DD244767B1

DD244767B1 - Verfahren zur vergoldung von si-oberflaechen

Info

Publication number: DD244767B1
Application number: DD28539085A
Authority: DD
Inventors: Volker Wadewitz; Falk Richter; Wilfried Lamm; Renate Gesemann
Original assignee: Liebknecht Mikroelektron
Priority date: 1985-12-24
Filing date: 1985-12-24
Publication date: 1990-08-08
Also published as: DD244767A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vergoldung verschieden dotierter Siliciumoberflächen. Anwendungsgebiet der Erfindung ist vorzugsweise die Herstellung von Siliciumhalbleiterbauelementen. Ziel der Erfindung ist es, eine technologisch einfache, umweltfreundliche und im Goldverbrauch sparsame Vergoldung von verschieden dotierten Siliciumoberflächen zu realisieren. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst, indem die Siliciumsubstrate ohne vorherige Aktivierung für die Zeitdauer von 0,5 bis 10 min in ein an sich bekanntes ungiftiges reduktives Goldbad mit einem pH-Wert im Bereich 10 bis 13 und einer Temperatur von 355 bis 371 K bei einer Badbelastung von 1 bis 10 dm,/l eingetaucht werden.

Description

Gold als Na₃ [Au(SO₃I₂] 0,6g/l

Formaldehyd 0,9 bis 1,1 g/l

Natriumsulfit 7,7 bis 8,3 g/l

Ethylendiamin 0,7bis0,8g/t

Ethylendiamintetraessigsäure- 0,9 bis 1,0 g/l di-Natriumsalz

Kaliumbromid 0,8 bis 1,2 g/l

Thallium-I-Nitrat 0,1 bis 10,0 mg/l

Durch Zugabe von Schwefelsäure wird der pH-Wert der Vergoldungslösung auf 10 bis 13 eingestellt. Die Badtemperatur beträgt 355 bis 371 K. Die Zeitdauer der Vergoldung liegt, abhängig von der gewünschten Schichtdicke, zwischen 0,5 und 10 min. Die Abscheidungsgeschwindigkeit ist bis dicht an die Erschöpfung des Bades heran nahezu konstant. Die Badbelastung soll zwischen 1 und lOdmVl gewählt werden.

Nach Erreichen einer gewünschten Dicke der Goldschicht werden die Substrate aus dem Goldbad entnommen, gründlich in deionisiertem Wasser gespült und getrocknet.

Ausführungsbeispiel

Im Zusammenhang mit der Herstellung von speziellen Silicium-Dioden sollen Silicium-Scheiben einseitig vergoldet werden. Die zu vergoldenden Siliciumoberflächen, p-leitend mit einer Oberflächenkonzentration von 2 χ 10²⁰ Atome/cm³ werden umgrenzt von Passivierungsschichten aus Siliciumdioxid. Zunächst wird die Seite der Scheiben, die nicht vergoldet werden soll, in bekannter Weise mit einem Transportschutzlack abgedeckt. Danach werden die Siliciumscheiben aufrecht in ein Kunststoffmagazin gestellt, im ersten Verfahrensschritt 20s in gepufferter Flußsäure geätzt und 10min in fließendem deionisiertem Wasser gespült. Anschließend werden die Scheiben in ein Goldbad umgesetzt, dessen Temperatur 355K beträgt und das folgende Zusammensetzung aufweist:

Gold als Na₃ [Au(SO₃I₂I 0,6g/l

Formaldehyd 1,0 g/l

Natriumsulfit 8,0 g/l

Ethylendiamin 0,75g/l

Ethylendiamintetraessigsäure- 1,0g/l di-Natriumsalz

Kaliumbromid 1,0g/l

Thallium-I-Nitrat 0,1 mg/l

Der pH-Wert des Bades beträgt 12,0, die Badbelastung 5dmVl. Nach einer Vergoldungsdauer von 60s werden die Scheiben dem Bad entnommen, in deionisiertem Wasser gespült und in einer Zentrifuge getrocknet. Die auf dem Silicium abgeschiedenen Goldschichten sind etwa 25 nm dick. Auf dem Siliciumdioxid und dem Schutzlack findet keine Goldabscheidung statt. Abschließend wird die Maske aus Transportschutzlack in bekannter Weise entfernt.

