bis 15 μ Quecksilbersäule erreicht ist. Die Molybdenatome werden von der Molybdenzerstäuberplatte 29 weggetrieben und lagern sich auf den Scheiben 25 ab. Der Molybdenfilm 33 ist wesentlich dünner als der Aluminiumfilm, und die Dicke des abgeschiedenen Filmes beträgt im allgemeinen etwa 800 bis 2.000 Ä. Wenn

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ein Molybdenfilm der richtigen und vorgegebenen Dicke auf dem · Aluminiumfilm abgeschieden worden ist, wird die Hochfrequenzenergiequelle 31 abgeschaltet,und man lässt die mit den Metallfilmen versehenen Substrate abkühlen. Andere Verfahren zur Herstellung des Aluminium- und des Molybdenfilms bestehen darin, dass"eine Heizdrahtverdampfung und eine anschliessende Sublima-

oder ·
κ tion durchgeführt wird,/dass eine Heizdrahtverdampfung und eine Zerstäubung stattfinden (Gleichstromdiode, Gleichstromtriode oder Hochfrequenz, wie gezeigt). Es kann auch eine Heizdrahtverdampfung und eine Elektronenstrahlverdampfung oder eine Elektronenstrahlverdampfung für beide Metalle verwendet werden. Das letztgenannte Verfahren lässt sich mit kommerziell erhältlichen Einrichtungen durchführen.

Nach Entnahme der Scheiben aus der Aufdampfkammer werden nicht benötigte Teile der Aluminium-Molybden-Schicht 32, 33 entfernt, indem die Siliziumscheiben einer selektiven Fotomaskierung und einer anschliessenden Ätzung (welche nachstehend als Btoätzung bezeichnet wird) unterworfen werden. Dazu wird eine dünne ' Schicht eines fotoempfindlichen Polymers, beispielsweise vom Typ KMER der Firma Eastman Kodak, auf die gesamte obere Oberfläche des Halbleiterplättchens bzw. der Scheibe aufgebracht. Dieses übliche, fotoempfindliche Material wird über eine Maske ultraviolettem Licht ausgesetzt, wobei das Licht diejenigen · Bereiche erreicht, in denen der Aluminium-Molybden-Film erhalten bleiben soll; Das nicht belichtete, fotoempfindliche Material wird dann durch Entwickeln in einer Entwicklerlösung

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entfernt. Nach diesem Verfahrensschritt liegt eine Schicht aus fotoeiripf in dl i ehern Material über den Bereichen des Aluminium-Molybden-Films, welche den Basiskontakt, den Emitterkontakt und die Kontaktierbereiche bilden sollen, welche in Form expandierter Teile der Leitungen vorliegen, wie dies Fig. 4 zeigt.

Die Scheibe wird dann einer Ätzlösung ausgesetzt, um die unerwünschten Teile des Aluminium-Molybden-Films zu entfernen und nur den Basiskontakt und den Emitterkontakt 18 bzw. 19 übrig zu lassen. Eine derartige Ätzlösung zur Entfernung unerwünschter Bereiche von Aluminium-Molybden-Filmen besteht beispielsweise aus 7o ml Phosphorsäure, 15 ml Essigsäure, 3 ml Salpetersäure und 5 ml entionisiertem Wasser. Die Ätzdauer ändert sich natürlich mit der Dicke der beiden Schichten. Für die Dicken, die in dem obigen Beispiel angegeben wurden, beträgt die Ätzdauer zwischen 45 und 6o Sekunden bei einer Ätztemperatur von etwa 5o bis 7o°C. Man erkennt, dass Molybden geringfügig schneller weggeätzt wird als Aluminium, so dass eine mit einer Stufe versehene, metallische Aluminium-Molybden-Schicht zurückbleibt. Diese stufenförmige Struktur ist aber in der Tat ein wünschenswertes Phänomen, da sie gestattet, eine wirksamere Isolierschicht auf der Oberseite der ersten Lage der Metallisierung anzubringen. Ein stufenförmiger Bereich 34 der Molybdenschicht ist in Fig. 6 an den Kanten der ersten Metallisierungslage gezeigt.

Nachdem die unerwünschten Teile der Aluminium-Molybden-Schicht

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entfernt sind, wird die Maske aus lichtempfindlichem Material, welches durch die Ätzung nicht angegriffen wurde, durch Spülen in einem Lösungsmittel, wie z.B. Methylendichlorid, entfernt. Die Kontaktbereiche 18 und 19 von Emitter und Basis, wie sie ,sich nach dem Entfernen der Maske aus fotoempfindlichem Material zeigen, sind in Fig. H dargestellt.

Aus Fig. 5 und 6 wird deutlich, dass nach Entfernen der Maske aus fotoempfindlichem Material eine zweite Schicht 3 5 aus Siliziumdioxyd auf der Oberseite des Halbleiterkörpers wird, welche anfangs sowohl die Kontakte 18 und 19 als auch die erste Oxydschicht 13 überdeckt. Anschliessend werden in üblicher Fotoätztechnik unter Verwendung einer Ätzlösung aus Flußsäure Fenster oder Öffnungen 36 bzw. 37 in der Siliziumdioxydschicht 35 ausgebildet, um durch diese Fenster hindurch Teile der Kontaktbereiche 18 und 19 freizulegen.

Nach Ausbildung der öffnungen 36 und 37 in der zweiten Oxydschicht 35 wird ein korrosionsfestes bzw. weitgehend korrosionsunempfindliches Metallisierungssystem angebracht. Es sind verschiedene Typen von nicht korrodierenden Metallisierungssystemen bekannt. Zu diesen Systemen zählen beispielsweise Wolframschichten, die mit Titan, Tantal, Chrom, Zirkon, Hafnium oder Silizium veredelt sind, wobei eine mit Titan veredelte Wolframlegierung bevorzugt wird. Die TEchnik der Anbringung einer solchen Schicht ist in einer früheren Anmeldung (Aktenzeichen: )

der Anmelderin niedergelegt. Die Abscheidungstechnik, die in

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dieser Anmeldung offenbart ist, verwendet die übliche Hochfrequenz-Zerstäubungstechnik.

Normalerweise wird eine erste Schicht 38 (vergleiche Fig. 6) einer mit Titan veredelten Wolframlegierung 38 unter Anwendungeines üblichen Hochfrequenz-Zerstäubungsverfahrens aufgebracht. Es wird eine Trägerstruktur (nicht dargestellt) vorgesehen, so dass die als Wolfram-Titan-Schicht ausgebildete Metallisierung, welche auf der Siliziumdioxydschicht 35 abgeschieden wird und in die Öffnungen 36 und 37 nine inieicht, über die Kante 42 des Siliziumgrundkörpers 17 und der Siliziumdioxydschicht 35 hinausragen kann. Die Wolfram-Titan-Schicht wird üblicherweise mit einer Dicke von l.ooo bis 4.ooo Ä abgeschieden. Dänach wird unter Anwendung einer Aufdampftechnik,die derjenigen, die zuvor für Aluminium beschrieben wurde, sehr ähnlich ist, eine Schicht 41 aus Gold mit einer Dicke von 3.ooo bis lo.ooo Ä auf die Schicht aus der Wolfram-Titan-Legierung aufgedampft. Danach erfolgt erneut eine Fotoätzung, um unerwünschte Teile der Goldschicht M-I zu entfernen. Anschliessend wird eine Fotomaskierung .über der Wolfram-Titan-Schicht angebracht, welche alle Teile dieser Schicht bedeckt, mit Ausnahme der Bereiche, die noch mit einer Goldschicht bedeckt sind. Anschliessend wird eine dicke Schicht 39 aus Gold, deren Dicke etwa 25 jol beträgt, auf^die Schicht 41 aufplatiert ,und zwar in einer üblichen Platierungstechnik. Derartige Verfahren sind wohl bekannt und es wird beispielsweise auf den Aufsatz "Beam-Lead Technology" von M.P. Lepselter, erschienen in "The Bell System Technical Journal", verwiesen. (Februar 19 66, Seiten 2 33 ff.)

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Die Schichten 38, 39 und 41 bilden gemeinsam eine Streifenleiterstruktur , die der Verbindung des Halbleiterbauelementes mit einer ausserhalb des Gehäuses liegenden Leiterstruktur (nicht dargestellt) dienen. Wie in Fig. 5 dargestellt, sind bei dem Ausführungsbeispiel zwei Streifenleiter hergestellt worden. Ein erster Streifenleiter 4o ist leitend mit dem Emitterkontakt und ein zweiter Streifenleiter 43 ist leitend mit dem Basiskontakt 19 verbunden. Beide Streifenleiterstrukturen werden gleichzeitig hergestellt. Zur Verdeutlichung wurde jedoch lediglich die Herstellung des aus den Schichten 3 8 und 39 sowie 41 bestehenden Streifenleiters beschrieben.

