DE2506990B2

DE2506990B2 - Verfahren zur selektiven galvanischen Abscheidung von Weichgold auf einer zusammengesetzten Metalloberfläche und seine Anwendung

Info

Publication number: DE2506990B2
Application number: DE19752506990
Authority: DE
Inventors: Kenneth Russ Greensboro N.C. Newby; Earl Dallas Quakertown Pa. Winters
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1974-02-19
Filing date: 1975-02-19
Publication date: 1979-01-25
Also published as: NL160034C; FR2261352B1; IT1031886B; GB1494394A; DE2506990A1; DE2506990C3; FR2261352A1; JPS5440056B2; SE446751B; NL160034B; NL7501908A; JPS50124841A; SE7501777L

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur selektiven galvanischen Abscheidung von Weichgold auf einer s zusammengesetzten Metalloberfläche mit wenigstens einem Edelmetallbereich und wenigstens einem freiliegenden Titanbereich, wobei an die Metalloberfläche ein negatives Potential bezüglich einer Bezugselektrode im Elektrolyten angelegt wird.

ίο Bei der üblichen Herstellung integrierter Schaltungen auf einer Siliciumunterlage (vgl. US-Patentschrift 32 87 612) erfolgt u. a. die galvanische Goldabscheidung auf einer zusammengesetzten Oberfläche, die neben Edelmetallbereichen (zumeist Pt oder Pd) auch Titanbereiche aufweist. Die Goldabscheidung soll auf die Edelmetallbereiche beschränkt sein. An den Grenzen zwischen Edelmetall und Titan kann es zu Unterscheidungen kommen, was die Musterfeinheit und damit das erzielbare Auflösungsvermögen beeinträchtigt

Üblicherweise ist während der Goldabscheidung die

Titanoberfläche mittels einer Fotolackschicht geschützt.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe

besteht darin, bei einem Verfahren der obengenannten

Art die Abscheidungsgeschwindigkeit zu erhöhen, eine

2> hohe Musterfeinheit zu erzielen und unabhängig von einer Schutzschicht auf der Titanoberfläche die Goldabscheidung im wesentlichen auf den Edelmetallbereich zu beschränken.
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Das erfindungsgemäße Verfahren führt zu einer selektiven Abscheidung von Gold nur auf Platin oder

r. Palladium, während andererseits praktisch auf Titan keine Goldabscheidung erfolgt. Damit läßt sich eine schärfere Abgrenzung der leitenden Oberflächen erzielen, was im Ergebnis zu einer höheren Musterfeinheit führt. Diese selektive Abscheidung ist unabhängig

.«ο davon, ob die Titanoberfläche durch eine Fotolackschicht geschützt ist oder nicht. Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann die Galvanisisrungsstromdichte Werte in der Größenordnung von 1 mA/cm² annehmen, was zu einer Abscheidung mit einer Schichtdicke von

4-, weniger als 0,5 μηι führt. Andererseits werden bei Stromdichten bis zu 15 mA/cm² und darüber Schichtdikken von 1 bis 2 μηι erhalten.

Nachfolgend ist das erfindungsgemäße Verfahren mit Bezugnahme auf Figuren im einzelnen beschrieben; es

« zeigen

Fig. 1 bis 5 jeweils im Schnitt · einen Teil eines Halbleiterbauelements mit entsprechend der jeweils gewünschten Schaltung eindiffundierten pn-Übergängen, aufgebrachten Elektrodenkontakten und Verbin-

Y-, düngen in verschiedenen Herstellungsstadien und

Fig.6 ein Diagramm zur Darstellung der Abhängigkeit der Stromdichte (mA/cm²) von der Zeit (t) mit zwei Kurven, welche den Verlauf bei sich entsprechend einem bestimmten Programm erhöhendem Galvanisie-

w) rungspotential einmal für ein unmodifiziertes Galvanisierungsbad und einmal für ein erfindungsgemäßes, bleihaltiges Bad wiedergeben.

