DE1614995C - Verfahren zum Herstellen von Aluminiumkontakten an planaren Halbleiteranordnungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Aluminiumkontakten an planaren Halbleiteranordnungen durch elektrolytisches Ätzen, bei dem die auf der einen Seite mit einer Aluminiumschicht versehene und im gewünschten Kontaktierungsmuster maskierte Halbleiteranordnung zusammen mit einem als Kathode dienenden geeigneten Metallstab in ein Elektrolysebad eingetaucht wird.

Die Aufbau- und Herstellungstechniken planarer Halbleiteranordnungen unter Verwendung von Diffusion und Oxidmaskierung sind wohlbekannt. Bei einem bekannten Herstellungsverfahren von planaren Halbleiteranordnungen (französische Patentschrift 1380 991) wird auf einer Seite einer Halbleiterscheibe eine Aluminiumschicht niedergeschlagen. Die für die Kontaktierung vorgesehenen Teile der Aluminiumschicht werden mit einer geeigneten Maske abgedeckt und die übrigen Teile der Aluminiumschicht in einem alkalischen Elektrolysebad weggeätzt.

Es ist ferner bekannt (deutsche Patentschrift 1 015 541), die bei dem Kontaktieren auftretenden Verunreinigungen der Halbleiterelemente durch Ätzen zu beseitigen, wobei das Elektrodenmaterial an seiner freien Oberfläche gegen die Einwirkung des Ätzmittels unempfindlich gemacht wird durch Behandlung mit einer stark oxydierenden Mineralsäure. Da ein solches Verfahren jedoch aufwendig ist, ist es günstiger, bei der Kontaktierung die Verwendung von Reagenzien zu vermeiden, die die Halbleiteranordnung verunreinigen oder schädliche Rückstände hinterlassen, die die elektrischen Eigenschaften während des Betriebs der Halbleiteranordnung verschlechtern. So ist es bekannt, natriumhaltige Verbindungen, wie Natriumhydroxid, als Ätzmittel zu vermeiden, da elementares Natrium unerwünschte leitende Kanäle auf Halbleiter-Oberflächen bildet, sogar unterhalb bestimmter Schutzüberzüge.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren der genannten Art anzugeben, bei dem Verunreinigungen der Halbleiteranordnung während des Kontaktierens vermieden werden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Elektrolyt eine wäßrige Lösung eines Tetraalkylammoniumhydroxids von der allgemeinen Formel R₁₁N (OH) ist, wobei R ein Radikal aus der Reihe Methyl, Äthyl, Propyl und Butyl oder eine beliebige Kombination der vorstehenden Radikale bezeichnet.

In Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, zur Steuerung des Ätzvorganges auf der Oberfläche der Halbleiteranordnung zunächst eine Titanschicht niederzuschlagen, auf die dann die Aluminiumschicht aufgebracht wird.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Titanschicht eine Dicke von 200 AE und die Aluminiumschicht eine Dicke von 2000 bis 40000 AE auf. In vorteilhafter Weise besitzt die Aluminiumschicht eine Dicke von etwa 20000 bis 40000 AE, wobei mit Hilfe des über der Halbleiteranordnung und der Kathode liegenden Spannungsgefälles die Stromstärke derart eingestellt wird, daß die Dicke der Aluminiiimschicht mit der Geschwindigkeit von etwa 10000 AF. pro Minute abgetragen wird.

In zweckmäßiger Weise wird ein Strom von etwa 20OmA während einer Zeitdauer von 3 bis 5 Minuten aufrechterhalten.

Bei einer speziellen Ausführungsform der Erfindung wird ein Körper aus Silicium als Halbleitermaterial in dem Stadium behandelt, wo er eine Mehrzahl von Diffusions-Übergängen mit einer Oxidmaske auf der diffundierten Oberfläche enthält, die das Gebiet der Metall-Halbleiter-Kontakte umgrenzt. Auf dieser maskierten Oberfläche wird zuerst eine dünne Schicht aus Titan gemäß der Lehre des USA.-Patents 3106 489 niedergeschlagen. Als nächstes wird eine dickere Schicht aus Aluminium auf dem Titan aufgebracht und auf der Aluminiumfläche eine Maske gebildet, um die endgültige Gestalt der elekrischen Kontakte zu den Diffusionszonen zu umgrenzen. Die Maske wird ausgerichtet, so daß sie genau den darunterliegenden Kontaktflächen entspricht.

