DE1621477B2

DE1621477B2 - Waessrige aetzloesung zum selektiven aetzen von silicium dioxid und phosphatglasschichten auf halbleiterkoerpern und verwendung der loesung zur reinigenden aetzung von halbleiterkoerpern

Info

Publication number: DE1621477B2
Application number: DE19671621477
Authority: DE
Inventors: Pliskin William Aaron; Esch Ronald Philip
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1966-12-28
Filing date: 1967-12-27
Publication date: 1971-06-03
Also published as: FR1543785A; US3497407A; GB1194730A; DE1621477A1; JPS4813816B1

Description

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Die vorliegende Erfindung betrifft eine wäßrige usw. bewirken eine erneute Bildung von Oxidschichten Ätzlösung zum selektiven Ätzen von Siliciumdioxid- auf den Zugangsstellen des betreffenden Halbleiterund Phosphatglasschichten auf Halbleiterkörpern. bauelementes, was dann einen weiteren Reinigungs-

Bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen schritt erfordert, denn zur Sicherstellung güter aus der Grundsubstanz Silicium, welche durch Diffusion 5 ohmischer Kontakte ist eine weitgehende Entfernung eingebrachte Gebiete enthalten, ist es üblich, während auch der geringsten Oxidschichten an den zu kontakdesHerstellungsverfahrensOxidschichten aufzubringen, tierenden Zugangsstellen erforderlich,
beispielsweise Schutzschichten aus Siliciumdioxid, Wendet man jedoch die gewöhnlich benutzten Ätzweiche die Oberfläche dieser Halbleiterkörper be- lösungen sowie die hierbei üblichen Verfahren zum decken und während der Diffusionsprozesse eine io abschließenden Reinigungsätzen der Kontaktdurchselektive Umwandlung des Leitfähigkeitstyps diskreter bräche in Halbleiterbauelementen an, so werden die Bereiche des Halbleiterkörpers ermöglichen. Hierzu von dem Diffusionsmaterial herrührenden glasartigen wird die zunächst die gesamte Oberfläche des Halb- dünnen Schichten notwendigerweise zerstört, da die leiterkörpers bedeckende Oxidschicht an vorher- Ätzrate für diese viel größer ist, als dies für eine reine bestimmten Stellen entfernt, um die darunterliegenden 15 oxidische Haut auf der Oberfläche der Fall ist. Im Stellen des Halbleitermaterials freizulegen, an denen allgemeinen hängen die Ätzraten für die von der man Dotierungsstoffe zur Festlegung der jeweiligen Diffusionssubstanz herrührenden glasartigen Schichten Leitungseigenschaften einbringen möchte. Die Oxid- sowie für Oxidschichten ab von dem jeweils benutzten abdeckung bildet hierbei eine schützende Maske be- Ätzmittel. Die Ätzrate der von der Diffusionssubstanz züglich einer sich anschließenden Diffusion und erlaubt ao herrührenden Glasschicht hängt außerdem auch von daher eine Steuerung der durch Diffusion zu er- deren Zusammensetzung ab. Zum Beispiel hängt die zeugenden Geometrie des Halbleiterkörpers bzw. der Ätzrate eines Phosphatsilicatglases ab von der P₂O₅-zu erstellenden PN-Übergänge. Die durch Diffusion Konzentration innerhalb der Glasbedeckung, wobei eingebrachten Dotiermaterialien bilden durch Wechsel- diese mit zunehmendem P₂O₅-Gehalt zunimmt. Nach wirkung mit der verbleibenden Oxidabdeckung zu- 25 einer Diffusion von Phosphor ist die Konzentration sätzlich eine glasartige Oberschicht auf den so be- P₂O₅ in einer Phosphatsilicatglasschicht größer als handelten Halbleiterbauelementen. Wie in einer Arbeit dies nach einer anschließend durchgeführten Reoxyvon Kerr et al »Stabilisation of SiO₂ Passivation ■ dation der Fall ist.

Layers with P₂O «in Journal of Research and Develop- Mit einem konventionellen gepufferten Ätzmittel, ment, Bd. 8, Nr. 4 (September 1964), dargelegt ist, 30 das z. B. aus 10 Teilen Ammoniumfluoridlösung ist es wünschenswert, diese von dem Dotierungsmittel (500 g NH₄F gelöst in 680 cm³ H₂O) und 1 TeE herrührende glasartige Deckschicht auf der äußeren Fluorwasserstoffsäure (89%) besteht, kann die Rate Seite des oxidbedeckten Halbleiterkörpers beizu- des bei der Phosphordiffusion gebildeten Phosphatbehalten, da sich' hierdurch eine Verbesserung der silicatglases einen Wert von 270 Ä/Sek. annehmen. Stabilität des Bauelementes ergibt. Es ist daher 35 Führt man jedoch eine Reoxydation durch, was anzustreben, daß bei späteren Verfahrensgängen durch Einwirken von Wasserdampf bei einer Tempewährend der Herstellung der Halbleiterbauelemente ratur von 970° C über einen Zeitraum von 90 Minuten keine wesentliche Entfernung der genannten glasartigen auf das Halbleiterplättchen geschehen kann, so ergibt Schicht stattfindet. sich eine Reduktion der Ätzrate auf einen Wert von

