DE1910736A1 - Verfahren zum Herstellen von elektrisch isolierten,aus Aluminium bestehenden Kontakten - Google Patents

Verfahren zum Herstellen von elektrisch isolierten,aus Aluminium bestehenden Kontakten

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Description

-aMfiZ1969
AKTIENGESEILSCHAFT München 2,
Y/ittelsbacherplatz 2
69/2146
Verfahren zun Herstellen von elektrisch isolierten, aus Aluminium "bestehenden Kontakten
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von elektrisch isolierten, aus Aluminium "bestehenden Kontakten wie Leifbahnen, Anschlußdrähten und Kontaktierflecken für elektrische Bauelemente, insbesondere für nach der Planartechnik gefertigte Halbleiterbauelemente.
Pur die rationolle Fertigung von Halbleiterbauelementen, insbesondere von solchen, deren Herstellung auf der Planartechnik beruht, ist das Anbringen der Kontakte an den Elektroden und die Isolierung dieser Kontakte oder Leitbahnen von großer Bedeutung.
Während nan zur Isolation von Kontaktierungsdrahten an elektrischen Bauelementen überwiegend Lacküberzüge verwendet, ist man bei Bauelementen in der Mikroelektronik auf Aufdampf- und Oxydationoprozesse unter Anwendung fotolithographischer Verfahren oder Maskentebhnik angewiesen. Dabei werden die einen intergrierten Schaltkreis bildenden Bauelemente durch Aufdampfen von metallischen Aluminiumleitbahnen auf die isolierende und zugleich die Bauelemente schützende Oxidschicht miteinander verbunden.
Das Aufbringen mehrerer solcher zur Verschaltung der einzelnen Bauelemente notwendiger Loitbahnen, welche sich kreuzen oder cogar überoinanderliegen und nur durch eine Isolationsschicht getrennt sind, bereitet.selbst bei Anwendung sehr komplizierter Ilaskierungs- und Oxydationsprozesse sowie der bekannten Methode der Fotoätztechnik noch erhebliche Schwierigkeiten und führt oft zu großen Streuungen der elektri-.sehen Werte sov/Γο zu elektrischen und mechanischen Ausfüllen.
PA 9/493/965 Edt/Au ^0 ORIGINAL - 2 -
6. 2. 1969 009837/1815
PA 9/493/965 - 2 -
Dieso Schwierigkeiten v/erden durch das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen von elektrisch isolierten, aus Aluminium bestehenden Kontakten wie Leitbahnen, Anschlußdrähten und Kontaktierflecken für elektronische Bauelemente, insbesondere für nach der Planartechnik gefertigte Halbleiterbauelemente, dadurch umgangen, daß zur Isolation dor Kontakte eine auf der aus Aluminium bestehenden Metallisierung erzeugte Aluminiumoxidschicht verwendet wird, welche durch unmittelbare Oxydation der Metallisierung gebildet wird.
Mit diesen lokalisierten Oxydationsverfahren, welches sich rationell und billig durchführen läßt, können Leitbahnen isoliert überkreust, Tunnel vermieden und die Abmessungen der Bauelenente kleiner gehalten werden. Außerdem erhält man elektrische Bauelemente mit gegenüber den bisher in der Halbleitertechnik bekannten Verfahren besseren Qualitätsmerkmalen,höherer Ausbeute und Lebensdauer, da die auf der Oberfläche der Metallisierung aufgewachsene Oxidschicht einen ausgezeichneten Korrosionsschutz darstellt, der innig,
d. h. übergangslcG und umschließend, mit dem Leitbahnmaterial verbunden ist. Dadurch wird auch die elektrische Stabilität sowie die mechanische Festigkeit in günstiger Weise beeinflußt. Ein weiterer Vorteil ergibt sich durch die Reduzierung der Herstellungskosten.
Worden besonders hohe Anforderungen an die Isolation gestellt, so ist in einer Y/eiterbildung de., ürfindungsgedankens vorgesehen, daß auf die Aluminiumoxidschicht noch eine zusätzliche Isolierschicht aufgebracht wird.
Es liegt in Rahmen der Erfindung, dafür eine SiO2- oder Sijtf. Schicht zu verwenden. Die SiOp-Schicht wird dabei zweckmäßigerweise durch Aufstäuben (Sputtern) mittels energiereicher-/* Strahlung, beispielsweise durch Kathodenzerstäubung oder durch Pyrolyse der entsprechenden Silane aufgebracht.
BAD ORIGINAL - 3 -
009837/1815
Diese doppelte Isolation ist für spezielle Anwendungszweckc, z. B. für großflächige Bauelemente von großen Nutzen.
Es liegt in Rahmen der Erfindung, die auf der Aluminiumleit-"bahn oder den Aluniiniumkontaktfleck bzw. den Aluminiuradraht vorgesehene Aluniniunoxidschicht durch anodische Oxydation zu erzeugen. Als Elektrolyt ist dabei vorzugsweise eine solche Lösung zu verwenden, welche die zu bildende Oxidschicht nicht angreift. Gemäß einem besonders günstigen Ausführungsbeispiel nach der Lehre der Erfindung wird deshalb eine schwache organische Säurelösung wie beispielsweise eine dreiprozentige Oxalsäurelösung verwendet. AIs-Kathode dient zweckmäßigerweise, um metallische Verunreinigungen vollkommen auszuschließen, ein--Graphitstab.
Das Verfahren nach der Lehre der Erfindung ist aber nicht nur auf die anodische Oxydationsmethode beschränkt, sondern kann auch mittels einer chemischen Oxydation durchgeführt werden. Dabei wird die Aluminiumoxidschicht unter Verwendung einer mindestens 9o° 0 heißen, sodahaltigen Alkalichronatlösung gebildet.
Die nach den erfindungsgemäßen Verfahren auf Alurainiumnetallisierungen aus Aluminiumoxid bestehenden Isolierschichten, zeichnen sich durch eine besonders gleichmäßige und homogene Ausbildung aus. Außerdem wird die Haftfestigkeit der Aluminiumschicht auf der Kristalloberfläche noch zusätzlich verbessert.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß in der gleichen Reihenfolge mehrere aus Aluminium und Aluminiumoxid bestehende Schichten übereinander aufgebracht werden können, welche gegebenenfalls zur Urzeugung spezieller geometrischer Strukturen an bestimmten, hierfür vorgesehenen Stellen, evtl. unter Verwendung von
009837/181 5
BAD ORIGINAL
PA 9/493/965 - 4 - -
IJaskierungsschichten und der Fotoätztechnik, wieder entfernt werden können. Die gleiche Maßnahme kann entsprechend auch für eine jeweils über der Aluminiumoxidschicht -noch zusätzlich aufgebrachte, insbesondere aus SiO„ bestehende Isolierschicht angewendet v/erden.
Das Verfahren nach der Lehre der Erfindung ist deshalb besonders gut geeignet zur Herstellung von insbesondere nach der Planartechnik gefertigten integrierten Schaltkreisen.
Es ist aber ebenso vorteilhaft anwendbar zur Herstellung von Halbleiterbauelenenten, welche unter Verwendung von KontaktierungsdrQiten aus Aluminium in ein Kunststoffgehäuse eingebaut werden. Dies ist besonders dann von Bedeutung, •,Ίβηη. die Kunststoffumhüllung durch die Kunststoffspritztechnik erfolgt, weil bei dieser Methode sehr leicht eine Berührung der dicht beieinanderliegenden Kontaktdrühte stattfinden kann. Durch die aufgewachsene, aus Aluminiumoxid bestehende Isolierschicht wird ein Kurzschluß verhindert.
Ein weiterer Anwendungsbereich des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich bei der Herstellung von Dünnfilmschaltungen, in weichen V/i der stände und Kondensatoren in Llehrfachschaltung miteinander verbunden sind.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand der in den Figuren 1-4 dargestellten Ausführungsbeispiele, noch näher erläutert.
