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DE2012063A1 - Verfahren zum Herstellen von aus Alu minium Legierungen bestehenden Kontakt metallschichten an Halbleiterbauelementen - Google Patents

Verfahren zum Herstellen von aus Alu minium Legierungen bestehenden Kontakt metallschichten an Halbleiterbauelementen

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DE2012063A1
DE2012063A1 DE19702012063 DE2012063A DE2012063A1 DE 2012063 A1 DE2012063 A1 DE 2012063A1 DE 19702012063 DE19702012063 DE 19702012063 DE 2012063 A DE2012063 A DE 2012063A DE 2012063 A1 DE2012063 A1 DE 2012063A1
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Germany
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metal
layer
lacquer
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semiconductor
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DE19702012063
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Heinrich Dipl Chem Dr 8000 München Sohlbrand
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Siemens AG
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Siemens AG
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Publication date
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Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT · München, den ^ 3- '" ' '
70/1049
Verfahren zum Hersteilen von aus Aluminium-Legierungen bestehenden Kontaktmetallschichten an Halbleiterbauelementen - .
Zusatz zu: Patent (P 1.963-3*14.4; VPA 69/3147)
Das Hauptpatent (P 1.963.5H.4; VPA 69/3147)
betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer gut haftenden kontaktierbaren Metallisierung auf Oberflächen von elektrischen Bauelementen, insbesondere von Siliciura-Planarhalbleiterbauelementen, bei dem auf die zu metallisierende Oberfläche eine das Metall enthaltende Lösung oder Suspension in flüssiger Form aufgebracht, die Flüssigkeit verdampft und die zurückbleibende, die Metallverbindung enthaltende Schicht durch Erhitzen in eine reine Metallschicht übergeführt und anschließend in die Halbleiteroberfläche eingesintert oder ·■ einlegiert wird.
Bei der Systemherstellung von elektrischen Bauelementen, insbesondere von Mikrohalbleiterbauelementen, die nach der Planar- oder Mesatechnik gefertigt sind, ist einer der letzten Yerfah-"reiisschritte das definierte Aufbringen von Emitter- bzw. Basiskontakien oder -!©itbahnen. Diea geschieht in der Weise, daß eine Scheibe aus Halbleitermaterial» beispielsweise eine SiIiciumeinkristallseiaeibes» welche mit einer fielzahl von Bauelementsystemen versehen und nach Fertigstellung äer Sjstem® ssrteilt wird? mater Ysn-jenduag eatspreekesdaT Masken Q<ä©s? mit ä®m gewinaohton Metalls "beispielsweise
- Platins
ORfQfNAL INSPECTED
V/enn, bedingt durch die Kleinheit der Geometrien, ein Bedampfen durch Masken nicht mehr möglich ist, wird die Metallschicht ganzflächig aufgebracht und anschließend nach Abdeckung mit einem entsprechenden Fotolack und Abbildung der gewünschten Struktur durch Belichtung und Entwicklung des Fotolacks die Metallschicht an den unerwünschten Stellen des Halbleitersystems wieder abgelöst. Außer der Metallbedampfung ist es auch möglich, die Metallisierung einer Halbleiteroberfläche durch Kathodenzerstäubung (sputtern) oder aus einer galvanischen Lösung aufzubringen. Diese Verfahren erfordern einen erheblichen apparativen Aufwand und haben zudem noch den Nachteil, daß die durch sie erzeugten Metallisierungen bezüglich ihrea Haftvermögens und ihrer Schichtdicke auf der Halbleiteroberfläche nicht immer optimal sind und daher die Kontaktierbarkeit erschweren. Dies führt zu mechanischen und elektrischen Ausfällen bei den so gefertigten Halbleiterbauelementen.
Die vorliegende Erfindung dient zur Lösung der Aufgabe, die Haftfestigkeit und damit die Kontaktierbarkeit von aus Alumi^ niumlegierungen bestehenden Metallisierungen auf Halbleiteroberflächen su verbessern und dabei gleichzeitig ein Verfahren anzugebens welches rationell und ohne großen apparativen Aufwand arbeitet.
Dabei wird gemäß der Lehre der Erfindung sum Herstellen einer aus einer Legierung vdii Aliiinirdüa mit Silber oder Titan bestehenden Metaliisip.rucg eins Lösung der entsprechenden Metall-Alanat-Verbindtmg ic einem organ tischen Lack gelöst aufgebracht, welche durch, therrslö^he Zerst^ung is Sauerstoff- υηά Argonatmosphärs bei Tsmper&t^.ren PAwlavhon 200 und 300° C in di© reine Met.R"ae^i^rungfschir'::- ■ -'iberg'^.ruh.r*- unc in die Halbleitero"ber-
'''■c ' ■:■;<:; . ."",-. r: . . ";../*;,. . -."..' . e.oi: öe^ttg ^■■ 1V-1." ioto&en--
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ORfQINAL INSPECTED
verwenden. Durch die Verwendung von organischen lacken können nämlich besonders gleichmäßige Beschichtungsdicken über die ganze zu beschichtende Halbleiteroberfläche erreicht werden, die dann zu entsprechend gleichmäßigen Metallsehicliten führen. Bei Verwendung von Fotolacken lassen sich durch die bekannten Verfahrensschritte der Fototechnik mit nachfolgendem Erhitzen sehr fein detaillierte Metallstrukturen bis herunter zu Breiten von einigen 1/1ΌΟΟ mm erzeugen.·
Das Verfahren nach der Lehre der Erfindung läßt sich in.be-.sonders vorteilhafter Weise verwenden zur Herstellung von titan- oder silberhaltigen Aluminiumkontakten auf freien und mit Maskierungs- oder Schutzschichten (SiOp, AIpO*.,-SiJU/) bedeckten Haibleiterkristalloberflachen. Es ist auch in Gegenwart von Fotolackabdeckungen anwendbar. Die nach diesem Verfahren hergestellten Aluminiumlegierungsschiehten sind wegen der Gleichmäßigkeit der Ausbildung in der Schichtdicke und wegen ihres guten elektrischen Leitvermögens besonders gut geeignet zur Herstellung von Halbleiterbauelementen, insbesondere in der Planartechnik.
Zur ^weiteren Erläuterung der Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels wird nunmehr auf die Figuren 1-3 Bezug genommen. Dabei ist in Fig. 1 die Belegung des Harbleitersubstrats mit der die Metallverbindung enthaltenden organischen Lacklösung dargestellt,
Fig. 2 zeigt die Anordnung nach erfolgter Fototechnik, Fig. 3 zeigt die Anordnung nach erfolgter Thermolyse.
Auf einer aus einem Siliciumhalbleiterkörper bestehenden Substratkristallscheibe 1 wird, wie in Fig. 1 dargestellt ist, zur Erzeugung einer silberhaltigen Aluminiumschicht ein Nitrocellulose-Äther-Butylacetat-Lack, welcher Silber-Alanat Ag (AlH^) in einer Konzentration von 5 - 10 ^ gelöst enthält, aufgesprüht und auf einer zentrischen Schleuder abgeschleudert (15 Sek. bei 2000 UpM). Dabei entsteht der mit 2 bezeichnete Lackfilm in einer Schichtstärke von ungefähr 5/um. Nach
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dem Tempern des Lackfilms bei 100° C während maximal 5 Minuten erfolgt in einem zusätzlichen Verfahrensschritt der Fotoätztechnik die Freilegung der Substratoberfläche im Bereich 3» wie in Fig. 2 dargestellt ist. Dabei wird beim Entwickeln des Fotolacks auch die darunterliegende Metallackschicht mitentfernt. Dieser Verfahrensschritt vereinfacht sich, wenn an Stelle des Nitrocelluloselacks gleich ein fotosensitiver Lack unter Ausschluß von Tageslicht aufgebracht wird. Die Thermolyse oder thermische Zersetzung der silberhaltigen Aluminiumlackschicht wird bei 200 - 300° C in Sauerstoff und Argon enthaltender Atmosphäre vorgenommen und dauert etwa 3-10 Minuten. Auf dem Siliciumsubstrat 1 entsteht dann die in Fig. 3 mit dem Bezugszeichen 4 bezeichnete silberhaltige Aluminiumschicht. In analoger Weise kann bei Verwendung von Titan-Alanat Ti (AlH,). eine Titan-Aluminium-Legierung erzeugt werden.
.Das Einsintern oder Einlegieren der Aluminiumlegierungsschichten in den Halbleiterkörper erfolgt in den bekannten Rohr- oder Durchlaufofen bei Temperaturen von <* 500° C.
Durch das Verfahren nach der Lehre der Erfindung können reproduzierbare Legierungen in Schichtstärken, z.B. für Leitbahnen oder für beam-lead-Technik, zwischen 400 und 2000 S. erzielt werden.
7 Patentansprüche, 3 Figuren.
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1 0 9 8 U Ü / U b 1

Claims (10)

Patentansprüche;
1. Verfahren zum Herstellen einer gut haftenden kontaktierbaren Metallisierung auf Oberflächen von elektrischen Bauelementen, insbesondere von Silicium-Planarhalbleiterbau-
. elementen, bei dem auf die zu metallisierenden Oberflächen eine das Metall enthaltende Lösung oder Suspension in flüssiger Form aufgebracht, die Flüssigkeit verdampft und die zurückbleibende, die Metallverbindung enthaltende Schicht durch Erhitzen in die reine Metallschicht übergeführt und anschließend in die Halbleiteroberfläche eingesintert oder
einlegiert wird, nach Patent (P 1.963.514.4;
VPA 69/3147)* da durch gekennzeichnet, daß zur Herstellung einer aus einer Legierung von Aluminium mit Silber oder Titan bestehenden Metallisierung eine Lösung der entsprechenden Metall-Alanat-Verbindung (Metall(AlH,)) in einem organischen Lack gelöst aufgebracht wird, welche durch thermische Zersetzung in Säuerstoff-Argon-Atmosphäre bei Temperaturen zwischen 200 und 300° C in die reine Metalllegierungsschicht übergeführt und in die Halbleiteroberfläche einlegiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet , daß als Lack ein fotosensitiver Lack verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- -,zeichnet , daß als Lack eine in einem Butylacetat-Äther-Gemisch gelöste Nitrocellulose verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallverbindung in Nitrocelluloselack gelöst aufgebracht und anschließend dieser Lackfilm zur Abbildung einer gewünschten Geometrie mit einer Fötolack-Bchicht belegt wird.
VPA 9/493/1032 - 6 -
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5. Verfahren nach Anspruch 1-4, dadurch gekenn zeichnet , daß die Konzentration der Metallverbindung im organischen Lack auf 5 — 10 96 eingestellt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1-5» dadurch gekenn zeichnet , daß der metallhaltige Lack in einer Schichtstärke von ca. 5 /um aufgebracht wird.
7".
Halbleiterbauelement, insbesondere Silicium-Planartransistor oder integrierte Schaltungen, hergestellt nach einem Verfahren nach Anspruch 1-6.
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1098A0/U51
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