Zur Einfügung der Halbleiterbauelemente in die 40 33 Ä/Sek. Das Verhältnis der Ätzraten von Phosphatjeweilige Schaltung ist es nötig, die Bauelemente mit silikatglas zu Siliciumdioxid für konventionelle Ätzgeeigneten Anschlüssen bzw. mit Kontakten zu¹ ver- mittel kann zwischen etwa 3 und 30 je nach der vorsehen. Dies wird normalerweise dadurch bewerk- liegenden Phosphorkonzentration variieren. Weiterhin stelligt, daß Durchbräche durch die glasartige Ab- beträgt bei dem genannten Ätzmittel die Ätzrate deckung durchgeätzt, werden zur Freilegung von Teil- 45 einiger der Phosphatsilikatgläser, wie sie bei Halbbereichen der Oberfläche, um Zugang an die durch leitervorrichtungen vorkommen, etwa 30 Ä/Sek. Dieser Diffusion erstellten Zonen zu haben, die im folgenden Wert liegt natürlich bei einigen der Phosphatsilikatauch als Zugangsstellen bezeichnet werden. An diesen glaser, welche eine höhere Phosphorkonzentration Stellen sind in irgendeiner geeigneten Weise ohmsche aufweisen, sehr viel höher. Eine weitere konventionelle Kontakte anzubringen, was z. B. durch Dampf- 50 gepufferte Ätzlösung besteht aus 7 Teilen Ammoniumniederschlagung eines leitenden Metalls, z. B. von fiuoridlösung und 1 Teil Fluorwasserstoffsäure. Nor-Aluminium geschehen kann. male Phosphatsilikatglasätzraten liegen etwa bei

Im allgemeinen werden diese zu den durch Diffusion 60 Ä/Sek. Aus den genannten Werten ist das. Risiko erstellten Zonen führenden Kontaktdurchbrüche mit ersichtlich, welches man eingeht, wenn man Phos-HiHe von Photoresistsmasken unter Anwendung einer 55 phatsilikatglasschichten einer Dicke von etwa 1000 konventionellen Photogravurtechnik erstellt, wobei bis 4000 Ä mit konventionellen Ätzmitteln beanschließend noch ein Ätzvorgang zur Entfernung handelt.

der glasartigen von der diffundierten Substanz her- Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe

rührenden Schichten sowie eine Entfernung des zugrunde, eine wäßrige Ätzlösung zur selektiven

Photoresistsmaterials hinzutritt. Es schließen sich 60 Ätzung von Siliciumdioxid-und Phosphatglasschichten

weitere Verfahrensschritte an, die z. B. aus einem Ab- anzugeben, bei dem die Ätzrate bezüglich der Phos-

gleich der Basisstärke oder aus einem mittels eines phatglasschicht beträchtlich kleiner als diejenige der

Säurebades durchgeführten Reinigungsvorgang be- Oxidschicht ist. Diese Ätzlösung soll sich natürlich

stehen und welche zur Fertigstellung des Halbleiter- außerdem wie die bisher benutzten Lösungen zur

bauelementes erforderlich sind. Derartige zusätzliche 65 kontrollierten Entfernung von Süiciumoxidschichten

Verfahrensschritte einschließlich der Entfernung des eignen und darüber hinaus die in der Höhe der frei-

Photoresistsmaterials, dem thermischen Abgleich der gelegten Zugangsstellen liegenden und von dem

Basisstärke, der Reinigungsschritte mittels Säurebädern Diffusionsmaterial herrührenden Glasschichten im

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Gegensatz zu den eigentlich zu ätzenden Oxidschichten Schichten modifiziert ist, im folgenden als »diffusions-

nur geringfügig angreifen. passiviertes Silicium-Halbleiterbauelement« bezeichnet

Die die genannte Aufgabe lösende wäßrige Ätz- werden. Wie die Versuche zeigten, ist die Ätzlösung

lösung ist gekennzeichnet durch einen Gehalt an nach der Lehre der Erfindung in der Lage, den Unter-

Ammoniumdihydrogenphosphat und Ammonium- 5 schied bezüglich der Ätzraten zwischen den Silicium-

fluorid. dioxidschichten, wie sie z. B. an den Zugangsstellen:

Einzelheiten der Erfindung gehen aus der folgenden entstehen, und den benachbarten, vom Diffusions-Beschreibung und den Beispielen in Zusammenhang material herrührenden Phosphatsilicatglasschichten mit den Figuren hervor. In diesen bedeuten herabzusetzen. Nach dem Niederschlag von Aluminium

Fig. la bis Ie Schnittdarstellungen von im Aufbau ίο auf die abschließend geätzten diffundierten Zonen

befindlichen Halbleiterbauelementen während ver- bzw. deren Zugangsstellen wurden bessere ohmsche

schiedener, der Herstellung dienender Verfahrens- Kontakte erhalten. Obwohl die Beschreibung primär

schritte, auf die Anwendung des Ätzmittels nach der vor-

F i g. 2 ein Diagramm zur allgemeinen Darstellung liegenden Erfindung zum kontrollierten Ätzen der

des Verlaufs der Ätzrate über einen Querschnitt einer 15 koexistenten verschiedenartigen Abdeckscbichten auf

Halbleitervorrichtung entsprechend F i g. 1. einem Sihciumhalbleiterbauelement gerichtet ist, wo-

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe bei diese beiden Schichten speziell aus Siliciumdioxid zugrunde, daß innerhalb eines Halbleiterbauelementes und aus der von der Phosphordiffusion herrührenden benachbart gelegene Schichten aus einem Oxid und Phosphorsilicatglasschicht bestehen, sei noch bemerkt, aus einem vom Diffusionsmaterial herrührenden Glas 20 daß das Ätzmittel sich auch zur Entfernung von Oxidselektiv in kontrollierbarer Weise geätzt werden schichten von den Oberflächen anderer allgemein können, unter Benutzung einer Ätzlösung, die aus benutzter Halbleitermaterialien, beispielsweise Ger-Ammoniumfluorid und monobasischem Ammonium- manium, als brauchbar erwies und somit generell anphosphat besteht. Im allgemeinen können die relativen gewendet werden kann.

Verhältnisse der Lösungskomponenten über einen 25 DieBedingungen, unter denen die oben beschriebenen weiten Bereich variiert werden, wodurch man zu Ätzmittel gebraucht werden können, variieren über Lösungen gelangt, die einen pH-Wert besitzen, der einen weiten Bereich und sind daher nicht kritisch, kleiner als 7 ist, die jedoch immer noch eine Reihe Im allgemeinen kann man bei der Benutzung des bevon Vorteilen bieten. Vorzugsweise wird das Ätzmittel schriebenen Ätzmittels so vorgehen, wie es von den eine wäßrige Lösung sein mit einem pH-Wert im 3° konventionellen Ätzverfahren bekannt ist. Normaler-Bereich von etwa 6 bis etwa 6,8 mit einem Anteil von weise ist die Wahl der Bedingungen durch verschiedene Ammoniumfluorid zwischen etwa 10 bis 35 Gewichts- Faktoren, wie z. B. durch die Ätzrate, die Dicke der prozent und mit einem Anteil Ammoniumdihydrogen- zu behandelnden Schichten und deren Zusammenphosphat zwischen etwa 2 und 10 Gewichtsprozent. Setzung usw., gegeben. Die Temperatur, bei der die Die Ätzlösung der vorliegenden Erfindung kann leicht 35 Ätzlösung benutzt wird, ist praktisch ebenfalls nicht in bekannter Weise durch Mischung der betreffenden kritisch, jedoch wird man im allgemeinen im Bereich Komponenten untereinander und durch Lösen in von 20 bis 30° C arbeiten, wobei die Ätzzeit abhängt Wasser hergestellt werden. Ein bequemes Verfahren von der Menge des bei den gewählten Bedingungen zum Herstellen des Ätzmittels besteht darin, in in- zu ätzenden Materials. In der Praxis ist lediglich ein dividueller Weise die vorher hergestellten Lösungen 4° einfacher Test nötig, um eine Korrelation zwischen der beiden Komponenten miteinander zu mischen. Ätzzeit und der Wirksamkeit des Ätzmittels bei der So kann ein vorzugsweises Ätzmittel nach der Lehre jeweils benutzten Temperatur zu ermitteln, wobei der vorliegenden Erfindung mit einem pH-Wert von die letztere normalerweise entsprechend der Umetwa 6,7 hergestellt werden, indem man 2 Volumteile gebungstemperatur gewählt werden wird. Für die einer 40gewichtsprozentigen Ammoniumfluoridlösung 45 dieser Erfindung zugrunde liegenden Ätzlösung kann mit etwa 1 Teil einer 12,5gewichtsprozentigen Am- die Wirksamkeit bei Raumtemperatur leicht festgelegt moniumdihydrogenphosphatlösung mischt. Es sei werden durch Bestimmung der Ätzrate für Siliciumaber darauf hingewiesen, daß für den Fall, daß die dioxidschichten. Hierzu benutzt man einfach eine Ätzzeiten keine wesentliche Rolle spielen, die relativen Probe bzw. eine Testoberfläche eines oxydierten Anteile der Komponenten innerhalb eines weiten 5° Siliciumhalbleiterbauelementes, das im folgenden aus Bereiches variiert werden können; es werden be- Gründen der Einfachheit kurz Oxidvorrichtung gefriedigende Resultate erhalten, wenn die Verhältnisse nannt werden möge. Hierbei sei zunächst zum Zwecke von Ammoniumfluoridlösung zu Ammoniumdihy- der Erläuterung angenommen, daß der oberflächliche drogenphosphat sich innerhalb eines Bereiches von Oxidfilm eine typische Dicke von etwa 5500 Ä besitze, etwa 1:4 bis 5:1 befindet. Im allgemeinen sind ge- 55 Ein Streifen aus schwarzem Wachs kann aufgemalt eignete Lösungen für spezielle Anwendungen für den oder mittels einer anderen geeigneten Weise aufFachmann leicht zu bestimmen. Die beschriebene gebracht werden. Dann schließt sich ein wenige Mi-Ätzlösung wurde als besonders wirksam befunden zur nuten dauernder Ätzvorgang an, gefolgt von der EntEntfernung von rückgebildeten Oxidschichten auf fernung des Wachses mittels Trichloräthylen. Die Oberflächen von Kontaktgebieten auf durch Phosphor- 60 durch das Ätzen bewirkte Dickenabnahme kann diffusion erstellten Zonen in Siliciumhalbleiterbau- dann exakt bestimmt werden durch Benutzung irgendelementen, in deren Nachbarschaft durch das Dif- welcher konventioneller Meßverfahren, beispielsweise fusionsmaterial gebildete Phosphatsilicatglasabdek- mit Hilfe von interferometrischen Verfahren nach, kungen anwesend waren. Tolansky, durch das VAMFO-Verfahren (variable Zum Zwecke einer einfachen Ausdrucksweise wird 65 angle monochrometic fringe observation) oder mittels ein derartiges durch Diffusion erstelltes Halbleiter- anderer interferometrischer Verfahren,
bauelement, das durch eine Abdeckung von aus Bei einem derartig einfachen Test wurde eine Ätz-Diffusionsmaterial gebildeten glasartigen dünnen rate gefunden, die typischerweise im Bereich von etwa