Der Körper 11 des Halbleiterbauelements ist Teil einer Halbleiterscheibe, aus der eine Anzahl Halbleiter-

(,■> bauelemente hergestellt werden. Mittels allgemein bekannter Maskier- und Diffusionsmethoden sind Leitungstyp-Zonen 12 und 13, die der Basis bzw. dem Emitter eines Transistors entsDrechen. hergestellt

worden; diese Zonen bilden die PN-Obergänge 14 und 15. Eine SiO^Schicht 16 auf der Oberfläche des Körpers 11 ist mit öffnungen vei-sehen, um Kontaktgebiete für die Elektroden zur p-leitenden Basis 12 und zum n-Ieitenden Emitter 13 zu bilden.

Zuerst wird eine einige 10 nm dicke Platindünnschicht, beispielsweise durch Zerstäuben, auf der gesamten Oberfläche aufgebracht (nicht dargestellt). Die Angaben über Schichtdicken sind lediglich beispielhaft Es folgt eine kurze Erhitzung, um das Platin mit ι ο dem Silicium zusammenzusintern, um einen guten elektrischen Kontakt zu dem in den öffnungen freiliegenden Silicium herzustellen. Sodann wird das Platin von den Oxidgebieten durch Spülen der ganzen Scheibe in Königswasser entfernt Das Verfahren ist im einzelnen in der US-Patentschrift 32 74 670 beschrieben.

Anschließend wird eine etwa 0,15 bis 0,3 μηι dicke Titanschicht 17 auf der ganzen Oberfläche des Körpers 11 aufgebracht (vgl. F i g. 2). Auf der Titanschicht wird eine etwa 0,15 μιη bis 03 μπι dicke Platinscwicht 18 auf der ganzen Oberfläche aufgebracht. Sodann wird eine Fotolackschicht 19 aufgebracht, um die gewünschten Elektroden- und Anschlußmuster an der Platinschicht zu definieren, wie dieses in F i g. 2 dargestellt ist.

Daraufhin wird die von dem Fotolackmuster 19 nicht r> abgedeckte Platinschicht entfernt und schließlich das Fotolackmuster 19 entfernt, so daß das mit Fig. 3 dargestellte Platinmuster 18 auf der Titanschicht 17 erhalten wird.

Anschließend wird das erfindungsgemäße Verfahren jo durchgeführt, um selektiv auf dem Platinmuster 18 ein entsprechendes Goldmuster 20 aufzubringen (vgl. Fig. 4). Nachfolgend werden im einzelnen zwei Ausführungsformen für das erfindungsgemäße Verfahren angegeben. Abschließend kann die außerhalb des r> Musters 18, 20 befindliche Titanschicht 17 entfernt werden, so daß das mit Fig.5 dargestellte Halbleiterbauelement erhalten wird.

Ausführungsform I

Zur erfindungsgemäßen galvanischen Goldabschei- η dung können alle handelsüblichen Goldgalvanisierungsbäder benutzt werden. Im Unterschied zur üblichen Praxis wird bei dem vorliegenden erfindungi,gemäßen Verfahren wenigstens zu Beginn ein bestimmtes Potential eingehalten. Im einzelnen darf, damit sich ,0 Gold nur auf Platin oder Palladium, nicht aber auch auf Titan abscheidet, das Potential an der Titcnschicht einen Maximalwert nicht überschreiten. Das während der galvanischen Abscheidung erreichbare maximale Potential hängt von verschiedenen Faktoren ab, so vom v, Aufbau der Galvanisierungszellen, von der Zusammensetzung und dem pH-Wert des Bades, der Badumwälzgeschwindigkeit usw. Der Praktiker muß daher für eine gegebene Gruppe von Bedingungen das maximale Galvanisierungspotential experimentell so bestimmen, m> daß sich Gold nur auf Platin oder Palladium, nicht aber auf Titan abscheidet.

Das maximale Galvanisierungspotential wird wie folgt bestimmt. Eine zwei Metalle (Platin—Titan; Palladium—Titan) umfassende Oberfläche, bei welcher h> die Metalle elektrisch kurzgeschlossen sind (im folgenden wird eine solche Oberfläche kurz als Bimetalloberfläche bezeichnet), wird in eir» Goldgalvanisierungsbad eingetaucht; an die Bimetalloberfläche wird ein konstantes kathodisches Potential (gegenüber einer Bezugselektrode) angelegt, bis auf den Platin- oder Palladiumzonen eine Goldschicht mit angestrebter Schichtdicke abgeschieden ist Das Verfahren wird für mehrere Bimetalloberflächen bei verschiedenen konstanten Potentialen wiederholt

Die resultierenden Oberflächen werden mikroskopisch nach Spuren von Goldabscheidang auf Titan untersucht, um den anwendbaren maximalen Potentialwert zu bestimmen. Bei stärker negativem Potential treten Spuren von Goldabscheidung, sogenannte Keimstellen, auf. Bis zu etwa 5000 Keimstellen pro cm² Titanoberfläche werden diese Keimstellen mit der Titanschicht bei der nachfolgenden Ätzung entfernt und stellen im wesentlichen kein Problem dar.

