DE3715431A1

DE3715431A1 - Verfahren zur herstellung eines strukturierten metallkontaktes auf einer halbleiterscheibe

Info

Publication number: DE3715431A1
Application number: DE19873715431
Authority: DE
Inventors: Jutta Bittnar
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1987-05-08
Filing date: 1987-05-08
Publication date: 1988-11-17

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines strukturierten Metallkontaktes auf einer Halbleiterscheibe.

Zum Betrieb von elektronischen und optoelektronischen Bauele menten müssen Halbleiterchips auf der Oberfläche mit struk turierten Metallschichten versehen werden. Diese Metall schichten werden durch Bonden mit Kontakten versehen. Es ist günstig, als Metallschicht Goldschichten von etwa 1 µm Dicke zu verwenden. Diese Kontaktflächen schützen den Halbleiter beim Bondvorgang aufgrund der Weichheit des Goldes vor mechanischen Belastungen, wie z. B. Druck oder Ultraschall. Es ist bekannt (siehe z. B. Offenlegungsschrift DE 34 44 019 A1), daß Gold die Eigenschaft hat, in Halbleitermaterial einzudiffundieren. Es ist daher zweckmäßig, unter der Goldschicht Sperrschichten aus anderen Materialien, wie z. B. Platin, Molybdän, Wolfram oder dergleichen, aufzubringen. Eine Schicht aus einem derartigen Material hat gegebenenfalls eine schlechte Haftfestigkeit auf Halbleiteroberflächen. Deshalb wird bekannterweise eine zusätz liche Schicht auf das Halbleitermaterial aufgebracht, die z. B. aus Titan oder Chrom besteht und die die Eigenschaft hat, daß sie gut auf dem Halbleitermaterial haftet.

Es ist bekannt, strukturierte Metallkontakte dadurch herzu stellen, daß die Halbleiteroberfläche zunächst ganzflächig mit Metall bedampft wird. Anschließend werden mittels einer Photo technik Lackstrukturen erzeugt, die als Maske für das darauf folgende Ätzen dienen. Dabei müssen die verschiedenen be dampften Schichten selektiv abgetragen werden. Manche Metalle, wie z. B. Platin, sind nicht naßchemisch ätzbar und müssen rückgesputtert werden. Diese Technologie ist bis zu 1 bis 2 µm breiten Strukturen anwendbar. Kleinere Strukturen sind wegen der unsauberen verätzten Kontaktkanten nicht mehr reproduzier bar zu realisieren.

Es ist bekannt (siehe z. B. IEEE Transactions on electron. devices Vol. ED-32 Nr. 3 1985 S. 672-676), strukturierte Metallkontakte mit Hilfe einer Abhebetechnik herzustellen. Hierbei wird auf die Halbleiterscheibe eine strukturierte Photolackschicht aufgebracht. Auf die Photolackschicht wird eine Metallschicht so aufgedampft, daß sie an den Flanken der Strukturen in der Photolackschicht unterbrochen ist. Durch Einlegen der so vorbereiteten Halbleiterscheibe in ein Lösungs mittel wird der Photolack aufgelöst und die darüber liegenden Metallschichten abgehoben. Mit dieser Technik sind Metall kontakte herstellbar, die nicht dicker als die Lackschichten sind.

Zur Herstellung von Metallstrukturen mit etwa 1 µm Dicke ist ein spezielles Abhebeverfahren bekannt (siehe z. B. J. Vac. Sci. Technol. B3 (1), Jan./Febr. 1985, S. 25-27). Bei diesem Verfahren wird die Lichtempfindlichkeit der oberen Schicht der Photolackschicht durch Einweichen in Chlorbenzol verändert. Nach dem Belichten und Entwickeln des Photolacks entstehen sehr steile Flanken, die an der der Halbleiterscheibe abgewandten Seite Lackwülste aufweisen. Beim darauf folgenden Aufdampfen der Metallschicht bleibt der Photolack unter den Lackwülsten frei. Durch Einlegen der Halbleiterscheibe in ein Lösungsmittel werden wiederum die über dem Photolack liegenden Metall schichten abgehoben. Die Dicke der Metallstrukturen ist wiederum durch die Dicke der Photolackschicht bestimmt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung dicker strukturierter Metallkontakte anzugeben.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, wie dies im Anspruch 1 angegeben ist.

