DE3344462C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Kontaktmetallisierung auf einem Oberflächenteil eines monokristallinen Siliziumplättchens der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art, wie es aus der DE-AS 12 86 641 bekannt ist.

Die Anfangsschritte bei der Herstellung von Leistungs-Halblei­ terbauteilen, wie beispielsweise gesteuerten Gleichrichtern oder dergleichen, erfolgen normalerweise in einer Herstellungsanlage für Halbleiterplättchen, wobei in einem einen großen Durchmesser aufweisenden Plättchen Grenzschichten für eine Vielzahl von identischen Halbleiterbauelementen ausgebildet werden. Nach der Ausbildung der Grenzschichten in dem großen Plättchen werden die einzelnen Bauteile von dem Plättchen abgetrennt und dann getrennt weiterverarbeitet, üblicherweise in einer Montageein­ richtung. Bei der weiteren Verarbeitung wird zunächst ein Expan­ sions- oder Ausdehnungsplattenkontakt an der Unterseite der einzelnen Plättchenelemente anlegiert. Danach werden Kontakt­ metalle auf die obere Oberfläche der einzelnen Plättchenelemente aufgebracht. Dieser Kontakt-Metallisierungsvorgang erfordert normalerweise die Herstellung von Masken in einem Oxid-Ätzvor­ gang für jedes einzelne Plättchenelement.

Die obige Reihenfolge, bei der zunächst der Ausdehnungskontakt anlegiert wird und danach erst Kontaktmetalle aufgebracht werden, war erforderlich, weil die bei Leistungshalbleitern verwendeten Kontaktmetalle üblicherweise aus Aluminium bestehen. Das Aluminiumkontaktmetall würde bei den Legierungstemperaturen, die zur Aufbringung des Ausdehnungskontaktes an der Unterseite des Plättchens verwendet werden, in die Plättchenoberfläche eindiffundieren und das eindiffundierte Grenzschichtmuster stören.

Nach der Metallisierung wird der Außenumfang der einzelnen Plättchenelemente mit einer sich verjüngenden Form versehen, um die Durchbruchspannung der Halbleiterbauelemente zu vergrößern. Bei diesem Vorgang wird entweder ein Säure-Ätzverfahren verwendet, oder es wird ein Schleifverfahren verwendet, auf das ein Säure-Ätzschritt folgt, um die durch den Schleifvorgang hervorgerufenen Schäden zu beseitigen. Der Aluminiumkontakt kann jedoch durch das Säure-Ätzmittel angegriffen werden, das bei der verjüngten Formgebung verwendet wird. Es war daher erforderlich, die Metallisierung dadurch zu schützen, daß sie beispielsweise durch eine Goldplattierung und durch Wachs geschützt wurde, bevor der Säure-Ätzvorgang durchgeführt wurde.

Um die bei der Verwendung von Aluminiumkontakten auftretenden Probleme zu vermeiden, ist bereits ein Verfahren der eingangs genannten Art bekannt (DE-AS 12 86 641), bei dem Nickel zur Herstellung von lötfähigen Kontaktelektroden verwendet wird. Hierbei wird die direkt auf der Oberfläche des Siliziumplätt­ chens angeordnete Siliziumdioxidschicht von dem zu kontaktieren­ den Oberflächenteil entfernt und auf das Siliziumplättchen eine Nickelschicht abgeschieden, die bei nachfolgendem Tempern auf den freigelegten Oberflächenteilen in ein Silizid umgewandelt wird, während die auf die Siliziumdioxidschicht abgeschiedene Nickelschicht unverändert bleibt. Nach diesem Tempern wird dann das auf der Siliziumdioxidschicht liegende Nickel bzw. das nicht in ein Silizid umgewandelte Nickelmaterial durch eine nickel­ lösende Säure entfernt. Obwohl dieses bekannte Verfahren gewisse Vereinfachungen der einzelnen Herstellungsschritte ermöglicht, wurde festgestellt, daß bei den nach diesem Verfahren herge­ stellten Metallisierungskontakten Entschichtungsprobleme auftreten, die zunächst unerklärlich sind.

Die Auswirkung von Verunreinigungen an der Grenzfläche zwischen Silizium und verschiedenen Metall­ schichten wurde bereits untersucht (Journal of Vacuum Science and Technology, 16, Nr. 5, Sept./Okt. 1979, S. 1112-1119). Hierbei wurde die Wirkung auf beispielsweise die Silizidbildung betrachtet, wobei davon ausgegangen wurde, daß sich zusätzlich zu den Metallsiliziden Metalloxide bilden, wenn das Beschichtungs­ material direkt auf eine Siliziumdioxidschicht aufgebracht wurde.

Bei anderen Untersuchungen (Journal of Vacuum Science and Technology, 19 (3), Sept./Okt. 1981, S. 641-648) wurde fest­ gestellt, daß die Bildung von Nickelsilizid gestoppt werden kann, wenn in dem Nickelfilm Sauerstoff enthalten ist. Diese Untersuchungen würden darauf hindeuten, daß das Problem in dem in der Nickelschicht enthaltenen Sauerstoff zu sehen ist.