s 6

0,7 bis 1,3 Ä/Sek. für Siliciumdioxidschichten lag. prozentigen Ammoniumdihydrogenphösphatlösung. Ist die Ätzrate bekannt, so ist es relativ einfach, die Ein Halbleiterbauelement mit einer etwa 0,553 μήτ. erforderliche Zeit zur Entfernung einer Oxidschicht dicken Oxidschicht aus Siliciumoxid wurde für die festzulegen, wobei es sich um z. B. Oxidschichten auf Dauer von 5 Minuten in das Ätzmittel eingebracht. Zugangsstellen handeln kann, die während zusätzlicher 5 Nach Entfernung des Ätzmittels betrug die verbliebene, Verfahrensschritte entstanden sind. Ein typischer mittels des VAMFO-Verfahrens gemessene Schicht-Wert der Dicke derartiger Rückbildung von Silicium- dicke etwa 0,521 μπι. Dieses entspricht einer Abnahme dioxid infolge zweier thermischer Abgleichschritte von 320 Ä der Sihciumdioxidschicht, was bei einer von je 90 Minuten Dauer hegt in der Größenordnung Ätzdauer von 5 Minuten einer Ätzrate von 1,07 Ä/Sek. von 25 Ä. Diese sehr dünnen Oxidschichten weisen io entspricht. Weiterhin wurde ein wahrend des Difetwas schnellere Ätzraten auf, als dies für dickere fusionsvorganges passiviertes Halbleiterbauelement Oxidschichten (größer als 2000 Ä) festgestellt wurde. aus Silicium mit einer kombinierten Beschichtung Aus diesem Grunde ist eine Ätzdauer von 40 Sekunden aus Phosphorsilicatglas und Siliciumdioxid von 1,03 μ,ηι mehr als ausreichend für die Entfernung von Silicium- Dicke in eine Ätzlösung über eine Zeitdauer von dioxidschichten, welche auf den Zugangsstellen rück- 15 200 Sekunden eingebracht. Nach Entfernung des Ätzgebildet wurden. Bei Benutzung des gleichen Ätzmittels mittels wurde die verbliebene Dicke der kombinierten ergibt sich bei gleichen Bedingungen ein Abtrag von Schichten aus Siliciumdioxid und Phosphatsilicatglas Phosphatsilicatglas in der Größenordnung von etwa mittels des VAMFO-Verf ahrens zu 0,977 μΐη bestimmt. 60 bis 120 Ä, in Abhängigkeit von der Phosphor- Dies entspricht einer Dickenäbnahme Von 530 Ä bekonzentration in der äußeren Schicht des Phosphat- 20 züglich der Phosphorsihcatglasschichtj was bei einer silicatglases. Für Halbleiterbauelemente mit Phosphat- Ätzdauer von 200 Sekunden eine Ätzrate von 2,65 Ä/ silicatabdeckung im Bereich von etwa 1500 bis 2900 Ä, Sek. bedeutet

wie sie in der Praxis häufig gefunden werden, bieten Bei diesen Ätzraten beträgt das Verhältnis der Ätz-

die Ätzmittel nach der Lehre der vorliegenden Er- raten der Phosphorsilicatglas- zur Siliciumdioxid-

findung somit einen vielfachen Sicherheitsfaktor bei 25 schicht 2,65 Ä/Sek.: 1,07 Ä/Sek. entsprechend einem

Benutzung von Ätzzeiten von 40 Sekunden. In der Wert Von 2,48.

Tat gewährleisten die obengenannten herabgesetzten Die Fig. la bis Ie zeigen typische Herstellungs-

Ätzraten sogar bei einer Ätzzeit von 300 Sekunden noch verfahren von elektronischen Festkörperbauelementen,

eine weitgehende Sicherheit. z. B. von Feldeffekttransistoren mit isoliertem Gitter,

