DE1521255B2 - Verfahren zum ausbilden begrenzter schichten durch vakuumaufdampfen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ausbilden begrenzter Schichten, bei dem durch Vakuumaufdampfen ein Negativmuster einer anorganischen Hilfsschicht auf der zu behandelnden Oberfläche ausgebildet, dann das Schichtmaterial auf Hilfsschicht und freiliegende Oberfläche aufgebracht und schließlich die Hilfsschicht abgelöst wird.

In vielen Zweigen der Technik, beispielsweise in der Elektronik und der Halbleitertechnik, ist die Aufgabe gestellt, eine dünne Werkstoffschicht in vorgegebener Form auf einer bestimmten Oberfläche auszubilden. Wenn beispielsweise eine monolithische Halbleiterschaltung gefertigt worden ist, müssen anschließend elektrische Kontakte zu den zahlreichen Elementen und Gebieten der Halbleiterschaltung ausgebildet werden. Man geht dabei vielfach so vor, daß ein Muster von Kontaktmaterial (z. B. Aluminium) auf der Oberfläche der Halbleiterschaltung ausgebildet wird. In anderen Fällen soll beispielsweise ein schmaler Einschnitt in einer Schicht eines passivierenden Materials (z. B. Siliciummonoxyd) geformt werden, oder es soll ein Widerstand in einer vorgegebenen Form aus einem Schichtmaterial hohen spezifischen Widerstandes, z. B. Nickel-Chrom-Legierungen, nachstehend auch NiCr genannt, hergestellt werden.

Solche Muster aus Schichtmaterial können durch Ätzung oder im Abhebeverfahren (Lifting-Technik) hergestellt werden. Bei der Ätzung erfolgt eine selektive chemische Ablösung der nicht gewünschten Gebiete des Schichtmaterials von der Oberfläche. Manche Werkstoffe können jedoch praktisch nicht (z. B. BaTiO₃) oder nur unter großen Schwierigkeiten (z. B. NiCr) geätzt werden. Hinzu kommt, daß das Ätzmittel während des Ätzvorganges die Schicht meistens hinterschneidet, so daß die Genauigkeit des Verfahrens beeinträchtigt wird. Es ist beispielsweise nicht möglich, eine Öffnung mit einem Durchmesser von 1 Mikrometer in einer bestehenden Oxidschicht oder eine quadratische Aluminiumfläche von 2 · 2 Mikrometer im Ätzverfahren auszubilden. Auch hängt der Erfolg und die Zuverlässigkeit des Ätzverfahrens teilweise davon ab, daß eine Lage aus Fotoresist an dem zu ätzenden Schichtmaterial fest haftet. Eine Prüfung der Art der Haftung ist praktisch nicht möglich, so daß die Einwirkung des Ätzmittels auf die Fotoresistschicht mit vielen Unsicherheiten behaftet ist.

Beim Abhebeverfahren (Lifting-Technik) wird demgegenüber die Schicht, von der ein Teil zu entfernen ist, teilweise auf die Oberfläche und teilweise auf das zu entfernende oder abzuhebende Abhebematerial aufgebracht. Bei diesem Verfahren wurden bisher überwiegend organische Abhebematerialien verwendet, welche bei höheren Temperaturen (z. B. über 300° C) zersetzt werden, oder auch verhältnismäßig starke Metallschicht-Abhebematerialien, welche bei Temperaturen über 400° C Mikro-Legierungen bilden oder in die Schicht eindiffundieren. Dies hat die unerwünschte Folge, daß die Eigenschaften der Schicht geändert werden. Auch besteht die Möglichkeit, daß metallische Abhebematerialien Halbleiter-Übergänge in unerwünschter Weise beeinflussen, wenn sie sich in unmittelbarer Nähe befinden. Die Verwendung organischer Abhebematerialien, z. B. Fotoresist, hat dagegen den Nachteil, daß die Stärke der abzuhebenden Lage auf einige tausend Angström beschränkt ist. Aus diesen Gründen konnte sich die Anwendung des Abhebeverfahrens kaum durchsetzen, und es wird nur in seltenen Fällen bei Verfahren angewendet, bei denen verhältnismäßig hohe Temperaturen auftreten.

