DE2311660A1

DE2311660A1 - Verfahren zum partiellen galvanisieren eines nicht- oder halbleitenden stoffes

Info

Publication number: DE2311660A1
Application number: DE19732311660
Authority: DE
Inventors: Hans Scheuermann; Carl-Heinz Dipl Chem Dr Vogel
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1973-03-09
Filing date: 1973-03-09
Publication date: 1974-09-26
Also published as: GB1461446A; FR2220601A1; DE2311660B2; JPS49121748A

Description

Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH 6 Frankfurt am Main 70, Theodor-Stern-Kai 1

Jacobsohn/cr FBE 73/2

28.2.1973

"Verfahren zum partiellen Galvanisieren eines nicht- oder halbleitenden

Stoffes"

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum partiellen Galvanisieren eines nicht- oder halbleitenden Stoffes, insbesondere zum Galvanisieren einer größeren Zahl kleinflächiger Bereiche auf nicht- oder halbleitenden Stoffen, wie dies z. B. bei Herstellungsverfahren der Halbleitertechnologie als wünschenswert erscheint.

Um beispielsweise in Halbleiterkörpern 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 mit Photolack beschichtete Oberflächen durch Belichtung derart verändert werden, daß in nachfolgenden Arbeitsschritten nach teilweiser Lackentfernung der Itzangriff auf vorgesehene Bereiche, die nicht von ätzfestem Metall oder Lack bedeckt sind, beschränkt wird.

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Sofern es sich um Massenfertigungen mit nicht übermäßig hohen Ansprüchen an die Genauigkeit der Abmessungen handelt, wird mit Vorteil auch die Siebdrucktechnik angewendet, die gegenüber der Photolacktechnik eine merkliche Einsparung der Kosten ermöglicht.

Derartige Bedampfungsverfahren weisen jedoch verschiedene 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 erschlossenworden. Einige Metalle, wie z. B. Chrom, lassen sich bisher sehr schlecht oder gar nicht mit stromlosen Verfahren abscheiden, bei andern, wie z. B. Gold oder Rhodium, ist die Schichtdicke auf wenige Mikrometer beschränkt

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und die Schicht selbst meist nicht porenfrei. 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 Nichtleiter 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 oben genannten 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 Ätzangriff schützen; ebenso sollen aber auch solche Metalle aufgebracht werden können, deren Eigenschaften, wie Lötfähigkeit, Übergangswiderstand, Haftfestigkeit, Temperaturwechselbeständigkeit, Abrieb, chemische Beständigkeit und ähnliches sie für eine Verwendung als Kontaktmetall geeignet erscheinen läßt.

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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 Siebdrucktechnik 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 z. B. Gold, galvanisch aufzubringen. Eine allein stromlos aufgebrachte Edelmetallschicht, für die gegebenfalls außer Gold auch Ruthenium, Rhodium, Palladium, Iridium oder Platin Verwendung finden könnten, 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, z. B. solchen aus Silizium, verwendet werden, wenn diese mit dem bekannten Ätzgemisch aus Salpetersäure, Flußsäure und Essigsäure behandelt werden.

In ebenso vorteilhafter Weise lassen sich z. B. einzelne Metallkontakte auf der Oberfläche von Halbleiterkörpern herstellen, wobei ein galvanisches Aufbringen von Rhodium-

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schichten 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.

Gegenüber Bedampfungsverfahren zeichnet sich das Verfahren nach der Erfindung durch vielfache Vorteile aus. Einmal lassen sich die aufwendigen Anlagen für die Bedampfung überhaupt einsparen. Dann werden das unerwünschte Unterdampfen an den Rändern und als dessen Folge auch eine dadurch bedingte Ungenauigkeit der aufgebrachten Schichten vermieden. Dies wirkt sich besonders bei größeren Scheiben aus, die auch eine größere Maske erfordern. Je größer nun aber die Maske gewählt wird, desto größer ist auch die Gefährdung durch ein Unterdampfen der Ränder. Bei Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung lassen sich dagegen auch die fertigungsmäßig vorteilhafteren großen Scheiben ohne diese genannten Nachteile beschichten.

Da außerdem das Metall ausschließlich auf solche Stellen, an denen es benötigt wird, und beispielsweise nicht etwa auf die Abdeckung aufgebracht wird, läßt sich eine höhere Ausbeute als bei einer Bedampfung erzielen, was sich zumal bei der Verwendung von Edelmetallen ebenfalls vorteilhaft auswirkt.

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Schließlich lassen sich insbesondere durch die Anwendung des Siebdruckverfahrens große Stückzahlen kostengünstig herstellen, wobei es gelingt, auch ohne zusätzliche Maßnahmen besondere geometrische Formen zu erhalten. So werden z. B. geschlossene Kathodenringe in einem Arbeitsgang erzeugt, was bei der bekannten Maskentechnik nicht möglich ist.

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 Ätzoehandlung herzustellen, und an Hand der teilweise schematischen Zeichnungen sei das Verfahren nach der Erfindung noch einmal näher beschrieben.