Intern nachstehend aufgeführten Beispiel 1 werden 3° einem Bauelemententyp, bei dem sich die Ätzlösung die Ätzraten für Siliciumdioxid und Phosphatsilicat- der vorliegenden Erfindung vorteilhaft anwenden läßt, glas erläutert. Die Ätzrate für Sih'ciumdioxid wurde Fig. la ist eine Querschnittsdarstellung eines Teilunter Zugrundelegung von Halbleiterkörpern be- bereiches eines Halbleitersubstrates 1, in welchem ein stimmt, die mit lediglich einer allgemein gewachsenen Einzelexemplar einer insgesamt großen Anzahl von Schicht aus Siliciumdioxid bedeckt waren. Für die 35 herzustellenden Transistöreinheiten gezeigt ist.
Bestimmung der Ätzraten von Phosphatsilicatglas- Es versteht sich, daß bei der mikrominiaturisierten schichten wurden Halbleiterbauelemente aus Silicium Herstellung von Halbleitervorrichtung der Fabrikabenutzt, die eine genetisch gewachsene Schicht aus tionsprözeß sich gewöhnlich auf die Herstellung einer Siliciumdioxid aufwiesen, die ihrerseits überlagert sehr großen Anzahl von Halbleiterbauelementen erwaren mit einer dicht anliegenden Schicht aus von der 40 streckt, wobei die Zahl mehrere 100 Einheiten betragen Diffusionssubstanz herrührendem Phosphatsilicatglas. kann, die innerhalb eines als Substrat dienenden Als Testkörper diente hierbei ein mit einer genetischen Halbleitermutterkristalles angeordnet sind. Ein der-Schicht aus Siliciumdioxid bedeckter Halbleiterkörper, artiges Substratplättchen besitzt bei einer Dicke von der dadurch mit einer dicht anliegenden Schicht aus 0,15 mm einen Durchmesser von etwa 0,6 bis 2,4 cm. Phosphatsilicatglas überdeckt wurde, daß er unter 45 Das Plättchen wird nach Beendigung des Herstellungs-Diffusionsbedingungen einer Quelle aus Phosphorpent- prozesses in einzelne Halbleitereinheiten oder Chips oxid ausgesetzt und anschließend bezüglich seiner zerschnitten, welche Flächenbereiche von etwa 0,5 ■ freien Siliciumstellen reoxydiert wurde. In allen 0,5 mm umfassen. Zur Vereinfachung der folgenden Fällen, einschließlich der anderen Beispiele dieser Beschreibung wird jedoch lediglich die Herstellung Beschreibung wurden die Dicken der verschiedenen 5° einer einzigen Baueinheit bzw. eines einzigen Chips Schichten auf dem Halbleiterkörper mittels des bereits beschrieben. Wie aus der F i g. la hervorgeht, ist eine obenerwähnten VAMFO-Verfahrens gemessen, welche eng anliegende isolierende Schicht 2 aus Oxid auf die auf interferenzmikroskopischen Methoden beruht, die Oberfläche des Substrates 1 aufgebracht. Grundeigens für genaue zerstörungsfreie Dickenmessungen sätzlich können zwar verschiedene Oberflächenoxiddünner Schichten entwickelt wurde. Eine vollständige 55 schichten verwendet werden, speziell bei Silicium-Beschreibung des VAMFO-Verfahrens kann einem Substraten benutzt man jedoch vorzugsweise eine Artikel von W. A. Pliskin und E. E. C ο η r a d mit genetische Oxidschicht aus Silicium, welche aus dem dem Titel »Zerstörungsfreie Bestimmung der Dicke Ausgangskristall beispielsweise durch einfaches Ein- und des Brechungsindizes durchsichtiger dünner wirken der Atmosphäre oder auch durch kompli-Schichten«, S. 43 bis 51 des Journal of Research and 60 Wertere Verfahren erzeugt wird. Derartige genetisch Development, Bd. S, Nr. 1, vom Januar 1964, ent- erzeugte Oxidschichten können auf dem Mutternomrnen werden. kristall aus Silicium mittels verschiedener wohlt> · · j ₁ bekannter Verfahren hergestellt werden, beispielsweise P durch elektrochemische Behandlung oder durch Er-

Eine Ätzlösung wurde bei Umgebungstemperatur 65 hitzen des Körpers zwischen 900 und 1400° C in einer

mit einem pH-Wert von 6,7 hergestellt durch Mischung oxydierenden Atmosphäre aus Sauerstoff oder einer

von 2 Gewichtsteilen einer 40gewichtsprözentigen wasserdampfhaltigen Atmosphäre.

AmmoniurnfluoridlÖsung zu 1 Teil einer 12,5gewichts- Anschließend werden dann die Durchbrüche 3 an

