DE1696138B1 - Aetzloesung fuer duenne aluminiumschichten und verwendung der aetzloesung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein chemisches Ätzmittel, mit dem Aluminium und Aluminiumlegierungen sehr gleichmäßig gelöst werden können. Es läßt sich sehr vorteilhaft anwenden bei der Herstellung von Leitungs- oder Schaltungsmustern durch Foto-Ätzverfahren in kleinen elektronischen Schaltkreisen, in Halbleiteranordnungen usw., bei denen eine sehr genaue Zeichnung bis ins Detail erforderlich ist.

In der Elektronikindustrie und insbesondere in der Halbleiterindustrie werden die Schaltkreismuster und die Leitungsendanschlüsse bisher dadurch hergestellt, daß Aluminiumschichten auf keramisches oder halbleitendes Trägermaterial aufgedampft und die unerwünschten Teile der Schicht wahlweise weggeätzt werden. Dabei muß zunächst eine Schicht aus einem lichtempfindlichen Deckmaterial auf die Aluminiumschicht gebracht, das Deckmaterial durch ein entsprechendes Negativ belichtet und die nichtpolymerisierten Bereiche des Deckmaterials weggelöst werden, so daß die entsprechenden Stellen der Aluminiumschicht freigelegt werden. Dann wird ein chemisches Ätzmittel auf die mit der Maske versehene Aluminiumschicht aufgebracht, und es werden die ungeschützten Stellen der Schicht weggeätzt. Nach der Ätzung wird die Maske entfernt und es verbleiben die nicht weggeätzten Stellen der Aluminiumschicht auf dem Trägermaterial. Nach dem herkömmlichen.. Verfahren wird ein Alkalimetallhydroxid, wie Natrium- oder Kaliumhydroxid, zum Ätzen der Alumi- ' niumschicht verwendet. Diese Ätzmittel können zwar in verschiedenen Fällen ihren Zweck erfüllen, wenn es jedoch im einzelnen auf eine sehr genaue Zeichnung ankommt, reichen sie nicht aus. Sie ätzen nicht gleichmäßig, unterschneiden den Aluminiumfilm und greifen die Foto-Deckschicht an. Während diese Einfiüsse beim Ätzen gröberer Muster in Kauf genommen werden können, wirken sie bei der Herstellung von MiniaUirschaliiingen und Halbleiteranordnungen sehr störend. Bei der Herstellung von beispielsweise einzeln bearbeiteten integrierten Schaltungen, dünnen Schichiplänea u. dgl. ist es sehr wichtig, daß die geätzten Aliraiiniumschichten eine sehr feine Zeichnung aufweisen. Dies kann dadurch erreicht werden, daß die Aluminiumschicht sehr gleichmäßig geätzt wird, ohne daß die Foto-Deckmaske unierschnitten und angegriffen wird.

Ätzlösungen aus Kaliumhydroxid bzw. Natriumhydroxyd und Kalium-Ferricyanid sind bekannt zum Atzen von Wolfram, Molybdän und Tantal, zum Ätzen von Halbleitern sowie zum Ätzen von Wolfram und Molybdän, nicht jedoch zum Ätzen von Aluminium. Es findet sich auch kein Hinweis auf eine mögliche Anwendung für Aluminium, das besondere Probleme bietet.

Das Alkalimetallhydroxid weist den ihm eigenen Nachteil auf, daß es an der Aluminiumoberfläche eine Gasentwicklung verursacht, wodurch eine ungleichmäßige Benetzung und dadurch eine ungleichmäßige Ätzung des Aluminiums erzielt wird. Ferner kann bei der Herstellung von extrem schmalen Leiterstegen die Unterschneidung des Leiters ein ernstes Problem sein. Ferner muß auf Grund der Gasentwicklung an der Aluminiumfläche das Werkstück nach einer bestimmten Zeit aus der Lösung herausgenommen, abgespült und noch ein oder mehrere Male eingetaucht werden, um den Ätzvorgang zu vollenden. Durch das Wiedereintauchen nutzt sich die Foto-Deckmaske schneller ab.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ätzmittel für Aluminium und Aluminiumlegierungen zu schaffen, das die vorgenannten Nachteile nicht aufweist und insbesondere keine Gasentwicklung zeigt, die Schichten nicht unterschneidet, die Flächen wirksam benetzt, eine gleichmäßige Ätzung bewirkt und sich auch zur Ätzung aufgedampfter Aluminiumschichten eignet, wie sie zur Herstellung von Schaltungsmustern und Endanschlüssen an elektronischen Einrichtungen verwendet werden, bei denen das Ätzmittel eine sehr genaue Zeichnung bewirkt und sich nicht negativ auf die Haftung der Aluminiumschicht auswirkt oder die Foto-Deckmaske angreift.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch eine wäßrige alkalische Ätzlösung, die Alkalimetallhydroxid enthält und gekennzeichnet ist durch eine wäßrige Lösung eines Alkalimetallferricyanids oder eines Ammoniumferricyanids, die ein Alkalimetallhydroxid in einer Konzentration von nicht mehr als 25 g/l enthält, wobei das molare Verhältnis von Hydroxid zu Ferricyanid zwischen Y₂₀:1 und 2:1 liegt.

Vorzugsweise ist das Ferricyanid ein Natriumoder Kaliumferricyanid und das Alkalimetallhydroxid ein Natrium- oder Kaliumhydroxid, und es ist ein Netzmittel enthalten.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform liegt das Alkalimetallferricyanid in einer Konzentration von mindestens 5 g/l vor.

Die Ätzlösung wird verwendet zum Ätzen einer auf einer Unterlage, insbesondere einem Halbleiter, aufgedampften dünnen Aluminiumschicht, von der die nicht zu ätzenden Teile beispielsweise mit einem Film aus einer lichtempfindlichen Schutzmasse abgedeckt sind durch Eintauchen der abgedeckten Schicht in die alkalische Ätzlösung.

Die Erfindung ist im folgenden im einzelnen beispielsweise beschrieben.

Die aluminiumätzende Lösung umfaßt eine alkalische wäßrige Lösung eines Alkalimetallferricyanids und/oder eines Ammoniumferricyanids. Offensichtlich ist das Ferricyanidion das hauptsächliche Agens, welches die mit dem erfindungsgemäßen Lösungsmittel erzielbaren unerwarteten Vorteile bewirkt. Selbst kleine Mengen des Ferricyanidsalzes genügen, um beachtliche Vorteile beim Ätzen von Aluminium oder Alumimumlegierungen zu erzielen. Vorzugsweise werden jedoch mindestens 5 g des Ferricyanidsalzes pro Liter verwendet und in den meisten Fällen wird die größte Feinheit der Zeichnung dann erzielt, wenn mehr als 25 g/l bis zur Sättigung enthalten sind.

Mit Ätzlösungen, die 1 g Kaliumhydroxid, 88 g Ferricyanid und 800 ml Wasser enthalten, ist beim Ätzen von Schichten zur Herstellung von detaillierten, zusammengesetzten Schaltungen und dünnen Schichtplänen eine hervorragende Feinheit der Zeichnung erzielbar, ohne daß damit längere Ätzzeiten verbunden sind. Die Ätzzeit für diese Lösung kann noch herabgesetzt werden, indem die Kaliumhydroxidkonzentration bis zu 10 g erhöht wird. Jedoch ist damit eine Herabsetzung der Feinheit der Zeichnung verbunden, die möglicherweise in Fällen, in denen es auf genaue Details ankommt, nicht mehr ausreicht.

Das in dem Ätzmittel verwendete Alkali ist ein Alkalimetallhydroxid, wie Natriumhydroxid oder Kaliumhydroxid. Eine Erhöhung der Alkalimetallkonzentrationen bewirkt eine Erhöhung des Ätzbe-

träges. Jedoch sollten nur schwache Alkalimetallhydroxidkonzentrationen verwendet werden, da stärkere Konzentrationen eine Gasbildung an der Aluminiumoberfläche hervorrufen und eine ungleichmäßige Ätzung bewirken. Die Alkalimetallhydroxidkonzentration sollte einen Betrag von 25 g/l nicht überschreiten. Eine Erhöhung des molaren Verhältnisses von Ferricyanid zu Alkalimetallhydroxid verbessert im allgemeinen die Gleichmäßigkeit der Ätzung und die Feinheit der Zeichnung. Während höhere Alkalimetallhydroxydkonzentrationen den Ätzbetrag erhöhen, wirken sie demgemäß der Feinheit der Zeichnung entgegen. Ein molares Verhältnis von Ferricyanidsalz zu Alkalimetallhydroxyd von 1:2 stellt die maximal zulässige Menge des Alkalimetallhydroxids dar, mit der noch annehmbare Ergebnisse erzielt werden. Eine sehr gute Feinheit der Zeichnung beim Ätzen dünner Schichten wird mit einem molaren Verhältnis von Ferricyanidsalz zu Alkalimetallhydroxid von 20 :1 erzielt, jedoch ist der Ätz- ao betrag ziemlich gering. Bei gewerbsmäßiger Produktion richtet sich das bevorzugte molare Verhältnis nach der geforderten Gleichmäßigkeit der Ätzung oder Feinheit der Zeichnung gegenüber der maximalen Ätzzeit, die zugelassen werden kann.