Aus den Unterlagen der am 11. August 1955 ausgelegten deutschen Patentanmeldung M 19395/75 b² ist ein Verfahren zum Herstellen scharfrandiger Zeichen auf Unterlagen, wie Skalenstrichen, unter Verwendung im Hochvakuum aufgedampfter Schichten

ίο bekanntgeworden, welches vorsieht, daß auf die Unterlage zunächst eine Hilfsschicht aus Leichtmetall, insbesondere aus Aluminium, aufgedampft, die Unterlage den Zeichen entsprechend vorzugsweise mechanisch freigelegt und dann eine an der Unterlage haftende, die Zeichen bildende Metallschicht, insbesondere aus Chrom, aufgedampft wird, worauf schließlich die verbliebene Hilfsschicht mit den auf ihr befindlichen Teilen der die Zeichen bildenden Schicht entfernt wird. Dieses Verfahren soll insbesondere verwendet werden, um Skalenstriche oder sonstige scharfrandige Zeichen herzustellen, z. B. Längenteilungen, Kreisteilungen oder Meßkurven. Eine Anwendung auf dem Gebiet der Halbleitertechnik ist nicht vorgesehen.

Die deutsche Auslegeschrift 1 047 911 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung temperaturempfindlicher Hochohmwiderstände, insbesondere zur Strahlungsmessung, aus Halbleiterfolien dünner als 1 μ; das Verfahren besteht in der gleichzeitigen Anwen-

dung der folgenden Verfahrensschritte:

Aufbringen einer löslichen Trägerschicht auf eine ebene Platte;

Erzeugung einer Halbleiterschicht auf der löslichen Trägerschicht durch Bedampfung;
Ablösen der Halbleiterschicht durch ein Lösungsmittel;

Abheben der Halbleiterfolie von der Oberfläche des Lösungsmittels mit einem Rahmen;
Aufdampfen von Elektroden auf die Halbleiterfolie.

In dieser Schrift ist nicht die technische Lehre gegeben, ein Halogenid der Gruppe Ha, z. B. Kalziumfluorid, Magnesiumfluorid oder Bariumfluorid, als Abhebematerial bei der Herstellung von Mustern mit scharfen Konturen auf der Oberfläche eines Halbleiterbauelementes zu verwenden. Offenbart ist lediglich die Verwendung, von Natriumchlorid oder Natriumfluorid, also von Halogeniden der Gruppe Ia, als wasserlösliche Trägerschicht.

Die deutsche Patentschrift 880 658 bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Zeichen, wie Skalenstrichen, Fadenkreuzen u. dgl., bei dem unmittelbar auf einer Unterlage eine dünne, wieder entfernbare Ersthilfsschicht erzeugt, die Unterlage teilweise freigelegt, dann eine zeichenbildende Haftschicht auf die Ersthilfsschicht aufgebracht und alsdann letztere entfernt wird. Die in dieser Patentschrift angegebenen Hilfsschichtwerkstoffe, z. B.

Aluminiumfluorid und Natriumfluorid, sind nicht geeignet, als Abhebematerial bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen oder integrierten Halbleiterschaltungen verwendet zu werden. Die technischen Probleme, die im Zusammenhang mit den Materialien gemäß der genannten Schrift auftreten, sind anderer Art, als sie bei der Anwendung von Abhebematerialien in der Technik der Halbleiterbauelemente auftreten. Insbesondere enthält die Schrift im Zu-

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sammenhang mit der Möglichkeit der Verwendung Bild 18 aus Fotoresist in der in F i g. 1 c dargestellten

von Magnesiumfiuorid als Hilfsschicht Feststellun- Form auf der Oberfläche 12.

