DE2550512A1

DE2550512A1 - Verfahren zur herstellung einer metallisierung auf einem substrat

Info

Publication number: DE2550512A1
Application number: DE19752550512
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl Phys Dr Schaal
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1975-11-11
Filing date: 1975-11-11
Publication date: 1977-05-12
Also published as: GB1537298A; FR2331885B1; JPS6040185B2; US4132813A; JPS5260583A; NL7612483A; FR2331885A1

Description

R. 2968
30.10.1975 Pb/Sm

Anlage zur
Patentanmeldung

ROBERT BOSCH GMBH₅ Stuttgart

Verfahren zur Herstellung einer Metallisierung auf einem Substrat

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer lötfähigen Metallisierung mit hoher elektrischer Querleitfähigkeit auf einem Substrat, bei dem auf das Substrat eine Aluminiumschicht, die die gewünschte Querleitfähigkeit besitzt, und auf diese eine vergleichsweise- dünne Nickelschicht aufgebracht wird und bei dem anschließend ein Temperprozeß in einer nicht oxidierenden Atmosphäre unterhalb einer Temperatur durchgeführt wird, bei der an der Grenze zwischen dem Substrat und dem darauf aufgebrachten Aluminium eine flüssige Phase entsteht.

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Aus der deutschen Auslegeschrift 2 143 906 ist bereits ein Verfahren dieser Art bekannt, bei dem beim Temperprozeß aus der Aluminiumschicht und der Niekelschicht eine einzige, aus Aluminium und Nickel bestehende Schicht gebildet wird, die nicht lötfähig ist, so daß auf diese Schicht anschließend noch eine zweite Niekelschicht stromlos aufgebracht werden muß, um die Metallisierung lotfähig zu machen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein vereinfachtes Verfahren der eingangs genannten Art zu entwickeln,.bei dem auf das Aufbringen der zweiten Niekelschicht verzichtet werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Dicke der auf die Aluminiumschicht aufgebrachten Niekelschicht, die Tempertemperatur und die Temperzeit so aufeinander abgestimmt werden, daß einerseits ein ausreichender Kontakt der aus diesen beiden Schichten bestehenden Metallisierung auf dem Substrat erzielt wird und andererseits die Lötfähigkeit dieser Metallisierung erhalten bleibt. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung beträgt die Dicke der Nickelsehicht 0,6 bis 1,0 Jüm, die Tempertemperatur 400 bis 480° C,. vorzugsweise 475° C, und die Temperzeit 10 bis 20 Minuten, vorzugsweise 15 Minuten. Die Dicke der Aluminiumschicht kann dabei 3 bis 10 tun betragen.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Äusführungsbeispieles wird die Erfindung näher erläutert. Die Figuren 1 bis 4 zeigen einen in Planartechnik ausgeführten, monolithischen Darlingtonverstärker im Schnitt bei den verschiedenen erfindungsgemäß auszuführenden Verfahrensschritten.

Der monolithische Darlingtonverstärker nach den Figuren 1 bis 4 enthält in bekannter Weise eine doppelte npn-Zonenfolge: in eine Halbleiterscheibe 1 aus η-Silizium sind zwei p-leitende Basiszonen 2 und 3 und in diese Basiszonen je eine

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n-leitende Emitterzone 4 und 5 eindiffundiert. Auf diese Weise entstehen in dem Substrat 1 zwei Transistoren mit einem gemeinsamen Kollektor 1', nämlich ein durch die Zonenfolge 1', 2 und 4 gebildeter erster Transistor T. und ein durch die Zonenfolge 1', 3 und 5 gebildeter zweiter Transistor T„. Diese beiden Transistoren T. und T„ sollen nun in Darlingtonschaltung miteinander verbunden werden. Hierzu ist, wenn davon ausgegangen wird, daß der erste Transistor T. den Treibertransistor und der zweite Transistor T_? den Leistungstransistor des Darlingtonverstärkers bildet, eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der Emitterzone 4 des ersten Transistors T. und der Basiszone 3 des zweiten Transistors T_? erforderlich. Diese elektrisch leitende Verbindung kann durch eine Metallisierung gebildet werden, die sich von der Emitterzone 4 des ersten Transistors T. über die Siliziumdioxidschicht 6 bis zur Basiszone 3 des zweiten Transistors T_? erstreckt. Außerdem sind an der Basiszone 2 des ersten Transistors T^, an der Emitterzone 5 des zweiten Transistors T„ und an der gemeinsamen Kollektorzone 1' beider Transistoren T. und T₂ jeweils Metallisierungen zum Anbringen äußerer Anschlüsse erforderlich.

Diese Metallisierungen werden in der folgenden Weise hergestellt:

In die Siliziumscheibe 1 seien bereits die Basiszonen 2 und 3 und die Emitterzonen 4 und 5 eindiffundiert. Außerdem sei die Siliziumscheibe 1 zum Schutz der pn-übergänge mit einer durchgehenden Siliziumdioxidschicht 6 bedeckt. Mit Hilfe eines photolithographischen Prozesses werden nun gemäß Figur 1 indiese Siliziumdioxidschicht 6 Kontaktfenster 2', 3', 4' und 5' in bekannter Weise eingeätzt. Nach Entfernung des Photolackes wird die Scheibe sorgfältig gereinigt und getrocknet.

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Dann wird die Scheibe auf beiden Seiten im Hochvakuum zwischen 1O" und ΙΟ"-³ Torr mit einer durchgehenden Aluminiumschicht 7 und anschließend - ohne Unterbrechung des Vakuums - mit einer durchgehenden Nickelschicht 8 bedampft. Die Dicke der Aluminiumschicht 7 beträgt auf der Oberseite der Scheibe 7 bis 10 /um. Die Dicke der Nickelschicht 8 beträgt 0,6 bis 1,0 yum.

Auf der Unterseite der Halbleiterscheibe darf die Dicke der Aluminiumschicht 7 wegen geringerer Anforderungen an die Querleitfähigkeit geringer sein. Zur Vermeidung eines spröden Kontaktes sollten aber 3 Mm nicht unterschritten werden.

Figur 2 zeigt die Siliziumscheibe 1 nach dem Aufdampfen der Aluminiumschicht 7» Figur 3 zeigt sie nach dem Aufdampfen der Nickelschicht 8.

Nun wird die aus den Schichten 7 und 8 bestehende Metallisierung an der Oberseite der Halbleiterscheibe mit Hilfe eines photolithographischen Prozesses dort abgetragen, wo sie nicht benötigt wird. Nachdem die nicht zu entfernenden Bereiche der Metallisierung 7_S 8 mit einer aus Photolack bestehenden, in der Zeichnung nicht dargestellten Maske abgedeckt worden sind, wird die Halbleiterscheibe in ein Gemisch eingetaucht, welches überwiegend Phosphorsäure und daneben Salpetersäure und Wasser enthält. Die Behandlungstemperatur liegt dabei vorzugsweise zwischen 50° C und 70° C. Hierbei werden die von der Photolackmaske nicht bedeckten Bereiche der Metallisierung 7, 8 weggeätzt. Die Scheibe mit den hierbei noch verbleibenden Teilen der Metallisierung 7, 8 ist in Figur 4 dargestellt.

Nach Entfernung des Photolackes wird die Scheibe gründlich gereinigt und getrocknet und anschließend unter Formiergas bei einer Temperatur von 475° C für eine Dauer von 15 Minuten getempert.

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Die Scheibe kann anschließend nach bekannten Verfahren zerteilt werden. An die Einzelelemente können mittels Weichlötung an der Nickeloberfläche Anschlußelektroden angebracht werden. Dabei sind die Nickeloberflächen bei den in der Halbleitertechnik üblichen Lötverfahren mittels vorzugsweise aus Blei und/oder Zinn bestehenden Weichloten gut benetzbar.

Es ist aber auch möglich^ vor dem Zerteilen der Scheiben
mittels eines Tauch- oder Schwallverfahrens eine Weichlotschicht auf der Nickeloberfläche aufzubringen.

Bei Substraten aus Keramik kann man die gleichen Prozeßparamctcr wie im Falle des Silizium-Halbleiterbauelementes
wählen.

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Claims

R· 29 S 8 Ansprüche

1.JVerfahren zur Herstellung einer lötfähigen Metallisierung mit hoher elektrischer Querleitfähigkeit auf einem Substrat, bei dem auf das Substrat eine Aluminiumschicht₃ die die gewünschte Querleitfähigkeit besitzt, und auf diese eine vergleichsweise dünne Nickelschicht aufgebracht wird und bei dem anschließend ein Temperprozeß in einer nicht oxidierenden Atmosphäre unterhalb einer Temperatur durchgeführt wird, bei der an der Grenze zwischen dem Substrat und dem darauf aufgebrachten Aluminium eine flüssige Phase entsteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der auf die Aluminiumschicht (7) aufgebrachten Nickelschicht (8), die Tempertemperatur und die Temperzeit so aufeinander abgestimmt werden, daß einerseits ein ausreichender Kontakt der aus diesen beiden Schichten (7, 8) bestehenden Metallisierung auf dem Substrat (1) erzielt wird und andererseits die Lötfähigkeit dieser Metallisierung (7» 8) erhalten bleibt. . ■ .

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat ein Isolator ist.

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3. Verfahren'nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolator aus Keramik besteht.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolator aus einem Oxid oder aus einem Nitrid oder aus Glas besteht.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat ein Halbleiter ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat ein als Leistungsbauelement dienender Halbleiterkörper aus Silizium ist, der an bestimmten Oberflächenbereichen mit einer aus mindestens einem Isolator bestehenden Oberflächenschutzschicht bedeckt ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenschutzschicht ein ein- oder mehrschichtiges System ist, das eine unmittelbar auf der Halbleiteroberfläche aufliegende Schicht aus einem Oxid des Siliziums enthält.

8. Verfahren nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß auf die aus einem Oxid des Siliziums bestehende Schicht eine aus einem Nitrid bestehende Schicht aufgebracht ist.

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9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Nitridschicht eine Glasschicht aufgebracht ist.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Nickelschicht (8) 0,6 bis 1,0 yum, die Tempertemperatur i|00 bis 480° C, vorzugsweise 475° C₁ und die Temperzeit 10

bis 20 Minuten, vorzugsweise 15 Minuten, beträgt.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Aluminiumschicht (7) 3 bis 10 /im beträgt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminiumschicht (7) und die Nickelschicht (8) nacheinander im Hochvakuum aufgebracht werden.

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