Im folgenden ist ein spezifisches Anwendungsbeispiel der Erfindung gegeben, bei dem eine Schaltung aus einer dünnen Schicht hergestellt wird. Zunächst wird ein aus Glas bestehender Träger gereinigt und dann in eine Vakuumkammer gebracht, in welcher in üblicher Weise auf die gesamte Fläche des Trägermaterials eine Aluminiumschicht aufgedampft wird. Gewöhnlich wird durch Verdampfung durch Entspannung auf einen Druck von etwa 1 · 10"⁶ Torr ein Aluminiumüberzug von etwa 1 Mikron erzeugt. Unter Vakuum aufgedampfte Schichten für Schaltungen, Halbleitereinrichtungen u. dgl. weisen im allgemeinen eine Dicke von ¹Z₂ bis 10 Mikron auf.

Nach der Aufdampfung wird eine Foto-Deckschicht auf den Aluminiumüberzug aufgebracht und durch ein entsprechendes Negativ des Schaltmusters belichtet, wobei ausgewählte Stellen polymerisiert werden. Die nichtpolymerisierten Stellen der Foto-Deckschicht werden anschließend weggelöst, wobei die darunter liegende Aluminiumschicht freigelegt wird. Dann folgt gewöhnlich eine kurze Brennzeit, um die verbleibende Deckschicht, welche das gewünschte Schaltungsmuster abdeckt, zu trocknen.

Das so präparierte überzogene Trägermaterial wird dann in eine Lösung mit Raumtemperatur eingetaucht, die 5 g Kaliumhydroxid, 88 g Kaliumferricyanid und 800 ml Wasser enthält. Das Trägermaterial kann eine ausreichende Zeit in der alkalischen Ferricyanidlösung eingetaucht bleiben, bis die freiliegende Aluminiumschicht völlig weggeätzt ist. Für Schichtdicken von etwa 1 Mikron sind Ätzzeiten von etwa 3 Minuten erforderlich.

Nachdem die auf dem Trägermaterial befindliche freiliegende Aluminiumschicht völlig weggeätzt ist, wird das Trägermaterial aus der Lösung herausgenommen und dann in entionisiertem Wasser nachgespült, um die restliche anhaftende Lösung zu entfernen.

Dann wird die Foto-Deckmaske durch Eintauchen des Trägermaterials in ein entsprechendes Lösungsmittel, wie Methyläthylketon, entfernt, um das fertige Schaltungsmuster zu bekommen. Dann können aus dünnen Schichten bestehende Kondensatoren und Widerstände in herkömmlicher Weise aufgebracht werden, beispielsweise durch Zerstäubung od. dgl., und gegebenenfalls durch eine Maske aufgedampfte Kondensatorkontakte, so daß der Schaltkreis vervollständigt wird.

Vorzugsweise wird das Ätzmittel bei Raumtemperatur gehalten. Bei höheren Temperaturen werden die Ätzbeträge vergrößert; wenn sie jedoch zu groß werden, wird an den Rändern der Aluminiumschicht die Feinheit der Zeichnung herabgesetzt. Niedrigere Temperaturen verursachen gewöhnlich keine Verbesserung in der Feinheit der Zeichnung, jedoch verringern sie den Ätzbetrag. Ferner ist es vorteilhaft, der Ätzlösung ein Netzmittel beizugeben.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Alkalische Ätzlösung, die Alkalimetallhydroxid enthält, für eine auf eine Unterlage aufgedampfte dünne Aluminiumschicht, gekennzeichnet durch eine wäßrige Lösung eines Alkalimetallferricyanids oder eines Ammoniumferricyanids, die ein Alkalimetallhydroxid in einer Konzentration von nicht mehr als 25 g/l enthält, wobei das molare Verhältnis von Hydroxid zu Ferricyanid zwischen V:o: 1 und 2:1 liegt.

2. Ätzlösung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Alkalimetallferricyanid Natrium- oder Kaliumferricyanid und als Alkalimetallhydroxid Natrium- oder Kaliumhydroxid sowie ein Netzmittel enthält.

3. Ätzlösung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie das Alkalimetallferricyanid in einer Konzentration von mindestens 5 g/l enthält.

4. Verwendung einer Ätzlösung nach Anspruch 1 bis 3 zum Ätzen einer auf einer Unterlage, insbesondere einem Halbleiter, aufgedampften dünnen Aluminiumschicht, von der die nicht zu ätzenden Teile beispielsweise mit einem Film aus einer lichtempfindlichen Schutzmasse abgedeckt sind, durch Eintauchen der abgedeckten Schicht in die alkalische Ätzlösung.