DE3806287A1 - Etching process for patterning a multilayer metallisation - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Ätzverfahren zur Strukturierung einer mehrschichtigen Einlagen-Metalli sierung auf der Oberfläche von Halbleiterbauelementen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an etching process for Structuring a multi-layer inlay metal sation on the surface of semiconductor devices according to the preamble of claim 1.
Mehrschichtige Metallisierungssysteme werden bei Halb leiterbauelementen zur Herstellung von ohmschen An schlußkontakten benötigt. Ein solcher Anschlußkontakt ist in der DE-OS 25 43 518 beschrieben mit nachstehendem Schichten-Aufbau auf einem Silizium-Halbleiterkörper: Eine Haftschicht aus Aluminium, eine Zwischenschicht als Diffusionsbarriere bestehend aus Titan, Nickel oder Chrom, darüber eine Lötschicht aus Palladium und als Abschluß eine Schutzschicht aus Silber. Diese Schichten folge wurde für Dioden vorgeschlagen. Über ein Verfahren zur Strukturierung dieses Metallisierungssystems wurden keine Angaben gemacht. Multi-layer metallization systems are used at Halb conductor components for the production of ohmic an final contacts required. Such a connection contact is described in DE-OS 25 43 518 with the following Layer structure on a silicon semiconductor body: An adhesive layer made of aluminum, an intermediate layer as Diffusion barrier made of titanium, nickel or Chrome, a palladium solder layer and as Finished with a protective layer of silver. These layers sequence was suggested for diodes. About a process to structure this metallization system no information given.
In Denning and White, Solid State Technology, Seite 98 bis 105, März 1980 wird auf Seite 103 ein Metallisie rungssystem angegeben, bei dem als Lötschicht Nickel (anstelle von Palladium) vorgeschlagen wird, so daß sich die dort angegebene Schichtenfolge Al, Ti, Ni ergibt. Auf der Nickelschicht kann eine Schutzschicht aus Silber vorgesehen werden, um die Nickelschicht vor einer mögli chen Oxidation während des Temperprozesses zu schützen, wie in der DE-OS 25 43 528 für eine Schichtenfolge Al, Ni und Ag beschrieben. Bezüglich eines Verfahrens zur Strukturierung eines solchen Metallisierungssystems wird in dem genannten Aufsatz lediglich auf eine firmeninter ne Korrespondenz hingewiesen und somit nichts offenbart.In Denning and White, Solid State Technology, page 98 to 105, March 1980, on page 103 a Metallisie specified system in which the solder layer is nickel (instead of palladium) is proposed, so that the layer sequence given there results in Al, Ti, Ni. A protective layer of silver can be placed on the nickel layer be provided to the nickel layer before a poss to protect oxidation during the tempering process, as in DE-OS 25 43 528 for a layer sequence Al, Ni and Ag described. Regarding a procedure for Structuring such a metallization system in the above-mentioned article only on an internal company ne correspondence pointed out and thus reveals nothing.
Von einer Einlagen-Metallisierung spricht man, wenn eine ein- oder mehrschichtige Metallisierung nur in einer Lage auf dem Halbleiterbauelement vorgesehen ist.One speaks of a deposit metallization, if one single or multi-layer metallization in only one Position is provided on the semiconductor device.
Die Erfindung geht von einer Einlagen-Metallisierung mit der Schichtenfolge Al, Ti, Ni, Ag aus. Diese Schichten folge ist besonders geeignet zur Herstellung lötfähiger, feinstrukturierter Kontakte, die beispielsweise bei ab schaltbaren Thyristoren Anwendung finden. Bei abschalt baren Leistungshalbleiterbauelementen ist in den Ansteu erbereichen eine hohe Querleitfähigkeit erforderlich, was eine große Kontakt-Schichtdicke bedeutet. Es ist vorteilhaft, die laterale Leitfähigkeit des Metallisie rungssystems mit der Silberschichtdicke einzustellen. Geeignete und typische Schichtdicken liegen bei etwa 70 bis 200 nm Aluminium, 200 bis 300 nm Titan, ca. 500 nm Nickel und mehr als 500 nm, z.B. 5000 nm Silber.The invention is based on a deposit metallization the layer sequence Al, Ti, Ni, Ag. These layers sequence is particularly suitable for the production of solderable, finely structured contacts, for example at ab switchable thyristors are used. When switching off The power semiconductor components is in the control achieve high cross conductivity, which means a large contact layer thickness. It is advantageous, the lateral conductivity of the metallisie system with the silver layer thickness. Suitable and typical layer thicknesses are around 70 up to 200 nm aluminum, 200 to 300 nm titanium, approx. 500 nm Nickel and more than 500 nm, e.g. 5000 nm silver.
Die bei abschaltbaren Leistungshalbleiterbauelementen erforderliche Strukturierung der Anschlußkontakte kann unter Verwendung einer Lackschicht als Ätzmaske herge stellt werden. Allerdings tritt bei der naßchemischen Strukturierung eines mehrschichtigen Metallisierungssy stems der angegebenen relativ dicken Schichten das Pro blem auf, daß es zu sogenannten Unterätzungen kommt, die bei der Herstellung feiner Strukturen z.B. von Kontakt streifen mit 50 µm Breite nicht toleriert werden können. Diese Unterätzungen entstehen dadurch, daß die zur Ät zung der zweiten, dritten oder vierten Schicht verwende ten Ätzmischungen, auch die bereits durchätzten Schich ten angreifen und somit den geätzten Graben unterhalb der Lackschicht in unerwünschter Weise verbreitern. Je dicker die zu durchätzende Metallschicht ist, desto stärker kann der Effekt der Unterätzung in Erscheinung treten.The power semiconductor components that can be switched off required structuring of the connection contacts can using a varnish layer as an etching mask be put. However, the wet chemical occurs Structuring a multilayer metallization system stems of the specified relatively thick layers the pro Blem up that there are so-called undercuts, the in the production of fine structures e.g. of contact strips with a width of 50 µm cannot be tolerated. These undercuts result from the fact that the use the second, third or fourth layer etching mixtures, including the layers that have already been etched through attack and thus the etched trench below widen the paint layer in an undesirable manner. Each the thicker the metal layer to be etched through, the more the effect of the undercut can be more pronounced to step.
Aus Landolt-Börnstein, Zahlenwerte und Funktionen aus Naturwissenschaften und Technik, Band 17, Teilband c, Seiten 295 bis 298, Springer-Verlag Berlin, Heidelberg, New York, Tokio, 1984 sind mehrere Ätzmischungen be kannt, auch für das Ätzen der Metalle Aluminium, Titan, Nickel und Silber als Einzelkomponenten. Versuche haben gezeigt, daß es bei der Anwendung zur Ätzung der oben angegebenen relativ dicken Mehrschicht-Metallisierung zu einer unzulässig starken Unterätzung kommt.From Landolt-Börnstein, numerical values and functions from natural sciences and technology, volume 17 , sub-volume c, pages 295 to 298, Springer-Verlag Berlin, Heidelberg, New York, Tokyo, 1984, several etching mixtures are known, also for the etching of the metals aluminum , Titanium, nickel and silver as individual components. Experiments have shown that the use for etching the relatively thick multilayer metallization specified above leads to an inadmissibly strong undercut.
Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrun de, ein Ätzverfahren anzugeben, das für eine Mehr schicht-Metallisierung der beschriebenen Art besser ge eignet ist.Proceeding from this, the invention is based on the object de to specify an etching process that is suitable for a more layer metallization of the type described better ge is suitable.
Diese Aufgabe wird bei einem Ätzverfahren nach dem Ober begriff des Anspruchs 1 durch die im Kennzeichen angege benen Verfahrensschritte gelöst. Eine zweite Verfahrens variante ist im nebengeordneten Anspruch 2 angegeben.This task is carried out in an etching process according to the Ober Concept of claim 1 indicated in the indicator resolved process steps. A second procedure variant is specified in the independent claim 2.
Die im Anspruch 1 angegebene Verfahrensvariante führt zu vorteilhaft geringer Unterätzung und erlaubt deshalb Strukturbreiten bis minimal 50 µm bei einer Gesamt schichtdicke von ca. 5 µm. Bei der zweiten Verfahrensva riante wird die dritte und vierte Metallschicht mit ei ner einzigen Ätzmischung durchätzt, weshalb vorteilhaft nur zwei Ätzprozesse nötig sind, wobei etwas mehr Unter ätzung auftritt, als bei der ersten Verfahrensvariante. Bei beiden Verfahrensvarianten werden vorteilhaft Ätzmi schungen verwendet, die wirksam die zu ätzende Schicht ätzen, jedoch darüberliegende andere Schichten kaum an greifen.The method variant specified in claim 1 leads to advantageously less undercut and therefore allows Structure widths down to a minimum of 50 µm for a total layer thickness of approx. 5 µm. In the second procedural va riante becomes the third and fourth metal layer with egg etched through a single etching mixture, which is why advantageous only two etching processes are needed, with a little more sub etching occurs than in the first method variant. In both process variants, Ätzmi are advantageous uses effectively the layer to be etched etch, but hardly overlayer other layers to grab.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungs beispiels näher erläutert.The invention is based on an embodiment example explained in more detail.
Auf einer Silizium-Halbleiterscheibe wird nacheinander eine Aluminiumschicht mit 70 bis 200 nm Dicke, eine Ti tanschicht mit 200 nm Dicke, eine Nickelschicht mit 500 nm Dicke und eine Silberschicht mit 4000 nm Dicke ganz flächig aufgebracht. Diese mehrschichtige Metallisierung soll naßchemisch strukturiert werden, wozu eine Ätzung der Schichten in umgekehrter Reihenfolge erforderlich ist.On a silicon wafer, one after the other an aluminum layer with a thickness of 70 to 200 nm, a Ti Tan layer with a thickness of 200 nm, a nickel layer with 500 nm thickness and a silver layer with 4000 nm thickness entirely applied extensively. This multilayer metallization should be structured wet-chemically, for which purpose an etching layers in reverse order required is.
Zur Herstellung einer Ätzmaske wird auf die Silber schicht ein Positiv-Lack, z.B. AZ 1350 J-SF von Fa. Kal le, Wiesbaden, aufgebracht, belichtet, entwickelt und getrocknet. Nach einer ersten Verfahrensvariante wird in einem ersten Ätzprozeß zur Ätzung der Ag- und Ni-Schicht eine 20%-ige Salpetersäure HNO3 benutzt, wobei bei ca. 50°C geätzt wird. Danach wird in deionisiertem Wasser gespült. Es schließt sich ein zweiter Ätzprozeß an zur Ätzung der Ti-Schicht, wobei eine 0,25%-ige Flußsäure HF bei Raumtemperatur benutzt wird. Auch danach wird in deionisiertem Wasser gespült. Schließlich wird in einem dritten Ätzprozeß die Al-Schicht geätzt, wobei bei ca. 50°C eine Ätzmischung Wasser H2O: Phosphorsäure H3PO4 (85%): Salpetersäure HNO₃ (65%) mit Mischungsverhältnis 150:100:1 benutzt wird und wieder in deionisiertem Was ser gespült wird.To produce an etching mask, a positive lacquer, for example AZ 1350 J-SF from Kalle, Wiesbaden, is applied, exposed, developed and dried on the silver layer. According to a first method variant, a 20% nitric acid HNO 3 is used in a first etching process to etch the Ag and Ni layers, etching at approximately 50 ° C. Then it is rinsed in deionized water. This is followed by a second etching process for etching the Ti layer, using a 0.25% hydrofluoric acid HF at room temperature. Rinsing in deionized water continues afterwards. Finally, the Al layer is etched in a third etching process, using an etching mixture of water H 2 O: phosphoric acid H 3 PO 4 (85%): nitric acid HNO 3 (65%) at a mixing ratio of 150: 100: 1 at approx. 50 ° C and rinsed again in deionized water.
Die Ätzzeiten sind von den jeweiligen Dicken der Metall schichten abhängig. Für die zuvor genannten Schichtdic ken im Ausführungsbeispiel ergeben sich etwa nachstehen de Ätzzeiten: erster Ätzprozeß: 2,5 min, zweiter Ätzpro zeß: 1 min, dritter Ätzprozeß: 0,5 min.The etching times depend on the thickness of the metal layers depending. For the aforementioned shift dic ken in the exemplary embodiment are about below de Etching times: first etching process: 2.5 min, second etching pro zeß: 1 min, third etching process: 0.5 min.
Nach dem letzten Ätzprozeß wird die Ätzmaske in Aceton aufgelöst, dann wird die Halbleiterscheibe in deioni siertem Wasser gespült und getrocknet. Abschließend wird die so hergestellte Kontaktstruktur auf der Halbleiter scheibe noch einem Temperprozeß (470°C, 30 min, in vac.) unterzogen.After the last etching process, the etching mask is made in acetone resolved, then the semiconductor wafer in deioni rinsed water and dried. In conclusion the contact structure thus produced on the semiconductor slice another tempering process (470 ° C, 30 min, in vac.) subjected.
Bei der zweiten Verfahrensvariante wird der erste Ätz schritt zur Ätzung der Silber- und Nickel-Schicht in gleicher Weise durchgeführt wie bei der ersten Variante beschrieben. Daran schließt sich ein zweiter Ätzprozeß zur Ätzung der Titan- und Aluminium-Schicht an, wobei eine Ätzmischung H2O:HF (50%): HNO3 (65%) mit Mi schungsverhältnis 100:1:1 bei Raumtemperatur verwendet wird und anschließend in deionisiertem Wasser gespült wird. Auch hierbei richtet sich die Ätzdauer jeweils nach der Metallschichtdicke. Für das genannte Beispiel können etwa 2,5 min für den ersten Ätzprozeß und etwa 1 min für den zweiten Ätzprozeß angegeben werden.In the second method variant, the first etching step for etching the silver and nickel layer is carried out in the same way as described for the first variant. This is followed by a second etching process for etching the titanium and aluminum layer, an etching mixture H 2 O: HF (50%): HNO 3 (65%) with a mixing ratio of 100: 1: 1 being used at room temperature and then is rinsed in deionized water. Here too, the etching time depends on the metal layer thickness. For the example mentioned, approximately 2.5 minutes can be specified for the first etching process and approximately 1 minute for the second etching process.
Claims (7)
- - Ätzen der Ag- und Ni-Schicht mit 10 bis 30%-iger Salpetersäure bei etwa 40 bis 60°C, Spülen in dei onisiertem Wasser,
- - Ätzen der Ti-Schicht mit 0,1 bis 1%-iger Flußsäure bei Raumtemperatur, Spülen in deionisiertem Wasser und
- - Ätzen der Al-Schicht mit einer Ätzmischung aus Was ser, 85%-iger Phosphorsäure und 65%-iger Salpeter säure bei ca. 50°C, Spülen in deionisiertem Wasser, wobei die Ätzdauer jeweils in Abhängigkeit von der Dicke der einzelnen Metallschichten gewählt wird.
- Etching the Ag and Ni layer with 10 to 30% nitric acid at about 40 to 60 ° C., rinsing in deionized water,
- - Etching the Ti layer with 0.1 to 1% hydrofluoric acid at room temperature, rinsing in deionized water and
- - Etching the Al layer with an etching mixture of water, 85% phosphoric acid and 65% nitric acid at approx. 50 ° C, rinsing in deionized water, the etching time being selected depending on the thickness of the individual metal layers becomes.
- - Ätzen der Ag- und Ni-Schicht mit 10 bis 30%-iger Salpetersäure bei etwa 40 bis 60°C, Spülen in deionisiertem Wasser und
- - Ätzen der Ti- und Al-Schicht mit einer Ätzmischung aus Wasser, 50%-iger Flußsäure und 65%-iger Salpe tersäure bei Raumtemperatur und anschließendem Spü len in deionisiertem Wasser, wobei die Ätzdauer jeweils in Abhängigkeit von der Schichtdicke der einzelnen Metallschichten gewählt wird.
- - Etching the Ag and Ni layer with 10 to 30% nitric acid at about 40 to 60 ° C, rinsing in deionized water and
- - Etching the Ti and Al layer with an etching mixture of water, 50% hydrofluoric acid and 65% nitric acid at room temperature and subsequent rinsing in deionized water, the etching time being chosen depending on the layer thickness of the individual metal layers becomes.
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