Der Körper aus Halbleitermaterial wird dann in die Lösung eines Elektrolyten getaucht und die aufgebrachten Metallschichten als Anode geschaltet. Es·. ist wichtig, daß man in diesem Stadium einen Elektrolyten verwendet, der keine schädlichen Wirkungen auf das Halbleiterelement hat, während er gleichzeitig eine wirksame Entfernung des unmaskierten Metalls von der Scheibenoberfläche bewirkt. Gemäß Erfindung gewährt ein Elektrolyt aus der Klasse der Tetraalkylammoniumhydroxide eine ausgezeichnete Ätzgeschwindigkeit bei scharf umgrenzten Kanten und ohne offenbare schädliche Effekte. Insbesondere hinterlassen diese Elektrolyte keinen schädlichen Rückstand, der schließlich die Eigenschaften des Geräts verschlechtert.

Bei dieser speziellen Ausführungsform unter Verwendung einer Aluminiumschicht über einer Titanschicht wird die dicke Aluminiumschicht durch Elektroätzung in einem Verfahren entfernt, das sich selbst begrenzt, insofern, als die Elektroätzung das darunterliegende Titan praktisch nicht angreift. Demzufolge bleibt das Titan eine wirksame Elektrode, bis alles unmaskierte Aluminium entfernt ist. Der nachfolgende Arbeitsgang der Entfernung des darunterliegenden unmaskierten Titans ist ein einfacher durchlaufender chemischer Ätzvorgang.

Ein klareres Verständnis der Erfindung, ihrer Ziele und Merkmale ergibt sich aus der nachfolgenden, ins einzelne gehenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung, die die aufeinanderfolgenden Arbeitsgänge bei der Herstellung planarer Halbleiterkontakte gemäß vorliegender Erfindung zeigt.

In der Zeichnung wird ein Transistorelement 10 aus Silicium in pnp-Form im Querschnitt gezeigt. Es versteht sich, daß die zu beschreibenden Fabrikationsstufen allgemein an einer ganzen Scheibe Halbleitermaterial aus Silicium durchgeführt werden, die mehrere hundert solcher Transistorelemente enthält. Der einfacheren Erklärung halber wird indessen nur ein einzelnes Element, wie es nach der Trennung von der Scheibe anfällt, gezeigt. Das Element 10 wird in jenem Herstellungsstadium gezeigt, bei dem sich die die Kontaktflächen begrenzende Oxidmaske 16 an Ort und Stelle befindet und aufeinanderfolgende Metallschichten darauf niedergeschlagen sind. Im einzelnen werden Kontakte durch die Oxidschicht 16 hindurch an der diffundierten Emitterzone vom p-Typ in der Fläche 21 und in gleicher Weise an der diffundierten Basiszone vom η-Typ in der Fläche 22 angelegt, die in diesem Fall ringförmig ist. Ein Kontakt wird auch an die Kollektorzone an der oberen Fläche des Elements bei 23 angelegt. Die erste Metallschicht 17 besteht aus einem Titanfilm mit einer Dicke von etwa 200 AE. Auf dieser Schicht 17 wird

eine zweite Metallschicht 18 aus Aluminium mit einer Dicke von 20 000 bis 40 000 AE niedergeschlagen.

Danach wird eine Photoätzmaske in exakter Ausrichtung mit den Kontaktflächen zu den verschiedenen Zonen des Elements hergestellt. Die Technik zur Herstellung solcher Masken unter Verwendung von Photolackschichten ist dem Fachmann wohlbekannt; ein Beispiel findet sich im USA.-Patent 3122 817.

Als nächster Schritt wird, wie im Feld 11 angedeutet, die Scheibe in einen Elektrolyten eingetaucht, in spezieller Form eine 2prozentige wäßrige Lösung von Tetramethylammoniumhydroxid bei 25° C. Typischerweise wird die Scheibe in der Lösung unter Verwendung von Metallpinzetten aufgehängt, die einen filektrodenanschluß bilden. Eine geeignete Kathode für das elektrolytische Verfahren ist ein kleiner Stab aus Molybdän, der etwa 25 mm von der Aluminium-Oberfläche der Scheibe angebracht ist. Nach Stromdurchlaß durch die Lösung während einiger Minuten zeigt die visuelle Beobachtung an, daß die Entfernung der Aluminiumschicht, die nicht von der Photoätzmaske bedeckt ist, vollendet ist. Eine typische Ätzgeschwindigkeit bei einem Strom von 20OmA ist etwa 10000 AE je Minute. Daher ist für einen Transistor mit einer Aluminiumschicht von etwa 40000 AE Dicke eine Ätzperiode von 4 bis 5 Minuten wirksam.

Im speziellen liefert dieser Elektroätzvorgang relativ scharf begrenzte Kanten ohne Unterschneidüngen der Photoätzmaske. Solche Unterschneidungen sind aus naheliegenden Gründen unerwünscht, denn die Metall kontaktelektroden sollen die Vorsprünge der pn-Übergänge gemäß der Lehre des französischen Patents 1417 621 überlappen. Das Verfahren ist für alle praktischen' Dicken der Aluminiumschicht brauchbar, insbesondere für Schichtdicken von 2000 bis etwa 40000 AE. Außerdem ist, wie oben angegeben, der hier mitgeteilte Elektrolyt frei von schädlichem Natrium, obwohl er von gleicher Wirksamkeit wie das zuvor für diese Behandlung verwendete Natriumhydroxid ist. Dies elektrolytische Verfahren erscheint auch im Vergleich zu Säureätzungen vorteilhaft, die im allgemeinen längere Zeitabschnitte erfordern, wobei die Ätzmasken unscharf werden.

Das Halbleiterbauelement 12 wird nach Vollendung des elektrolytischen Ätzvorgangs gezeigt, wobei die Aluminiumschicht auf die Abschnitte begrenzt ist, die von der Photolackschicht 19 maskiert sind. Der nächste, durch Feld 13 angedeutete Arbeitsvorgang ist eine chemische Ätzung, wobei die Scheibe in eine Lösung aus verdünnter Schwefelsäure und Fluorwasserstoffsäure eingetaucht wird. Diese Behandlung entfernt in wirksamer Weise die unmaskierte darunterliegende dünne Titanschicht und hinterläßt scharf begrenzte Kontakte, wie Halbleiterelement 14 zeigt. Die weitere Herstellung der Halbleiteranordnung umfaßt die Entfernung der Photolackmaske, die Teilung der Scheibe in Einzelelemente, geeignete Montage, Anbringen äußerer Zuleitungen und Verkapselung der einzelnen Transistorelemente.

Damit ist ein vorteilhaftes elektrolytisches Ätzverfahren zur bequemen Herstellung von Aluminiumkontakten auf Silicium-Halbleiteranordnungen dargelegt worden.

Obwohl die Verwendung von Tetramethylammoniumhydroxid eine bevorzugte Ausführungsform darstellt, kann doch die Erfindung mit irgendeiner Verbindung aus der Klasse der Tetraalkylammoniumhydroxide ausgeübt werden, die durch die allgemeine Formel R₄N⁺(OH)" wiedergegeben werden, worin R eines der Radikale aus der Reihe Äthyl, Methyl, Propyl, Butyl und deren Kombinationen darstellt. Die Lösung des Hydroxids soll das Charakteristikum einer starken Base haben, um das Ausfallen gelösten Aluminiums zu vermeiden, eine gute elektrische Leitfähigkeit und keine schädlichen Rückstände hinterlassen.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von Aluminiumkontakten an planaren Halbleiteranordnungen durch elektrolytisches Ätzen, bei dem die auf der einen Seite mit einer Aluminiumschicht versehene und im gewünschten Kontaktierungsmuster maskierte Halbleiteranordnung zusammen mit einem als Kathode dienenden geeigneten Metallstab in ein Elektrolysebad eingetaucht wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt eine wäßrige Lösung eines Tetraalkylammoniumhydroxids von der allgemeinen Formel R₄N (OH) ist, wobei R ein Radikal aus der Reihe Methyl, Äthyl, Propyl und Butyl oder eine beliebige Kombination der vorstehenden Radikale bezeichnet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung des Ätzvorganges auf der Oberfläche der Halbleiteranordnung zunächst eine Titanschicht niedergeschlagen wird, auf die dann die Aluminiumschicht aufgebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Titanschicht eine Dicke von 200 AE und die Aluminiumschicht eine Dicke von 2000 bis 40000 AE aufweist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminiumschicht eine Dicke von etwa 20000 bis 40000 AE besitzt und daß mit Hilfe des über der Halbleiteranordnung und der Kathode liegenden Spannungsgefälles die Stromstärke derart eingestellt wird, daß die Dicke der Aluminiumschicht mit einer Geschwindigkeit von etwa 10 000 AE pro Minute abgetragen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Strom von etwa 200 mA während einer Zeitdauer von 3 bis 5 Minuten aufrechterhalten wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen