DD258682A1

DD258682A1 - APPLICANT FOR STRUCTURING METAL MULTILAYER IN SEMICONDUCTOR TECHNOLOGY

Info

Publication number: DD258682A1
Application number: DD26015984A
Authority: DD
Inventors: Erhard Conrad
Original assignee: Akad Wissenschaften Ddr
Priority date: 1984-02-17
Filing date: 1984-02-17
Publication date: 1988-07-27

Abstract

Ziel der Erfindung ist die Strukturierung von Titan-Nickel-Schichtfolgen auf Halbleiteranordnungen in einem Verfahrensschritt. Die Aufgabe besteht in der Angabe eines Aetzmittels, das fuer beide Metalle annaehernd gleiche Aetzraten aufweist. Das erfindungsgemaesse Aetzmittel besteht aus einer Loesung oxidierender Saeuren mit Zusatz von Flusssaeure.The aim of the invention is the structuring of titanium-nickel layer sequences on semiconductor devices in one process step. The task is to specify a caustic agent that has approximately the same etching rates for both metals. The etching agent according to the invention consists of a solution of oxidizing acids with addition of hydrofluoric acid.

Description

Characteristic of the known technical solutions

Bei der Hersteilung von Halbleiterbauelementen ist es üblich, Metalle wie Titan und Nickel als Diffusionsbarriere bzw. Kontaktschicht zu verwenden. Diese werden beispielsweise durch physikalische Beschichtungsmethoden (Elektronenstrahlverdampfen oder Sputtern) auf der Halbleiteranordnung abgeschieden. Die Erzeugung eines vorgegebenen Musters auf einem Substrat durch Applikation einer Lackmaske mittels der in der Technik bekannten Möglichkeiten (Fotolithographie, Verwendung einer strahlungsempfindlichen Lackmaske) gewährleistet die Ätzung unterschiedlicher Metallschichten zur Kontaktierung von Halbleitermaterial. Dabei muß die verwendete Lackmaske den Ätzmedien gegenüber resistentsein.In the manufacture of semiconductor devices, it is common to use metals such as titanium and nickel as a diffusion barrier or contact layer. These are deposited, for example, by physical coating methods (electron beam evaporation or sputtering) on the semiconductor device. The production of a predetermined pattern on a substrate by application of a resist mask by means known in the art (photolithography, use of a radiation-sensitive resist mask) ensures the etching of different metal layers for contacting semiconductor material. The resist mask used must be resistant to the etching media.

Durch die DE-OS 2039839 ist bekannt, daß zum Ätzen von Nickelüberzügen eine Lösung von Salpetersäure, Essigsäure und Wasser verwendet wird. Weitere Säuregemische zur Nickelstrukturierung werden in „Thin film processes", Academie Press, New York 1978, angegeben. Es ist bekannt, daß Titan durch verdünnte Flußsäure und andere Flußsäure enthaltende Lösungen geätzt wird, z. B. dargestellt in DE-AS 1614786; „Handbook of thin film technology" MeGraw-Hill Books 1970; „Thin film processes", Academie Press, New York 1978.From DE-OS 2039839 it is known that a solution of nitric acid, acetic acid and water is used to etch nickel coatings. Further acid mixtures for nickel structuring are reported in "Thin Film Processes", Academie Press, New York 1978. It is known that titanium is etched by dilute hydrofluoric acid and other hydrofluoric acid-containing solutions, for example as described in DE-AS 1614786; Handbook of thin film technology "MeGraw-Hill Books 1970; "Thin Film Processes", Academie Press, New York 1978.

Weiterhin ist durch die DE-OS 2754861 und andere Veröffentlichungen bekannt, daßMehrschichtenmetallisierungssystememit einer Lackmaske unter Verwendung selektiver Ätzlösungen in mehreren Stufen geätzt werden können.Further, it is known from DE-OS 2754861 and other publications that multi-layer metallization systems with a resist mask can be etched in multiple stages using selective etching solutions.

Die oben genannten Ätzmittel besitzen sämtlich selektiven Charakter, jedes Ätzmittel ist für eine bestimmte Metallart optimal.The above etchants are all selective in nature, and each etchant is optimal for a particular type of metal.