Claims

Verfahren zur Vergoldung verschieden dotierter Siliciumoberflächen mit bekannter Vorbehandlung der Substrate, dadurch gekennzeichnet, daß die Goldabscheidung ohne vorherige Aktivierung erfolgt, indem die Siliciumsubstrate für die Zeitdauer von 0,5 bis 10 min in ein an sich bekanntes ungiftiges reduktives Goldbad mit der Zuammensetzung

Gold als Na₃[Au(SOa)₂] 0,6g/l

Formaldehyd 0,9 bis 1,1 g/l

Natriumsulfit 7,7 bis 8,3 g/l

Ethylendiamin 0,7bis0,8g/l

Ethylendiamintetraessigsäure- 0,9 bis 1,0g/l di-Natriumsalz

Kaliumbromid 0,8 bis 1,2g/l

Thallium-I-Nitrat 0,1 bis10,0mg/l,

einem pH-Wert im Bereich 10 bis 13 und einer Badtemperatur von 355 bis 371 K bei einer Badbelastung von 1 bis 10dm²/l eingetaucht werden.

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vergoldung von Siliciumoberflächen und wird vorzugsweise bei der Herstellung von Siliciumhalbleiterbauelementen angewandt.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bei der Herstellung von Siliciumhalbleiterbauelementen, beispielsweise bei der Fertigung von speziellen Diodentypen, ist es notwendig, verschieden dotierte Siliciumoberflächen zu vergolden.

Hinsichtlich der Vergoldungsverfahren unterscheidet man grundsätzlich physikalische und naßchemische Verfahren. Bei ihrer Bewertung sind neben bestimmten technologischen Aspekten hinsichtlich der Schichtherstellung und -eigenschaften auch die Probleme der Materialökonomie und des Umweltschutzes zu berücksichtigen.

Die physikalischen Verfahren (Sputtern und Aufdampfen) haben den Nachteil, daß die Abscheidung auch auf Teilen der Beschichtungsapparatur erfolgt, wodurch ein erhöhter Goldverbrauch unvermeidlich ist.

Die elektrolytische Abscheidung des Goldes ist, wenn überhaupt möglich, zwar sparsamer, erfordert aber zu jeder Fläche, die vergoldet werden soll, einen elektrischen Anschluß, der selbst wieder die Vergoldung stören kann. Es sind schon eine ganze Reihe von Arbeiten zur stromlosen chemischen Vergoldung von Silicium veröffentlicht worden. Die dabei benutzten Bäder werden hinsichtlich des wirksamen Abscheidungsmechanismus in Zementations- und reduktive Bäder eingeteilt. Außerdem ist eine Unterteilung in giftige und ungiftige (cyanidfreie) Bäder üblich.

Ein cyanidfreies Zementationsbad ist z.B. in der DE-OS 2803147 dargestellt. Es wird angegeben, daß mit diesem Bad auch Silicium vergoldet werden kann. Jedoch sind dabei die bekannten prinzipiellen Nachteile zu berücksichtigen: Bei dieser Austauschreaktion wird neben der Goldabscheidung Silicium abgetragen, das in Lösung geht. Weiterhin ist die herstellbare Schicht auch nur von beschränkter Dicke, da die Abscheidung dann beendet wird, wenn kein Silicium gelöst werden kann. Ein zusätzlicher Nachteil entsteht dadurch, daß bei Dotierungsinhomogenitäten auf der Siliciumoberfläche die Vergoldung ungleichmäßig wird.

Ein anderes Bad, das ebenfalls cyanidfrei ist, wird indem DD-WP 150762 beschrieben. Neben einer Ungiftigkeit zeichnet es sich durch eine relativ gute Stabilität aus. Es werden für dieses Bad, das zu den reduktiven zählt, handelsübliche Reduktionsmittel verwendet. Zur Stabilisierung der Lösung werden Natriumsulfit, eine Di- bzw. Triaminoalkyl- und/oder eine Di- bzw.

Triaminoarylverbindung, Kaliumbromid und ein Chelatbildner eingesetzt. Nachteilig ist auch bei diesem Bad, daß es im allgemeinen für die Vergoldung von Silicium nicht einsetzbar ist, wenn die Siliciumoberfläche Dotierungsinhomogenitäten aufweist.

Es ist bekannt, daß die chemisch-reduktive Abscheidung auf Siliciumoberflächen stark von deren Dotierung abhängt. Um eine gleichmäßige Abscheidung von Nickel auf Silicium mit unterschiedlicher Dotierung zu erzielen, wird nach der Veröffentlichung von T. Iwaa, I. Hitao, I. Mazami in J. Electrochem. Soc. 115 (1968) 5, Seite 485ff. dem Nickelbad EDTA als Chelatbildner zugesetzt.

Eine Übertragung dieser für die Vernicklung geltende Variante auf die hier gestellte technische Aufgabe ist jedoch, wie aus den Ausführungen zum DD-WP 150762 hervorgeht, nicht möglich.

Als weitere Maßnahme zur Erzielung einer gleichmäßigen chemisch-reduktiven Metallabscheidung auf Silicium ist bekannt, die Aktivierung der Substratoberfläche mit Palladiumchlorid und nachfolgender Reduktion zu Palladium vorzunehmen. Nachteilig daran sind die zusatzlichen Verfahrensschritte und der erhöhte Edelmetalleinsatz.

Ziel der Erfindung

Es ist das Ziel der Erfindung, eine technologisch einfache, umweltfreundliche und im Goldverbrauch sparsame Vergoldung von verschieden dotierten Siliciumoberflächen zu realisieren.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Ausgehend vom Ziel der Erfindung stellt sich die technische Aufgabe, ein Verfahren zur Vergoldung verschieden dotierter Siliciumoberflächen zu finden, bei dem mit wenigen Verfahrensschritten aus einem stromlosen ungiftigen Goldbad dünne und gleichmäßige Goldschichten abgeschieden werden.

Es zeigte sich überraschend, daß die geforderten Goldschichten auf verschieden dotierten Siliciumoberflächen auch ohne vorherige Aktivierung derselben unter Verwendung der engtolerierten Zusammensetzung eines an sich bekannten Goldbades abgeschieden werden können. Es lassen sich Siliciumoberflächen mit p-Leitung ebenso vergolden wie solche mit n-Leitung, wobei die Dotierung jeweils >10¹⁴ Atome/cm³ betragen kann. Es können mit ein und demselben Bad gleichzeitig p-und nleitende Bereiche vergoldet werden oder beispielsweise solche, die p-leitend sind, jedoch örtlich Dotierungskonzentrationen aufweisen, die um zwei Größenordnungen unterschiedlich sind. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens ist, daß passivierte oder abgedeckte Bereiche der Substratoberfläche nicht mitvergoldet werden.

Vor dem Vergolden ist mit einer an sich bekannten Vorbehandlung die auf der Siliciumoberfläche vorhandene Oxidschicht zu entfernen. Das dazu verwendete Ätzmittel und die Verfahrensparameter sind der Gesamttechnologie und den konkreten Substrateigenschaften anzupassen. In jedem Falle ist eine Verschleppung des Ätzmittels in das Goldbad zu vermeiden. Als besonders geeignet erwies sich eine Vorbehandlung, bei der die Siliciumscheiben für die Dauer von 5 bis 60s in ein Bad aus 25%iger Flußsäure getaucht, anschließend intensiv in deionisiertem Wasser gespült und in einem Gefäß mit deionisiertem Wasser auf 353 bis 373K erwärmt und unverzüglich in das Goldbad mit folgender erfindungsgemäßer Zusammensetzung umgesetzt werden: