DE2315710A1 - Verfahren zum herstellen einer halbleiteranordnung - Google Patents

Verfahren zum herstellen einer halbleiteranordnung

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Description

Licentia Pat ent-Verwaltungs-GmbH 2 3 1yß 7 1 6 Frankfurt/Main, Theodor-Stern-Kai 1 / '
Heilbronn, den 22. März 1973 PT-Ma/sr - HN 72/61
"Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung"
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung aus einem mit einer Isolierschicht bedeckten Halbleiterkörper und auf der Isolierschicht verlaufenden, die Zonen im Halbleiterkörper kontaktierenden Leitbahnen, wobei die Leitbahnen an bestimmten Stellen durch galvanische Metallabseheidung so verstärkt sind, daß die dabei entstandenen erhöhten Kontaktteile für die drahtlose Kontaktierung der Halbleiteranordnung geeignet sind.
Halbleiterbauelemente werden vielfach mit Hilfe der sogenannten "Flip-Chip-Technik" drahtlos mit Gehäuseanschlußteilen verbunden. Hierzu werden beispielsweise rahmenförmige Kontaktierungsstreifen verwendet, die eine Vielzahl vom
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Kontaktierungsrahmen ausgehende, in das Rahmeninnere ragende Eontaktierungszungen aufweisen. Die Elektroden des Ilalbleiterbaueleinentes werden dann direkt mit den Enden dieser Zungen verbunden. Zur Erleichterung des Kontaktierungsverfahrens sind die Kontakte des Ilalbleiterbauelementes an den. Kontaktstellen verstärkt. Diese erhöhten Kontakte können beispielsweise aus eingesetzten Kugeln oder galvanisch abgeschiedenen Erhebungen bestehen.
Wenn die erhöhten Kontaktbereiche, die vielfach auch als Kontakt-Balls bezeichnet werden, galvanisch auf den zu den Halbleiterbauelementen führenden Leitbahnen abgeschieden werden, müssen alle Leitbahnen bei der Abscheidung an einen Pol einer Spannungsquelle angeschlossen werden. Alle Leitbahnen müssen somit bei der galvanischen Abscheidung untereinander verbunden sein. Dies wird bei einem bekannten Verfahren dadurch erreicht, daß auf die Halbleiteroberfläche eine Metallschicht aufgebracht wird, die alle Leitbahnen kurzschließt. Da diese Metallschicht später wieder abgelöst werden muß, werden bei dem bekannten Verfahren die Leitbahnen zunächst mit einer Oxydschicht abgedeckt, die in den für die galvanische Abscheidung vorgesehenen Bereichen mit
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Öffnungen versehen wird. Nach dem Aufbringen der zweiten Metallschicht, die in den Öffnungen der Oxydschicht mit den darunterliegenden Leitbahnen verbunden ist, wird dann auf diese zweite Metallschicht z. B. Gold galvanisch abgeschieden. Damit die Abscheidung nur an den dafür vorgesehenen Stellen erfolgt, werden alle übrigen Bereiche der Metallzwischenschicht mit Fotolack abgedeckt.
Das bekannte Verfahren ist sehr teuer und birgt eine erhebliche Zahl von Fehlerquellen. Die Zwischenschicht besteht in der Regel aus Titan und Gold, die jedoch auf den vielfach aus Aluminium bestehenden Leitbahnen nur sehr schlecht haftet. Allein durch die mangelnde Haftung der Metallschicht auf den Leitbahnen ergaben sich Ausfälle, die in der Größenordnung von 50 % lagen.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen galvanisch abgeschiedener erhöhter Kontaktteile anzugeben, bei dem auf die Metallzwischenschicht verzichtet werden kann. Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zunächst auf die an den Anschlußstellen an die Zonen mit Öffnungen versehene Isolierschicht eine die Isolierschicht und die Öffnungen
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bedeckende Metallschicht aufgebracht wird, daß die Metallschicht an den für die Leitbahiien vorgesehenen Stellen mit einer ersten Maskierungsschicht bedeckt wird, die außerdem die für die erhöhten Kontaktteile vorgesehenen Stellen der Metallschicht unbedeckt läßt, daß danach die gesamte Halbleiteroberfläche mit Ausnahme der für die erhöhten Kontaktteile vorgesehenen Stellen mit einer zweiten Maskierungsschicht bedeckt wird, daß die erhöhten Kontaktteile an den von beiden Maskierungsschichten unbedeckten Stellen galvanisch auf die Metallschicht abgeschieden werden, daß die zweite Maskierungsschicht wieder entfernt wird, und daß schließlich die Metallschicht an den von der ersten Maskierungsschicht unbedeckten Stellen entfernt wird.