Für die Herstellung von Streifenleitern können auch andere Metallisierungssysteme benutzt werden» Diese Systeme enthalten eine erste abgeschiedene Schicht aus Titan, welche der Schicht 38 entspricht, eine zweite abgeschiedene Schicht aus Platin, welche der Schicht 41 entspricht und eine dritte abgeschiedene Schicht aus Gold, die wiederum der platierten Schicht 39 entspricht. Für den Fachmann liegt es auf der Hand, dass auch andere Metallisierungssysteme für Streifenleiter verwendet werden können. Das Wolfram-Titan-Gold-System wurde jedoch in allen Einzelheiten beschrieben, da sich damit eine bevorzugte Streifenleiterkonstruktion herstellen lässt.

Nachdem die Leiterstruktur 39 auf die darunter abgeschiedene Goldschicht aufplatiert ist, werden das Halbleiterplättchen und die zugehörige Leiterstruktur, sowie die isolierenden . Schich-

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ten in einem geeigneten Gehäuse montiert. Diese Einkapselungstechnik ist dem Fachmann ebenfalls bekannt und soll daher an dieser Stelle nicht besonders ausführlich beschrieben werden. Natürlich sind für die Einkapselung der erfindungsgemässen Halbleiteranordnungen diejenigen Verfahren besonders geeignet,' bei denen keine vollkommen hermetische Einkapselung erreicht wird.

In den Figuren 7 und 8 ist ein Teil eines integrierten Schaltkreises gezeigt, wobei der dargestellte Teil einen Metall-Oxyd-Halbleiter-Feldeffekttransistor umfasst und für die integrierte Schaltung ein Metallisierungssystem gemäss vorliegender Erfindung verwendet wurde, um eine erste Metallisierungslage zu erzeugen. Bei dieser Ausführungsform sind in einem Siliziumgrundkörper 5o aus N-leitendem Material Bereiche oder Elemente 52 und 53 aus P-leitendem Material eindiffundiert. Eine isolierende Schicht 51 aus Siliziumdioxyd ist auf der oberen Oberfläche des Kalbleitergrundkörpers 5o erzeugt worden. Die öffnungen, die die Source(Emitter)- und die Drain(Kollektor)-Elektrode des Feldeffekttransistors bilden sollen, sind durch Fotoätzung in der Oxydschicht 51 erzeugt worden. Die ein~ diffundierten Bereiche vom P-Typ bilden die Source(Emitter)- und Drain(Kollektor)-Elektroden 52 bzw. 53. Danach wird eine dünne Schicht 54 aus Siliziumdioxyd erzeugt, die oberhalb des Gate( Basis)-Bereiches der Halbleiteranordnung liegt, in-dem zunächst die ursprüngliche Oxydschicht oberhalb des Gate(Basis)-Bereiches entfernt wird und indem anschliessend erneut eine

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dünne Schicht aus Siliziumdioxyd über der gesamten Oberfläche des Grundkörpers abgeschieden wird. Danach werden in einem Fotoätzverfahren Öffnungen 5 5 und 56 in die neue Siliziumdioxydschicht eingebracht. Eine Zusammenfassung dieses Verfahrens ist in dem Aufsatz "Large-Scale Integration in Electronics" von F.G. Heath, erschienen in "Scientific American", Januar 197o, Seiten 2 8 und 29.

Danach wird eine Schicht 57 aus Aluminium über der Oberfläche der Oxydschicht 51 abgeschieden, die in ohm'schein Kontakt mit der Source(Emitter)- und Drain(Kollektor)-Elektrode 52 bzw. 5 3 der Halbleiteranordnung steht. Auf der Aluminiumschicht 57 wird dann eine dünne Schicht 5 8 aus Molybden abgeschieden. Unerwünschte Bereiche der Aluminium-Molybden-Schicht werden anschiessend, wie dies oben beschrieben wurde, mittels Fotoätzung entfernt, um das Leitersystem 59 zu bilden, welches in Fig. 7 * in punktierten Linien dargestellt ist. Auf diese Weise wird beispielsweise ein Leiter 6o erzeugt, der in ohm'schem Kontakt mit der Source(Emitter)-Elektrode 52 steht und ein Leiter 61, der in ohm'schem Kontakt mit der Drain(Kollektor)-Elektrode 53 steht. Zusätzlich wird dabei ein Leiter 62 erzeugt, der in Kontakt mit der Gate(Basis )-Elektrode 67 des Feldeffekttransistors steht.

