DE2253196A1 - Verfahren zum partiellen galvanisieren eines nicht- oder halbleitenden stoffes - Google Patents

Description

• "Verfahren zum partiellen Galvanisieren eines nicht- oder halbleitenden Stoffes" Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum partiellenGalvanisieren eines nicht- oder halbleitenden Stoffes, insbesondere zum Galvanisieren einer größeren Zahl kleinflächiger Bereiche auf nicht- oder halbleitenden Stoffen, wie dies zum Beispiel bei Herstellungsverfahren der Halbleitertechnologie als wünschenswert erscheint.
• Um beispielsweise in Haibleiterkörpern bestimmte Strukturen, Randformen oder Trennfugen durch Ätzverfahren zu erzeugen, werden bekanntlich Masken benutzt, durch die hindurch ätzfeste Metalle aufgedampft werden oder durch die mit Hilfe der Photolacktechnik bestimmte, zunächst mit Metall bedampfte, dann sit Photolack beschichtete Oberflächen durch Belichtung derart verändert werden, daß in nachfolgenden Arbeitsschritten nach teilweiser LackentSeraung der ätzangriff auf vorgesehene Bereiche, die nicht von ätzfestem Metall oder Lack bedeckt sind, beschränkt wird.
• Derartige Bedampfungsverfahren weisen jedoch verschidene Nachteile auf. Einmal erfordert eine Bedampfung eine umfangreiche und kostspielige Anlage; die Einstellung des erforderlichen Unterdruckes bringt immer gewisse Abpumpzeiten mit sich; jede Struktur erfordert die Entwicklung und Anfertigung neuer Masken, deren Lebensdauer und Formtreue nur begrenzt sind; bei einer Bedampfung lassen sich Materialverluste nicht völlig ausschließen, weil ja immer auch auf solche Stellen aufgedampft wird, auf denen der Auftrag nicht benötigt wird; dies ist besonders in solchen Fällen unwirtschaftlich, wo Edelmetalle aufgedampft werden. Ein weiterer Nachteil des Aufdampfverfahrens ist darin zu sehen, daß die Haftfestigkeit der Schichten, zumal an den Rändern, nicht immer ausreichend ist.
• Es ist allgemein bekannt, zur Beschichtung von Oberflächen elektrisch leitender Stoffe oder elektrisch leitend gemachter Oberflächen von Nichtleitern sich der Verfahren der Galvanotechnik zu bedienen.
• Es ist weiter bekannt geworden, Nichtleiter mit Metallen durch Anwendung der stromlosen Verfahren zu beschichten, was mancherlei Vorteile bietet. Doch sind diesen stromlosen Verfahren bisher Anwendungsgebiete in größerem Umfang eigentlich nur bei der Abscheidung von Kupfer und Nickel erschlossen worden. Einige Metalle, wie zum Beispiel Chrom, lassen sich bisher sehr schlecht oder gar nicht mit stromlosen Verfahren abscheiden, bei andern, wie zum Beispiel Gold oder Rhodium, ist die Schichtdicke auf Bruchteile eines Mikrometers beschränkt. Dies bedeutet, daß ätzfeste Metallschichten durch stromlose Verfahren bislang nicht erzeugt werden konnten.
• Ein gewisser Nachteil der stromlosen Verfahren ist weiterhin in den erheblich höheren Kosten gegenüber galvanischen Verfahren zu sehen, was sich besonders bei größeren Schichtdicken auswirkt. Es ist daher auch schon vorgeschlagen worden, zunächst dünne Schichten mit Hilfe der stromlosen Verfahren aufzubringen und diese auf galvanischem Wege zu verstärken. Derartige Verfahren versagen aber ebenfalls, wenn die stromlos auf Nichtllter oder Halbleiter aufgebrachten Schichten nicht aus einer zusammenhängenden Schicht bestehen, sondern aus einer Vielzahl von Teilflächen gebildet werden, die untereinander nicht durch elektrische Leiter verbunden sind. Völlig unbrauchbar wäre ein solches Verfahren bei sehr kleinen voneinander getrennten Teilflächen.