Durch dieses erfindungsgemäße Verfahren konnten die Ausfälle erheblich reduziert und durch die Einsparung der Metallzwischenschicht die Herstellung von Halbleiterbauelementen und integrierten Halbleiterschaltungen verbilligt werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nach der Herstellung der Leitbahnen auch die erste Maskierungsschichi; wieder entfernt. Die Leitbahnen werden beispielsweise durch Ätzen hergestellte Nach dem
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w 5 -
Entfernen der Maskierungsschicht wird vorzugsweise die gesamte Oberfläche mit einer Isolierschicht, beispielsweise mit pyrolythisch abgeschiedenem Oixyd, bedeckt. In diese Isolierschicht werden nui- auf den erhöhten Kontaktteilen Anschlußöffnungen eingebracht.
Um eine gleichzeitige Ablösung beider Maskierungsschichten zu verhindern, müssen diese aus einem Material bestehen, die nur mit unterschiedlichen Mitteln abgelöst werden können. Wenn die Maskierungsschichten aus Photolack bestehen, wird vorzugsweise für die eine Schicht ein Negativ-Lack und für die andere Schicht ein Possitiv-Fotolack verwendet. Der Possitiv-Lack kann beispielsweise mit Aceton abgelöst werden, während die Negativ-Lacke durch Kaltveraschen mit Hilfe der Ionentechnik oder handelsüblichen Ablösemitteln entfernt werden können.
Die Erfindung und ihre weitere vorteilhafte Ausgestaltung soll im weiteren noch mhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden.
In den Figuren ist nur jeweils ein Teil einer Halbleiteranordnung im Schnitt dargestellt, da sich hiermit alle wesentlichen
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Verfahrensschritte aufzeigen lassen. Es soll darauf hingewiesen werden, daß das erfindungsgeraäße Verfahren zur Her- .. stellung von Halbleiteranordnungen aller Art, insbesondere von integrierten Halbleiterschaltungen und Einzelbauelementen verwendet werden kann. Es "läßt sich immer dann einsetzen, wenn die herzustellende Halbleiteranordnung später drahtlos mit Kontaktierungseleraenten verbunden werden soll.
In der Figur 1 ist ein Halbleiterkörper 1, beispielsweise aus Silizium, dargestellt, der eine Zone 2 enthalt. Der Halbleiterkörper und die Zone 2 können sich im Leitfähigkeitstyp oder in der Störstellenkonzentration unterscheiden. · Die Halbleiteroberfläche ist mit einer Isolierschicht 3 bedeckt, die im Bereich der Zone 2 mit einem Kontaktierungsfenster versehen ist. Die Isolierschicht besteht beispielsweise aus Siliziumdioxyd. Danach wird die Halbleiterober-*·, fläche mit einer Metallschicht 4 bedeckt, die sich über die Isolierschicht und die Offnungen in dieser Isolierschicht erstreckt. Diese Metallschicht soll später so strulctuiert werden, daß von den Halbleiterzonen ausgehende Leitbahnen sich über die Isolierschicht zu anderen Halbleiterzonen oder zu Kontaktstellen erstrecken. Die Metallschicht k gemäß Figur h. kann aus mehreren übereinander angeordneten Einzelschichten bestehen, die nacheinander im Vakkum ohne Zwischen-
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belüftung auf" die Oberfläche der Halbleiteranordnung aufgedampft oder aufgesputtert werden. Die unterste Schicht lka bestellt beispielsweise aus Titan, auf die eine Schicht kh aus Molybdän, Wolfram, Palladium oder Platin aufgebracht wird. Die oberste Schicht 4c besteht beispielsweise aus Gold, da auch das galvanisch abzuscheidende Metall in der Regel aus Gold besteht. Die Dicke der Metallschicht 4 beträgt beispielsweise 0,6 bis 1 /um.
Nach der Figur 3 wird auf die Metallschicht k eine erste Maskierungsschicht 5 aufgebracht, die beispielsweise aus KTFR-Lack besteht..Dieser Fotolack ist ein Negativ-Lack, bei dem nach der Belichtung und dem Entwickeln die belichteten Teile auf der Oberfläche zurückbleiben. Dieser Fotolack wird so belichtet und entwickelt, daß nur die für die Leitbahnen vorgesehenen Teile der Metallschicht k bedeckt bleiben. Von der Abdeckung sind jedoch zusätzlich diejenigen Teile der Metallschicht 4 ausgenommen, auf die die erhöhten Kontaktteile galvanisch abgeschieden werden sollen. Diese Ausnehmung ist in der Figur 3 mit der Ziffer 6 bezeichnet.
Danach wird die gesamte Oberfläche der Halbleiteranordnung
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gemäß 11XgUr 4 mit einer zweiten Maskierungsschicht 7 abgedeckt. Diese Maskierungsschicht weist nur in dem für die erhöhten Kontaktteile vorgesehenen Bereich 6 Öffnungen auf, während alle übrigen Teile der Oberfläche abgedeckt bleiben. Die Maskierungsschicht 7 besteht beispielsweise aus AZ-Fotolack. Dieser Fotolack ist ein sogenannter Positiv-Fotolack.
Die unstruktuierte Metallschicht ^t wird nun an die ent- · sprechende Elektrode in einem galvanischen Bad . angeschlossen, In diesem galvanischen Bad wird auf die Metallschicht li in den Bereichen 6 ein relativ dicker Kontakt 8 gemäß Figur abgeschiedenen. Dieser erhöhte Kontaktteil hat beispielsweise eine Höhe von 25 /um und eine Seitenlänge von ca. 100 /um. Eine integrierte Schaltung weist beispielsweise eine Vielzahl derartiger Kontaktteile auf, die alle gleichzeitig galvanisch abgeschieden werden.
Nun wird gemäß Figur 6 die Maskierungsschicht 7 entfernt'. Dies geschieht bei einem Positiv-Lack beispielsweise mit Aceton oder mit einem anderen handelüblichen Lacklösemittel. Somit tritt die Maskierungsschicht 5 wieder an die Oberfläche, die die für die Leitbahnen vorgesehenen Teile
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der Metallschicht 4 bedeckt. Mit Hilfe eines -.'!Ätzmittels werden nun die unbedeckten Teile der Metallschicht 4 entfernt . Hierzu wird ein geeignetes Ätzmittel oder das lonenätzverfahren verwendet. Bei diesem Atzprozess wird natürlich auch etwas der erhöhte Kontaktteil 8 angegriffen. Doch ist dieser Abtrag bei der Dicke der Kontaktteile vernachlässigbar klein. In der Figur 7 ist dargestellt, wie nach dem Atzprozess nur noch die Leitbalmen 9 zurückbleiben, die beispielsweise eine Halbleiterzorie 2 mit einem Anschlußkontakt ß elektrisch leitend verbinden.
Nun kann auch die Me.skierungsschicht 5 wieder entfernt werden. Wenn es sich um KTFll-Negativ-Lack handelt, wird dieser a::i besten durch Kaltveraschen oder* ein handelsübliches Ablöseraittel abgetragen. Es bleibt dann eine Halbleiteranordnung gemäß der Figur 8 zurück.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die Halbleiteranordnung noch zusätzlich durch eine Oxydschicht abzudecken, die äußere Einflüsse und Verunreinigungen von der Halbleiteroberfläche fernhält.
So wird beispielsweise gemäß Figur 9 auf die gesamte Oberfläche eine Siliziumdioxydschicht 10 pyrolythisch abgeschieden.
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In diese Oxydscliicht 10 müssen dann noch mit Hilfe eines geeigneten Maskierungs-, Belichtungs- und Atzprozess Öffnungen 11 über den erhöhten Kontaktteilen eingebracht werden. Da die erhöhten Kontciktteile in der Regel mit den verzinnten Oberflächen weiterer Kontaktierungsteile in Yer· bindung gebracht werden, verhindert die dünne Oxydschicht am Hand des erhöhten Kontaktteils eine gute Kontaktierung nicht, da die Höhendifferenz zwischen der Oberfläche des Kontaktes un der Oxydberandung rasch durch das Zinn oder ein anderes Lötnietall aufgefüllt wird.
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Claims (7)

  1. P a t e η t r. Ii s ρ r ü c h e
    l))Verfahren zum Herstellen, oilier Halbleiteranordnung aus einem rait einer Isolierschicht bedeckten Halbleiterkörper und auf der Isolierschicht verlaufenden, die "onen im Halbleiterkörper konto.ktierenden Loitbahnen, wobei die Leitbahnen an bestimmten Stellen durch galvanische Metallabscheidung so verstärkt sind, daß die_ dabei entstandenen erhöhten Kontaktteile für die drahtlose Kontaktierung der Halbleiteranordnung geeignet sind, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst auf die an den Anschluußstellcn an die Zonen init Öffnungen versehene Isolierschicht eins t%ii Isolierschicht und die Öffnungen bedeckende Metallschicht aufgebracht wird, daß diese Metallschicht an den für die Leitbahnen vorgesehenen Stellen mit einer ersten Maskierungsschicht bedeckt wird, die außerdem die für die erhöhten Kontaktteile vorgesehenen Stellen der Metallschicht unbedeckt läßt,
    daß dtinach die gesamte Ha3.bleit eroberfläche mit Ausnahme der für die erhöhten Kontaktteile vorgesehenen Stellen mit einer zweiteia Maskierungsschieht bedeckt wird, daß die erhöhten Kontaktteile an den von beiden Maskierungs-
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    schichten unbedeckten Stellen galvanisch auf die Metallschicht abgeschieden werden,
    daß die zweite Maskierungsschicht wieder· entfernt wird, und daß schließlich die Metallschicht an den von der ersten Maskierungsschicht unbedeckten Stellen entfernt wird.
  2. 2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Herstellung der Leitbahnen durch teilweises Entfernen der Metallschicht auch die erste ^askierungsschicht wieder entfernt und die gesamte Oberfläche mit einer Isolierschicht bedeckt wird5 und daß in diese Isolierschicht über den erhöhten Kontaktteilen Anschluß-Öffnungen eingebracht werden.
  3. 3) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2S dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Maskierungsschichten aus nur mit unterschiedlichen Mitteln auf- bzwo Ablösbaren Fotolackschichten bestehen.
  4. 4) Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß
    die eine Maskierungsschicht aus Negativ-Fotolack und die andere Maskierungsschicht aus Possitiv-Fotolack besteht.
  5. 5) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht aus mehreren übereinander angeordneten Einzelschichten besteht, wobei als oberste Einzelschicht Gold verwendet wird, und daß auf die Goldschicht die erhöhten Kontaktteile aus Gold galvanisch abgeschieden werden.
  6. 6) Verfahren nach Anspruch 5 t dadurch gekennzeichnet, daß die unterste, unmittelbar auf der Isolierschicht bzw. auf dem Halbleitermaterial verlaufende Metalleinzelschicht aus Titan besteht»
  7. 7) Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Gold- und der Titanschicht eine Zwischenschicht aus Molybdän, Wolfram, Palladium oder aus Platin angeordnet ist.
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