Es ist bekannt (DE-OS 27 09 802), daß bei Ionen­ implantationsprozessen mit dem Dotierungsmaterial Material der für den Ionenimplantationsprozeß verwendeten Geräten mit in die Oberfläche des Halbleitersystems gelangt. Um die sich hier­ aus ergebenden elektrischen Probleme zu beseitigen wurde eine dünne Schicht des Halbleitermaterials in der Größenordnung von etwa 100 bis 150 Å von der Oberfläche des Halbleiterplättchens entfernt.

Weiterhin war es bekannt (Journal of the Electrochemical Society, Oktober 1981, S. 2170-2174), daß bei der Bildung einer Siliziumdioxidschicht direkt unterhalb der Oberfläche des Siliziummaterials noch Oxideinschlüsse vorhanden sind, die sich im wesentlichen bis zu einer Tiefe von etwa maximal 100 nm erstrecken, sodaß, wenn diese Sauerstoffeinschlüsse störend sein würden, eine Schicht von etwa 100 nm von der Oberfläche des Siliziumplättchens entfernt werden müßte, um diese Sauerstoff­ einschlüsse zu beseitigen.

Schließlich sind Untersuchungen bekannt (Journal of Vacuum Science and Technology, 17 (4), Juli/Aug. 1980, S. 775-792), die sich mit Siliziden verschiedener Metalle befassen und auch das selektive Entfernen von Metallschichten durch entsprechende Ätz­ mittel sowie das Entfernen der nicht in ein Silizid umgewan­ delten Metallschichten durch Abheben dieser Schichten von der Plättchenoberfläche beschreiben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die Kontaktmetallisierung bei geringem Aufwand eine hohe Zuverlässigkeit und Haftfestig­ keit selbst dann aufweist, wenn auf das Aufbringen der Metalli­ sierung weitere ggf. hohe Temperaturen bedingende Verfahrens­ schritte folgen.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Metallisierung auf das Plättchen in den Anlagen zur Herstellung des Plättchens aufgebracht werden, und zwar bevor das Plättchen in einzelne Halbleiterbauteile unterteilt wird. Das Metallisierungssystem verwendet Nickel und Silber und ergibt einen Ohm′schen Kontakt mit darunterliegenden freiliegenden Siliziumoberflächen und es kann nachfolgende Legierungstemperaturen überstehen, wie sie bei dem Anlegieren eines Ausdehungskontaktes an ein einzelnes Plättchenelement verwendet werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird mit Hilfe eines Ätz­ schrittes eine Schicht des monokristallinen Siliziums mit einer Dicke von zumindestens einem Mikrometer entfernt, bevor die erste Nickelbeschichtung aufgebracht wird. Wenn weniger als ein Mikrometer abgeätzt wird, so wird immer noch eine Schicht­ ablösung an den Nickel-Silberschichten beobachtet. Bei einer Abätzung von mehr als 3 Mikron werden die Gate-Spannungs- und Stromeigenschaften eines gesteuerten Siliziumgleichrichters in nachteiliger Weise beeinflußt. Eine Art der Behandlung der Siliziumoberfläche besteht in der Verwendung eines Ätzmittels, das aus zwei Teilen Fluorwasserstoffsäure, neun Teilen Sal­ petersäure und vier Teilen Essigsäure besteht. Die Ätzlösung läßt man für ungefähr 15 Sekunden auf die Siliziumoberfläche einwirken. Hierdurch werden ungefähr zwei Mikron einer polierten Siliziumoberfläche entfernt.

Die Nickelschicht wird unmittelbar nach dem Ätzschritt mit einer Dicke von 12,5 nm bis 100 nm auf die behandelte Siliziumoberfläche aufgedampft. Die Nickelschicht bildet ein Silizid in der Vakuum­ kammer, wenn eine mäßige Substraterwärmung vorgenommen wird (100°C ist mehr als ausreichend) und wenn eine sehr saubere Siliziumoberfläche vorliegt. Während des Nickelschicht-Aufdampf­ vorganges liefert die von der siedenden Nickeloberfläche abge­ strahlte Wärme eine erhebliche Energie an die Plättchenober­ flächen. Weiterhin treffen die verdampften Nickelatome ihrer­ seits mit beträchtlicher kinetischer Energie auf. Ausgezeichnete Ergebnisse wurden mit einer Temperatur von lediglich 60°C erreicht. Bei 120°C haftet die Kontaktmetallisierung fest an dem darunterliegenden Siliziumdioxid an, und es beginnt schwierig zu werden, die Metallisierung (in einem Ultraschallbad) von der Siliziumdioxid­ schicht loszuschütteln. Die Nickelstärke ist kritisch. Wenn sie zu dick ist, beispielsweise oberhalb von 30 nm liegt, so tritt ein Abschälen auf. Wenn die Nickelschicht zu dünn ist und unter 10 nm liegt, so löst sich die Metallisierung nicht von dem Siliziumdioxid.

Es wurde festgestellt, daß wenn die Metallisierungsschichten eine Siliziumdioxidschicht oberhalb der Siliziumoberflächen überlappen, diese Metallisierung leicht von der Oxidschicht abhebbar ist, jedoch sehr gut an der behandelten reinen Silizi­ umoberfläche anhaftet.