Für die praktische Durchführung ist es empfehlenswert, ein Drei-Elektroden-System in Verbindung mit einem handelsüblichen Potentiostati:n zu verwenden. Obwohl Zwei-EIektroden-Anordnurngen grundsätzlich verwendet werden könnten, sind sie infolge unkontrollierbarer Anodenpotentialänderungen nicht sonderlich praktisch. Diese Anodenpoteniialänderungen rühren von verschiedenen Faktoren her, so von Schwankungen der Badumwälzgeschwindigkeit, von gelöstem Sauerstoff, von einer Goldverarmung u. dgl. Zur Steuerung der Potentiale bei Drei-EIeklroden-Anordnungen können Potentiostaten verwendet werden, die aus einer Arbeitselektrode, einer Gegenelektrode und ;iner Bezugselektrode — sämtlich in das Galvanisieruigsbad eingetaucht — bestehen. Das Potential der Arbeitselektrode, vorliegend die Bimetalloberfliiche, wird fortlaufend durch die Bezugselektrode überwacht. Der Potentiostat stellt den zugeführten Strom zwischen Arbeitselektrode und Gegenelektrode so ein, daß das Potential der Arbeitselektrode gegenüber der Bezugselektrode konstant bleibt. Als Gegenelektrode wird zweckmäßig eine Plaiinfolie benutzt Beispiele für die Bezugselektrode sind die Calomelelektrode (Quecksilberchlorid in Kontakt mit Quecksilber, beides eingetaucht in eine wäßrige Kaliumchloridlösung bekannter Konzentration) und die Silber-Silberchlorid-Elektrode (Silberchlorid in Kontakt mit Silber, beides eingetaucht in Salzsäure). Potentiostaten sind bekannt und im einzelnen an anderer Stelle beschrieben; vgl. beispielsweise »Analytical Chemistry«, 35,177(1 bis 1778 (1963).

Beispiel 1.1

Auf Bimetalloberflächen (Pt-Ti; Pd-Ti), wie diese bei der oben beschriebenen Fertigung von integrierten Schaltungen anfallen, wird Gold galvanisch abgeschieden, wobei das Potential für die betreffende Probe gegenüber einer in Sättigung gehaltenen Calomelbezugselektrode (SCE) konstant gehalten, jedoch von Probe zu Probe geändert wird. Ah Gegenelektrode dient eine Platinfolie. Das Bad mit dern pH-Wert von 7,5 enthält auf I 1 H₂O 20 g KAu(CN)₁ und 50 g Zitronensäure, wobei der pH-Wert mit KOlI eingestellt wird. Die weiteren Bäder (pH-Wert 8 bzw. 10) enthalten auf 1 I H₂O 20 g KAu(CN)₂, 40 g K₂HPO₁ · 3 H₂O und IO g KH₂PO₄, wobei der pH-Wert mit KOIl eingestellt wird. Gemessen wird die Anzahl der Goldkeime auf der Titanschicht.

Tabelle 1 Tabelle 2

Oberfläche

pH-Wert

Angciegles
Potential

mV

Keimbildung auf Ti

Pt-Ti 7,5 -600 sehr schwach

-650 schwach bis müßig

8 -7Ou sehr schwach

-750 schwach

-800 mäßig

10 -700 sehr schwach

-750 sehr schwach

-800 mäßig

Pd-Ti 7,5 —550 sehr schwach

-600 schwach bis mäßig

8 -650 sehr schwach

-700 schwach

-750 stark

-800 sehr stark

10 -600 keine

-700 sehr schwach

-750 sehr schwach

-800 sehr stark

Anmerkung:

Sehr schwach bedeutet weniger als 5000 Kcime/cnr; schwach bedeutet weniger als 50 000 Keime/cm²; wobei die Keime üblicherweise einen Durchmesser von weniger als 1 μηι haben.

Aus der Tabelle 1 ist ersichtlich, daß bei stärker kathodischem bzw. negativem Potential die Zahl der Goldkeime auf Titan zunimmt. Ein Anstieg des pH-Wertes verschiebt das noch zulässige Maximalpotential zu stärker kathodischen Werten.

Da höhere Potentiale die erforderliche Abscheidungsdauer reduzieren, ist es wünschenswert, das höchste Potential zu verwenden, das sich mit einer minimalen Keimbildung verträgt. Definiert man das Fehlen einer Goldabscheidung mit weniger ais 5000 Goldkeime/cm² Titanoberfläche, so liegt im pH-Wert-Bereich von 7,5 bis 10 das anwendbare Maximalpotenr.ial zwischen etwa — 600 mV und etwa — 750 mV für eine PtTi-Bimetalloberfiäche, sowie zwischen etwa - 550 mV und - 750 mV für eine Pd/Ti-Bimetalloberfläche, wobei die stärker kathodischen Werte den höheren pH-Werten zugeordnet sind.

Die maximalen Potentialwerte hängen auch von weiteren Faktoren ab; es kann angenommen werden, daß Faktoren wie Zusätze oder Änderungen in der Badzusammensetzung die maximalen Potentialwerte um bis zu 25% ändern können. Unter Berücksichtigung dieses Umstandes reicht das anwendbare maximale Potential von etwa -75OmV bis —935 mV für eine Pt/Ti-Bimetalloberfläche im pH-Wert-Bereich von 7,5 bis 10; sowie von -690 mV bis -935 mV für eine Pd/Ti°/oBimetalIoberfläche im gleichen pH-Wert-Bereich.

Beispiel 1.2

Für eine Reihe von Metallen sind unter sahireichen Bedingungen in Abhängigkeit vom pH-Wert die Potentiale der beginnenden Metallabscheidung sorgfältig gemessen worden. Die in der nachstehenden Tabelle 2 angegebenen Werte sind beispielhaft, gemessen gegenüber einer gesättigten Calomel-Elektrode.

Metall Potential der beginnenden Metallabscheidung
(mV)

pH-Wert pH-Wert
5 7

pll-Wcrl pH-Wert 8 10

I'd

Au
Ti

+ 105
+ 155
+ 155
-275

-156
-80

-312

-302

180

-214

-394

-320
-170
-255
-434

Im allgemeinen führt eine pH-Wert-Steigerung zu

Γ) einer Erhöhung des Potentials für die beginnende Metaüabscheidung. Bedeutsamer ist jedoch die Differenz der Potentiale für die Abscheidung auf einerseits Edelmetall und andererseits Titan, die den zulässigen anfänglichen Arbeitsbereich für die erfindungsgemäße Galvaniserung begrenzt. Ersichtlich bleibt diese Differenz im wesentlichen konstant. Die angegebenen Werte sind nur bei der Bestimmung des anfänglich für die Galvanisierung erforderlichen Potentials von praktischem Interesse. So resultiert beispielsweise bei einem pH-Wert von 5 ein Potential im Bereich von + 105 mV bis —275 mV für die Abscheidung von Gold auf Platin. Eine Betriebsweise ohne Bezugselektrode würde eine Stromfeststellschaltung vorsehen und mit einem vorprogrammierten Verlauf für die Spannungserhöhung

κι nach Beginn der galvanischen Abscheidung entsprechend beispielsweise einem Wert von 0,05 mA/cm² arbeiten.

Ersichtlich ist der pH-Wert ein Parameter von besonderer Bedeutung. Es erscheint möglich, eine

j-, Goldabscheidung auf einer zusammengesetzten Edelmetalloberfläche mit Titananteilen bei pH-Werten bis herab zu 5 oder weniger durchzuführen, wobei jedoch die Stromdichte bei ansonsten identischen Bedingungen beträchtlich absinkt. Beispielsweise kann bei einem pH-Wert von 7 oder mehr die Abscheidung einer 1 μΐη dicken Goldschicht bei einer Stromdichte von 2 mA/cm² erfolgen; demgegenüber beträgt die maximal zulässige Stromdichte nur etwa 1 mA/cm² für den gleichen Niederschlag bei einem pH-Wert von 5. Ein

4-3 noch höherer pH-Wert erlaubt eine noch größere Stromdichte; die Abscheidung einer 0,5 μπι dicken Goldschicht kann bei einem pH-Wert von 9 bis 10 bei einer Stromdichte von 2 mA/cm² erfolgen. Die angegebenen Werte für die Stromdichte beziehen sich sämtlich auf die Herstellung eines akzeptablen Erzeugnisses, d. h. einer zusammengesetzten Oberfläche, die neben Titan auch das zu beschichtende Edelmetall enthält, wobei auf der Titanfläche Goldkeime in der Größenordnung von 200 nm oder mehr praktisch fehlen.

Ausführungsform 2

Ein übliches wäßriges Galvanisierungsbad zur Abscheidung von Weichgold enthält nur ein Goldkomplexsalz und Salze, die zur Pufferung auf einen gewünschten

to pH-Wert und zur Einstellung der erforderlichen ionischen Leitfähigkeit erforderlich sind. Unbeabsichtigte Verunreinigungen, z. B. Silber, Eisen, Nickel und Kobalt sind gewöhnlich sehr klein. Mittels Emissionsspektroskopie und Atomabsorptionsanalyse wird für

den Gehalt an Verunreinigung gewöhnlich ein Wert von weniger als 0,01 % erhalten. Die Badzusammensetzung wird üblicherweise in g/l (Gramm fester Substanz pro Liter Galvanisierungsbad) angegeben.

Ein übliches Bad enthält gewöhnlich 3 bis 120 g KAu (CN)2 pro 1 H2O. Die untere Grenze von etwa 3 g/l erlaubt eine maximale Galvanisierungsstromdichte von etwa 2 mA/cm². Ein Goldsalzgehalt von 20 g/l reicht für eine Abscheidung bis zu einer praktischen Maximalgeschwindigkeit unter den meisten Bedingungen aus und wird für die Lösungen der nachfolgend erwähnten Beispiele benutzt.

Die Salzzusätze reichen gewöhnlich von 25 bis 250 g/l. Ein Minimum von 15 g üblicher Salze wie Phosphat, Zitrat oder Acetat pro 1 H2O gewährleistet eine Leitfähigkeit von etwa 0,015 bis 0,025 Ohm-' cm-' bei 25°C. Beispielsweise werden die für die nachfolgenden Versuche verwendeten Bäder durch Zusatz von 35 g/l KH₂PO₄ (entspricht 24 g/l PO₄-^J) und etwa 13 g/l KOH auf einem gepufferten pH-Wert von 8 gehalten.

Frische Ansätze handelsüblicher Bäder für die galvanische Abscheidung von Weichgold enthalten einen Gesamtanteil an Verunreinigungen in der Größenordnung einiger Teile pro 1 000 000 Teile Bad (im allgemeinen weniger als 1 Teil). Aus den festgestellten Galvanisierungsstromdichten und den Niederschlagseigenschaften kann geschlossen werden, daß dieser Verunreinigungsgehalt nicht bis zu 20 Teile Blei pro 1 000 000 Teile Bad einschließt. Die üblichen zu dem angegebenen Verunreinigungswert beitragenden Verunreinigungen sind: Ag, Fe, Ni, Co. Nach längerem Gebrauch kann das Bad einen ausreichend hohen Verunreinigungsgehalt haben, um die resultierende Abscheidung zu »härten«. Erkennbare Verunreinigungen, z. B. Nickel, werden üblicherweise durch Absenken des pH-Wertes auf einen Wert von etwa 6,5 entfernt.