Anschliessend wird eine zweite Oxydschicht 63 oberhalb der vorherigen Oxydschicht 51 und über dem Metallisierungssystem der ersten Lage, welches das Leitersystem 59 umfasst, abgeschieden. Wiederum mittels Fotoätzung wird in der Oxydschicht 63 eine

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Öffnung 61 erzeugt, wodurch ein Teil des Leiters 61- freigelegt wird. Danach wird ein Streifenleiter 65 hergestellt, und zwar vorzugsweise aus einem nicht korrodierenden Metallisierungssystem, welcher in ohm'schem Kontakt mit dem Leiter 61 steht und über die Kante des Grundkörpers So der integrierten Schaltung hinausragt. Der Streifenleiter wird unter Anwendung der gleichen Technik hergestellt, wie sie oben im Zusammenhang mit der Planaranordnung, die in den Figuren 5 und 6 gezeigt ist, beschrieben wurde. Auf diese Weise ist eine wünschenswerte erste Lage eines Metallisierungssystems für einen integrierten Schaltkreis ix einem Grundkörper 5o erzeugt worden. Eine isolierende Schicht 63 bedeckt dieses Leitersystem 59 der ersten Lage. Diesem Leitersystem der ersten Lage wird nachher die Fähigkeit eines Kontaktes mit der Aussenwelt gegeben, d.h. die Verbindungen, über wä.che die Anordnung angeschlossen wird, und zwar über den Streifenleiter 65. Nach Herstellung des Streifenleiters wird der Grundkörper mit der integrierten Schaltung zusammen mit den isolierenden Schichten und einem Teil des Streifenleiters nach einem üblichen Verfahren eingekapselt, wobei beispielsweise auch eine Einkapselung in Plastikmaterial erfolgen kann, wie dies oben beschrieben wurde.

Die Figuren 9 und Io zeigen ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei welchem zwei Lagen von Metallisierungen erforderlich sind. Solche Systeme sind seit langem bekannt. In den Figuren 9 und Io ist ein Halbleiterkörper 7o aus N-leitendem Material dargestellt, der eindiffundierte Bereiche 71 und 72

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vom P-Typ bzw. vom N-Typ besitzt. Auf der oberen Oberfläche des Grundkörpers 7o ist eine Schicht 73 aus Siliziumdioxyd abgeschieden. Die eindiffundierten Bereiche 71 und 72 sind durch öffnungen oder Fenster 74 und 75 hindurch hergestellt worden. Bei dieser Schaltkreisanordnung ist auch ein Dünnfilmwiderstand, beispielsweise aus einer Nickel-Chrom-Legierung, auf der Siliziumdioxydschicht 7 3 abgeschieden worden. Ferner ist auf dieser Oxydschicht 7 3 als erste Metallisierungslage ein AIuminium-Molybden-Hlm abgeschieden worden. Der Aluminium-Molybden-Film wurde anschliessend mittels Fotoätzung selektiv entsprechend einem vorgegebenen Muster entfernt, um das Leitersystem 79 der ersten Lage in Fig. 9jzu bilden. Dieses Leitersystem steht in ohm'schem Kontakt mit dem Bereich 71 vom P-Typ, mit dem Bereich 72 vom N-Typ und mit dem Dünnfilmwiderstand 76.

Eine weitere isolierende Schicht 8o aus Siliziumdioxyd wird dann über der gesamten Oberfläche des Siliziumgrundkörpers ab-, geschieden, wobei sie die erste Oxydschicht 73 und das Leiter.-system 79 abdeckt. Durch Fotoätzung werden dann neue Fenster- oder Öffnungen in der zweiten Oxydschicht 8o erzeugt. Die genaue Technologie zur Herstellung dieser Oxydschichten ist in einer anderen Anmeldung (Aktenzeichen: ) der Anmelderin beschrieben. Eine erste Öffnung 81 legt einen Leiter 82 der ersten Lage des Metallisierungssystems frei. Eine zweite öffnung 83 legt einen Leiter 84 des Metallisierungssystems der ersten Lage frei. Danach wird das Metallisierungssystem der zweiten Lage aufgebracht. Dieses System der zweiten Lage wird

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vorzugsweise durch eines der nicht korrodierenden Metallisierungssysteme, die vorstehend beschrieben wurden, gebildet. Wie die Zeichnung zeigt, ist zuerst eine erste Lage 85 aus einer ' Wolfram-Titan-Legierung abgeschieden worden und anschliessend eine zweite Lage 86 aus abgeschiedenem Gold, welche in einem Fotoätzverfahren selektiv mit einem Muster versehen wurde. Das Metallisierungssystem der zweiten Lage weist einen Kontaktbereich 88 und einen Leiter 89 auf. Wie man aus der Zeichnung erkennt, ist es erforderlich, dass der Leiter 89 den Leiter 9o der Metallisierung der ersten Lage kreuzt. Diese Leiter sind durch die Oxydschicht 8o getrennt, die einen elektrischen Kontakt zwischen ihnen verhindert.

Nachdem das Leitersystem der zweiten Lage ausgebildet ist, kann der Grundkörper mit der integrierten Schaltung in Plastik eingekapselt werden. FaBs dies gewünscht wird, kann die zweite Lage des Metallisierungssystems mit einer weiteren Siliziumdioxydschicht abgedeckt werden,und danach kann in diese neue Oxydschicht ein Fenster eingeätzt werden, welches den Kontaktbereich 88 freilegt. Der Kontaktbereich 88 kann dann mittels üblicher Kugelkontaktierung mit Goldleitern kontaktiert werden, oder er kann auch in einer anderen üblichen Technik kontaktiert werden, um einen Leiter anzubringen, der nach aussen führt. Es versteht sich, dass eine sorgfältige Auswahl des Metallisierungssystems der zweiten Lage und des Metallisierungssystems zum Anschliessen der Verbindungsleitungen getroffen werden muss, um die Kompatibilität des Verbindungssystems sicherzustellen.

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Durch ein Fenster in einer dritten Oxydschicht können auch Streifenleiter an dem Kontaktbereich 8 8 befestigt werden. In dem hier|betrachteten Ausführungsbeispiel sind jedoch keine Streifenleiter dargestellt, um die Vielseitigkeit der vorliegenden Erfindung besser zu illustrieren.

P Es sei hier noch einmal wiederholt, dass das Aluminium-Molybden-Metallisierungssystem gemäss vorliegender Erfindung einige entscheidende Vorteile gegenüber anderen Metallisierungssystemen der ersten Lage mit sich bringt, und zwar teilweise infolge seines unerwartet niedrigen Flächenwiderstandes nach einer Alterung bei erhöhter Temperatur. Andere vergleichbare Filme, zum Beispiel ein Aluminium-Wolfram- oder ein Aluminium-TitanFilm mögen sich metallurgisch ähnlich verhalten. Diese Filme sind jedoch, im Vergleich zu einem Aluminium-Molybden-Film sehr schwer zu ätzen. Zusätzlich bildet die Molybdenschicht bei dem erfindungsgemässen Metallisierungssystem bei Halbleiteranordnungen mit Metallisierungssystemen in mehreren Lagen eine

k Atzgrenze für Durchführungskonstruktionen und verhindert ein Wegätzen des darunterliegenden Aluminiums, d.h. die Ätzmittel, welche Siliziumdioxyd angreifen, reagieren nicht mit Molybden, während sie mit Aluminium reagieren. Hierdurch wird ferner eine einwandfreie Siliziumdioxydentfernung in der Durchführung erreicht, da Molybden und Siliziumdioxyd chemisch nicht reagieren j wie dies bei Aluminium und Siliziumdioxyd der Fall ist. Wenn für das Metallisierungssystem der zweiten|Lage Gold verwendet wird, dann verhindert das Aluminium-Molybden-Systern gemäss

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vorliegender Erfindung Wechselwirkungen zwischen dem Gold der zweiten Lage und dem Aluminium der ersten Lage. Dies gilt sowohl für ein Titan-Platin-Gold-System wie für ein System aus Gold und einer Wolfram-Titan-Legierüng. Durch Verwendung von Aluminium und Molybden in der ersten Lage wird eine elektrolytische Wechselwirkung vermieden, da die Molybdenschicht am Boden jeder Durchführungsöffnung kontinuierlich ist und damit jeden Kontakt zwischen dem Metallisierungssystem der zweiten Lage und dem Aluminium des Metallisierungssystems der ersten Lage verhindert. Bezüglich bipolarer Halbleiteranwendungen sollte ferner beachtet werden, dass ein Aluminium-Molybden-System gegenüber den Problemen, die mit der Elektronenwanderung verbunden sind, widerstandsfähiger ist, da eine hochschmelzende Molybdenschicht vorhanden ist. Die Effekte, die sonst bei hohen Stromdichten auftreten, können in Molybden praktisch nicht beobachtet werden, weil dieses einen sehr hohen Wert der Aktivierungsenergie für die Selbstdiffusion erfordert.

Wie aus dem Vorstehenden deutlich wird, bringt die vorliegende Erfindung einen bedeutenden Fortschritt für die Fertigung von Halbleiteranordnungen und insbesondere für die Fertigung von integrierten Halbleiterschaltungen mit sich. Unerwarteterweise liefert eine Aluminium-Molybden-Schicht für die erste Lage eines Metallisierungssystems hervorragende ohm¹sehen Kontakten mit den Halbleitersubstraten, während gleichzeitig ein guter ohm'scher Kontakt mit dem Metallisierungssystem der zweiten Lage sichergestellt ist. Die Erfindung verhindert eine un-

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erwünschte Verschlechterung und Nebenreaktionen, die durch Wechselwirkungen zwischen zwei Metallisierungssystemen veranlasst werden oder die durch die Verwendung oder Abscheidung des zweiten Metallisierungssystems verursacht werden, und zwar unabhängig davon, ob Streifenleiter oder andere Anschlussleitungen' verwendet werden« Auf diese Weise gestattet die vorliegende Erfindung die übliche Anwendung von Aluminium und kombiniert es als Element^:einer ersten Lage von Metallisierungssystemen mit neu entdeckten, nicht korrodierenden Metallisierungssystemen der zweiten Lage.

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Claims (1)

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   Patentansprüche

   1.J Halbleiteranordnung mit einem oder mehreren Halbleiterbauelementen _} an denen durch ein isolierendes Material hindurch Kontakte anbringbar sind und die miteinander mittels einer oder mehrerer Lagen von Verbindungen miteinander verbindbar sind, gekennzeichnet durch eine erste Metallisierung auf dem isolierenden Material (Oxydschicht 13), welche auf dem isolierenden Material haftet und mit mindestens einem freiliegenden Bereich eines Halbleiterbauelementes in Kontakt steht und, dadurch, dass die Metallisierung eine erste Schicht (32) aus Aluminium und eine zweite Schicht (33) aus Molybden aufweist.

   Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine über der ersten Metallisierung liegende zweite, isolierende Schicht (35), welche mindestens eine Öffnung (36, 37) aufweist, durch die hindurch ein Teil der ersten Metallisierung freiliegt,und ferner gekennzeichnet durch eine zweite Metallisierung auf der zweiten isolierenden Schicht (35), welche an der isolierenden Schicht (35) haftet und

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   mit dem freiliegenden Teil der ersten Metallisierung in ohm¹Sehern Kontakt steht.

   3. Halbleiteranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Metallisierung aus nicht korrodierendem Material besteht.

   4. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aluminiumschicht eine grössere Dicke aufweist als die Molybdenschicht.

   5. Halbleiteranordnung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Metallisierung eine erste Lage aufweist, welche aus einer Legierung von Wolfram und Titan besteht und eine zweite Lage, welche aus Gold besteht.

   6. Halbleiteranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung einer Zuleitung ein leitender, verstärkter, metallischer Streifenleiter (4o, 43) ohmisch mit der zweiten Metallisierung verbunden ist.

   7. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aluminiumschicht (32) eine Dicke von etwa 8.000 bis 15.000 Ä aufweist und dass die Molybdenschicht (33) eine Dicke von 800 bis 2.000 Ä aufweist.

   8. Halbleiteranordnung nach einem oder mehreren der vorangegan-

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   genen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie von einem synthetischen polymeren Material eingekapselt ist.

   9.. Halbleiteranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, 'dass die zweite Metallisierung durch eine Öffnung in einer. zweiten, isolierenden Schicht mit einem durch diese Öffnung fid-liegenden Teil der ersten Metallisierung verbunden ist und dass sie über die Kante des Grundkcrpers der Halbleiteranordnung hinausreicht und eine Zuleitung für diese Halbleiteranordnung bildet.

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