7 8

der festgelegten Stelle der Schicht 2 angebracht, wozu Bei derartigen weiteren Verfahrensschritten kann konventionelle Photogravurverfahren benutzt werden jedoch z. B. eine Rückbildung der Siliciumdioxidkönnen. Beispielsweise kann ein in der Zeichnung schicht 7 eintreten, die sich auf der durch Diffusion nicht gezeigter Photogravurresist auf die Silicium- erzeugten Zone 4 und 5 ablagert, wodurch weitere dioxidschicht 2 aufgebracht werden, wonach dieser 5 zusätzliche abschließende Verfahrensschritte zur Rei-Resist durch eine photographische Platte hindurch nigung nötig werden, um eine gute ohmsche Kondem Licht ausgesetzt wird. Hierbei besitzt diese Platte taktierung zu gewährleisten. In typischer Weise verlichtundurchlässige Oberflächenbereiche entsprechend Ursachen zusätzliche Verfahrensschritte, bestehend den Stellen, an denen die Oxidschicht entfernt werden aus zwei thermischen Abgleichvorgängen von 90 Misoll. Bei einer photografischen Entwicklung wird der io nuten Dauer, ein Wachstum einer 25 Ä dicken, aus nichtexponierte Teil des Resists entfernt. Die Masken- Oxid bestehenden Schicht auf den Zugangsstellen, anordnung wird darauf in irgendeine bekannte, das und bei einer 10 Minuten dauernden Behandlung Siliciumdioxid auflösende Ätzlösung, beispielsweise zur Reinigung mit Schwefelsäure entstehen Oxidin eine Lösung aus gepufferter Fluorwasserstoffsäure schichten mit einer Dickenabmessung von 14 Ä. eingebracht, wodurch die Öffnungen 3 an den Stellen, 15 Ein abschließender Reinigungsschritt durch Ätzen an denen der Resist exponiert wurde, entstehen. Der zur Entfernung derartiger rückgebildeter Schichten restliche Resist wird dann auf gelöst und ausgewaschen, aus Oxid ist kritisch, da lediglich eine geringfügige wodurch sich die in Fig. la gezeigte Konfiguration Abtragung der Phosphatsilicatglasschicht 6 erwünscht ergibt. Diese umfaßt das Siliciumsubstrat 1 und die ist. Um nun die Abtragrate der beim Diffusionsvordarüber Hegende Siliciumdioxidschicht 2, welche ihrer- 20 gang gebildeten Phosphatsilicatglasschicht 6 sehr seits die Durchbrüche 3 aufweist, durch welche die gering zu halten, wendet man zweckmäßigerweise darunter, liegenden Bereiche des Siliciumkörpers be- eine Ätzlösung nach der Lehre der vorliegenden kannten Diffusionsverfahren unterworfen werden Erfindung an, die aus Ammoniumfluorid und Ammokönnen, wobei ein geeignetes Dotierungsmaterial zur niumdihydrogenphosphat besteht und die einen Beeinflussung der Leitfähigkeitseigenschaften, bei- 25 pH-Wert im Bereich von 6 bis 6,8 besitzt. Ist die spielsweise Phosphorverbindungen wie Phosphorpent- rüekgebildete Oxidschicht? durch Behandlung mit oxyd, benutzt wird. Diese Substanzen werden durch der genannten Ätzlösung entferntifwjrd ^;zur Fertig-* Diffusion durch die Diffusionsfenster 3 hindurch in stellung des Bauelementes eine-^umie' ScWcht 9 leidas Halbleitermaterial 1 zur Erstellung der Quellen- tehden Metalls beispielsweise· aus; ''"Aluminium in und Senkengebiete 4 und 5 eingebracht. Bei der Her- 30 geeigneter Weise, z. B. durch*' Aufdampfen auf die stellung der diffundierten Bereiche 4 und 5 wird das vorgeätzten, · freigelegten Stellen"'der^: Oberflächen Diffusionsmittel, d. h. das Phosphorpentoxid gleich- oberhalb der durch Diffusion erzeugten Gebiete 4 zeitig auch mit der Siliciumdioxidbescbichtung 2 und 5 sowie auf ausgewählte Stellen der dünnen reagieren, wodurch eine glasartige dünne Deck- Schichte aus Phosphatsilicatglas entsprechend der schicht6 auf der Oberfläche der Gesamtanordnung 35 in Fig. Ie gezeigten Konfiguration aufgebracht, entsteht. Ein typisches Diffusionsverfahren umfaßt Die Fi g. 2 zeigt einen Ausschnitt eines Halbleitereine Erhitzung der Anordnung nach Fig.la auf bäuelementes zum Zwecke der Erklärung der sich Temperaturen zwischen 900 und 1250⁰C innerhalb in diesem abspielenden Ätzvorganges. Innerhalb des einer reaktionsfähigen Atmosphäre z. B, einer solchen Querschnitts eines Halbleiterbauelementes, wie es aus Phosphorpentoxid (P₂O₅) zur Bildung von n-lei- 4° den Abbildungen der Fig. la bis Ie entspricht, ist tenden Quellen- und Senkengebieten 4 und 5. ■ ein allgemeines Ätzratendiagramm eingezeichnet, wo-Zum Zwecke der Einfügung des Halbleiterbau- bei sich- die Zeitkoordinate in horizontaler Richtung elementes bzw. deren Zuleitungen in die jeweilige entlang der -Trennfläche zwischen dem Silicium-Schaltung werden die Kontaktdurchbrüche 3' in ge- substrat - -und ^cder '■ Siliciumdioxidschicht, die die eigneter Weise in dem abdeckenden Phosphatsilicät- 45 Schichtdicke-darstellende Koordinate sich in der zu glas 6 angebracht. Die so an den Diffusionsstellen 4 der -genannten^Trennfläche senkrechten Richtung und 5 exponierten Bereiche werden im folgenden als erstreckt. -Dier Ätzung wurde in verschiedenen auffreigelegte Stellen bezeichnet. Diese Kontaktdurch- einänderfolgenden-' Zeitabschnitten durchgeführt, die brüche können unter Benutzung eines zweiten Photo- aus den auf der- -Zeitachse markierten Punkten zu resistsmusters 8 im Rahmen bekannter Photogravur- 5° ersehen sind. .;·-?«-,·:■;·..
verfahren erstellt werden. Der maskierte Halbleiter- Beispiel 2
körper wird in eine bekannte Ätzlösung eingebracht,

welche die von dem Diffusionsmaterial herrührende Um einen Ausgangspunkt für Vergleiche zu beglasartige Abdeckung auflöst. Hierzu kann typischer- kommen, wurde ein konventionelles Ätzmittel durch weise gepufferte Fluorwasserstoffsäure in Lösung 55 Mischung von 7 Volumteilen einer 40gewichtsprobenutzt werden, wie sie bereits im vorstehenden zur zentigen Ammoniumfluoridlösung mit 1 Volumteil Bildung der Kontaktdurchbrüche 3' verwendet wurde. einer 49gewichtsprozentigen Fluorwasserstoffsäure er-Anschließend wird die restliche Resistschicht aufgelöst stellt, was einer Ätzlösung mit einem pH-Wert von und weggewaschen. Man erhält so die Anordnung, 4,5 bis 5 ergab, welche bei der Benutzung im wesentwie sie in F ig. Ic gezeigt ist. Für die im Vorgehenden 60 liehen auf einer Temperatur von 25,4° C gehalten genannten Ätzprozesse ist das Ätzvermögen nicht wurde.