gen, die im Vergleich zu der anerkannten Literatur Die Oberfläche 12 und das Fotoresistbild 18 werauf dem Gebiet der Chemie zu Überlegungen führen, den dann mit einer Lage des Abhebematerials 20 aus welche geeignet sind, bei dem fachmännischen Leser 5 einem Fluorid der Gruppe II a des Periodischen Bedenken gegenüber der Verwendung von Magne- Systems bedeckt. Das Abhebematerial 20 kann mit siumfluorid bzw. Fluoriden der Gruppe II a für Ab- Hilfe üblicher Vakuumverfahren in gewöhnlichen hebeverfahren jeder Art hervorzurufen. Vakuumkammern mit bei Temperaturen von etwa Gemäß der Erfindung ist ein Verfahren zum Aus- 1400° C arbeitendem Vorrat aufgebracht werden. Bei bilden begrenzter Schichten vorgesehen, bei dem io dieser Temperatur können Abhebematerialien der durch Vakuumaufdampfen ein Negativmuster einer beschriebenen Art (z. B. Kalziumfiuorid) aufgebracht anorganischen Hilfsschicht auf der zu behandelnden werden. Ein besonderer Vorteil ist dabei, daß diese Oberfläche ausgebildet, dann das Schichtmaterial auf Abhebematerialien, beispielsweise Kalziumfluorid, Hilfsschicht und freiliegende Oberfläche aufgebracht nicht zum Verspritzen oder Zerstäuben neigen. Es und schließlich die Hilfsschicht abgelöst wird. Die 15 werden daher vor Beginn des Aufbringens der Lage Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß zum Aus- keine Halogenid-Teilchen abgestoßen und auf die bilden begrenzter Schichten auf Halbleiterbauele- Unterlage aufgebracht. Diese Eigenschaft stellt eine menten, integrierten Halbleiters_chaltungen usw. als erhebliche Erleichterung der Ausbildung einer Hilfsschicht eine Schicht aus Fluoriden der Gruppe gleichförmigen und regelmäßig aufgebauten Lage aus II a des Periodischen Systems verwendet wird. Vor- 20 dem Abhebematerial 20 dar. Die Erdalkalimetallzugsweise wird als Fluorid der Gruppe II a Kalzium- Halogenide bilden in der Regel ionische Kristallite fluorid verwendet. mit verhältnismäßig poröser Struktur. Auch haben Die als Hilfsschicht vorgesehenen Schichten aus sie eine beachtliche Festigkeit und Zuverlässigkeit, Fluoriden der Gruppe II a des Periodischen Systems, selbst wenn sie als dünner Film ausgebildet sind, und insbesondere Kalziumfluorid, Magnesiumfluorid und 25 sie können in reiner Form dargestellt werden oder Bariumfluorid, haben im Vergleich zu den bisher be- zumindest nur mit solchen Verunreinigungen, die kannten Materialien eine Reihe von Eigenschaften, keine schädliche Wirkung auf die elektrischen Eigendie sich für die Behandlung von Halbleiterbauele- schäften von Halbleiterübergängen haben. Natrium menten als entscheidende Vorteile erweisen: und Kalium, die auf die Stabilität von Halbleiterüber-., ,_T . ,„.30 gangen einen ungünstigen Einfluß haben können, Sie neigen nicht zum Verspritzen oder Zer- _werden in der Regel als Verunreinigungen bei Elemenstauben; . ten der Gruppella gefunden. Es ist daher erforder-Sie haben eine poröse Struktur; _{üch die verwendeten Stoffe der Gruppe n a} sorgfältig Sie haben hohe Zersetzungstemperaturen; ■ _{zu rdni um diese} Verunreinigungen zu entfernen Sie beeinflussen mcht die elektnschen Eigen- _{Von de} ⁶ _{n Elementen der} Gruppella können vor schäften von Halbleiterubergangen; _{allem Kalzium Barium und} Magnesium ohne beson-Sie sind löslich m schwachen Sauren; dere Schwierigkeiten gereinigt werden. Verunreinigungen, wie Natrium und Kalium _{Als Abhebematerial 20 wird man} von den Fluorikonnen aus den Verbindungen leicht entfernt _{deQ der GruppeIIa des} p_eriodischeri Systems inswerden. ^₀ b_esoncjere Kalziumfluorid als bevorzugte und zweck-Das erfindungsgemäß zu verwendende Abhebe- mäßigste Verbindung verwenden. Kalziumfluorid ist material, also Fluoride der GruppeIIa, formt poröse unlöslich in Azeton, das als Lösung zur Entfernung ionische Kristallite, die als einheitliche, zusammen- des Fotoresistbildes 18 verwendet werden kann. Kaihängende Lage aufgebracht werden können. ziumfluorid kann jedoch ohne besondere Schwierig-Ein Ausführungsbeispiel wird an Hand der Zeich- 45 keiten gelöst werden in vielen Säuren üblicher Art, nung näher beschrieben, in der in den F i g. 1 a bis 1 g welche die Schichtmaterialien nicht verändern, beiverschiedene Stufen eines Herstellungsganges gemäß spielsweise verdünnte Schwefelsäure, verdünnte Salder Erfindung dargestellt sind. petersäure, verdünnte Salzsäure und andere geeignete Wie aus der Zeichnung hervorgeht, ist bei dem Flüssigkeiten, beispielsweise heißes Wasser und Lö-Verfahren gemäß der Erfindung zunächst ein Muster 50 sungen von Ammoniumsalzen. Das Aufbringen des als Lage eines Fluorids der Gruppe II a, also eines Kalziumfmorids kann in Standard-Vakuumkammern Erdalkalimetall-Halogenides, auf der zu bedeckenden bei etwa 1400° C vorgenommen werden, ohne daß Oberfläche 12 einer Unterlage 10 (F i g. 1 a) auszubil- Sprüherscheinungen auftreten. Beim Aufbringen erden. Die Unterlage 10 kann beispielsweise eine mono- gibt sich eine sehr gleichmäßige Kalziumfluoridlage, lithische integrierte Halbleiterschaltung sein, bei der 55 welche porös ist und einen einheitlichen, zusammendie Komponenten der Schaltung in der Unterlage 10 . hängenden Aufbau aufweist. Die elektrischen Eigenausgebildet sind und bei der auf der Unterlage 10 schäften eines Halbleiterüberganges werden durch eine passivierende Schicht vorhanden ist; die Unter- Kalziumfluorid nicht geändert, die Zersetzungstemlage kann auch ein Halbleiterplättchen sein (z. B. aus peratur liegt über 1000° C, und Kalziumfluorid hat Silicium) oder ein Plättchen aus keramischem Ma- 60 dabei keine oder jedenfalls nur eine geringe Tendenz, terial oder Glas, jedoch sind auch weitere zweck- mit der Unterlage oder dort vorhandenen Metallen zu mäßige Anwendungsformen möglich. Um die Maske legieren oder in diese einzudiffundieren. Von den auszubilden, wird eine Schicht 14 aus bekanntem übrigen Halogeniden werden noch Magnesiumfluorid Fotoresist (beispielsweise AZ 1350, »Auto-Positive«, und Bariumfluorid zu bevorzugen sein, deren Verder Shipley Corporation) so aufgebracht, daß sie eine 65 halten dem des Kalziumfluorids verhältnismäßig nahe durchgehende Belegung der Oberfläche 12 (Fig. Ib) kommt.

bildet. Die Fotoresistmasse wird dann in bekannter Im Anschluß an das Aufbringen des Abhebema-

Weise exponiert und entwickelt, und es bleibt ein terials 20 (F i g. 1 d) wird das Fotoresistbild 18 da-

durch entfernt, daß die Unterlage 10 oder der Teil der Unterlage mit dem Fotoresistbild 18 und dem Abhebematerial 20 in ein Lösungsmittel eingetaucht wird, beispielsweise Azeton. Unter Einwirkung des Lösungsmittels wird das Fotoresistbild 18 und der darauf befindliche Teil des Abhebematerials 20 entfernt, und es bleibt eine Maske oder ein Muster 22 aus Abhebematerial 20 zurück (F i g. 1 e). Diese Entfernung ist möglich, unabhängig davon, ob das Fotoresistbild 18 mit Abhebematerial bedeckt ist oder nicht. Infolge der porösen Struktur des Abhebematerials 20 kann es das Lösungsmittel durchdringen und daher die zu beseitigenden Fotoresistteile und die abdeckenden Teile entfernen. Die Maske 22, die im vorliegenden Fall als rechteckig angenommen ist, kann jede andere gewünschte Form erhalten, und sie kann insbesondere auch die verhältnismäßig komplizierten Formen erhalten, wie sie in der Technik der integrierten-Schaltungen zu Maskierungszwecken verwendet werden.

Wenn die Maske 22 hergestellt ist, wird anschließend eine Schicht aus Beschichtungsmaterial 26 über die Maske 22 ausgebildet (F i g. 1 f). Das Schichtmaterial kann einer derjenigen Stoffe sein, wie sie vorzugsweise in der Elektronik oder bei integrierten Schaltungen verwendet werden, vorzugsweise ein Metall oder Metalloxid, z. B. NiCr, BaTiO₃, Al oder Ag. Das Beschichtungsmaterial 26 kann über der Maske 22 in zweckmäßiger Weise aufgebracht werden, beispielsweise unter Vakuum, durch Aufdampfen oder durch pyrolytische Verfahren.