• Aufgabe der Erfindung ist ein Verfahren, das das partielle Aufbringen von Metallen auf Nichtleitern oder Halbleitern ermöglicht, die obengenannten Nachteile der Bedampfungsverfahren jedoch vermeidet. Das Verfahren soll auch für eine größere Zahl von verschiedenartigen Metallen geeignet sein, so daß insbesondere auch ätzresistente Metalle aufgebracht werden können, die bei einer nachfolgenden Ätzbehandlung bestimmte Oberflächenteile vor einem Atzangriff schützen, ebenso sollen aber auch solche Metalle aufgebracht werden können, deren Eigenschaften, wie Lötfähigkeit, ffbergangswiderstand, Haftfestigkeit, Temperaturwechselbeständigkeit, Abrieb, chemische Beständigkeit und ähnliches sie für eine Verwendung als Kontaktmetall geeignet erscheinen läßt.
• Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zum partiellen Galvanisieren eines nicht- oder halbleitenden Stoffes erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zunächst auf der gesamten Oberfläche des nicht- oder halbleitenden Stoffes stromlos Nickel abgeschieden wird, auf der Nickelschicht mit Hilfe der Photolacktechnik ein Muster einer Lackschicht an den Stellen erzeugt wird, die später von einer Beschichtung freibleiben sollen, daß darauf auf die von Lack freien Stellen galvanisch Metall abgeschieden wird, worauf die restliche Lackschicht und die darunterliegende Nickelschicht entfernt werden.
• Sofern die Beschichtung als Abdeckung für eine Ätzung vorgesehen ist, ist es zweckmäßig, auf das stromlos abgeschiedene Nickel ein ätzfestes Metall, wie zum Beispiel Gold, galvanisch aufzubringen. Eine allein stromlos aufgebrachte Edelmetallschicht, für die gegebenenfalls außer Gold auch Ruthenium, Rhodium, Palladium, Iridium oder Platin Verwendung finden könnte, hätte dagegen eine so geringe Schichtdicke, daß ein ausreichender Ätzschutz nicht mehr vorhanden ist.
• Ebenso hat es sich bewährt, auf das stromlos abgeschiedene Nickel als weiteres Metall Chrom galvanisch aufzubringen, das mit einem stromlosen Verfahren bisher überhaupt noch nicht gelang. Chrom ist wie die Edelmetalle sehr widerstandsfähig gegenüber Ätzlösungen und kann daher mit Vorteil zum Abdecken beim Ätzen von Halbleiterkörpern, zum Beispiel solchen aus Silizium, verwendet werden, wenn diese mit dem bekannten Ätzgemisch aus Salpetersäure, Flußsäure und Essigsäure behandelt werden.
• In ebenso vorteilhafter Weise lassen sich zum Beispiel einzelne Metallkontakte auf der Oberfläche von Halbleiterkörpern herstellen, wobei ein galvanisches Aufbringen von Rhodiumschichten auf das stromlos abgeschiedene Nickel sich als zweckmäßig gezeigt hat.
• Man erreicht mit dem Verfahren nach der Erfindung somit sowohl die gute Haftfestigkeit der stromlosen Beschichtung als auch überhaupt die Metallabscheidung auf einem nicht-oder halbleitenden Körper, dann aber außerdem auch die vorteilhafte Variationsbreite und Vielfalt und Wirtschaftlichkeit der galvanischen Verfahren, die sich bisher bei der Abscheidung von Metallen auf getrennten Bereichen eines Nicht- oder Halbleiters nicht anwenden ließen.
• An einem Ausführungsbeispiel, das das partielle Galvanisieren einer Halbleiterscheibe aus Silizium zum Ziel hat, um auf ihrer Oberfläche eine schützende Abdeckung bestimmter Gebiete für eine anschließende Ätzbehandlung herzustellen, und an Hand der teilweise schematischen Zeichnungen sei das Verfahren nach der Erfindung noch einmal näher beschrieben.
• Man geht in diesem Fall von diffundierten Siliziumscheiben 1 aus, an deren beiden Oberflächen zunächst etwa je 3 bis 5/um durch Sandstrahlen abgetragen werden. Die Siliziumscheiben werden darauf in einem Ultraschallbad gewaschen und ihre Oberfläche in 40 %iger Flußsäure bei etwa 20O0 10 Sekunden aktiviert. Nach gründlichem Spülen in Leitungswasser und anschließendem Spülen in vollentsalztem Wasser wird stromlos auf der Oberfläche eine. Nickelschicht 2 abgeschieden, wofür ein Bad geeignet ist, das unter der Bezeichnung "Brenneransatz" bekannt geworden ist und je Liter 100 g Natriumcitrat, 50 g Ammoniumchlorid, 30 g Nickel(II)-chlorid und 10 g Natriumdihydrogenhypophosphit enthält. Bei einer Temperatur von 85 + 3 OC werden in etwa 90 Sekunden Schichtdicken von 0,2 bis 0,3/um abgeschieden.
• Diese Nickelschicht 2'in Figur 2 wird darauf mit Wasser und Methanol gespült, getrocknet und bei 700 °C 10 Minuten in einem Formiergas aus 4 Teilen Stickstoff und 1 Teil Wasserstoff getempert. Nach einer erneuten Aktivierung der Oberfläche mit Flußsäure und anschließender Spulung mit Wasser wird - wie oben beschrieben - bei einer Temperatur von 85 i 3 0 und einer Reaktionszeit von etwa 90 Sekunden eine weitere Nickelschicht mit einer Schichtdicke von 0,3 bis O,4/um abgeschieden, die - wie oben - gespült und getrocknet und anschließend mit einem Photolack 3 gemäß der Figur 3 beschichtet wird.
• Nach den bekannten Verfahren der Photolacktechnik wird dieser Photolack 3 durch eine Maske belichtet und mit einem Lösungsmiffiel an den unbelichteten Stellen 4 der Figur 4>wieder abgelöst. Dievom Photolack befreiten Gebiete 4 werden dann mit 10 einer Schwefelsäure aktiviermt, mit Leitungswasser und vollentsalztem.Wasser gewaschen und in einem galvanischen Verfahren mit einem ätzbestandigen weiteren Metall 5, zum Beispiel mit Gold, wie es in Figur 5 dargestellt ist, beschichtet. Es ist zweckmäßig, sich hierfür eines schwach sauren Goldbades zu bedienen, in dem bei einer Temperatur von 50 bis 60 °C in etwa 8 Minuten Gold in einer Schichtdicke von 1,5 bis 2,5/um abgeschieden und danach gespült und getrocknet wird. Falls es für erforderlich erachtet wird, kann danach der restliche Photolack 3 abgelöst werden, wodurch man zu einer Schichtenfolge der Figur 6 gelangt. Im allgemeinen ist jedoch vor dem Ätzen ein Ablösen des Photolackes an den nicht von Metall bedeckten Stellen nicht unbedingt erforderlich, da der Photolack nur dünn aufgetragen ist und von der Ätzlösung ohnehin zerstört wird.
• Die so vorbereitete Halbleiterscheibe 1 mit den Metallbeschichtungen 2 und 5 wird nun, wie Figur 7 zeigt, mit einem Bindemittel 6 auf eine Unterlage 7 aufgeklebt, wobei man sich zweckmäßigerweise einer Remanitunterlage mit einer Piceinschicht bedient. Dann wird die Scheibe an den nicht von Metall 2 und 5 bedeckten Stellen 8 je nach Erfordernis an-oder durchgeätzt. Man gelangt dabei zu Anordnungen, die in Figur 8 dargestellt sind. Diese werden schließlich von der Unterlage wiederabgelöst. Die auf diese Weise erhaltenen Bauelemente 9 der Figur 9 werden dann den üblichen weiteren Verfahrensschritten zugeführt.
• Neben der Herstellung der ätzfesten Metallbeschichtungen eignet sich das Verfahren nach der Erfindung auch besonders gut für die Herstellung von Kontaktschichten oder Kontaktschichtfolgen und kann sowohl bei der Herstellung von Druckkontakten als auch von Lötkontakten eingesetzt werden. Im Prinzip entsprechen die einzelnen Verfahrensachritte dem oben beschriebenen Verfahren der Herstellung der Ätzschutzschichten. Doch kann bei den Kontaktschichten mit Vorteil die Variationsbrelte der bei galvanischen Verfahren gegebenen Möglichkeiten ausgenutzt werden.
• So werden zum Beispiel für die Herstellung von Druckkontaktschichten an den hierfür vorgesehenen Stellen partiell Gold, Rhodium, Ruthenium, Palladium oder Platin oder deren Legierungen galvanisch abgeschieden, nachdem zuvor auf der nicht- oder halbleitenden Oberfläche stromlos eine zusammenhängende, die gesamte Oberfläche bedeckende Metallschicht -etwa eine Nickelschicht - erzeugt wurde.
• In entsprechender Weise werden für Lötkontaktschichten nach der stromlosen Metallbeschichtung galvanisch partiell Metalle mit hoher Lötfahigkeit, wie etwa Golds Silber, Blei, Indium oder Zinn oder deren Legierungen, beispielsweise eine Zinn-Blei-Legierung, abgeschieden.
• Eine weitere Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung wird in der leitenden Verbindung von Inseln innerhalb von nicht- oder halbleitenden Material gesehen. In gleicher Weise lassen sich auch örtliche leitfähigkeitsverbesserungen in derartigem Material in vorteilhafter Weise ermöglichen.