Mit diesem Verfahren können strukturierte Metallkontakte bis zu 3 µm Dicke hergestellt werden.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteran sprüchen hervor.

Anhand von Ausführungsbeispielen, die in den Fig. 1 bis 5 darge stellt sind, wird die Erfindung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Halbleiterscheibe, auf die eine Photolack schicht aufgebracht wurde.

Fig. 2 zeigt eine Halbleiterscheibe mit strukturierter Photo lackschicht und aufgedampfter Metallschicht.

Fig. 3 zeigt eine Halbleiterscheibe mit strukturierter Photo lackschicht und aufgedampfter Metallschicht, in die Kanäle bis auf die Photolackschicht geätzt wurden.

Fig. 4 zeigt eine Halbleiterscheibe mit strukturierter Photo lackschicht, auf die mehrere dünne Metallfilme aufgedampft wurden und die mit einer Metallschicht bedeckt wurde.

Fig. 5 zeigt eine Halbleiterscheibe mit strukturierter Photo lackschicht, auf die mehrere dünne Metallfilme aufgedampft wurden, und einer dicken Metallschicht, in die ein Kanal bis auf die Photolackschicht geätzt wurde.

In Fig. 1 ist eine Halbleiterscheibe 1 dargestellt, auf die eine Photolackschicht 2 aufgebracht wurde. Die Photolackschicht 2, die aus einem Positivlack besteht, wird auf die Halbleiter scheibe 1 aufgetropft und zur Vermeidung von Lackwulsten an den Scheibenrändern bei 10 000 Umdrehungen pro Minute abgeschleu dert und bei 95°C etwa 25 Minuten lang ausgeheizt. Um die Lichtempfindlichkeit der Photolackschicht 2 im oberen Teil zu verändern, wird die Photolackschicht 2 mit Chlorbenzol be handelt. Nach 90 Sekunden dauernder Einwirkung von Chlorbenzol wird die Halbleiterscheibe 1 etwa weitere 30 Minuten bei 95°C ausgeheizt. Zur Strukturierung wird die Photolackschicht 2 be lichtet. Nach dem Belichten wird die Photolackschicht 2 in kon zentriertem Entwickler 20 bis 25 Sekunden entwickelt und danach bei 120°C 30 bis 45 Minuten lang ausgehärtet. Die Struktur der Photolackschicht 2 weist an der Kante, verursacht durch die Behandlung mit Chlorbenzol, einen Lackwulst 3 und eine steile Flanke 4 auf (siehe Fig. 2).

Im nächsten Schritt wird auf die Halbleiterscheibe 1 auf die Photolackschicht 2 eine Metallschicht 5 aus z. B. Gold aufge bracht. Dabei wird sowohl die freigelegte Oberfläche der Halb leiterscheibe 1 als auch die Photolackschicht 2 ganz zugedeckt. In die Metallschicht 5 überträgt sich die steile Flanke 4 der Photolackschicht 2. Über der freigelegten Oberfläche der Halb leiterscheibe 1 kann die Dicke der Metallschicht 5 bis zu etwa 3 µm betragen. Die Photolackschicht 2 hat eine Dicke von etwa 1 µm.

Oberhalb des Lackwulstes 3 ist die Metallschicht 5 sehr dünn. Hier ist das Metall, z. B. Gold, leicht wegzuätzen. Die Ätzrate an diesen Kanten liegt im Vergleich zur Ätzrate an den ebenen Oberflächen der Metallschicht 5 um einen Faktor 10 höher. Daher ist es möglich, den Lackwulst 3 freizulegen durch Behandlung der Probe mit einer in Bewegung gehaltenen Goldätzlösung, z. B. Supro-Goldstripper. Diese Behandlung dauert je nach Dicke der Metallschicht 5 etwa 20 bis 30 Sekunden. Durch den Ätzvorgang entsteht ein Kanal 6, der von dem Lackwulst 3 und der Flanke 4 der Photolackschicht 2 bis zur Oberfläche der Metallschicht 5 führt (siehe Fig. 3).

Durch Einlegen der so präparierten Halbleiterscheibe 1 in ein Lösungsmittel, z. B. in Aceton oder Photolackstripper, kann die Photolackschicht 2 aufgelöst werden. Damit wird die über der Photolackschicht 2 liegende Metallschicht 5 abgehoben.

Mit dieser Technik können Metallschichtstrukturen, die 1 µm oder breiter sind, in einer Dicke bis zu 3 µm realisiert werden. Die erzeugten Strukturen haben geradlinige, scharfe Kanten. Die Reproduzierbarkeit der Strukturen ist dank einfacher Prozeßschritte gewährleistet.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel wird anhand der Fig. 4 und 5 erläutert. Ausgangspunkt ist die Halbleiterscheibe 1 mit der strukturierten Photolackschicht 2, die den Lackwulst 3 und die steile Flanke 4 aufweist. Ihre Herstellung wurde oben anhand von Fig. 1 beschrieben. Auf die Halbleiterscheibe 1 wird auf die strukturierte Photolackschicht 2 und die freigelegte Halbleiter oberfläche ein erster dünner Metallfilm 7 aus z. B. Titan auf gedampft. Der erste Metallfilm 7 wird so aufgedampft, daß er nur die Oberfläche der strukturierten Photolackschicht 2 und die Oberfläche der Halbleiterscheibe 1 bedeckt. Der Lackwulst 3 und die Flanke 4 bleiben unbedeckt. Der erste Metallfilm 7 wird unterbrochen aufgebracht. Der erste Metallfilm 7 haftet gut auf der Oberfäche der Halbleiterscheibe 1. Auf den ersten Metall film 7 wird ein zweiter Metallfilm 8 aus z. B. Platin aufge bracht. Platin hat die Eigenschaft, die Diffusion von Gold in das Material der Halbleiterscheibe 1 zu verhindern. Auf den zweiten Metallfilm 8 wird eine weitere Metallschicht 5′ aus z. B. Gold aufgebracht. In die weitere Metallschicht 5′ über trägt sich wiederum die Flanke 4 der Photolackschicht 2. Über der freigelegten Oberfäche der Halbleiterscheibe 1 kann die weitere Metallschicht 5 eine Dicke von bis zu etwa 3 µm haben (siehe Fig. 4).

Die weiteren Verfahrensschritte verlaufen analog dem oben Dar gestellten. Durch Anwendung einer unter Bewegung gehaltenen Goldätzlösung, z. B. Supro-Goldstripper, wird der Lackwulst 3 und die Flanke 4 der Photolackschicht 2 durch die weitere Metallschicht 5′ hindurch freigelegt. Es entsteht ein weiterer Kanal 6′ (siehe Fig. 5). Durch den weiteren Kanal 6′ wird die Photolackschicht 2 beim Einlegen in ein Lösungsmittel, z. B. Aceton oder Photolackstripper, aufgelöst. Dabei werden die darüber liegende weitere Metallschicht 5′, der erste Metallfilm 7 und der zweite Metallfilm 8 abgehoben. Es entsteht eine bis zu etwa 3 µm dicke Metallstruktur (Fig. 5).

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines strukturierten Metallkon taktes auf einer Halbleiterscheibe gekennzeich net durch folgende Schritte:

a) auf einer Halbleiterscheibe (1) wird eine Photolackschicht (2) aufgebracht,
b) die Photolackschicht (2) wird durch Einweichen in Chlor benzol behandelt,
c) die Photolackschicht (2) wird durch Belichten mit Struk turen versehen,
d) die Photolackschicht (2) wird entwickelt, dabei bildet sich an der Kante der Photolackschicht (2) ein Lackwulst (3) und eine steile Flanke (4),
e) die strukturierte Photolackschicht (2) und die freigelegte Oberfläche der Halbleiterscheibe (1) werden mit einer Metall schicht (5) ganz überdeckt,
f) oberhalb des Lackwulstes (3) und der Flanke (4) wird in die Metallschicht (5) ein Kanal (6) erzeugt, dadurch sind der Lack wulst (3) und die Flanke (4) freigelegt,
g) durch Einlegen der so präparierten Halbleiterscheibe (1) in ein Lösungsmittel wird die Photolackschicht (2) aufgelöst und die darüber liegende Metallschicht (5) abgehoben.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Metallschicht (5) aus Gold ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Metallschicht (5) eine Dicke zwischen 1 µm und 3 µm hat.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (6) durch Ätzen mit einer Goldätzlösung erzeugt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Aufbringen der Metallschicht (5) mindestens ein Metallfilm (7, 8) aus einem anderen Metall auf die Photolackschicht (2) und die freige legte Oberfläche der Halbleiterscheibe (1) so aufgedampft wird, daß er an der Flanke (4) der Photolackschicht (2) unterbrochen ist.