Den Abschluß des erfindungsgemäßen Verfahrens bildet die Entfernung des Abhebematerials 20 zusammen mit dem auf diesem aufgebrachten Beschichtungsmaterial 26, so daß eine vorgegebene Form oder ein Muster 28 des gewünschten Schichtmaterials unmittelbar auf der Oberfläche 12 gebildet wird (Fig. Ig). Die Maske22 wird entfernt durch Abheben mit verdünnter Säure, beispielsweise lO°/oiger HNO₃ oder verdünnter Schwefelsäure, verdünnter Salzsäure, heißem Wasser oder einer Ammoniumsalzlösung. Durch diese Lösung wird die Maske 22 und das darauf angeordnete Beschichtungsmaterial 26 entfernt, während die vorgegebene Form 28 aus dem Schichtmaterial unversehrt bleibt. Die vorgegebene Form 28 hat die von der Maske 22 vorgegebene Gestalt.

Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, sehr kleine Öffnungen, z. B. Schnitte von 1 Mikrometer, in Schichten aus dem aufgebrachten Material, beispielsweise Siliziummonoxid, auszubilden, und es können sehr kleine Materialstreifen oder Flächen, z. B. von 2 · 2 Mikrometer Abmessung, gebildet werden, beispielsweise aus Aluminium. Die Ausbildung solcher sehr kleiner Streifen, Flächen oder Schnitte war bisher bei Anwendung der Ätztechnik oder der Abhebetechnik nicht möglich. Auch ist es bei Anwendung der Erfindung möglich, nach dem bisherigen Stand der Technik schwer zu behandelnde Stoffe, z. B. NiCr, in einfacher und zweckmäßiger Weise in die gewünschten Formen und Muster zu bringen. Die Verwendung von Fluoriden der Gruppe II a als Abhebematerial ermöglicht in vorteilhafter Weise das Aufbringen von Schichtmaterialien bei hohen Temperaturen, da diese Temperaturen bis zu 1000° C aufnehmen können, ohne das aufzubringende Schichtmaterial nachteilig zu beeinflussen oder die elektrischen Eigenschaften des Halbleiter-Überganges zu beeinträchtigen. Außerdem bilden die erfindungsgemäß zu verwendenden Abhebematerialien eine poröse und kräftige Struktur, so daß die Ausbildung feiner Schnitte, Streifen usw. möglich ist, wie es bisher nicht erreicht werden konnte.

Weitere zweckmäßige Ausführungsformen und Abänderungen der Erfindung sind im Rahmen fachmännischen Handelns möglich. Bei bestimmten Anwendungen in Gebieten außerhalb der Elektronik und der Halbleitertechnik kann: es mitunter vorteilhaft sein, andere Halogenide zu verwenden, welche ionische Kristalle bilden. Ionische Kristalle können von den Alkali-Halogeniden gebildet werden und wahrscheinlich auch den Lanthanid- und bestimmten Aktinid-Halogeniden. Die Lanthanide und Aktinide sind jedoch allgemein zu selten, um praktische Bedeutung zu haben. Bei den Alkalimetall-Elementen sind nur Natrium und Kalium in größerem Umfang bekannt und vorhanden. Sowohl Natrium als auch Kalium führen jedoch bekanntermaßen zu beträchtlichen Schwierigkeiten im Hinblick auf die charakteristischen Eigenschaften der Halbleiterübergänge und Halbleiterflächen.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Ausbilden begrenzter Schichten, bei dem durch Vakuumaufdampf en ein Negativmuster einer anorganischen Hilfsschicht auf der zu behandelnden Oberfläche ausgebildet, dann das Schichtmaterial auf Hilfsschicht und freiliegende Oberfläche aufgebracht und schließlich die Hilfsschicht abgelöst wird, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ausbilden begrenzter Schichten auf Halbleiterbauelementen, integrierten Halbleiterschaltungen usw. als Hilfsschicht eine Schicht aus Fluoriden der Gruppe II a des Periodischen Systems verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Fluorid der Gruppe II a Kalziumfluorid verwendet wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen