DE2311660B2 - Verfahren zum partiellen Galvanisieren eines Halbleiterkörpers aus Silizium - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum partiellen Galvanisieren eines Halbleiterkörpers aus Silizium, insbesondere zum Galvanisieren einer größeren Zahl (>o kleinflächiger Bereiche auf dem Halbleiterkörper, 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, das in nachfolgenden Arbeitsschritten nach teilweiser Lackentfernung der Äuangriff auf vorgesehene Bereiche, die nicht von ätzfestem Metall oder Lack bedeckt sind, beschränkt wird.

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 Photolacl technik 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 Entwickking und Anfertigung neuer Masken, deren Lebensdauer und Formtreue nur begrenzt sind; bei einer Bedampfung lassen sich Materialverluste nicht vöJlig ausschließen, wen ja immer auch auf solche Stellen aufgedampft wird, auf denen der Antrag nicht benötigt wird; dies ist besonders in solchen Fällen unwirtschaftüch, 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 is:.

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 bekanntgeworden, 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 /.. 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 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.

Durch die US-PS 26 99 425, die US-PS 35 58 441 und die GB-PS 8 32 229 ist es bekanntgeworden, zur Herstellung von gedruckten Schaltungen auf nichtleitenden Stoffen, Metallschichten, wie Silber, Kupfer oder Nikkei, abzuscheiden, mit Hilfe von Masken auf den Metallschichten Muster von Lackschichten herzustellen, sodann die von Lack freien Oberflächen weiter mit einem gegenüber dem jeweiligen Ätzmittel ätzbeständigen Metali, wie Kupfer, Blei oder Gold, zu beschich-

ten und schließlich die Lackschicht des Musters mit der darunterliegenden Metallschicht zu entfernen.

Bei diesen Verfahren kommt den nichtleitenden Sub-Itraten neben ihrer elektrisch isolierenden Eigenschaft ausschließlich eine Trägerfunktion zu, und die auf diese Träger aufgebrachten Leiter haben nur die Aufgabe der reinen Oberflächenquerleituug. Es ist daher weitgehend unkritisch, auf welche Weise die Haftung zwischen Träger und Oberflächenleitung erreicht wird.

Die bekannten Verfahren bedienen sich hierzu einer Aufrauhung hinreichender Rauhtiefe oder einer zusätzlich aulgebrachten Klebstoffzwischenschicht. Solche Methoden lassen sich bei einem Halbleiterkörper, wie Silizium, nicht anwenden, da der Halbleiterkörper zusätzliche und für seine Verwendung entscheidende elektrische Funktionen besitzt, wodurch sich eine andere Aufgabenstellung hinsichtlich der Anforderungen an die Auswahl des Leitermaterials, die Vollständigkeit seiner Haftung, seiner Haftfestigkeit, Temperaturbeständigkeit, Temperaturwechsellastbeständigkeit, Einfluß auf die Leitfähigkeit und den Leitungstyp des Halbleiters, Ausschluß der Gefahr einer Halbleitervergiftung, Übergangswiderstand beim Stromfluü vom Leiter zum Halbleiter und weiterer Eigenschaften ergibt.

Daher können wegen der Gefahr einer Haibleitervergiftung und der außerdem erforderlichen Hochtemperaturtemperung nicht die üblichen Kupferschichtungen und wegen der Gefahr einer Kristallgitterbeschädigung keine Aufrauhverfahren wie bei gedruckten Schaltungen mit Kunststoffen als Trägerplatten zur Anwendung kommen, und die bekannten Verfahren lassen sich nicht auf die Halbleitertechnologie übertragen.

Aufgabe der Erfindung ist ein Verfahren, das das partielle Aufbringen von Metallen auf Halbleiterkörper aus Siliziurr ermöglicht, die obengenannten Nachteile der Bedampfungsverfahren jedoch vermeidet. Das Verfahren soll auch für eine größere Zahl von verschieden artigen 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 1 <>tfähigkeit Übergangswiderstand. 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 Halbleiterkörpers aus Silizium erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zunächst auf der gesamten Oberfläche des Siliziums 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. w>

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 gegebenenfalls f\s 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 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 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 Halbleiterkörper aus Silizium, wobei sich das dabei offensichtlich gebildete Nickelsilicit durch sehr gute Zugfestigkeitswerte auszeichnet und außerdem eine einheitliche geschlossene und zusammenhängende Kontaktschicht auf dem Silizium bildet, so daß an allen Stellen, an denen das Nicke! als Kontaktschicht vorgesehen und erwünscht ist. nach dem Ätzen auch mit Sicherheit ein Kontakt vorhanden ist. Da die Bindung dieser Kontaktschicht von -6O⁰C bis zu mehreren hundert ⁰C temperaturbeständig und auch bei hoher Zyklenzahl temperaturwechsellastbeständig ist, wird sie den wechselnden Temperaturbedingungen des Betriebes gerecht. Darüber hinaus bietet das Verfahren nach der Erfindung dann aber außerdem auch die vorteilhafte Variationsbreite, Vielfalt und Wirtschaftlichkeit der galvanischen Verfahren, die sich bisher bei der Abscheidung von Metallen auf getrennten Bereichen eines Halbleiterkörpers aus Silizium 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.

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

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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, wie F i g. 1 zeigt, von diffundierten Siliziumscheiben 1 aus, an deren beiden Oberflächen zunächst etwa 3 bis 5 μηι durch Sandstrahlen abgetragen werden. Die Siliziumscheiben werden darauf in einem Ultraschallbad gewaschen und ihre Oberfläche in 40%iger Flußsäure bei etwa 20°C 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, dessen Zusammensetzung von A. B r e η si e r im Handbuch der Galvanotechnik. Herausgeber Heinz W. Dettner und Johannes Elze, Carl Hanser Verlag, München, 1966, Band 2, S. 731, angegeben wurde und das je Liter 100 g Natriumeitrat, 50 g Ammoniumchlorid, 30 g Nikkel(II)chlorid und 10 g Natriumdihydrogenhypophosphit enthält. Bei einer Temperatur von 85 ± 3° C werden in etwa 90 Sekunden Schichtdicken von 0,2 bis 0,3 μπι abgeschieden.

Diese Nickelschicht 2 in F i g. 2 wird darauf mit Wasser und Methanol gespült, getrocknet und bei 700⁰C 10 Minuten in 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°C und einer Reaktionszeit von etwa 90 Sekunden eine weitere Nickelschicht mit einer Schichtdicke von 0,3 bis 0,4 μηι abgeschieden, die — wie oben — gespült und getrocknet und anschließend mittels der Siebdrucktechnik mit einem Lack 3 gemäß der F i g. 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 lO°/oiger Schwefelsäure aktiviert, mit Leitungswasser und vollentsalztem Wasser gewaschen und in einem galvanischen Verfahren mit einem ätzbeständigen Metall 4, z. B. Gold, wie es in F i g. 4 dargestellt ist, beschichtet. Es ist zweckmäßig, sich hierfür eines schwach sauren Goldbades zu bedienen, in dem bei einer Temperatur von 50 bis 6O⁰C in etwa 8 Minuten Gold in einer Schichtdicke von 1,5 bis 2,5 μιη abgeschieden und danach gespült und getrocknet wird. Danach wird dei restliche Lack 3 mit einem üblichen Lösungsmittel etwa Trichloräthylen, wieder abgelöst, wodurch man zi einer Schichtenfolge der F i g. 5 gelangt. Das nach derr Entfernen des Lackes 3 freigelegte Nickel 2 wird da nach an den Stellen, an denen es nicht von dem Metal 4 bedeckt ist, mit Salpetersäure oder einem anderer Säuregemisch von der Oberfläche der Halbleiterschei be I abgelöst.

Die so vorbereitete Halbleiterscheibe 1 mit den verbleibenden restlichen Metallbeschichtungen 2 und 4 wird nun, wie F i g. 6 zeigt, mit einem Bindemittel 5 aul eine Unterlage 6 aufgeklebt, wobei man sich zweckmäßigerweise einer Remanitunterlage mit einer Piceinschicht bedient. Dann wird die Scheibe an den nichi von Metall 2 und 4 bedeckten Stellen 7 je nach Erfordernis an- oder durchgeätzt. Man gelangt dabei zu Anordnungen, die in F i g. 7 dargestellt sind. Diese werder schließlich von der Unterlage wieder abgelöst. Die aul diese Weise erhaltenen Bauelemente 8 der F i g. 8 wer den dann den üblichen weiteren Verfahrensschritter zugeführt.

Neben der Herstellung der ätzfesten Metallbeschich tungen eignet sich das Verfahren nach der Erfindung auch besonders gut für die Herstellung von Kontakt schichten oder Kontaktschichtfolgen und kann sowoh bei der Herstellung von Druckkontakten als auch vor Lötkontakten eingesetzt werden. Im Prinzip entsprechen die einzelnen Verfahrensschritte dem oben be schriebenen Verfahren der Herstellung der Ätzschutz schichten. Doch kann bei den Kontaktschichten mi Vorteil die Variationsbreite der bei galvanischen Ver fahren gegebenen Möglichkeiten ausgenutzt werden.

So werden z. B. für die Herstellung von Druckkon taktschichten an den hierfür vorgesehenen Stellen par tiell Gold, Rhodium, Ruthenium, Palladium oder Platir oder deren Legierungen galvanisch abgeschieden nachdem zuvor auf der Silizium-Oberfläche stromlo! eine zusammenhängende, die gesamte Oberfläche be deckende Nickelschicht erzeugt wurde.

In entsprechender Weise werden für Lötkontakt schichten nach der stromlosen Metallbeschichtung gal vanisch partiell Metalle mit hoher Lötfähigkeit, wi( etwa Gold, Silber, Blei, Indium oder Zinn oder derer Legierungen, beispielsweise eine Zinn-Blei-Legierung abgeschieden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Palentansprüche:

1. Verfahren zum partiellen Galvanisieren eines Halbleiterkörpers aus Silizium, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst auf der gesamten Oberfläche des Siliziums 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 Metail abgeschieden wird, worauf die restliche Lackschicht und die darunterliegende Nickelschicht entfernt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Nickelschicht aus einer Lösung abgeschieden wird, die 100 g Natriumcitnu, 50 g Ammoniumchlorid, 30 g Nickel(l!)-chlorid und 10 g Natriumdihydrogenhypophosphit je Liter enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nickelschicht bei einer Temperatur von 85 ± 3° C in etwa 90 Sekunden in Schichtdicken von 0,2 bis 0,3 μιη abgeschieden wird.

4. Verfahren nach Anspruch I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß nach einer Temperung der abgeschiedenen Nickelschicht in Formiergas eine weitere Nickelschicht stromlos abgeschieden wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf den von Siebdrucklack freien Gebieten ein ätzbeständiges Metall galvanisch abgeschieden wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Gold oder Chrom galvanisch abgeschieden werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf den von Siebdrucklack freien Gebieten ein Druckkontaktmetall galvanisch abgeschieden wird.

8. Verfahren nach Anspruch j bis 4 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß Gold, Rhodium, Ruthenium. Palladium oder Platin oder deren Legierungen galvanisch abgeschieden werden.

9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf den von Siebdrucklack freien Gebieten ein Lötkontaktmetall galvanisch abgeschieden wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß Gold, Silber, Blei, Indium oder Zinn oder deren Legierungen galvanisch abgeschieden werden.

11. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zinn-Blei-Legierung abgeschieden wird.