Erfindungsgemäß ist festgestellt worden, daß ein geringer Bleigehalt die galvanische Abscheidung verbessert, insbesondere höhere Stromdichten zuläßt. Der Bleigehalt soll wenigstens 100 Teile Blei a>if 1 000 000 000 Teile Lösung betragen, obgleich bereits 20 Teile Blei auf 1 000 000 000 Teile Lösung zu einer Verbesserung führen, nämlich zu einer ausgeprägten Erhöhung der zulässigen Stromdichte im Vergleich zu einer unmodifizierten frischen Lösung führt, welche während der gesamten Badlebensdauer anhält. Der maximale Bleigehalt soll 2 Teile Blei auf 1 000 000 Teile Lösung nicht übertragen, da nennenswert höhere Mengen Niederschläge mit schlechterer Morphologie ergeben. Für viele Zwecke ist dies ein nicht zu bevorzugender Grenzwert, da Niederschläge meßbare Bleianteile enthalten können. Die Härte von Niederschlägen, die aus Lösungen mit 2 Teilen Blei auf 1 000 000 Teile Lösung erzeugt worden sind, beträgt etwa 90 Härtewerte der Knoop-Skala; dieses ist die maximale, für »Weichgold« zulässige Härte. Bei einem Anteil von etwa 1 Teil Blei auf 1 000 000 Teile Lösung sind die noch feststellbaren Bleieinschlüsse im Niederschlag hinreichend klein, um den Niederschlag nur minimal zu beeinflussen. Unterhalb von etwa 500 Teilen Blei auf 1 000 000 000 Teile Lösung enthalten die Niederschläge praktisch kein Blei, soweit dieses mit üblichen Hilfsmitteln feststellbar ist Dieser Wert ist deshalb der besonders bevorzugte obere Grenzwert Ein bevorzugter unterer Grenzwert liegt bei etwa 100 Teilen Blei auf 1 000 000 000 Teile Lösung, da dieser Wert für eine maximale Niederschlagsgeschwindigkeit ausreicht und die Bleiverarmung nicht stärker ist, als die übliche Golderneuerung. Blei kann in jeder in der Lösung löslichen Form zugegeben werden. Gewöhnlich liegt Blei als Pb²⁺ oder Pb(OH)₂ und/oder Pb(OH)₃ vor. Aus Gründen der sehr kleinen Menge dieses Zusatzes ist es bequem, eine Stammlösung herzustellen, die dann im erforderlichen Ausmaß verdünnt wird. Eine solche Stammlösung kann durch Auflösen von 1,077 g PbO in 1 10,1 molarer KOH-Lösung erhalten werden.
Wichtig für die erfindungsgemäße galvanische Goldabscheidung auf einer zusammengesetzten Oberfläche ist es, daß die Abscheidung mit einer anfänglichen Keimbildung auf der oder den Edelmetallzonen bei einem Kathodenpotential beginnt, das zwischen dem Potential für die beginnende Metallabscheidung für diese Zonen und dem entsprechenden Potential für Titan liegt. Dieser Anfangswert kann beispielsweise aus obiger Tabelle entnommen werden; für die praktische Durchführung ist eine Eichung beispielsweise durch

r> Bezugnahme auf eine gesättigte Calomelelektrode zweckmäßig. Alternativ ist es nur erforderlich, das Potential bis zur Messung eines endlichen Galvanisierungsstromes von beispielsweise 0,05 mA/cm² zu erhöhen. In der Praxis kann bei dieser Alternative zuerst 1 min lang ein Potential von 250 mV angelegt werden; anschließend wird mit einer Geschwindigkeit von 100 bis 300 mV pro min das Potential bis auf 650 mV erhöht, was einer Stromdichte von 3 bis 4 mA/cm² entspricht. Die zweckmäßige Einstellung dieses und weiterer Parameter kann optisch verfolgt werden, da 200 nm große Goldkeime auf der Titanoberfläche bei fünfhundertfacher Vergrößerung leicht feststellbar sind.

Die Badtemperatur wird bequemerweise zwischen 60 und 85° C, vorzugsweise zwischen 65 und 75° C gehalten.

j» Bei Temperaturen unterhalb von 6O⁰C können gehärtete Niederschläge infolge einer Änderung der Wachstumsmorphologie und möglicherweise auch infolge von Kohlenstoffeinschluß auftreten.
Andere Parameter, wie Elektrodenabstand und Elektrodenform usw., können entsprechend üblicher Praxis gewählt werden. Siehe hierzu beispielsweise »Electroplating Engineering Handbook«, 3. Auflage, A. K. Graham, Van Nostrand, Reinhold Company, NewYork(1971).