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum partiellen Galvanisieren eines nicht- oder halbleitenden Stoffes, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst auf der gesamten Oberfläche des nicht- oder halbleitenden Stoffes stromlos Nickel abgeschieden wird, auf der Nickelschicht darauf mit Hilfe der Photolacktechnik ein Muster einer Lackschicht an den Stellen erzeugt wird, die später von einer Beschichtung freibleiben sollen, daß darauf auf den von Lack freien Stellen galvanisch Metall abgeschieden wird, worauf die restliche Lackschicht und die darunterliegende Nickelschicht entfernt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Halbleiterkörper aus Silizium partiell galvanisiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nickelschicht aus einer Lösung abgeschieden wird, die 100 g Natriumcitrat, 50 g Ammoniumchlorid, 30 g Nikkel(II)-chlorid und 10 g Natriumdihydrogenhypophosphit je Liter enthält.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nickelschicht bei einer Temperatur von 85 + 3 0 in etwa 90 Sekunden in Schichtdicken von 0,2 bis 0,3/um abgeschieden wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß nach einer Temperung der abgeschiedenen Nickelschicht in Formiergas eine weitere Nickelschicht stromlos abgeschieden wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf den von Photolack befreiten Gebieten ein ätzbeständiges Metall galvanisch abgeschieden wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Gold oder Chrom galvanisch abgeschieden werden.

8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf den von Photolack befreiten Gebieten ein Druckkontaktmetall galvanisch abgeschieden wird.

9. V erfahren nach Anspruch 1 bis 5 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß Gold, Rhodium, Ruthenium, Palladium oder Platin oder deren Legierungen galvanisch abgeschieden werden.

10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf den von Photolack befreiten Gebieten ein Lötkontaktmetall galvanisch abgeschieden wird.

11. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß Gold, Silber, Blei, Indium oder Zinn oder deren Begierungen galvanisch abgeschieden werden.

12. Verfahren nach anspruch 1 bis 5, 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zinn-Blei-Legierung abgeschieden wird.

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