kritisch, weshalb konventionelle Ätzmittel benutzt Ein Phosphatsilicatglasbauelement wurde verschie-

werden können. Die Vorrichtung wird weiteren ge- den lang, wie aus der Tafel I ersichtlich, in die Ätz-

wöhnlichen Verfahrensschritten, beispielsweise einem lösung eingebracht, so daß eine progressive Ätzung

Reinigungsbad aus Säure, einem Abgleich der Basis- 65 durch die Schichtung aus Phosphatsilicatglas und

stärke durch einen Erhitzungsprozeß usw. unterworfen, Siliciumdioxid zustande kam. Nach jeder Ätzperiode

bevor die Elektroden an den einzelnen Zonen ver- wurde die Vorrichtung im Luftstrom getrocknet und

schiedenen Leitfähigkeitstyps angebracht werden. die verbliebene Schichtdicke mittels des VAMFO-

am Punkt

Atzzeit (Sekunden)

laufende
Zeiti

10

25

65

125

At

0
10
15
40
60

Gesamtstärke
der Schicht
μπι j am Punkt

1,1470
1,0930
0,9920
0,8860
0,7680

A B C D E

Um jeglichen Einfluß eines Überdiffusionseffektes von Phosphor in der Nähe der Trennfläche auf die Bestimmung der Ätzraten zu vermeiden, werden die Ätzraten für die Zeiten t_x bis t_z und t_s bis i₄ bestimmt.

Wie man aus der Tabelle ersehen kann, erstreckt sich der Anteil der Phosphatsilicatglasschicht, die während der Zeitabschnitte t₂ bis t_x von 15 Sekunden abgetragen wird, von B bis C und besitzt eine Dicke von 0,01 μπι oder 1,010 Ä. Bei einer Ätzzeit von t_x bis t_z von 15 Sekunden entspricht dies einer Ätzrate von 67,3 Ä/Sek. Die Ätzrate für Siliciumdioxid wurde in ähnlicher Weise bestimmt für die Zeitdauer t₃ bis i₄ (60 Sekunden), was einer Abtragung von 0,1180 μπα bzw. 1180 Ä der Siliciumdioxidschicht entspricht, was gleichbedeutend ist mit einer Ätzrate von 19,6 Ä/Sek.

Aus diesen Ergebnissen ergibt sich ein Verhältnis der Ätzraten zueinander von 3,43, was zeigt, daß die Phosphatsilicatglasschicht 3,43mal schneller abgeätzt wird, als dies für die Siliciumdioxidschicht der Fall ist.

Beispiel 3

Der Vorgang nach Beispiel 2 wurde wiederholt mit der Ausnahme, daß nunmehr das Ätzmittel nach der Lehre der Erfindung benutzt wurde, indem 1 Volumteil einer 40gewichtsprozentigen Ammoniumfluorid-Lösung mit 1 Volumteil einer 15,2gewichtsprozentigen Ammoniumdihydrogenphosphatlösung gemischt wurde. Die Ätzzeiten bei Umgebungstemperatur sowie die zugehörigen Resultate sind in der folgenden Tabelle II zusammengestellt.

Tafel II

am Punkt

Ätzzeit (Sekunden)

laufende
Zeiti

250

710

1310

1770

At

250
460
600
460

Gesamtstärke
der Schicht
μπι I am Punkt

1,113
1,032
0,942
0,872
0,814

A B C D E

Wie man aus der Tabellen ersieht, wurden während der Ätzzeiten I₁ bis t₂ von 250 Sekunden 0,0181 μπι bzw. 181Ä der Phosphatsilicatglasschicht entfernt, was gleichbedeutend ist mit einer Ätzrate von 3,24Ä/Sek. In ähnlicher Weise erhält man für die Ätzzeit t_z bis t_t von 460 Sekunden einen

Verfahrens gemessen. Die ursprüngliche Dicke der Verbundschicht aus Phosphatsilicatglas und Siliciumdioxid betrug 1,1470 μπι. Die Ätzperiode und die erhaltenen Resultate sind in den Werten der Tafel I zusammengefaßt, welche mit den Diagrammen der F i g. 2 in Korrelation steht.

Tafel I

Abtrag der Siliciumdioxidschicht von 0,058 μπι, was gleichbedeutend ist mit einer Ätzrate von 1,26 Ä/Sek. Auswiesen Werten kann man leicht ersehen, daß die Ätzrate für Phosphatsüicatglasschichten und SiIiciumdioxidschichten 2,57 beträgt, woraus hervorgeht, daß die Phosphatsilicatglasschicht 2,57mal schneller abgetragen wird, als es für die Siliciumdioxidschicht unter Benutzung nach der Lehre der vorliegenden Erfindung der Fall ist.

Beispiel 4

Das Beispiel 2 wurde wiederholt mit der Ausnahme, daß die Ätzlösung durch Mischen von 2 Volumteilen einer 40gewichtsprozentigen Ammoniumfluoridlösung mit 1 Volumteil einer 12,5%igen Ammoniumdihydrogenphosphatlösung hergestellt wurde.

Die Ätzzeiten und Resultate sind wiedergegeben in der unten stehenden Tabelle III.

Tafel III

am Punkt

Ätzzeit (Sekunden)

laufende

Zeiti

200

600

1200

1600

At

200
400
600
400

Gesamtstärke
der Schicht
μπι I am Punkt

1,1215
1,0720
0,9720
0,8900
0,8430

A B C D E

Aus der Tafel III ist ersichtlich, daß 0,100 μπι oder 1000 Ä der Phosphatsilicatglasschicht abgeätzt wurden in einer Zeitdauer t_x bis t₂ von 400 Sekunden, was einer Ätzrate von 2,5 Ä/Sek. bedeutet. In dem Zeitabschnitt t₃ bis t_t von 400 Sekunden wurden 0,0470 μπα oder 470 Ä der Siliciumdioxidschicht abgeätzt, was einer Ätzrate von 1,18 Ä/Sek. entspricht. Aus diesen Raten ersieht man, daß das Verhältnis der Ätzraten von Phosphatsilicatglasschicht zu derjenigen von Siliciumdioxidschicht 2,5 Ä/Sek. zu 1,18 Ä/Sek. oder 2,12 beträgt.

Beispiel 5

Das Beispiel 2 wurde wiederholt mit der Ausnahme, daß eine Ätzlösung gebraucht wurde, welche hergestellt war durch Mischung von 4 Volumteilen einer 40gewichtsprozentigen Ammoniumfluoridlösung mit 1 Volumteil einer 12,5gewichtsprozentigen monobasischen Ammoniumphosphatlösung. Die Ätzzeiten und die zugehörigen Resultate gehen aus der unten stehenden Tafel IV hervor.

Tafel IV

am Punkt

Ätzzeit (Sekunden)

laufende

Zeiti

200

600

1200

1600

At

200
400
600
400

Gesamtstärke
der Schicht
μπι am Punkt

1,138
1,092
1,024
0,947
0,915

A B C D

Aus der Tafel IV ist ersichtlich, daß 0,068 μπι einer Phosphatsilicatglasschicht abgeätzt wurden in

der Ätzzeit t_x bis i₂ von 400 Sekunden mit einer

Ätzrate von 1,7 Ä/Sek. In ähnlicher Weise wurden

0,032 μπι oder 320 Ä einer Siliciumdioxidschicht

durch Ätzen entfernt in einem Zeitabschnitt /₃ bis /₄ von 400 Sekunden, entsprechend einer Ätzrate von 0,8 Ä/Sek. Aus den vorstehenden Werten ergibt sich für das Verhältnis der Ätzraten von Phosphatsilicatglasschicht zu Siliciumdioxidschicht von 1,7 Ä/Sek. zu 0,8 Ä/Sek. oder 2,12.

Aus dem vorstehenden Beispiel sieht man, daß die Verhältnisse der Ätzraten der Ätzlösungen nach der Lehre der vorliegenden Erfindung für die spezielle Anwendung eines abschließenden Reinigungsätzverfahrens für Kontaktdurchbrüche in Phosphatsilicatglasbedeckten Vorrichtungen wesentlich geringer ist, als dies bei konventionellen Ätzlösungen (vgl. Beispiel 2) der Fall ist. Weiterhin sind die nach der Lehre der vorliegenden Erfindung erzielbaren Ätzraten selbst mehr als eine Größenordnung geringer im Vergleich mit den konventionellen Ätzlösungen, was eine bessere Kontrolle des Ätzvorganges bedeutet. Infolge dieser Gegebenheiten ist die Benutzung eines Ätzmittels nach der Lehre der vorliegenden Erfindung besonders empfehlenswert für die abschließende reinigende Ätzung von Kontaktdurchbrüchen an phos-) phatsilicatglasbedeckten Halbleiterbauelementen, da sie die Abtragsrate der Phosphatsilicatglasschichten, die sich während der mit Phosphor durchgeführten Diffusionsprozesse auf dem Halbleiterkörper bzw. auf dem Substrat bilden, stark herabzusetzen in der Lage ist. Derartige Ätzraten in-Verbindung mit den sich ergebenden besseren ohmschen Kontakten geben dem Halbleitertechniker ein Mittel in die Hand, die Eigenschaften von Halbleiterbauelementen und deren Zuverlässigkeit zu verbessern bzw. den bei der Herstellung anfallenden Ausschuß herabzusetzen.

Claims

Patentansprüche:

1. Wäßrige Ätzlösung zum selektiven Ätzen von Siliciumdioxid- und Phosphatglasschichten auf Halbleiterkörpern, gekennzeichnet durch einen Gehalt an Ammoniumdihydrogenphosphat und Ammoniumfluorid.

2. Lösung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Gehalt an 2 bis 10 Gewichtsprozent Ammoniumdihydrogenphosphat und 10 bis 30 Gewichtsprozent Ammoniumfluorid.

3. Verwendung der Lösung nach Anspruch 1 und 2 zur abschließenden reinigenden Ätzung von mit Kontakten zu versehenden Halbleiterflächen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen