DE2311660C3 - Verfahren zum partiellen Galvanisieren eines Halbleiterkörpers aus Silizium - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren /um partiellen Galvanisieren eines llalbleiicrkörpcrs aus Silizium, insbesondere zum Galvanisieren einer größeren Zahl kleinflächiger Bereiche auf dem Halbleiterkörper, wie dies /.. H. bei Herstellungsverfahren der I lalbleiteitechnologic 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 Arbeitsschrillen nach ifilweiser Lackentfernung der Älzangriff auf vorgesehene Bereiche, die nicht von ätzfestem Metall oder Lack bedeckt sind, beschränkt wird.

Sofern es sich um Massenfeitigungen 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 Bedämpfung 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 Antrag 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 leiiend 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 z. B. Chrom, lassen sich bisher sehr schlecht cder 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 Schienten 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, Melallschichlen, wie Silber, Kupfer oder Nikkei, abzuscheiden, mit Hilfe von Masken auf den Mctallschichten Muster von Lackschichten herzustellen, sodann die von Lack freien Oberflächen weiter mit einem gegenüber dem jeweiligen Ätzmittel ätzbeständigen Metall, wie Kupfer, Blei oder Gold, zu beschieh-

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

Bei diesen Verfahren kommt den nichtleitenden Substraten neben ihrer elektrisch isolierenden Eigenschaft ausschließlich eine Trägerfunktion zu, und die auf diese Träger aufgebrachten Leiter haben nur die Aufgabe eier reinen Oberflächcnquerleitung. Es ist daher weitgehend unkritisch, auf welche Weise die Haftung zwischen Träger und Überflächenleitung erreicht wird.

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

Daher können wegen der Gefahr einer Halbleitervergiftung und der außerdem erforderlichen Hochtemperaturtemperung nicht die üblichen Kupferschichtun-.jcn und wegen der Gefahr einer Kristallgitterheschädi- !jung keine Aufrauhverfahren wie bei gedruckten vi 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 par- - s tielle Aufbringen von Metallen auf Halbleiterkörper aus Silizium ermöglicht, die obengenannten Nachteile der Bedumpfungsverfahren 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 Löifähigkeh, Über- ,_: gangswiderstand. Haftfestigkeit, Temperaturwechselbeständigkeit, Abrieb, chemische Beständigkeit und ähnliches sie für eine Verwendung als Kontaktmetall geeignet erscheinen läßt.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zum parliellen 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 Lack- ^ schicht an den Stellen erzeugt wird, die später von einer Beschichtung frcibleiben sollen, daß darauf auf den 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 Atzung vorgesehen ist. ist es zweckmäßig, auf das stromlos abgeschiedene Nickel ein ät/-festes Metall, wie z. B. Gold, galvanisch aufzubringen. Eine allein stromlos aufgebrachte Fdclmetallschicht, iür die gegebenenfalls < außer Gold auch Ruthenium. Rhodium, Palladium, Indium oder Platin Verwendung finden könnten, hätte dagegen eine so geringe Schichtdicke, daß ein ausreichen der 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 Veriabren 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 Ätzgeinisch aus Salpetersäure. Hußsäure und Essigsäure behandelt werden.

In ebenso vorteilhafter Weise lassen sich /.. B. einzelne Metallkontakte auf der Oberfläche von Halbleiterkörpern herstellen, wobei ein galvanisches Aufbringen von Rhodiumschichien 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 Nickel als Kontaktschicht vorgesehen und erwünscht ist. nach dem Ätzen auch mit Sicherheit ein Kontakt vorhanden ist. Da die Bindung dieser Kontaktschicht von — bO C bis /u mehreren hundert C temperaturbeständig und auch bei hoher Zyklenzahl temperaturwechseliastbeständig ist. wird sie den wechselnden Temperalurbedingungen 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 l'ngenauig-■ keil der aufgebrachten Schichten vermieden. Dies wirkt sich besonders bei größeren Scheiben aus. die auch eine größere Maske erfordern. )e größer nun aber die Maske gewählt wird, desto größer ist auch die Gefährdung durch ein Unterdampfen der Ränder. Bei An- '■· wcndung des Verfahrens gcmäb der Erfindung lassen sich dagegen auch die ferligungsmäßig 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 Siebdrucks erfahrens große Stückzahlen kostengünstig herstellen, wobei es gelingt, auch ohne zusätzliche Maßnahmen besondere geometrische l-ormen zu erhalten. So werden /. B. geschlossene Kathodenringe in einem Arbeitsgang erzeugt, was bei der bekannten Maskentechnik nicht möglich ist.

An einem Alisführungsbeispiel, das das partielle Galvanisieren einer Halbleiterscheibe aus Silizium zum

ί.'\α\ hai. um auf ihrer Oberfläche eine schul/ende Abdeckung bestimmter Gebiete für eine anschließende Atzbchandlung herzustellen, und an Hand der teilweise schematischen Zeichnungen sei das Verfahren nach der Krfindung 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 Sandstrahler, abgetragen werden. Die Siliziumscheiben werden darauf in einem Ultraschallbad gewaschen und ihre Oberfläche in 40%iger Flußsäure bei etwa 20⁰C 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. Brenner im Handbuch der Galvanotechnik, Herausgeber Heinz W. DeU-ner und Johannes Ehce, Carl Hanser Verlag, München, 1966, Band 2, S. 731, angegeben wurde und das je Liter 100 g Natriumeitrat, 50 g Ammoniumchlorid, 30 g Nikkel(Il)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 μιη 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 μιη 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 10%iger Schwefelsäure aktiviert, mit Leitungswasser und vollentsalztem Wasser gewaschen und in einem galvanischen Verfahren mit einem ätzbesländigen Metall 4, /.. 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 60°C in etwa 8 Minuten Gold in einer Schichtdicke von 1.5 bis 2.5 μιη abgeschieden und danach gespült und getrocknet wird. Danach wird der restliche Lack 3 mit einem üblichen Lösungsmitlei, etwa Trichloräihylen, wieder abgelöst, wodurch man zu einer Schichtenfolgc der F i g. 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 anderen Säuregemisch von der Oberfläche der Halbleiterscheibe l 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 auf eine Unterlage 6 aufgeklebt, wobei man sich zweckmäßigerweise einer Remanitunterlage mit einer Piceinschicht bedient. Dann wird die Scheibe an den nicht 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 werden schließlich von der Unterlage wieder abgelöst. Die auf diese Weise erhaltenen Bauelemente 8 der F i g. 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 Silizium-Oberfläche stromlos eine zusammenhängende, die gesamte Oberfläche bedeckende 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 derer Legierungen, beispielsweise eine Zinn-Blei-Legierung abgeschieden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum partiellen Galvanisieren eines Haibleilerkörpers 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 Metall abgeschieden wird, worauf die restliche Lackschicht und die darunterliegende Nickelschicht entfernt werden.

2. Verfahren nach Anspruch !, dadurch gekennzeichnet, daß die Nickelschicht aus einer Lösung abgeschieden wird, die 100 g Nairiumcitrat, 50 g Ammoniumchlorid, 30 g Nickel(ll)-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 1 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 ! 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 eim; Zinn-Blei-Legierung abgeschieden wird.