DE10051052A1 - Lösung zum Ätzen von Metalloberflächen - Google Patents

Lösung zum Ätzen von Metalloberflächen

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Abstract

Es wird eine Lösung und ein Verfahren zum Ätzen von Metalloberflächen beschrieben, insbesondere von Siliciumoberflächen, wobei die Lösung alkalisch ist und mindestens eine Carbonsäure enthält.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung bezieht sich auf eine Lösung und ein Verfahren zum Ätzen von Metalloberflächen nach dem Oberbegriff der un­ abhängigen Ansprüche.
Um Metalloberflächen und insbesondere Siliciumoberflächen ätzen zu können, werden Lösungen benötigt, die metallische Oberflächen mit einer definiert hohen Abtragrate Chemisch angreifen. Bekannt ist beispielsweise die Verwendung von EDTA-Lösungen, wobei das EDTA (Ethylendiamintetraacetat) als Komplexbildner fungiert, die von der Metalloberfläche abge­ lösten Metallionen komplexiert und so deren Wiederanlagerung verhindert. Aus Gründen des Umweltschutzes ist die Verwen­ dung von EDTA jedoch unerwünscht.
Aus der US-Patentschrift 5,662,769 ist die Verwendung von Zitronensäure/Flußsäure- und EDTA/Flußsäurelösungen als Rei­ nigungslösung für Wafer bekannt. Abgesehen von der schwieri­ gen Handhabung und Entsorgung derartiger Lösungen ist die Anwendung auf Bauteile aus Silicium beschränkt, da es bei Bauteilen, die nicht nur Silicium- sondern beispielsweise auch Nickeloberflächen aufweisen, aufgrund des stark sauren pH-Wertes dieser Lösungen zu einer Zerstörung der Nic­ keloberflächen kommt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Lösung und ein Verfahren bereitzustellen, die ein selektives Ätzen von Metall­ oberflächen gestatten und zugleich umweltfreundlich sind.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Lösung bzw. das erfindungsgemäße Ver­ fahren ermöglichen das selektive Ätzen von Metalloberflä­ chen, wobei die Selektivität durch den alkalischen pH-Wert der Lösung erreicht wird. So werden beipielsweise selektiv Silicium- und Aluminimoberflächen angeätzt, wohingegen Nic­ kel- und Eisenoberflächen unversehrt bleiben. Zusätzlich enthält die Lösung zur Komplexierung abgelöster Metallbe­ standteile eine Carbonsäure, was zu einer Steigerung der Ätzgeschwindigkeit führt.
Mit den in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen möglich. So kann die Abtragsra­ te der Lösung weiter gesteigert werden, indem der Lösung zu­ sätzlich Zitronensäure zugesetzt wird.
Ausführungsbeispiele
Die erfindungsgemäße Lösung zum selektiven Ätzen von Metall­ oberflächen enthält als Lösungsmittel Wasser, einen Alkohol oder ein Gemisch derselben. Um einen selektiven Abtrag vor allem von Silicium zu erzielen, wird die Lösung stark alka­ lisch eingestellt. Dazu wird beispielsweise Kaliumhydroxid zugesetzt, so daß die Lösung 5 bis 10 Gew.-%, vorzugsweise 7 Gew.-% an Kaliumhydroxid enthält. Dies entspricht einem pH- Wert von < 14. Mittels dieser Lösung können selektiv Metalle wie Silicium, Aluminium, Zinn, Zink und Blei abgetragen wer­ den. Um die Geschwindigkeit der Reaktion deutlich zu erhö­ hen, enthält die Lösung zusätzlich einen Komplexbildner, der die Wiederanlagerung aufgelöster Metallbestandteile durch Bildung entsprechender Metallkomplexe verhindert. Da die Verwendung des starken Komplexbildners EDTA aus Gründen des Umweltschutzes unerwünscht ist, wird stattdessen der Lösung mindestens eine Carbonsäure zugesetzt, die komplexierend wirkt und umweltverträglich sowie kostengünstig ist. Es wur­ de gefunden, daß vor allem Carbonsäuren wie Glycolsäure, Milchsäure, Gluconsäure, Malonsäure, Glycin und Weinsäure diesen Anforderungen genügen. Diese können einzeln oder in Mischungen der Lösung zugesetzt werden, wobei der Kaliumhy­ droxidgehalt der Lösung so angepaßt wird, daß stets der oben genannte Gehalt an freiem Kaliumhydroxid in der Lösung vor­ liegt. Der Lösung kann zusätzlich Zitronensäure oder Citrat enthalten, dies wirkt sich positiv auf das Ätzverhalten der Lösung aus.
Der Ätzvorgang umfaßt das Eintauchen oder Spülen der zu ät­ zenden Metalloberfläche in der Lösung für einen Zeitraum vorzugsweise von 10 bis 30 Minuten und ein anschließendes Abspülen mit Wasser sowie einen Trocknungsvorgang. Die Lö­ sung wird während dem Ätzvorgang auf einer konstanten Tempe­ ratur knapp unter dem Siedepunkt des Lösungsmittels gehal­ ten; bei einer wässrigen Lösung sind beispielsweie 93 bis 96°C vorteilhaft, insbesondere 95°C. Zusätzlich kann eine Ultraschallquelle vorgesehen werden, wodurch die Abtragsrate weiter erhöht wird.
Im folgenden werden die Zusammensetzungen von besonders ge­ eigneten Lösungen unter Angabe der Ätzrate an einer Sili­ ciumoberfläche aufgeführt.
Die beschriebenen Lösungen bzw. das Verfahren eignen sich zum Ätzen von Siliciumoberflächen beispielsweise bei Wafern, aber auch bei Bauteilen, die aus unterschiedlichen Materia­ lien bestehen und neben einer Siliciumoberfläche auch Ober­ flächen aus anderen Metallen aufweisen. So können auf diese Weise Halbleiterdioden wie beispielsweise Leistungsdioden für Generatoren während der Fertigung geätzt werden. Ferner können mehrere Ätz- bzw. Reinigungsprozesse nacheinander an einem Bauteil durchgeführt werden mit jeweils derselben oder auch verschiedenen Ätzlösungen.