4(i Die nachstehenden Beispiele wurden an einem bemusterten Substrat durchgeführt, dessen Bemusterung aus einer Platin- oder Palladiumschaltung auf einer Titan-Vollflächenschicht besteht. Das Bauteil wird in jedem Falle von einem Siliciumplättchen der für

Halbleiterbauelemente üblichen Reinheit getragen. Das Schaltungsmuster stellt eine integrierte Schaltung mit Abmessungen bis zu ΙΟμίη Edelmetall bei einem gegenseitigen Abstand von ΙΟμπι dar. In jedem Fall wird dieses Substrat bei seinem Eintauchen in ein wäßriges Bad für die galvanische Goldabscheidung zur Kathode gemacht; die Anode besteht aus Platin oder aus platinbeschichtetem Titan.

Beispiel 2.1

Gearbeitet wird mit einer Lösung der folgenden Zusammensetzung:

KAu(CN)₂

KOH

KH₂PO₄

20 g/l

~ 13 g/I

35 g/l

Die Lösung weist einen pH-Wert von etwa 8 auf. Die galvanische Goldabscheidung wird bei 70° C ausgeführt Die zeitlichen Potentialänderungen und die dabei resultierenden Stromdichten sind mit F i g. 6 wiedergeb5 geben. Hierbei bezieht sich dieKurve B auf eine Lösung mit etwa 1 Teil Pb²⁺ auf 1 000 000 Teile Lösung und die Kurve A auf eine entsprechende, jedoch bleifreie Lösung.

Zuerst wird ein Potential von - 250 mV gegenüber einer gesättigten Calomel-Elektrode (vgl. »Electroanalytical Chemistry«, 2. Auflage, J. J. L i η g a η e, Interschience, N. Y. 1958, Seile 27) angelegt. Für das bleifreie Bad ist die anfängliche Stromdichte vernachlässigbar; für das bleihaltige Bad beträgt sie etwa 0,1 mA/cm². Nach etwa 2 min wird das Potential auf

— 500 mV erhöht. Nach Erreichen dieses Potentials steigt die Stromdichte auf etwa 0,4 bzw. 0,8 mA/cm² an. Während der dieser Spannungsänderung unmittelbar folgenden Periode erhöht sich die Stromdichte im bleihaltigen Bad auf etwa 1 mA/cm², während die Stromdichte im bleifreien Bad im wesentlichen konstant bleibt. Nach einem weiteren Intervall von etwa 2 min wird die Spannung erneut erhöht, diesmal auf etwa

— 600 mV. Diese weitere Änderung führt zu einer sehr scharfen Zunahme der Stromdichte auf einen anfänglichen Wert von 2,5 mA/cm² für das bleihaltige Bad; beim bleifreien Bad steigt die Stromdichte nur auf etwa 0,8 mA/cm².

Nach einer gesamten Abscheidungsdauer von etwa 8,5 min erhält man aus dem bleihaltigen Bad eine etwa 0,5 μπι dicke Abscheidung. Weitere Potentialerhöhungen führen wie angegeben zu einer schließlichen Stromdichte von angenähert 5 mA/cm² im bleihaltigen Bad und von etwa 2 mA/cm² im bleifreien Bad. Schließlich wird aus dem bleihaltigen Bad eine etwa 2 μηι dicke Goldschicht sowie aus dem bleifreien Bad eine etwa 0,65 μπι dicke Goldschicht erhalten.

Die aus den beiden Bädern erhaltenen Niederschlagserzeugnisse sind nicht miteinander vergleichbar. Das entsprechend der Kurve B aus dem bleihaltigen Bad erhaltene Produkt zeigt keine mittels Mikrofotografie feststellbaren Goldabscheidungen auf den Titanzonen. Im Gegensatz hierzu werden an dem nach Kurve A aus dem bleifreien Bad erhaltenen Produkt ausgeprägte Goldkeime, etwa 40 000 pro mm², auf den Titanzonen festgestellt. Aus anderen Daten kann geschätzt werden, daß aus dem bleifreien Bad eine 2 μηπ dicke Goldschicht auf den Edelmetallzonen bei praktisch nicht meßbarer Goldabscheidung auf den Titanzonen unter den in Fig.6 angegebenen Bedingungen, nur bis zu einem maximalen Potential von -500 mV erhalten werden kann. Dieses Potential führt zu einer maximalen Stromdichte von nur etwa 1 mA/cm^?. Dadurch ist die erforderliche Gesamtabscheidungsdauer etwa viermal so lang wie die unter den Bedingungen entsprechend Kurve B erforderliche Abscheidungsdauer (etwa 1

κι Stunde im Vergleich zu 15 min für Kurve B).

Beispiel 2.2

Im wesentlichen wird das Beispiel 2.1 wiederholt. Abweichend wird die Stromdichte nach einem anderen

r> Programm erhöht; man beginnt mit einem anfänglichen Potential von etwa -25OmV, erhöht dann nach 100 S auf etwa —500 mV, weiterhin nach 250 S auf -650 mV und schließlich nach insgesamt 380 S auf —860 mV. Die weitere Abscheidung entsprechend Beispiel 2.1 ergibt

2» einen Niederschlag der gleichen Qualität.

Beispiel 2.3

Im wesentlichen wird nach Beispiel 2.1 gearbeitet, jedoch dieses Mal mit einem anfänglichen Potential von r. —500 mV, das dann nach 100 S auf einen Endwert von -860 mV während annähernd 30S erhöht wird. Die Resultate sind im wesentlichen die gleichen wie bei Beispiel 2.1.

Beispiel 2.4

Beispiel 2.1 wird wiederholt mit einem anfänglichen Potential von -300 mV, das nach 100 S langsam und kontinuierlich während einer Zeitspanne von 350 S auf etwa -66OmV erhöht wird. Dieses Verfahren ist im π wesentlichen äquivalent zu Kurve ßder Fig.6, wobei das kontinuierlich zunehmende Potential etwa dem Mittelwert der dargestellten stufenweisen Erhöhung entspricht. Die Niederschlagsdicke und -qualität ist im wesentlichen die gleiche wie bei Beispiel 2.1.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur selektiven galvanischen Abscheidung von Weichgold auf einer zusammengesetzten Metalloberfläche mit wenigstens einem Edelmetallbereich und wenigstens einem freiliegenden Titanbereich, wobei an die Metalloberfläche ein negatives Potential bezüglich einer Bezugselektrode im Elektrolyten angelegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der pH-Wert des Bades zwischen 5 und 10 gehalten und das Potential unterhalb einem Maximalwert gehalten wird, welcher die Abscheidung im wesentlichen auf den Edelmetallbereich beschränkt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

das Galvanisierbad gelöstes Biei in einer Konzentration von 20 Teile Blei aufl 000 000 000 Teile Lösung bis 2 Teile Blei auf 1 000 000 Teile Lösung enthält;
das Potential auf einen Wert gebracht wird, der oberhalb der beginnenden Abscheidung auf dem Edelmetall und unterhalb der beginnenden Abscheidung auf Titan liegt; und

der absolute Wert des Potentials in einem Ausmaß gesteigert wird, daß eine Stromdichte von wenigstens 1 mA/cm² erreicht wird, bevor eine 1 μπι dicke Goldschicht abgeschieden ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

das Potential so lange auf einem Wert oberhalb der beginnenden Abscheidung auf dem Edelmetall und unterhalb der beginnenden Abscheidung auf Titan gehalten wird, bis eine sichtbare Abscheidung erfolgt ist; und

anschließend das Potential auf einen Wert gesteigert wird, der wenigstens — 500 mV gegenüber einer Calomel- Bezugselektrode entspricht.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß

als Edelmetall Platin ausgewählt;

der pH-Wert des Bades zwischen 7.5 und 10 gehalten; und

der Wert des max. Potentials am Titan zwischen ungefähr -750 bis —950 mV gegenüber einer gesättigten Calomel-Bezugselektrode gehalten wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß

als Edelmetall Palladium ausgewählt;

der pH-Wert des Bades zwischen 7,5 und 10 gehalten; und

der Wert des maximalen Potentials am Titan zwischen -700 bis -950 mV gegenüber einer gesättigten Calomel-Bezugselektrode gehalten wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche I bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß

zur Einstellung des Potentials das Potential am Titan gegenüber einer Bezugselektrode überwacht; und
der angelegte Strom zwischen dem Titan und der Gegenelektrode entsprechend eingestellt wird.

7. Anwendung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 6 auf Halbleiter-Bauelemente mit einer ununterbrochenen Titanschicht und wenigstens einem darauf aufgebrachten Bereich aus Edelmetall.