Bei der genauen Abbildung eines Details der Lackmaske in den Metallschichten müssen jegliche Reste beseitigt werden. Um dies zu erreichen, muß jede selektive Ätzung um eine Sicherheitsätzzeit vergrößert werden. Bei Metallschichtfolgen ist es sehr schwierig, den Endpunkt einer Ätzung optisch festzulegen. Das bedeutet oft eine starke Unterätzung der Lackstruktur oder daß der Ätzvorgang öfter wiederholt werden muß. Demzufolge ist die Automatisierbarkeit des Ätzprozesses mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden.When accurately imaging a detail of the resist mask in the metal layers, any remains must be eliminated. To achieve this, each selective etch must be increased by one etch etch time. For metal layer sequences, it is very difficult to optically determine the end point of an etching. This often means a strong undercut of the paint structure or that the etching process must be repeated more often. Consequently, the automation of the etching process is associated with considerable difficulties.

Bekannt sind zur Strukturierung von Metallmehrfachschichten weiterhin Plasma-, Sputter- und lonenstrahlätzverfahren. Diese Verfahren sind aber apparateseitig und von der Bedienbarkeit her sehr aufwendig.Plasma, sputtering and ion beam etching processes are also known for structuring metal multilayers. However, these methods are apparatus-side and very expensive to use.

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist es, die Sturkturierung von Titan-Nickelschichten auf Halbleiteranordnungen so durchführen zu können, daß die Genauigkeit der geätzten Strukturen erhöht wird und anstelle mehrerer nur ein Verfahrensschritt zur Strukturierung erforderlich ist, was zu einer erheblichen Einsparung von Chemikalien und Grundmitteln sowie zur Gewährleistung der Automatisierbarkeit des Verfahrens führt.The aim of the invention is to be able to perform the sturcture of titanium-nickel layers on semiconductor devices so that the accuracy of the etched structures is increased and instead of several only one process step for structuring is required, resulting in a significant saving of chemicals and basic agents and to ensure the automation of the process leads.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ätzmittel zur Strukturierung von Metallmehrfachschichten in der Halbleitertechnik, insbesondere für Nickel und Titan anzugeben, das für beide Metalle annährend gleiche Ätzraten besitzt und eine Automatisierung des Verfahrens zuläßt.The invention has for its object to provide an etchant for structuring of metal multilayers in semiconductor technology, in particular for nickel and titanium, which has approximately the same etching rates for both metals and allows automation of the process.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das Ätzmittel eine Lösung aus oxidierenden Säuren unter Zusatz von 0,2-2TeMe Flußsäure ist. Dabei handelt es sich bei den oxidierenden Säuren um ein Gemisch von 5 Teilen Schwefelsäure, 15 Teilen Salpetersäure und 15 Teilen Essigsäure in 30 Teilen entionisiertem Wasser.According to the invention the object is achieved in that the etchant is a solution of oxidizing acids with the addition of 0.2-2TeMe hydrofluoric acid. The oxidizing acids are a mixture of 5 parts sulfuric acid, 15 parts nitric acid and 15 parts acetic acid in 30 parts deionized water.

Es ist möglich, die Ätzraten der Metalle durch Verdünnung der Ätzlösung zu variieren und das Ätzraten verhältnis von A(N i) : Ä(Ti) durch die Konzentration der Flußsäure zu verändern. Es ist dabei zweckmäßig, die Konzentration der Flußsäure nicht zu gering zu wählen, um eine Oberflächenoxydation der Titanschicht, und damit einen Ätzstopp durch den Angriff der oxydierenden Säure zu verhindern.It is possible to vary the etching rates of the metals by diluting the etching solution and to change the Ätzraten ratio of A (N i): Ä (Ti) by the concentration of hydrofluoric acid. It is expedient to choose the concentration of hydrofluoric acid not too low to prevent surface oxidation of the titanium layer, and thus an etch stop by the attack of the oxidizing acid.

Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Ätzmittels (Arbeitstemperatur 20-25⁰C) wird nacheinander ohne Unterbrechung die Nickel- und Titanschicht geätzt. Im Anschluß wird der Fotolack mit einem üblichen Verfahren entfernt.When using the etchant according to the invention (working temperature 20-25 ⁰ C) is etched successively without interruption, the nickel and titanium layer. Subsequently, the photoresist is removed by a conventional method.

Das erfindungsgemäße Ätzmittel hat den Vorteil, daß durch die Einsparung eines Ätzschrittes die Belastung des Fotolackes, der Chemikalienverbrauch und Arbeitszeitaufwand verringert wird. Durch den gleichzeitigen Ätzangriff beider Metallschichten durch das Ätzmedium kommt es zu keiner Unterätzung der oberen Metallschicht und die Ausbildung von überhängenden Kanten wird vermieden. Beim selektiven Ätzen von Metallschichtfolgen ist die Endpunktbestimmung der ersten Metallätzung sehr schwierig, und es kommt oft zu Überätzungen, die eine Strukturverringerung zur Folge haben. Diese Erscheinung tritt bei Verwendung des erfindungsgemäßen Ätzmittels nicht auf. Damit sind die Voraussetzungen für eine automatisierte Ätzung mit hoher Reproduzierbarkeit geschaffen.The etchant according to the invention has the advantage that the saving of an etching step, the burden of the photoresist, the consumption of chemicals and labor costs is reduced. Due to the simultaneous etching attack of both metal layers by the etching medium, there is no undercutting of the upper metal layer and the formation of overhanging edges is avoided. In the selective etching of metal layer sequences, the endpointing of the first metal etch is very difficult, and overetching often results, resulting in a reduction in structure. This phenomenon does not occur when using the etchant according to the invention. This creates the prerequisites for automated etching with high reproducibility.

embodiment

Die Anwendung des erfindungsgemäßen Ätzmittels wird nachstehend an der Strukturierung von Kontaktschichten an Halbleiteranordnungen beschrieben..The application of the etchant according to the invention is described below on the structuring of contact layers on semiconductor devices.

Auf das Halbleitergrundsubstrat wird ein schützender Isolator vorzugsweise aus Siliziumoxid oder Siliziumnitrid aufgebracht. In diese Isolatorschicht wurden mittels Fotolithographie und Naßätzverfahren Kontaktfenster eingebracht. Danach wird das Substrat beidseitig mit einem Barrierenmetall beschichtet und eine Silizidreaktion durchgeführt. Unreagiertes Barrierenmetall wird auf naßchemischem Weg entfernt. Jetzt wird auf das Substrat beidseitig eine Schichtfolge von 1 500Ä Titan und 3300Ä Nickel durch ein physikalisches Abscheideverfahren, vorzugsweise Hochratesputtern, in einem Vakuumzyklus aufgebracht. Es folgt eine übliche Fotolithographie mit der Abbildung der Metallisierungsflächen im Fotolack.A protective insulator, preferably of silicon oxide or silicon nitride, is applied to the semiconductor base substrate. In this insulator layer contact windows were introduced by means of photolithography and wet etching. Thereafter, the substrate is coated on both sides with a barrier metal and carried out a silicide reaction. Unreacted barrier metal is removed by wet chemical means. Now, on both sides of the substrate, a layer sequence of 1500 Å titanium and 3300 Å nickel is applied by a physical deposition process, preferably high-speed sputtering, in a vacuum cycle. The following is a conventional photolithography with the image of the metallization in the photoresist.

Die Metallisierungskante geht dabei über die Kontaktfläche des Elementes hinaus und liegt auf der begrenzenden Isolatorschicht.The metallization edge goes beyond the contact surface of the element and lies on the limiting insulator layer.

Die Rückseite des Substrates wird dabei ganzflächig mit Fotolack abgedeckt. Bei Anwendung des erfindungsgemäßen ÄtzmittelsThe back of the substrate is covered over the entire surface with photoresist. When using the etchant according to the invention

ist die Belastung der Fotolackmaske gering. Es wird bei einer Ätztemperatur von 25°C gearbeitet. _A the load on the photoresist mask is low. It is worked at an etching temperature of 25 ° C. _A

Bei einerÄtzmittelzusammensetzung von 5Teilen Schwefelsäure, 15 Teilen Salpetersäure, 15Teilen Essigsäure, 1 Teil Flußsäure und 30 Teilen entionisiertem Wasser wird eine Ätzrate für Nickel von 2000Ä/min und für Titan von 1 500Ä/min erreicht. Durch die Variation der Flußsäurekonzentration läßt sich das Ätzratenverhältnis der beiden Metalle in einem weiteren Bereich einstellen.With an etchant composition of 5 parts sulfuric acid, 15 parts nitric acid, 15 parts acetic acid, 1 part hydrofluoric acid and 30 parts deionized water, an etch rate for nickel of 2000Å / min and for titanium of 1500Å / min is achieved. By varying the hydrofluoric acid concentration, the etch rate ratio of the two metals can be adjusted in a wider range.

Claims

Etching agent for structuring metal multilayers in semiconductor technology, preferably a titanium-nickel layer sequence, characterized in that the etchant of 5 parts H ₂ SO ₄ , 15 parts HNO ₃ , 15 parts CH ₃ COOH, 0.2 to 2 parts HF and 30 parts of deionized H ₂ O is composed.

Field of application of the invention

The invention relates to a method for structuring titanium-nickel multilayers (diffusion barrier and contact layers) in the thickness range of 500Ä to 50,000Ä, as they are preferably used in the manufacture of semiconductor components of power electronics application, for. B. in Schottky power diodes; wherein a resist mask pattern prepared by ordinary photolithography method is transferred to the metal layers.