DE3806287A1 - Aetzverfahren zur strukturierung einer mehrschicht-metallisierung - Google Patents
Aetzverfahren zur strukturierung einer mehrschicht-metallisierungInfo
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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.
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.
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.
Von einer Einlagen-Metallisierung spricht man, wenn eine
ein- oder mehrschichtige Metallisierung nur in einer
Lage auf dem Halbleiterbauelement vorgesehen ist.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungs
beispiels näher erläutert.
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.
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.
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.
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.
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.
Claims (7)
1. Ätzverfahren zur Strukturierung einer mehr
schichtigen Einlagen-Metallisierung auf der Oberfläche
von Halbleiterbauelementen, wobei die Metallisierung aus
einer auf das Halbleiterbauelement aufgebrachten Schich
tenfolge Al, Ti, Ni und Ag besteht, auf die zur Herstel
lung einer Ätzmaske Positiv-Photolack aufgebracht, be
lichtet, entwickelt und getrocknet wird, gekennzeichnet
durch die Verfahrensschritte:
- - 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.
2. Ätzverfahren zur Strukturierung einer mehr
schichtigen Einlagen-Metallisierung auf der Oberfläche
von Halbleiterbauelementen, wobei die Metallisierung aus
einer auf das Halbleiterbauelement aufgebrachten Schich
tenfolge Al, Ti, Ni und Ag besteht, auf die zur Herstel
lung einer Ätzmaske Positiv-Photolack aufgebracht, be
lichtet, entwickelt und getrocknet wird, gekennzeichnet
durch die Verfahrensschritte:.
- - 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.
3. Ätzverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß im ersten Ätzschritt eine 20%-ige
Salpetersäure verwendet wird.
4. Ätzverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß der erste Ätzschritt bei
50°C durchgeführt wird.
5. Ätzverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß der zweite Ätzschritt mit 0,25%-iger Fluß
säure durchgeführt wird.
6. Ätzverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß im dritten Ätzschritt die Ätzmischung Was
ser: 85%-iger Phosphorsäure: 65%-iger Salpetersäure etwa
im Mischungsverhältnis 150:100:1 verwendet wird.
7. Ätzverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß im zweiten Ätzschritt die Ätzmischung Was
ser: 50%-ige Flußsäure: 65%-ige Salpetersäure etwa im
Mischungsverhältnis 100:1:1 verwendet wird.
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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