Claims (13)

1. Lösung zum Ätzen von Metalloberflächen, insbesondere von Siliciumoberflächen, dadurch gekennzeichnet, daß die Lö­ sung alkalisch ist und mindestens eine Carbonsäure enthält.
2. Lösung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Carbonsäure Glycolsäure, Milchsäure und/oder Gluconsäure ist.
3. Lösung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Carbonsäure Malonsäure, Glycin und/oder Weinsäure ist.
4. Lösung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sie 0.5 bis 5 Gew.-% der Carbonsäure ent­ hält.
5. Lösung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ge­ kennzeichnet durch einen zusätzlichen Gehalt an Zitronensäu­ re oder einem Salz der Zitronensäure.
6. Lösung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ge­ kennzeichnet durch einen Gehalt an Kaliumhydroxid.
7. Lösung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß sie einen pH-Wert größer als 9 aufweist.
8. Lösung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß sie als Lösungsmittel Wasser und/oder einen Alkohol enthält.
9. Verfahren zum Ätzen von Metalloberflächen, insbeson­ dere von Siliciumoberflächen, mittels einer Lösung nach ei­ nem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Metalloberfläche der Lösung für 10 bis 30 Minuten bei einer konstanten Temperatur ausgesetzt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung als Lösungsmittel Wasser enthält und auf ei­ ner Temperatur von 93 bis 96, vorzugsweise 95°C gehalten wird.
11. Verfahren nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Metalloberfläche zusätzlich der Einwirkung von Ultraschall ausgesetzt ist.
12. Siliciumwafer, gekennzeichnet durch eine mittels ei­ ner Lösung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und/oder eines Verfahrens nach Anspruch 9 bis 11 geätzte Oberfläche.
13. Halbleiterdiode, gekennzeichnet durch eine mittels einer Lösung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und/oder eines Verfahrens nach Anspruch 9 bis 11 geätzte Oberfläche.
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