Zusätzlich zu der Tatsache, daß das Metallisierungssystem an dem darunterliegenden Silizium, nicht jedoch an dem oxidierten Silizium anhaftet, weist das Metallisierungssystem außerdem die folgenden Eigenschaften auf:

• (1) Das System übersteht Legierungstemperaturen in nachfolgen­ den Herstellungsschritten für die Herstellung eines Halb­ leiterbauelementes, beispielsweise Temperaturen von 650°C, die bei einem Vakuum-Legierungsvorgang auftreten.
• (2) Das Metallisierungssystem ergibt einen guten Ohm′schen Kontakt mit Silizium, unabhängig davon, ob dieses vom P-Typ oder vom N-Typ ist und verschiedene spezifische Widerstände aufweist.
• (3) Das erfindungsgemäße Metallisierungssystem weist ein niedrige laterale Impedanz auf.
• (4) Das Metallisierungssystem mit einer Kontaktmetallschicht aus Silber ist gegenüber Chemikalien widerstandsfähig, die in vielen nachfolgenden Behandlungsschritten für die Her­ stellung eines Halbleiterbauteils verwendet werden. Daher kann beispielsweise ein heißes kaustisches Ätzmittel nach dem Abschrägungs- oder Verjüngungsvorgang auf den Außenum­ fang der aus dem Halbleiterplättchen herausgetrennten Plättchenelemente aufgebracht werden, ohne daß die Me­ tallisierung gegenüber diesem kaustischen Ätzmittel ge­ schützt werden muß. Vorzugsweise wird Kaliumhydroxid für den Ätzvorgang und Zitronensäure für einen abschließenden Spülvorgang verwendet. Weiterhin kann Natriumhydroxid als Ätzmittel verwendet werden. Weil für das Metallisierungs­ system kein Schutz während des Ätzens des Umfangs des Bauteils erforderlich ist, können gegenüber dem bisher verwendeten Abschrägungsvorgang, bei dem eine Säure und ein nickelplattierter Aluminiumkontakt verwendet wurden, mehrere Verfahrensschritte eingespart werden.
• (5) Das Metallisierungssystem ist gegen eine thermische Er­ müdung widerstandfähig, die sonst während des Betriebs des Betriebs des Halbleiterbauteils auftreten könnte, an dem das Metallisierungssystem angeordnet ist.
• (6) Das Metallisierungssystem ist lötbar und erfordert nicht die Verwendung von zusätzlichen Lötbeschichtungen zum Anschluß von Leitungen an die Metallisierung.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen noch näher erläutert.

In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht auf ein Halbleiterplättchen, das eine große Anzahl von einzelnen Halbleiterbauteilen enthält, die gleichzeitig in einer Halbleiterplättchen-Herstel­ lungsanlage bearbeitet werden,

Fig. 2 eine Querschnittsansicht der Fig. 1 entlang der Linie 2-2 nach Fig. 1,

Fig. 3 das Halbleiterplättchen nach Fig. 2 nach einem photolithographischen Maskier- und Oxid-Ätzver­ fahren des unzerteilten Plättchens und nach der Durchführung des erfindungsgemäßen Silizium- Ätzverfahrens zur Vorbereitung der Oberfläche für die Metallisierung,

Fig. 4 eine stark vergrößerte Ansicht eines Teils des vollständigen Plättchens nach Fig. 9 nach der Metallisierung mit vier aufeinanderfolgenden Me­ tallschichten, wobei diese Metallisierung fest an der behandelten Siliziumoberfläche anhaf­ tet,

Fig. 5 die Struktur nach Fig. 4 nach einem Sinter- und Abhebevorgang, bei dem sich die Metallisierung von dem Oxidüberzug des Siliziumplättchens ab­ hebt,

Fig. 6 ein von dem Plättchen nach den Fig. 2, 3, 4 und 5 durch ein Laser-Schneidverfahren abge­ trenntes Plättchenelement, das einen Molybdän- Kontakt aufweist, der nachfolgend an dem Plätt­ chenelement anlegiert wird,

Fig. 7 das Halbleiterbauteil nach Fig. 6 nach dem Ab­ schrägen und der Behandlung mit einem heißen kaustischen Ätzmittel und dem Aufbringen einer Passivierungsbeschichtung auf den Außenumfang des Bauteils.

In den Fig. 1 und 2 ist ein übliches Siliziumplättchen 20 gezeigt, das irgendeine gewünschte Form aufweisen kann und das aus Gründen der Klarheit mit stark vergrößerter Dicke dargestellt ist. Das Plättchen 20 kann typischer­ weise einen Durchmesser von 101,6 mm und eine Stärke von 0,254 bis 1,016 mm und typischerweise von 0,381 mm aufweisen. Das Plättchen wird in einer geeigne­ ten Plättchenfabrikationsanlage behandelt, die äußerst saubere Bedingungen für die Verarbeitung des Plättchens in irgendeiner gewünschten Weise ergibt. Beispielsweise wurde das Plättchen nach den Fig. 1 und 2 so behandelt, daß Grenzschichtmuster für eine Vielzahl von gesteuerten Gleichrichtern oder Thyristoren gebildet werden. Entspre­ chend weist das gesamte Plättchen 20 eine Schicht 21 vom P-Leitfähigkeitstyp auf, auf die eine Schicht 22 vom N-Leitfähigkeitstyp folgt, auf die wiederum eine Schicht 23 vom P-Leitfähigkeitstyp folgt. Die Vielzahl der gebil­ deten gesteuerten Gleichrichter weist eine Form mit in der Mitte liegender Gate-Elektrode auf und alle gesteuer­ ten Gleichrichter sind mit einem kreisringförmigen Katho­ denbereich 24 vom N-Leitfähigkeitstyp versehen. Die dar­ unterliegende P-Leitfähigkeitstyp-Schicht 23, die den Gate-Bereich für jedes Bauteil bildet, liegt am Mittelbe­ reich jedes kreisringförmigen Bereiches 24 frei.

Der abschließende Schritt bei der Halbleiterplättchen- Fabrikation bei den bekannten Verfahren für das Gesamt­ plättchen 20 besteht in der Ausbildung der Kathodenberei­ che 24. Während dieses Schrittes, der üblicherweise durch einen Diffusionsvorgang gebildet wird, wächst eine Oxid­ schicht 26 auf der Oberfläche des Plättchens 20. Diese Oxidschicht 26 kann eine Stärke von typischerweise 1,27 Tausendstel mm aufweisen und wird bei der nachfolgenden Behandlung des Bauteils verwendet.

Es wäre wünschenswert, die Arbeitsschritte zur Vervoll­ ständigung der Halbleiterelemente, die in dem Halbleiter­ plättchen nach den Fig. 1 und 2 ausgebildet werden sol­ len, in der Plättchen-Fabrikationsanlage fortzusetzen, die am besten dazu geeignet ist, die Schritte wie bei­ spielsweise Maskierung, Oxid-Ätzen und dergleichen auszu­ führen. Weiterhin wäre es wünschenswert, die verschiede­ nen P- und N-Bereiche an der Oberfläche des Halbleiter­ plättchens nach Fig. 2, die Kontakte oder Elektroden auf­ nehmen sollen, zu metallisieren, während sich das Plätt­ chen in der Plättchen-Fabrikationsanlage befindet. Dies konnte bei vorhandenen Kontaktsystemen wie beispielsweise Aluminium nicht durchgeführt werden, weil das Aluminium während der nachfolgenden Legierungsschritte, die zur Be­ festigung der Kontakte vom Ausdehnungsplattentyp an der unteren Oberfläche der Plättchenelemente erforderlich sind, in das Silizium eindiffundieren würde. Entsprechend wurden bei dem bekannten Verfahren die Plättchen 20 in dem in den Fig. 1 und 2 gezeigten Fabrikationszustand aus der Plättchen-Fabrikationsanlage entfernt.

Plättchenelemente, wie beispielsweise das Element 25 nach Fig. 1 wurden bei den bekannten Verfahren von dem Plättchen 20 in einer geeigneten Weise, beispielsweise durch einen Laser-Ritzvorgang, ge­ trennt. Sieben einzelne kreisförmige Plättchenelemente 25, die jeweils einen Durchmesser von beispielsweise 19,05 mm aufweisen, werden von dem Plättchen 20 in den Beispielen nach den Fig. 1 und 2 abge­ trennt. Die Plättchenelemente 25 werden nach Beendigung ihrer Verarbeitung in gesteuerten Siliziumgleichrichtern verwendet, die Sperrspannungswerte von bis zu 5000 V und Durchlaßstromwerte von mehr als 50 A aufweisen. Es können auch andere Zahlen von Plättchenelementen von dem Plätt­ chen 20 abgetrennt werden, und zwar in Abhängigkeit von den Nennwerten der zu bildenden Halbleiterbauteile. Es ist weiterhin darauf hinzuweisen, daß die folgende Be­ schreibung als Beispiel einen gesteuerten Siliziumgleich­ richter verwendet. Das beschriebene Verfahren ist jedoch auf irgendein Bauteil anwendbar, das in dem Silizium­ plättchen ausgebildet wird, und zwar unabhängig von der Anzahl der Grenzschichten oder der Grenzschichtmuster, wobei sich das Verfahren auch genauso auf die Herstellung eines einzigen Halbleiterbauteils in einem einzigen Plätt­ chen beziehen kann.

Wie dies in Fig. 3 gezeigt ist, wird bei dem hier beschriebenen Verfahren im Gegensatz zu den bekannten Verfahren das Halbleiterplättchen nach Fig. 2 vor dem Laser-Schneidvorgang einem einzigen photo­ lithographischen Maskier- und Ätzschritt unterworfen, bei dem die Fenster in der Oxidschicht 26 geöffnet werden, um die Kathoden- und Gate-Bereiche jedes der einzelnen Plättchenelemente 25 freizulegen, bevor diese Plättchen­ elemente von dem Plättchen 20 abgetrennt werden. Wie dies in Fig. 3 gezeigt ist, liegen die Fenster 60 und 61, die kreisringförmige bzw. in der Mitte liegende Fenster sind, über jeweiligen kreisringförmigen Kathodenbereichen 24 und in der Mitte liegenden Gate-Bereichen jedes der Plättchenelemente 25, die in dem Plättchen 20 ausgebildet sind. Beispielsweise kann der Oxid-Ätzvorgang zum Öffnen der Fenster 60 und 61 ein übliches gepuffertes Oxid-Ätz­ mittel verwenden. Dieses Verfahren wird in der Plättchen- Fabrikationsanlage ausgeführt, die für die Durchführung eines derartigen Verfahrens ausgelegt ist.

Nach dem Öffnen der Fenster 60 und 61 wird die freilie­ gende Oberfläche des Siliziumplättchens 20 in einer neu­ artigen Weise behandelt, die ein zähes Anhaften von wün­ schenswerten Kontaktmetallen an dem behandelten Silizium, nicht jedoch an dem umgebenden Oxid ermöglicht. So würde es wünschenswert sein, ein Nickel-Chrom-Nickel-Silber- Kontaktmetallisierungssystem für Hochleistungs-Silizium­ bauteile zu verwenden (für Bauteile mit einem Nenn-Durch­ laßstrom von mehr als ungefähr 50 A), wenn die Kontakt­ metalle in zuverlässiger Weise an der darunterliegenden Siliziumoberfläche nach den nachfolgenden Hochtemperatur- Verfahrensschritten anhaften würden, wie sie beispiels­ weise für das Anlegieren von Ausdehnungsplatten an die einzelnen Bauteile verwendet werden. Bisher war das An­ haften der Metalle in einem derartigen System nicht zu­ verlässig, weil sich häufig eine Schichttrennung der oberen Silberschicht von der unter dem Silber liegenden Nickelschicht in einer unkontrollierten und scheinbar willkürlichen Weise ergab. Weiterhin ergab sich in vielen Fällen eine Blasenbildung der unteren Nickelschicht ge­ genüber der darunterliegenden Siliziumoberfläche.

Um sicherzustellen, daß das Metallisierungssystem zuver­ lässig an dem darunterliegenden Silizium anhaftet, wird bei dem Verfahren die folgende Vorbehandlung der Silizium­ oberfläche verwendet, die durch die Fenster 60 und 61 freiliegt. Es wurde bisher angenommen, daß nach dem Öff­ nen der Fenster 60 und 61 durch Entfernen des Oxids nach Fig. 3 die freiliegende Oberfläche des Siliziums oxidfrei ist. Tatsächlich lag eine sauerstoffgesättigte Schicht des Siliziums unter der Silizium-Siliziumdioxid-Grenz­ schicht vor. Entsprechend wird eine ausreichende Sauer­ stoffmenge von den obersten Oberflächenschichten des Siliziumsubstrats freigegeben, um eine Aufhebung des An­ haftens und eine Entscheidung der Metallisierungsschich­ ten während eines nachfolgenden Sinterschrittes hervorzu­ rufen. Bei dem Verfahren wird ein neuartiges Ätzverfahren zur Beseitigung einer ausreichenden Stärke der freilie­ genden Siliziumoberfläche verwendet, um sicherzustellen, daß die freiliegende Oberfläche vollständig sauerstoff­ frei ist. Es hat sich als ausreichend herausgestellt, zwischen 1 und 3 Mikrometer der polierten Oberfläche zu ent­ fernen, die durch die Fenster 60 und 61 freiliegt. Vor­ zugsweise sollten ungefähr 2 Mikrometer entfernt werden.

Es wurde festgestellt, daß Entschichtungsprobleme auftre­ ten, wenn 1 Mikrometer oder weniger der Oberfläche entfernt wird. Wenn mehr als ungefähr 3 Mikrometer entfernt werden, so werden die Gate-Spannungs- und Gate-Strom-Charakteristi­ ken in unannehmbarer Weise beeinflußt.

Der Silizium-Ätzvorgang verwendet vorzugsweise eine Ätz­ lösung, die aus 2 Teilen Fluorwasserstoffsäure, 9 Teilen Salpetersäure und 4 Teilen Essigsäure besteht und die durch die Fenster 60 und 61 auf die freiliegende Siliziumoberfläche des Plättchens 20 für ungefähr 15 sec aufgebracht wird. Danach wird das Plättchen 20 für unge­ fähr 5 min in ein Spülbecken gebracht, um die Säure fort­ zuspülen.

Nach dem Spülen in dem Spülbecken wird das Plättchen 20 für ungefähr 30 sec einem leichten Ätzmittel ausgesetzt, das aus 50 Teilen von entionisiertem Wasser und einem Teil Fluorwasserstoffsäure besteht. In diesem Schritt werden alle chemischen Oxide entfernt, die nach dem an­ fänglichen Ätzvorgang verbleiben, bei dem Salpetersäure als ein Bestandteil verwendet wurde. Das Plättchen 20 wird dann in einem Spülbecken für ungefähr 5 min gespült und dann in der üblichen Weise trockengeschleudert.

Die Metallschichten 70 bis 73 nach Fig. 4 werden danach auf die behandelte Oberfläche im Vakuum mit Hilfe einer Verdampfungstechnik aufgebracht. Beispielsweise wird das Substrat nach dem Pumpen eines Vakuums für ungefähr 15 min auf ungefähr 125°C erwärmt. Wenn der Druck auf ungefähr 5 × 10^-6 Torr abgefallen ist, wird eine erste Nickelschicht 70 mit einer Dicke von 12,5 bis 100 nm, vor­ zugsweise 20 nm, auf die Oberfläche aufgedampft. Die Nickelschicht 70 sollte eine Dicke aufweisen, die ihre Umwandlung in ein Nickelsilizid während des Abscheidungs­ vorgangs zuläßt. Das Substrat sollte sich auf einer Tem­ peratur von 100°C oder mehr während der Abscheidung des Nickels befinden, um dessen Umwandlung in ein Silizid zu begünstigen.

Der Zweck des Silizium-Ätzschrittes besteht in der Ent­ fernung aller Sauerstoffquellen in der behandelten Ober­ fläche. Es wird angenommen, daß sich normalerweise eine sauerstoffgesättigte Schicht von Silizium unmittelbar un­ terhalb der SiO₂/Si-Grenzfläche befindet. Wenn diese Schicht während der Silizid-Bildung ungestört bleibt, so wird angenommen, daß Sauerstoffatome in dem betreffenden Bereich äußerst beweglich werden und nach oben diffundieren, so daß sie in der zu bildenden Nickel- Silber-Grenzschicht eingefangen werden. Das abschließende Ergebnis besteht in einem oxidierenden Film, der die Nickel-Silber-Grenzfläche zerstört, wodurch sich eine Schichttrennung ergibt.

Zusätzlich löst sich die Nickelschicht 60 blasenförmig von dem Substrat ab, wenn irgendwelcher Sauerstoff in dem Substrat unterhalb des Nickels vorhanden ist, nachdem das Metallisierungssystem fertiggestellt wurde. Durch das Ätzen des Siliziums werden jedoch alle Spuren von Sauer­ stoff aus der freiliegenden monokristallinen Silizium­ plättchen-Oberfläche entfernt, wodurch das Problem der Schichtablösung an der Nickel-Silber-Grenzschicht und das Problem der Trennung der Nickelschicht von dem Silizium gelöst wird.

Die Chrom-, Nickel- und Silberschichten 71, 72 bzw. 73 werden dann getrennt auf die Schicht 70 gemäß Fig. 4 auf­ gedampft. Das Plättchen läßt man danach auf Raumtempera­ tur abkühlen.

Die Chromschicht 71 weist eine Stärke auf, die aus­ reicht, um als Diffusionssperre zu wirken, sie kann bei­ spielsweise eine Dicke von 50 bis 300 nm, vorzugsweise 150 nm, aufweisen. Die Nickelschicht 72 weist eine Stärke auf, die ausreicht, um ein Auslaugen des Silbers aus der Schicht 73 in die Schicht 71 zu verhindern, wobei diese Dicke beispielsweise zwischen 100 und 600 nm und vor­ zugsweise 400 nm betragen kann. Die Silberschicht 73 ist stark genug, um Lötverbindungen aufzunehmen, so daß diese Schichtdicke größer als ungefähr 1 Mikrometer sein sollte und beispielsweise 6 Mikrometer betragen kann.

Nach dem Metallabscheidungsvorgang erfolgt ein Abhebevor­ gang, bei dem die Nickelschicht 70 und die Metallschich­ ten 71, 72 und 73, die über der darunterliegenden Oxid­ schicht 26 angeordnet sind, von dem Oxid abgehoben wer­ den, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist.

Um diesen Abhebevorgang durchzuführen, wird das Plättchen 20 in entionisiertes Wasser eingetaucht, das ein Reini­ gungsmittel enthält, und das Plättchen wird Ultraschall­ energie für ungefähr 15 min ausgesetzt, um das Metall auf der Isolierschicht 26 zu lockern. Die Plättchen werden dann einem Strahl von entionisiertem Wasser ausgesetzt, der das gesamte lose Metall wegspült, das über der Siliziumdioxidschicht 26 liegt. Das Plättchen wird dann in einem Spülbecken gespült und trockengeschleudert und auf Restmetallbereiche überprüft. Irgendwelche Rest­ metalle können mit Hilfe eines Stickstoffgasstrahls fort­ geblasen werden.

Das Plättchen 20 weist dann das allgemeine Aussehen nach Fig. 5 auf, wobei die Schichten 70, 71 72 und 73 fest an den in den Fenstern 60 und 61 freiliegenden Bereichen anhaften. Die Metallisierung übersteht Temperaturen, de­ nen das Bauteil nachfolgend während der Legierungs- oder anderer Verarbeitungsschritte ausgesetzt ist. Weiterhin ist die Metallisierung gegenüber bestimmten chemischen Ätzmitteln widerstandsfähig, die nachfolgend auf die Plättchenelemente 25 aufgebracht werden. Weiterhin bildet die Metallisierung eine Verbindung mit niedrigem Wider­ stand zu Silizium vom P- oder N-Leitfähigkeitstyp und die Kontakte sind lötbar, weisen eine niedrige laterale Impe­ danz auf und sind gegenüber thermischer Ermüdung wider­ standsfähig.

Das Metallisierungssystem ermöglicht weiterhin ein neu­ artiges verbessertes Verfahren zur Vervollständigung der Struktur des Plättchens 25 gemäß den Fig. 6 und 7. Im einzelnen ermöglicht das neuartige Metallisierungssystem die Vakuumlegierung einzelner Plättchenelemente an Aus­ dehnungsplatten nach dem Metallisieren. Dies ergibt sich daraus, daß keine nachteilige Kontaktmetall-Diffusion oder eine Beschädigung während des Legierungsvorgangs auftritt und weil die Kante der Grenzschicht mit Hilfe eines kaustischen Ätzmittels geätzt werden kann, das das darüberliegende Silber des Metallisierungssystems nicht angreift.

Entsprechend werden bei dem nächsten Schritt des Gesamtverfahrens einzelne metallisierte Plättchenelemente 25 nach Fig. 1 beispielsweise durch einen Laser-Schneidvorgang von dem Plättchen 20 nach den Fig. 3, 4 und 5 abgetrennt. Jedes einzelne Plättchen­ element 25 wird dann an einer Ausdehnungsplatte, wie bei­ spielsweise der Platte 80 nach Fig. 6, anlegiert. Die Ausdehnungsplatte 80 kann beispielsweise eine Molybdän­ scheibe mit einer Dicke von 1,524 mm sein. Der Vakuum-Legiervorgang erfolgt in Stickstoff bei einem Druck von ungefähr 533×10^-5 Pa, bei einer Temperatur von etwa 650°C und über einen Zeitraum von etwa 30 min. Eine große Anzahl von Plättchenelementen 25 wird gleich­ zeitig verarbeitet.

Nach dem Legierungsschritt wird die äußere Umfangsfläche der einzelnen Plättchenelemente 25 beispielsweise auf einer Diamantscheibe geschliffen, um eine erste geschlif­ fene konische Oberfläche 90 gemäß Fig. 7 zu bilden. Die Oberfläche 90 kann einen Winkel von 35° gegenüber der Grenzschicht zwischen den Bereichen 21 und 22 bilden. Da­ nach wird eine zweite konische Oberfläche 91 geschliffen, die einen Winkel von ungefähr 4° gegenüber der Grenz­ schicht zwischen den Bereichen 22 und 23 aufweist. Diese Winkel sind in Fig. 7 nicht maßstäblich gezeigt. Die Plättchenelemente 25 werden dann mit entionisiertem Was­ ser gespült und in einem Ultraschall-Reinigungsbad gerei­ nigt.

Danach wird der äußere geschliffene Umfang des Plättchen­ elementes 25 einem neuen kaustischen Ätzmittel ausge­ setzt, das die Schäden beseitigt, die durch den Schleif­ vorgang am Außenumfang hervorgerufen wurden. Der neue kaustische Ätzschritt kann ausgeführt werden, ohne daß es erforderlich ist, einen schützenden Goldüberzug oder Wachs oder dergleichen auf die Metallisierungsschicht aufzubringen, weil die Silberschicht 73 gegenüber dem kaustischen Ätzmittel widerstandsfähig ist. Die kausti­ sche Ätzflüssigkeit ist vorzugsweise Kaliumhydroxid.

Im einzelnen werden ungefähr 80 g Kalium­ hydroxid in ungefähr 1 l entionisiertem Wasser auf unge­ fähr 95°C bis 100°C erwärmt. Eine Lösung von 80 g Zitronensäure in ungefähr 1 l entionisiertem Wasser bei Raumtemperatur wird ebenfalls zubereitet. Die Plättchen­ elemente 25 werden zunächst für ungefähr 1 min in heißes fließendes entionisiertes Wasser gebracht. Danach werden sie für ungefähr 3 min in die Kaliumhydroxidlösung ge­ bracht, wobei das Halterungsgestell, das die Plättchen­ elemente 25 trägt, dauernd in Bewegung versetzt wird. Die Plättchenelemente werden dann aus der Kaliumhydroxidlö­ sung entfernt und für ungefähr 3 min in heißes fließendes entionisiertes Wasser gebracht.

Danach werden die Plättchenelemente für ungefähr 30 sec in die Zitronensäurelösung gebracht, während sie dauernd in Bewegung versetzt werden. Die Plättchenelemente werden dann für ungefähr 2 min in heißes fließendes entionisier­ tes Wasser eingetaucht und dann in geeigneter Weise ge­ trocknet, beispielsweise mit Hilfe einer Bestrahlung un­ ter einer Infrarot-Lampe.

Die Plättchenelemente 25 werden dann in eine Beschich­ tungsschale geladen und ihre Oberflächen werden mit einer geeigneten Passivierungsbeschichtung 100 überzogen, wie dies in Fig. 7 gezeigt ist. Die Beschichtung 100 kann von irgendeiner gewünschten Art sein. Vorzugsweise ist die Beschichtung ein Silikongummi-Material (silastic), wie es beispielsweise unter der Typenbezeichnung Q 1-4935 von der Firma Dow-Corning Company vertrieben wird. Nach der Beschichtung mit dem Silikongummi-Mittel werden die Plättchenelemente 25 für ungefähr 10 min in eine Vakuum­ kammer gebracht und danach für ungefähr 20 min auf unge­ fähr 325°C erwärmt. Die fertigen Plättchenelemente können dann in einem geeigneten Gehäuse befestigt oder auf andere Weise weiterbearbeitet werden.

