DE2756801A1

DE2756801A1 - Stromlose abscheidung von metallen

Info

Publication number: DE2756801A1
Application number: DE19772756801
Authority: DE
Inventors: Frederick Vratny
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1976-12-27
Filing date: 1977-12-20
Publication date: 1978-06-29
Also published as: FR2375336A1; BE862195A; IT1089143B; SE7714428L; NL7714116A; ES465472A1; US4122215A; US4154877A; US4125648A; JPS53112230A

Description

BLUMBACH · WESER BERGEN · KRAMER ZWIRNER · HIRSCH · BREHM

PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN ? 7 S G 8 Ü

Patentconsult RadedcestraSe 43 8000 Mündien 60 Telefon (089) 883403/883404 Telex 05-212313 Telegramme Patentconsult Patentconsult Sonnenberger Straße 43 6200 Wiesbaden Telefon (06121)562943/561998 Telex 04-184237 Telegramme Patentconsult

Weβtern Electric Company Incorporated, Broadway, New York, Hew York 10038, U. S. A.

Stromlose Abscheidung von Metallen Beschreibung:

Diese Erfindung betrifft die stromlose Abscheidung von Metal· len. Insbesondere betrifft die Erfindung die ausgewählte Abscheidung von Nickel auf mit Aluminium oder einer Aluminiumlegierung metallisierten Halbleiterbauelementen in vorgegebenen Bereichen, welche durch öffnungen in einem geeigneten di-

MuiKften: R. Kramer Oipl.-Ing. . W. Weter Oipl.-Phys. Or. rar. nat.. P. Hlrtd) Dipl.-lng. . H.P. Brehm Dipl.-Chem. Or. phil nat. Wiesbaden: P. 6. Blumbach Olpl.-Ing.. P. Bergen Dipl.-lng. Dr. jur. · G. Zwirner Dipl.-lng. Oipl.-W.-Ing.

809826/0830 ·

27568UI

elektrischen Material oder einem Photoresist-Material definiert sind. Weiterhin wird das erfindungsgemäße Verfahren in Verbindung mit der stromlosen Abscheidung von Gold beschrieben,

Aus einer Reihe von Gründen ist Aluminium eines der bevorzugten Metalle für die Kontakte von aktiven Halbleiterbauelementen; zu diesen Gründen gehören die leichte Verdampfbarkeit, die gute elektrische Leitfähigkeit und das Fehlen von nachteiligen Nebenwirkungen auf die elektrischen Eigenschaften der Bauelemente. Die Verwendung von Aluminium bringt jedoch zwei wesentliche Probleme mit sich, nämlich

1) Aluminium ist nicht direkt lötbar; und

2) Aluminium bildet sehr rasch ein undurchdringliches Oxid.

Es ist somit schwierig, Drahtanschlüsse an Aluminiumkontakte anzubringen. Eine Lösung dieser Schwierigkeit ist die direkte Anbringung von Gold auf Aluminium mittels Thermokompression. Das entsprechende zusammengesetzte Material wird jedoch zu sprödem intermetallischem Material abgebaut, das den Kontakt beeinträchtigt. Ein anderes geläufiges Verfahren ist die Vie1-fach-Metallisierung, wie sie für die Erzeugung von Beam-leads (Stützleiter) angewandt wird. Dieses Verfahren erfordert jedoch komplexe und aufwendige Maßnahmen, zu denen mehrere photolithographische Verfahrensstufen gehören, um eine Ti/Pd/Au- oder Ti/Pt/Au-Metallisierung aufzubringen.

809826/0830

2 7 δ G 8 U I

Nickel stellt ein preiswertes, lötbares Material dar, das auf der Oberseite einer Aluminiunmetallisierung aufgebracht werden kann, um Kontakt zu den Anschlüssen aus Aluminium zu gewährleisten. Nickel bringt den weiteren Vorteil mit sich, daß es härter und korrosionsbeständiger als Aluminium ist. Jedoch erschwert die Bildung von Aluminiumoxid die direkte Abscheidung von Nickel auf Aluminium ohne aufwendige Vorbehandlungen. Ein geläufiges Verfahren zur Vorbehandlung ist die Verzinkung, wobei eine Zwischenschicht aus Zink aufgebracht wird, welche die Aluminium/Aluminiumoxid-Oberfläche ersetzt. Ein weiteres Beispiel stellt die Ionenaktivierung dar, wobei die Aktivierung der Oberfläche mit Zinnionen oder Palladiumionen vorgenommen wird. Es sind auch bereits Fluoridionen zur Aktivierung eingesetzt worden; in größeren Konzentrationen ätzen diese jedoch das Aluminium. Die Ionenaktivierung und die Verzinkung können eine zu starke Aktivierung nach sich ziehen, so daß das Nickel auch in Bereicheriaufgebracht wird, wo es unerwünscht ist, beispielsweise auf einer dielektrischen Maske. Weiterhin besteht die Gefahr, daß die im Verlauf der Vorbehandlung aufgebrachten Metalle auch in das Aluminium eindiffundieren. So vermindert beispielsweise die Zinkdiffusion die Lebensdauer der Bauelemente, weil das Aluminium spröde wird; darüberhinaus wird bei Silicium-haltigen Bauelementen der Dotierstoffanteil verändert.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, diese Nachteile zu beseitigen und ein Verfahren anzugeben, mit dem

Metalle, insbesondere Nickel oder dgl. auf einer Oberfläche von Aluminium oder einer Aluminiumlegierung aufgebracht werden können.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 wiedergegeben. Weitere Besonderheiten und bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen .

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt die stromlose Abscheidung von Nickel direkt auf Aluminium oder dessen Legierungen, ohne daß aufwendige Vorbehandlungen erforderlich sind, wie sie nach dem Stand der Technik vorgeschlagen werden; im Ergebnis fallen damit auch die nachteiligen Auswirkungen dieser bekannten Vorbehandlungen weg. Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere zweckmäßig für die ausgewählte Abscheidung von Nickel auf vorgegebenen Bereichen, welche durch öffnungen in di-elektrischem Material oder einem Photoresist-Material definiert sind. Zur erfindungsgemäßen Vorbehandlung gehört die Entfernung von Aluminiumoxid und die Aktivierung der Oberfläche, einschl. einer nachfolgenden Stufe zur Desaktivierung der Maske in Bezug auf Aluminium. Aus den vorgeschlagenen Bädern für die stromlose Metallabscheidung wird Nickel in den angestrebten Bereichen abgeschieden.

Ein Gesichtspunkt dieses Verfahrens betrifft eine Vorbehandlung, in deren Verlauf das Substrat in ein Medium (βtop-etenant) eingetaucht wird, das ^m^wesentlichen aus gepufferter Fluß-

27568ÜI

säure und einem nicht-wässrigen Lösungsmittel besteht; anschließend wird das Substrat in eine Lösung eines löslichen Hickelsalzes eingetaucht. Ein weiterer Gesichtspunkt dieses Verfahrens betrifft das nachfolgende Eintauchen des Substrates in ein Bad für die stromlose Abscheidung von Nickel, das Hypophosphit enthält, neben verschiedenen anderen Komponenten wie verschiedene Stabilisatoren (beispielsweise Formaldehyd), Netzmittel (beispielsweise p-Toluolsulfonsäure), Puffersubstanzen (beispielsweise Natriumacetat) und gepufferte Flußsäure, se dafi eine gute Abscheidung gewährleistet und die Regelbarkeit des Bades erhöht ist.

Dieses Verfahren ist zur Aufbringung dicker Bondflecken (Lötflecke) aus Nickel auf aluminisieren integrierten Schaltungen angewandt worden. Die Bondflecke dichten den Kontakt hermetisch ab, so dafi die Gefahr einer Verunreinigung der Bauelemente durch Schadstoffe aus der Umgebung vermindert ist. An den Bondfleck kann leicht ein Anschlußdraht angelötet werden; weiterhin kann auf dem Bondfleck stromlos Gold oder Kupfer abgeschieden werden für das nachfolgende Kugelbonden oder Weichbonden. Zu anderen Anwendungsmöglichkeiten gehört die Herstellung von Beam-leads, die Beschichtung von Laserwärmesenken und Aluminiumträgern. Wegen seiner Einfachheit und Zuverlässigkeit erweist sich das Verfahren als wirtschaftlich. Die nach dem erfindungsgenäfien Verfahren hergestellten Bondflecken weisen gute mechanische Festigkeit und eine erhebliche Lebensdauer auf.

809B2B/0830

Ein weiterer Gesichtspunkt dieser Erfindung betrifft die stromlose Abscheidung von Gold, um Gold auf stromlos abgeschiedenem Nickel oder anderen Metallen aufzubringen. Das Bad für die stromlose Abscheidung von Gold arbeitet mittels Hypophosphit und wird mittels geeigneter Puffersubstanzen (wie z.B. Natriumbicarbonat) ungefähr im neutralen Bereich gehalten.

Nachfolgend werden weitere Besonderheiten und Vorteile der Erfindung im einzelnen mit Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsformen erläutert; zu dieser Erläuterung gehören auch 2 Blatt Abbildungen mit den Fig. 1 bis 4D; im einzelnen zeigen:

Fig. 1 ein Flußdiagramm zur Erläuterung der einzelnen Verfahrensschritte für die stromlose Abscheidung von Nickel auf Aluminium;

Fig. 2 einen Bondfleck aus Nickel, der entsprechend dem Verfahren nach Fig. 1 auf einem mit Aluminium metallisierten integrierten Schaltungselement abgeschieden ist; hierzu gehört auch eine Goldschicht, 'die nach dem beschriebenen Verfahren zur stromlosen Goldabscheidung aufgebracht worden ist;

fi 0 ° P 7 B / 0 R 3 0

Pig. 3 ein Flußdiagramm zur Erläuterung der einzelnen Verfahrensstufen zur Erzeugung von Beam-leads an integrierten Schaltungselementen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren; und

Fig. 4A-D Schnittdarstellungen eines Bauelementes mit Beam-leads bei aufeinanderfolgenden Stufen der Herstellung entsprechend dem Flußdiagramm nach Fig. 3.