Man geht in diesem Fall, wie Figur 1 zeigt, von diffundierten Siliziumscheiben 1 aus, an deren beiden Oberflächen zunächst etwa 3 bis 5 /um durch Sandstrahlen abgetragen werden. Die Siliziumscheiben werden darauf in einem Ultraschallbad gewaschen und ihre Oberfläche in 4-0 %iger Flußsäure bei etwa 20 ⁰G 10 Sekunden aktiviert. Nach gründlichem Spülen in Leitungswasser und anschließendem Spülen in vollentsalzten 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 Natriumeitrat, 50 g Ammoniumchlorid, 30 g Nickel(II)-chlorid und 10 g Natriumdihydrogenhypophosph: t enthält. Bei einer Temperatur von 85+3 C 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 G 10 Minuten in

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einem Formiergas aus 4- Teilen Stickstoff und 1 Teil Wasserstoff getempert. Nach einer erneuten Aktivierung der Oberfläche mit Flußsäure und anschließender Spülung mit Wasser wird - wie oben beschrieben - bei einer Temperatur von 85 + 3 ⁰C und einer Reaktionszeit von etwa 90 Sekunden eine weitere Nickelschicht mit einer Schichtdicke von 0,3 bis 0,4 /um abgeschieden, die - wie oben gespült und getrocknet und anschließend mittels der Siebdrucktechnik mit einem Lack 3 gemäß der Figur 3 an den Stellen beschichtet wird, die später von einer Beschichtung freibleiben sollen.

Die nicht mit dem Siebdrucklack 3 beschichteten Gebiete der Nickelschicht 2 werden dann mit 10 %iger Schwefelsäure aktiviert, mit Leitungswasser und vollentsalztem Wasser gewaschen und in einem galvanischen Verfahren mit einem ätzbeständigen Metall 4, z. B. Gold, wie es in Figur 4- dargestellt ist, beschichtet. Es ist zweckmäßig, sich hierfür eines schwach sauren Goldbades zu bedienen, in dem bei einer Temperatur von 50 bis 60 ⁰C in etwa 8 Minuten Gold in einer Schichtdicke von 1,5 bis 2,5 /um abgeschieden und danach gespült und getrocknet wird. Danach wird der restliche Lack 3 mit einem üblichen Lösungsmittel, etwa Trichloräthylen, wieder abgelöst, wodurch man zu einer Schichtenfolge der Figur 5 gelangt. Das nach dem Entfernen des Lackes 3 freigelegte Nickel 2 wird danach an den Stellen, an denen es nicht von dem Metall 4- bedeckt ist, mit Salpetersäure oder einem andern Säuregemisch von der Oberfläche der Halbleiterscheibe 1 abgelöst.

Die so vorbereitete Halbleiterscheibe 1 mit den verbleibenden restlichen Metallbeschichtungen 2 und 4- wird nun, wie Figur 6 zeigt, mit einem Bindemittel 5 auf eine Unter-

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lage 6 aufgeklebt, wobei man sich zweckmäßigerweise einer Remanitunterlage mit einer Piceinschicht bedient. Dann wird die Scheibe an den nicht von Metall 2 lind 4- bedeckten Stellen 7 je nach Erfordernis an- oder durchgeätzt. Man gelangt dabei zu Anordnungen, die in Figur 7 dargestellt sind. Diese werden schließlich von der Unterlage wiederabgelöst. Die auf diese Weise erhal-"tenen Bauelemente 8 der Figur 8 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 Verfahrensschritte dem oben beschriebenen Verfahren der Herstellung der Ätzschutzschichten. Doch kann bei den Kontaktschichten mit Vorteil die Variationsbreite der bei galvanischen Verfahren gegebenen Möglichkeiten ausgenutzt werden.

So werden z. B. 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 Lötfähigkeit, wie etwa Gold, Silber, Blei, Indium oder Zinn oder deren Legierungen, beispielsweise eine Zinn-Blei-Legierung, abgeschieden.

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Eine weitere Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung wird in der leitenden Verbindung von Inseln innerhalb von nicht- oder halbleitendem Material gesehen. In gleicher Weise lassen sich auch örtliche Leitfähigkeitsverbesserungen in derartigem Material in vorteilhafter Weise ermöglichen.

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Claims

- 10 - PBE 73/2 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 Siebdrucktechnik 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 Losung abgeschiedenwird, die 100 g Natriumeitrat, 50 g Ammoniumchlorid, 30 g Nickel(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 °C 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 Nikkeischicht in Formiergas eine weitere Nickelschicht stromlos abgeschieden wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß auf den von Siebdrucklack freien Gebieten ein

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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 Siebdrucklack freien Gebieten ein Druckkontaktmetall galvanisch abgeschieden wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß Gold, Rhodium, Ruthenium, Palladium oder Platin oder deren Legierungen galvanisch abgeschieden werd en.

10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß axxf den von 3:ebdrucklack freien 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 Legierungen galvanisch ab^eschiedpn wurden.

12. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zdnn-~Rlei-Lerrierunp· abgeschieden wird.

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