Claims (12)

1. Verfahren zur Herstellung einer Kontaktmetallisierung auf einem Oberflächenteil eines monokristallinen Siliziumplättchens mit einer direkt auf der Oberfläche des Siliziumplättchens ange­ ordneten Siliziumdioxidschicht, bei dem das Siliziumdioxid von dem zu kontaktierenden Oberflächenteil entfernt wird, bei dem auf dem freigelegten Oberflächenteil eine dünne Nickelschicht abgeschieden wird, bei dem zumindestens ein Teil der Dicke der dünnen Nickelschicht in ein Silizid umgewandelt wird, und bei dem auf der so hergestellten Schicht eine Kontaktmetallschicht abgeschieden wird, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Entfernen des Siliziumdioxids von dem zu kontaktierenden Oberflächenteil ferner selektiv eine Schicht des freigelegten monokristallinen Siliziums mit einer Dicke von zumindest einem Mikrometer entfernt wird, so daß der freigelegte Ober­ flächenteil frei von unerwünschten Sauerstoffverunreinigungen ist, und daß nachfolgend die dünne Nickelschicht auf dem von Sauerstoffverunreinigungen freien freigelegten Oberflächenteil abgeschieden wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem aus einer Vielzahl von freiliegenden Oberflächenteilen eines Silizium-Halbleiterplätt­ chens, die für jeweilige nachfolgend voneinander zu trennende identische Plättchenelemente bestimmt sind, eine Kontaktmetallisierung hergestellt wird und bei dem die direkt auf der Oberfläche des Siliziumplättchens aufgebrachte Siliziumdioxidschicht photo­ lithographisch maskiert und durch die Maske hindurch geätzt wird, um vorgegebene, mit der Kontaktmetallisierung zu versehende Oberflächenteile der Oberfläche des Silizium-Halbleiterplättchens durch die Silizium­ dioxidschicht hindurch freizulegen, worauf die dünne Nickelschicht kontinuierlich auf den freigelegten Oberflächenteilen und den benachbarten Oberflächen der Siliziumdioxidschicht abgeschieden und teilweise in das Silizid umgewandelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß beim Entfernen der Schicht des monokristallinen Siliziums mit der Stärke von mindestens einem Mikrometer von den Oberflächenteilen die Siliziumdioxid­ schicht intakt gelassen wird, daß nach dem Abscheiden von zumindest einer Schicht von Kontaktmetall auf der Nickelschicht eine mechanische Entschichtungsbeanspruchung auf die Metallschichten ausgeübt wird, um die Nickelschicht und die Kontaktmetallschicht von der Oberfläche der Siliziumdioxidschicht zu entfernen, wobei die das Silizid bildende Schicht und die Kontaktschicht fest an den freigelegten Oberflächenteilen des Siliziumplätt­ chens anhaften, daß nachfolgend das Siliziumplättchen in eine Anzahl von Plättchenelementen zerteilt wird, die alle zumindest einen der Vielzahl von freiliegenden Oberflächenteilen aufweisen, und daß danach jedes Plättchenelement getrennt weiterverarbeitet wird, um jeweilige Halbleiterbauteile fertigzustellen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die nach dem Ent­ fernen des Siliziumdioxids von dem zu kontaktierenden Ober­ flächenteil entfernte Schicht des monokristallinen Siliziums eine maximale Dicke von 3 Mikrometern aufweist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus monokristallinem Silizium mit Hilfe eines Säureätzmittels entfernt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Säureätzmittel aus einer Mischung von Fluorwasserstoffsäure, Salpetersäure und Essigsäure besteht, die auf den Oberflächenteil für ungefähr 15 Sekunden aufgebracht wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Nickelschicht eine Dicke von 12,5 nm bis ungefähr 100 nm aufweist.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktmetallschicht aus einem Material besteht, das gegenüber einem kaustischen Ätzmittel beständig ist.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktmetallschicht aus Silber besteht.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Zerteilung des Silizium-Halbleiterplättchens in eine Anzahl von Plättchenelementen ein jeweiliger Ausdehnungsplattenkontakt an den den freiliegenden metallisierten Oberflächenteilen gegenüberliegenden Flächen der Plättchenelemente anlegiert und der Außenumfang jedes Plättchenelementes mit einem kaustischen Ätzmittel geätzt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das kaustische Ätzmittel mit einer schwachen Säure fortgespült wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das kaustische Ätzmittel aus Kaliumhydroxid besteht und daß das Kaliumhydroxid mit Zitronensäure fortgespült wird, nachdem das Kaliumhydroxid mit dem Außenumfang jedes der Plättchenelemente für eine vorgegebene Zeit in Kontakt gestanden hat.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Ausdehungsplattenkontakte durch ein Vakuumlegierungsverfahren bei Temperaturen von ungefähr 650° Celsius befestigt wird.