Mit Fig. 1 sind die Verfahrensstufen einer beispielhaften Ausführungsform zur stromlosen Abscheidung von Nickel auf Aluminium angegeben. Zu der Vorbehandlung gehören zwei getrennte Schritte, welche die stromlose Abscheidung ermöglichen, ohne daß nachteilige Nebenwirkungen auftreten; weiterhin wird dadurch gewährleistet, daß die Abscheidung lediglich innerhalb der angestrebten Bereiche erfolgt, wenn das Substrat mit einer Maske versehen ist. Im Verlauf der ersten Stufe der Vorbehandlung wird das Aluminiumoxid entfernt und gleichzeitig die gesamte Oberfläche aktiviert. Im Verlauf der zweiten Stufe wird das Aluminium mit Nickelionen aktiviert; sofern ein durch eine Maske gebildetes Muster vorhanden ist, wird weiterhin im Verlauf dieser zweiten Stufe die Maske gegenüber dem Aluminium desaktiviert. Eine typische Vorbehandlung für einen mit Aluminium metallisierten Wafer (Halbleiterscheibe) mit integrierter Schaltung mit einer Siliciumnitrid-Maske ist nachfolgend angegeben:

2 7 b b 8 Ü I

Vorbehandlung: Selektiv wirkendes Ätzmedima :

gepufferte Flußsäure : Äthylenglycol,

: Amylacetat,

: Äthyläther,

: Äther,

: Äthylcellulose-Lösung,

Raumtemperatur 18 C

0,25 bis 3 min (abhängig von der Konzentration) Volumenverhältnis 1 : 2 bis 4 ϊ 1

Nickel-Eintauch-Behandlung:

pro Liter Wasser

Nickelsulfat, 1,1 bis 50 g 0,07 bis 0,3 Mol

-Chlorid, 1,1tds50 g 0,07 bis 0,3 Mol

-acetat 1,1 bis 50 g 0,07 bis 0,3 Mol

Ammoniumchlorid, 3 bis 40 g 0,05 bis 0,75 Mol

-citrat, 3 bis 40 g 0,05 bis 0,75 Mol

-acetat 3 bis 40 g 0,05 bis 0,75 Mol

p-Toluolsulfonsäure 0,01 bis 0,5 g gepufferte Flußsäure 0,01 bis 10 ml

Raumtemperatur 18⁰C
15 bis 60 see

809826/0830

27568U1

Im Anschluß an übliche Reinigungsmaßnahmen wird das Substrat zuerst in ein Ätzmittel (stop-etenant) aus gepufferter Flußsäure eingebracht.Dieses Ätzmittel aus gepufferter Flußsäure wird nachfolgend auch als "BOE" bezeichnet (abgeleitet aus Buffered Oxide Etchant) und besteht aus einem Gemisch aus 6,7 Vol.-Teile 40%-igem Ammoniumfluorid auf einem Vol.-Teil 49%-iger Flußsäure. Wird dieses BOE mit einem nicht-wässrigen Lösungsmittel wie etwa Äthylenglycol, Amylacetat, Äthylacetat, Äther oder Äthylcellulose-Lösung vermischt, so kann die erhaltene Mischung als ein selektiv wirkendes Ätzmittel (stopetchant) wirken, da es das Oxid mit wesentlich größerer Geschwindigkeit auflöst als das Aluminium. Die Fluoridionen aktivieren die Substratoberfläche. Durch Veränderung des Verhältnisses von BOE zur Lösungsmittel (vorzugsweise im Bereich von 1 : 2 bis 4:1) kann die Ätzgeschwindigkeit verändert werden und die Ätzwirkung an die Zusammensetzung der Aluminiumoberfläche angepaßt werden.

Ohne zwischengeschaltete Spülung wird an dem Wafer anschliessend die zweite Behandlungsstufe vorgenommen, nämlich die Nickel-Eintauch-Behandlung. . Hierbei werden Nickelionen gegen Fluoridionen an der Aluminiumoberfläche ausgetauscht, was zu einer Aktivierung ohne nachteilige Hebenwirkungen führt. Die Auswahl des Nickelkomplexes erfolgt in Abhängigkeit von der Menge an Nickelionen, die erzeugt werden sollen. Ein Chloridkomplex beschleunigt die umwandlung der Nickelionen, während mit einem Acetat diese umwandlung lang-

609826/0830

275680 I

earner verläuft in Bezug auf die Verwendung eines Sulfatkomplexes. Die weitere Hauptkomponente erzeugt eine übliche Ionenwirkung und stellt das Ion zur Verfügung, das gegen die Pluoridionen auf der Oberfläche der Maske ausgetauscht wird. Zum Beispiel werden die Chloridionen aus Ammoniumchlorid gegen die Fluoridionen auf der Oberfläche der Maske ausgetauscht, wodurch diese Oberfläche gegenüber der Aluminiumoberfläche desaktiviert wird. Dies beschränkt die Nickelab-Bcheidung auf den angestrebten Bereich. Citratkomplexe oder Acetatkomplexe aktivieren langsamer als der Ammoniumchlorid-Komplex. p^Toluolsulfonsäure dient zur Benetzung der Oberfläche und stellt lediglich eine Wahlkomponente des Bades dar. Dem Bad wird auch eine geringe Menge BOE zugesetzt, um die Bildung von wasserhaltigem Aluminiumoxid zu verhindern.

Ohne zwischengeschaltete Spülung wird der Wafer anschließend aus dieser Stufe der Nickel-Eintauch-Behandlung in das Bad für die stromlose Abscheidung von Nickel überführt. An diesem Punkt befinden sich Fluoridionen und Nickelionen auf der Oberfläche, die leicht durch metallisches Nickel ersetzt werden können. Die Abscheidung von metallischem Nickel ist selbstfortschreitend. Nachfolgend ist eine typische Badzusammensetzung mit geeigneten Konzentrationen und Reaktionsbedingungen angegeben.

809R76/0830

Bad für die stromlose Abscheidung;

pro 1,5 liter Wasser

Nickelsulfat 15 bis 45 g 0,05 bis 0,2 Mol Natriumacetat 5 bis 65 g 0,04 bis 0,5 Hol Natriumhypophosphit 2,5 bis 25 g 0,02 bis 0,2 Hol BOE Sporen bis 10 ml

p-Toloolsolfonsäure Sporen bis 0,15 g

Formaldehyd Sporen bis 50 ml Äthanol Sporen bis 150 ml Borsäure Sporen bis 65 g

25⁰C bis 95⁰C

onter leichtem Rühren

pH 3,5 bis 7

Abscheidungsgeschwindigkeit etwa 0,1 bis 5 um/8 min

Die Konzentration der Badkomponenten ist dahingehend ausgewählt, daß das Bad für verschiedene Arten von Aluminiumoberflächen geeignet ist und eine geregelte Abscheidung gewährleistet ist· Anstelle der aufgeführten Komponenten können auch andere vergleichbare eingesetzt werden, beispielsweise andere reduzierbare Nickelsalze, andere Hypophosphite oder andere Salze organischer Säuren mit komplexbildender Wirkung. Die verschiedenen Puffersubstanzen, Stabilisatoren und Hetzmittel beeinflussen die Abscheidungseigenschaften und die

809826/0830

Regelbarkeit des Bades. Der angegebene Anteil an BOE beeinflußt die Qualität des Niederschlags. Der vorgesehene Alkohol mit niedrigem Molekulargewicht wie etwa Methanol oder Äthanol sowie die Anwendung von p-Toluolsulfonsäure dienen zur Benetzung der Substratoberfläche und vermindern die Oberflächenspannung an der Maske gegenüber der Aluminiumgrenzfläche. We gen seiner sauren Wirkung kann p-Toluolsulfonsäure weiterhin die Bildung wasserhaltiger Oxide auf der Substratoberfläche verhindern. Formaldehyd hat stabilisierende Wirkung. Borsäure dient als Stabilisator, Puffersubstanz und wirkt als Gleichmacher zur Regelung der Teilchengröße. Mittels der vorgesehenen Zeitspanne und dem Temperaturbereich wird die Abscheidungsgeschwindigkeit geregelt. Typischerweise kann bei einer Tempe ratur von 72⁰G innerhalb einer Zeitspanne von ungefähr 8 min eine 1 pm. dicke Nickelschicht abgeschieden werden. Um dickere Abscheidungen zu erhalten, können die Proben für eine längere Zeitspanne in dem Bad gehalten werden, oder die Borsäurekonzentration und die BOE-Konzentration kann vermindert werden, und/ oder die Natriumhypophosphit-Konzentration kann erhöht werden. Der abgeschiedene Nickelniederschlag enthält 2 bis 4% Phosphor, was vorteilhaflbrweise zur Härtung des Metalls beiträgt. Die Badtemperatur kann im Bereich von 25 bis 95⁰C gehalten werden, wobei eine max. Wirksamkeit bei angenähert 72 C festgestellt worden ist. Bei höheren Temperaturen zersetzt sich das Bad rascher, während niedrigere Temperaturen die Abseheidungsgeschwindigkeit sehr stark herabsetzen, so daß die Säure in dem

H09R?fi/np30

Bad das Aluminium angreifen bzw. ätzen kann. Der pH-Wert des Bades wird zweckmäßigerweise im Bereich zwischen ungefähr 3,5 und 7 gehalten, wobei eine max. Wirksamkeit bei einem pH-Wert von angenähert 6,8 festgestellt worden ist. Bei einem pH-Wert von 7 ist die Abscheidung gering und die Teilchengröße nimmt ab. Bei einem pH-Wert von 3,5 ist die Abscheidung ebenfalls langsam, jedoch kann die Säure das Aluminium angreifen.

Im Anschluß an die Abscheidung wird das Substrat mit Wasser gespült, mit saugfähigem Material abgetupft, um überschüssige Feuchtigkeit zu entfernen und anschließend an Luft getrocknet. Sofern es angestrebt wird, kann das Substrat unter einer reduzierenden Atmospäre wie etwa Formiergas (20% Wasserstoff und 8096 Stickstoff) auf Temperaturen von 200 bis 425⁰C erwärmt werden; diese Erwärmung verbessert dieBindung zwischen Aluminium und Nickel.

Bei der Halbleiterherstellung kann direkt an die Bondflecken aus Nickel angelötet werden; weiterhin kann nach einer nachfolgenden Goldabscheidung das Kugelbonden, das Weichbonden oder andere bekannte Maßnahmen zur Erzeugung von Beam-Leads oder Anschlüssen an Leiterrahmen durchgeführt werden. Soweit Bondflecken betrachtet werden, dehnt sich der dicke Nickelniederschlag seitlich rund um die Kanten des maskierten Bereiches aus und dichtet den Kontaktbereich hermetisch ab.

j r: α ρ; ? R / π ρ τ η

Durch dieses Verfahren werden auch Nadelloch-Fehlstellen in der Maske mit Nickel abgedichtet.

Es kann wünschenswert sein, auf dem Nickelniederschlag Gold oder Kupfer abzuscheiden, bevor sich weitere Verfahrensschritte anschließen. Hierzu wird die Spülung mit einem Gemisch aus BOE und Äthylenglycol oder einem anderen nicht-wässrigen Lösungsmittel empfohlen, bevor die stromlose Abscheidung von Gold nach einem Verfahren analog dem nachfolgend in Beispiel 2 beschriebenen oder einem üblichen Verfahren durchgeführt wird.

Die nachfolgenden Beispiele dienen zur Erläuterung der Erfindung, ohne diese einzuschränken.

Beispiel I:

Dieses Beispiel beschreibt die Bildung von Bondflecken 20 aus nickel auf einer mit Aluminium metallisierten integrierten Schaltung auf einem Wafer, um die mit Fig. 2 dargestellte Struktur zu erhalten.

Es wurde ein Siliciumsubstrat 21 mit einer Passivierungsschicht 22 aus Siliciumdioxid verwendet. Die Aluminiumschicht 23 wurde thermisch auf das Substrat 21 aufgedampft. In der Siliciumdioxidschicht 22 wurden öffnungen 26 freigelassen, damit die Aluminiumschicht 23 mit dem Siliciumsubstrat 21 in

q f. η r ? p / η ο 3 Q

2 7 b b B Ü 1

Berührung kommt. Mittels üblicher photolithographischer Maßnahmen wurde auf der Aluminiumschicht 23 ein Schaltungsmuster abgegrenzt. Anschließend wurde auf der Aluminiumschicht 23 eine Siliciumnitridschicht 24 aufgebracht. Mittels üblicher photolithographischer Maßnahmen wurden in der Siliciumnitridschicht 24 die öffnungen 27 begrenzt.

Der Wafer mit einer Siliciumnitridschicht 24 und der Aluminiumschicht 23 auf seiner Oberseite wurde entsprechend dem Flußdiagramm nach Fig. 1 behandelt. Das bedeutet, der Wafer wurde durch Abspülen mit entionisiertem Wasser gereinigt; mit dem Spülmittel Triton X 100 (ein Warenzeichen von Rohm und Haas) gewaschen, erneut mit entionisiertem Wasser gespült; und daraufhin nochmals mit Äthylenglycol gespült.

Saraufhin wurde an dem Wafer die nachfolgende Vorbehandlung durchgeführt:

Vorbehandlung^^

selektiv wirkendes Ätzmittel:

(1:1) BOE: Äthylenglycol

Raumtemperatur 18⁰C 75 see

Nickel-Eintauch-Stufe :

Nickelsulfat Ammoniumchlorid (10:1) H₂0:B0E

pro Liter Wasser

66 g 0,18 g 6 ml

Raumtemperatur 18 C 35 see

Anschließend wurde der Wafer in ein Bad für die stromlose Abscheidung überführt, das eine Lösung nach folgender Zusammensetzung enthielt:

Bad zur stromlosen Niekelabscheidung :

	71,5⁰C	pro Liter Wasser
Nickelsulfat	pH 6,8	27 g
Natriumacetat	60 min	9 g
Natriumhypophosphit	unter leichtem Rühren	4,5 g
Borsäure	9 g
p-Toluolsulfonsäure	0,09 g
(10:1) H₂OrBOE	4,8 ml
Formaldehyd	0,6 ml
Methanol	6 ml

8P9R76/DB30

Nach der Herausnahme aus dem Bad für die stromlose Metallabscheidung wurde der Wafer solange mit entionisiertem Wasser gespült, bis der Widerstandswert des Wassers seinen ursprünglichen Wert angenommen hatte. Daraufhin wurde der Wafer an Luft getrocknet und daran mittels üblicher Verfahren die nachfolgenden Eigenschaften bestimmt:

Höhe des Bondflecks 20 aus Nickel 15,7 um Widerstand 100 bis 200 uOhm-cm Zugfestigkeit 1 χ 10¹⁰ Dyn /cm² Kontaktwiderstand ^0,01 0hm Härte des Niederschlags 350 H_y (Vicker-Härte) Beispiel II:

Mit diesem Beispiel wird die stromlose Abscheidung einer Goldschicht 25 auf den Bondflecken 20 aus Nickel, die entsprechend Beispiel 1 und Fig. 2 hergestellt worden sind, beschrieben.

Der Nickel-Bondfleck 20 wurde mit Triton X 100 gewaschen und daraufhin mit entionisiertem Wasser gespült. Daraufhin wurde die Probe mit einem Gemisch aus 1 Vol.-Teil BOE und 1 Vol.-Teil Xthylenglycol gespült und unmittelbar darauf in das Bad zur stromlosen Goldabscheidung überführt.

H ^fl ° P ? R / 0 P 3 0

2 7 5 b 8 U I

Zur Abscheidung der Goldschicht 25 auf dem Nickel-Bondfleck 20
wurde ein Bad zur stromlosen Goldabscheidung mit den nachfolgenden Komponenten verwendet, wobei geeignete Konzentrationsbereiche angegeben sind.

Bad zur stromlosen Goldabscheidung ;

g/l Wasser Mol/l

Kaliumgoldoyanid 0,5 bis 10 0,0015 bis 0,03

Kaliumcyanid 0,1 bis 6 0,0015 bis 0,09

Natriumhypophosphit 1 bis 20 0,009 bis 0,19

Natriumacetat 1 bis 30 0,01 bis 0,37

Natriumbicarbonat 0,2 bis 10 0,02 bis 0,12

18⁰C bis 98⁰C
pH 4,5 bis 9

Abscheidungsgeschwindigkeit etwa 0,1 bis
0,5 um/15 min

Die erhaltene Probe wurde mit entionisiertem Wasser gespült,
anschließend eine zeitlang bei höherer Temperatur gehalten
und daraufhin mittels üblicher Maßnahmen die nachfolgenden
Eigenschaften bestimmt:

?■ ^f;or; ^R/0830

Höhe des Gold-Niederschlags (Schichten 20 und 25) Widers tandswert Härte des Niederschlags Beschleunigte Alterung

(2000 Std. bei 85⁰C in einer Umgebung mit 85° relativer Luftfeuchtigkeit)

15,2 bis 15,5 Jim 80 bis 150 ji0hm»cm 180

Ausfall der Bondflecken

Unter Anwendung gut bekannter Maßnahmen wurdei mittels eines Thermokompression-Kugelbonders Draht-Kugelbonds erzeugt. An 25,4 /un dicken Golddrähten wurde eine Festigkeit zwischen 10 bis 15 g/Draht festgestellt.

Mit dem oben angegebenen Verfahren zur stromlosen Abscheidung läßt sich Gold auf den meisten Metallen wie etwa Nickel, Aluminium, Kupfer und dgl. abscheiden. Sie Probe ist mit einem Gemisch aus BOE und einem nicht-wässrigen Lösungsmittel behandelt worden, um Oxide von der Oberfläche zu entfernen. Die Badkomponenten sind als beispielhafte Ausführung zu verstehen; anstelle der genannten Komponenten können auch andere Komponenten eingesetzt werden, wie etwa andere lösliche Gold-Cyanid-Komplexe, andere Cyanidsalze, andere Hypophosphite und dgl.. Der Gehalt an Natriumacetat und Natriumbicarbonat dient zur Pufferung des Bades. Zur Abscheidung von Gold auf Nickel werden optimale Ergebnisse bei einem pH-Wert von angenähert 7 erhalten.

Das Verfahren arbeitet autokatalytisch und liefert somit dicke Niederschläge.

Beispiel III:

Dieses Beispiel dient zur Erläuterung der Maßnahmen für die Herstellung von Beam-Leads nach dem erfindungsgemäßen Verfahren. Beam-Leads sind auf elektrochemischem Wege gebildete Elektroden, die häufig freitragend Über die Kanten des Wafers hinausragen. Mit Fig. 3 ist ein Flußdiagramm der einzelnen Verfahrensstufen zur Erzeugung des mit der Fig. 4D dargestellten Bauelementes angegeben.

Es wurde von einem Wafer mit einer üblichen integrierten Schaltung (vgl. Fig. 4A) ausgegangen, mit einem Siliciumsubstrat 40, einer Passivierungsschicht 41 aus Siliciumdioxid und einer Aluminium-Kontaktmetallisierung 42. Auf der Aluminiummetallisierung 42 wurde mittels Siliciumnitrid

43 ein Muster gebildet, um die Kontaktbereiche abzugrenzen. Daraufhin wurde auf der mit dem Muster aus Siliciumnitrid versehenen Aluminiumschicht eine weitere Aluminiumschicht 44 thermisch aufgedampft. Auf dieser Schicht 44 wurde die Photoresistschicht 45 aufgebracht. Mittels üblicher photolithographischer Maßnahmen wurden die Beam-Bereiche begrenzt (vgl. Fig. 4B). Daraufhin wurde die nicht-maskierte Aluminiumschicht

44 weggeätzt. Daraufhin wurde das Fotoresistmaterial 45 entfernt. Mit Fig. 40 ist der danach erhaltene Aluminium-Beam 46

dargestellt. Nunmehr wurde das mit Beispiel I beschriebene Verfahren zur stromlosen Nickelabscheldung durchgeführt, um auf dem Aluminium-Beam 46 einen dicken Nickel-Beam 47 abzuscheiden· Mit Fig. 4D ist das erhaltene Beam-Lead dargestellt. Anschließend wurde das mit Beispiel II beschriebene Verfahren zur stromlosen Goldabscheidung durchgeführt, um auf dem Nickel-Beam 47 eine Goldschicht 48 abzuscheiden.

ρ / η f.· 3 f)

Claims

BLUMBACH · WESER . 3EROlN · KRAMER ZWIRNER · HIRSCH · BREHM

PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN 2 7 b 0 8 0 1

Patentconsult RadedcestraBe 43 8CG0 München 60 1616100(089)883603/883604 Telex 05-212313 Telegramme Pateniconsult Patentconsult Sonnenberger Straße 43 6200 Wiesbaden Telefon (06121)562943/561998 Telex 04-186237 Telegramme Pa.entconsuil

Western Electric Company, Incorporated Vratny, F. 9 Broadway, New York, New York 10038, U. S. A.

Stromlose Abscheidung von Metallen

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Abscheidung von Metall auf einer Oberfläche von Aluminium oder einer Aluminiumlegierung mittels stromloser Metallabscheidung, wobei

die Oberfläche gereinigt wird und

die gereinigte Oberfläche vorbehandelt wird, so daß die Oberfläche aufnahmebereit für das aus einem Bad für stromlose Me-

MUndien: R. Kramer Dipl.-ing. · W. Weser Dipl.-Phys. Dr. rer. nal. · P. Hirsch Dipi.-Ing. · H. P. Brehm Dipl.-Chem. Dr. phil. nat. Wiesbaden: P. G. Blumbach Dipl.-Ing. . P. Bergen Dipl.-ing. Dr. jur. · G. Zwirner Dipl.-Ing. Dipl.-W -Ing.

809ß?6/081t)

2 7 ¹J b d Cl I

tallabscheidung abzuscheidende Metall wird, dadurch gekennzeichnet, daß

zur Vorbehandlung der gereinigten Oberfläche

a) die Oberfläche mit einer ersten Lösung behandelt wird, die jegliches Aluminiumoxid von der Oberfläche zu entfernen und diese gleichzeitig zu aktivieren vermag; und

b) ohne zwischengeschaltete Spülung die Oberfläche mit einer zweiten Lösung behandelt wird, die eine weitere Aktivierung der Oberfläche zu bewirken vermag, so daß die Oberfläche aufnahmebereit für das aus dem Bad für stromlose Metallabscheidung abzuscheidende Metall wird.

2· Verfahren nach Anspruch 1,

wobei die Oberfläche von Aluminium oder der Aluminiumlegierung in der Form eines Musters vorliegt, das an Bereiche mit nichtleitendem Material, wie etwa einer dielektrischen Ma3ke angrenzt ,

dadurch gekennzeichnet, daß

die erste Vorbehandlungs-Lösung sowohl die Oberfläche von Aluminium oder der Aluminiumlegierung wie die Bereiche des nichtleitenden Materials zu aktivieren vermag; und die zweite Vorbehandlungs-Lösung eine weitere Aktivierung der Oberfläche von Aluminium oder der Aluminiumlegierung zu bewirken vermag und gleichzeitig die Bereiche des nicht-leitenden Materials gegen eine nachfolgende Abscheidung des Metalles

809fi?6 /0830

■.·.-.. ,;-.;,■!*-: :■■·.;■»:.; owqinalinspected

/ 7 5 υ 8 Ü i

auf diesen Bereichen zu desaktivieren vermag.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß

die erste Vorbehandlungs-Lösung aus gepufferter Flußsäure und einem nicht-wässrigen Lösungsmittel besteht; und die zweite Vorbehandlungs-Lösung eine wässrige Lösung ist, welche die nachfolgenden Bestandteile enthält, nämlich ein lösliches Metallsalz, das die Oberfläche von Aluminium oder der Aluminiumlegierung zu sensibilieieren und gleichzeitig irgendeine dielektrische Oberfläche für die nachfolgende stromlose Metallabscheidung zu desaktivieren vermag, einen Komplex mit einer üblichen Ionenwirkung, gepufferte Flußsäure und
ein Netzmittel.

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

als zweite Vorbehandlungs-Lösung eine Lösung verwendet wird, die auf einen Liter Wasser die nachfolgenden Bestandteile enthält, nämlich

Nickel-Sulfat 1,1 bis 50 g,

Ammoniumchlorid 3 bis 40 g,

p-Toluolsulfonsäure 0,01 bis 0,5 g und gepufferte Flußsäure 0,1 bis 10 g.

^r °

ORIGINAL

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das abzuscheidende Metall Nickel ist, dadurch gekennzeichnet, daß

die vorbehandelte Oberfläche ohne zwischengeschaltete Spülung mit einem Bad für die stromlose Abscheidung von Nickel in Berührung gebracht wird, das die nachfolgenden Komponenten enthält, nämlich

a) eine wässrige Lösung eines reduzierbaren Nickelsalzes;

b) ein Salz einer organischen Säure mit komplexbildenden Eigenschaften;

c) ein Reduktionsmittel auf der Basis Hypophosphit;

d) gepufferte Flußsäure;

e) p-Toluolsulfonsäure;

f) Formaldehyd;

g) einen Alkohol mit niedrigem Molekulargewicht; und h) Borsäure;

wobei das Bad bei einem pH-Wert im Bereich von 3,5 bis 7 und bei einer Temperatur im Bereich von 25 bis 95°C gehalten wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5» wobei das abzuscheidende Metall Nickel ist, dadurch gekennzeichnet, daß

ein Bad zur stromlosen Abscheidung von Nickel mit den nachfolgenden Komponenten verwendet wird, nämlich

8 f 9 P 7 R / o'r 3 0

1) einer wässrigen Lösung mit 0,05 bis 0,20 Hol/l

reduzierbares Nickelsalz; j) 0,05 bis 0,50 Mol/l Salz einer organischen Säure

mit Komplexbildungseigenschaften; . k) 0,015 bis 0,15 Mol/l Reduktionsmittel auf Hypo-

phosphitbasis; 1) nicht mehr als 10 ml gepufferte Flußsäure in

1,5 1 Wasser; m) nicht mehr als 0,15 g p-Toluolsulfonsäure in

1,5 1 Wasser;

n) nicht mehr als 5o ml Formaldehyd in 1,5 1 Wasser; o) nicht mehr als 150 ml Alkohol von niedrigem

Molekulargewicht in 1,5 1 Wasser; und p) nicht mehr als 65 g Borsäure in 1,5 1 Wasser;

wobei das Bad bei einem pH-Wert im Bereich von 3,5 bis 7 und bei einer Temperatur im Bereich von 25 bis 95⁰C gehalten wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß

ein Bad für die stromlose Abscheidung von Nickel verwendet wird, das auf 1,5 1 Wasser die nachfolgenden Komponenten enthält, nämlich

8098?6/0R3Ü

270680 1

Nickelsulfat 15 bis 45 g;

Natriumacetat 5 bis 65 g;

Natriumhypophosphit 2,5 bis 25 g; gepufferte Flußsäure Spuren bis 10 ml; p-Toluolsulfonsäure Spuren bis 0,15 g; Formaldehyd Spuren bis 50 ml; Äthanol Spuren bis 50 ml;

Borsäure Spuren bis 65 g;

wobei das Bad bei einem pH-Wert im Bereich von 3,5 bis 7 und bei einer Temperatur im Bereich von 25 bis 95⁰C gehalten wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß

die Oberfläche im Anschluß an die Abscheidung eines Metalles wie etwa Nickel in einer Lösung mit gepufferter Flußsäure und einem nicht-wässrigen Lösungsmittel gereinigt wird; und die auf diese Weise gereinigte Oberfläche mit einem Bad für die stromlose Abscheidung von Gold behandelt wird, das in wässriger Lösung einen löslichen Gold-Cyanid-Komplex, ein lösliches Cyanid-Salz in einer ausreichenden Menge zur Stabilisierung des Bades, ein Reduktionsmittel auf der Basis Hypophosph.it und Puffersubstanzen enthält;

wobei das zweite Bad bei einem pH-Wert im Bereich von 4,5 bis 9 und bei einer Temperatur im Bereich von 18 bis 98⁰C gehalten wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß

das Bad für die stromlose Abscheidung von Gold die nachfolgenden Komponenten enthält, nämlich

q) eine wässrige Lösung mit 0,015 bis 0,03 Mol/l

löslichem Gold-Cyanid-Komplex; r) 0,0015 bis 0,09 MoI-A Cyanid-Salz; s) 0,009 bis 0,19 Mol/l Reduktionsmittel auf der

Basis Hypophosphit; t) 0,01 bis 0,37 Mol Salz einer organischen Säure;

und u) 0,02 bis 0,12 Mol Puffersubstanz;

wobei das Bad bei einem pH-Wert im Bereich von 4,5 bis 9 und bei einer Temperatur im Bereich von 18 bis 98⁰C gehalten wird.

10. Yerfehren nach Anspruch 8 oder 9» dadurch gekennzeichnet, daß

ein Bad für die stromlose Abscheidung von Gold verwendet wird, das auf 1 Liter Wasser die nachfolgenden Komponenten enthält, nämlich

Kaliumgoldcyanid 0,5 bis 10 g;

Kaliumcyanid 0,1 bis 6 g;

Natriumhypophosphit 0,2 bis 10 g;

Hatriumacetat 1 bis 30 g;

Natriumbicarbonat 1 bis 20 g;

K09*76/0830

27568Ü

wobei das Bad bei einem pH-Wert von 4,5 bis 9 und bei einer Temperatur im Bereich von 18 bis 98⁰C gehalten wird.

11. Ein Gegenstand mit einer Metallabscheidung auf einer Oberfläche von Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, dadurch gekennzeichnet, daß

dieser Gegenstand nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 erhalten worden ist.

8 P °- Π 9 R / η Β 3 0