Pig- 1 zeigt im Schnittbild eine Leitbahnfolge, welche im Prinzip zur Kontaktierung beispielsv/eise eines integrierten Halbleitcrcchaltkreises vcrvendet werden kann. Dabei v/cl-id, auf den die Halbleiterbauelemente enthaltenden Kristalikürper 1 durch Aufdampfen in Vakuum von 4.1 ο Torr mit Hilfe einer aus einer V/olfraiuWendel bestehenden, einen
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Aluminiumdraht enthaltenden Aufdampfquelle (in der Figur nicht abgebildet) eine ca. 1 /u dicke Aluminiumschicht 2 als untere leitbahn abgeschieden. Durch eine anschließende anodische Oxydation in dreiprozentiger Oxalsäurelösung werden die Oberflächenbereiche dieser Aluminiumschicht 2 in eine Aluminiumoxidschicht 3 übergeführt. Dabei wird der zu oxydierende Kristallkörper (1,2) als Anode geschaltet und zur Spannungsführung neben der aufgedampften Aluminiumschicht 2 am Rand des Kristallkörpers - v/elcher übrigens eine Vielzahl gleichartiger Schaltkreise enthält und erst vor der Montage in die einzelnen Bauelemente izerteilt wird - eine Zinnperle (in der Figur nicht dargestellt) in den Kristallkörper in HCl-Atmosphäre einlegiert. Am Zinnkontakt wird dann ein dünner Draht angelötet und der Kri'stallkörper bis auf die zu oxydierende Aluminiumfläche mit Pizein oder Fotolack abgedeckt. Als Kathode wird ein Graphitstab verwendet. Bei einer Stromstärke von o,4 mA, das entspricht ungefähr 15 mA/cm und 6o V, ist die vollstündige Oxydation der Aluminiumoberfläche nach ungefähr 2o Minuten erreicht und die mit dem Bezugszeichen 3 bezeichnete Schicht entstanden. Im Anschluß daran wird die gesamte Anordnung einen erneuten Aufdampfprozeß, wie bereits beschrieben, unterworfen und die zweite, also obere Leitbahn 4 aus Aluminium hergestellt. Die beiden Leitbahnen 2 und 4 sind durch die aufgewachsene AlpO7-Schicht 3 elektrisch voneinander isoliert.
Bei einer Mehrlagenverdrahtung, d.h. wenn mehrmals zwei Leitbahnen voneinander Isoliert geführt werden sollen, ist der Vorgang zu wiederholen. Soll Kontaktkorrosion der oberen leitbahnebene mit dem Kunststoff vermieden werden, so ist auch diese mit einer Oxidschicht 16 zu versehen.
Die Figuren 2 und 3 zeigen ein anderes Au'aführungßbGiBpiol nach der Lehre der Erfindung, bei dem zum Unterschied gegen-
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über den Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 zusätzlich die Verfahrensschritte der Fotoätztechnik angewandt wurden. Dabei wird, wie in Fig. 2 dargestellt, v/i e der von einem Halbleiterkristallkörper 1, der die für die Schaltung notwendigen Bereiche enthält (in der Figur nicht dargestellt, ausgegangen, auf welchem zunächst ganzflächig eine. Aluminiumschicht 2 aufgedampft worden ist, welche unter Verwendung der Fototechnik an bestimmten hierfür vorgesehenen Stellen von der Oberfläche wieder entfernt worden ist. Auf diese Aluminiumstruktur 2 wird durch anodische Oxydation, wie bereits bei Figur 1 beschrieben, eine Aluminiumoxidschicht erzeugt, nachdem vorher ein bestimmter Bereich 6 der Aluminiumschicht 2 mit einem Fotolack 7 maskiert worden ist.
Fig. 3 zeigt diese Anordnung nach dem Aufdampfen einer zweiten oberen Leitbahn 8. 1.Iit dem Bezugszeichen 1 ist wieder der Halbleiterkristallkürper, mit 2 die erste Leitbahn und mit 3 die isolierende Aluminiumoxidschicht bezeichnet. Dabei treten an der mit dem Bezugszoichen 9 bezeichneten Stelle iJbergangskontaktstellen für die obere (8) und die untere (2) Leitbahn auf, während an der mit 1o bezeichnetoi Stelle die beiden Leitbahnen (2 und 8) durch die aufgewachsene Aluminiumoxidschicht 3 voneinander isoliert sind. Die obere Leitbahnebene kann nun erneut einem fototechnischen Atzprozeß unterworfen werden und dadurch eine spezielle Leitbahnstruktur hergestellt werden. Ebenso ist es auch möglich, eine weitere Aluminiumoxidschicht zu erzeugen.
Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel in einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens, bei dem noch zusätzlich auf die zwischen den Leitbahnen erzeugte Aluminiumoxidschicht eine besondere aus SiO2 bestehende Zwischenschicht aufgebracht ist. Dabei wird von einem Halblciterkristallkörper 11 ausgegangen, auf welchen ganzflächig oder selektiv eine Aluminiuinschicht 12 als erste Leitbahn in einer Schichtdicke von o,8/U, wie bereits beschrieben, aufgedampft wird. Diese
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Aluniniurischicht 12 wird einer anodischen Oxydation unterv.orfen und dadurch eine Aluminiunoxidschicht 13 auf ihrer Oberfläche in einer Schichtdicke von 0,5/u erzeugt. Bevor die zweite leitbahn 14 durch Aufdampfen von Aluminium, wie "bereits beschrieben, in einer Schichtdicke von o,0/u erzeugt wird, wird die gesamte Oberfläche des Halbleiterkörrers mit einer SiOp-Schicht 15 versehen. Dies kann entweder durch Kathodenzerstäubung (Sputtern) oder durch Pyrolyse von Silanen, beispielsweise von Tetraäthoxisilan, erfolgen. Diece zusätzliche, aus SiOp bestehende Isolationsschicht garantiert eine doppelte Isolation der beiden Leitbahnebenen.
Eine Strukturierung der Leitbahnen unter Verwendung der Fotoätztechnik ist in gleicher V/eise auch hier anwendbar v/i ο bein Ausführungsbeispiel 2.
18 Patentansprüche
4 Figuren
BAD ORDINAL
■ - 8 -
QOS 837/1815

Claims (16)

PA 9/493/965 - 8 - Paten ta η S1 ρ r ti c h e
1.. Verfahren zum Herstellen von elektrisch isolierten, aus " Aluminium bestehenden Kontakten, wie Leitbahnen, Anschlußdrähten und Kontaktierflecken, für elektrische Bauelemente, insbesondere für nach der Planartechnik gefertigte Halbleiterbauelemente, dadurch gekennzeichnet, daß zur Isolation der Kontakte eine auf der aus Aluminium bestehenden Metallisierung erzeugte Aluminiumoxidschicht verwendet wird, welche durch unmittelbare Oxydation der Metallisierung gebildet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Aluniniumoxidschicht eine zusätzliche Isolierschicht aufgebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekonnzeichnet, daß eine SiOp- oder Si-N.-Schicht aufgebracht wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3? dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche SiO^-Schicht durch Aufstäuben mittels energiereicher Strahlung, beispielsweise durch Kathodenzerstäubung, aufgebracht wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die SiO2- oder Si7IT,-Schicht durch Pyrolyse der entsprechenden Silane erzeugt wird.
6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-5* dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminiumoxidschicht durch anodische Oxydation hergestellt wird.
7. Verfahren nach mindestens einen der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnets daß als Elektrolyt bei der anodischen Oxydation eine schwache organische Säure verwendet wird.
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BAD ORIG! MAL
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8. Verfahren nach Anspruch 7S dadurch gekennzeichnet, daß als Elektrolyt eine dreiprozentige Oxalsäurelösung verwendet wird.
9· Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß "bei der anodischen Oxydation als Kathode ein Graphitsta"b verwendet wird.
10. Verfahren nach mindestens einen der Ansprüche 1-9» dadurch gekonnzeichnet, daß "beider anodischen Oxydation eine Gleichspannung angelegt wird, die einer Stromstärke von ungefähr 15 raA/cm entspricht.
11. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 - 1o, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitdauer der anodischen Oxydation auf ca. 2o Minuten eingestellt wird.
12. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-11, dadurch, gekennzeichnet, daß die Alurainiumoxidschicht durch chemische Oxydation hergestellt wird.
13· Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 - 12, dadurch gekennzeichnet, daß die chemische Oxydation unter Verwendung einer mindestens 9o C he:
lösung durchgeführt wird.
einer mindestens 9o C heißen, sodahaltigen:Alkalichromat-
14. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-13, dadurch gekennzeichnet, daß in der gleichen Reihenfolge mehrere aus Aluninium und Aluminiumoxid "bestehende Schichten übereinander aufgebracht werden, die gegebenenfalls zur Erzeugung spezieller geometrischer Strukturen an bestimmten, hierfür vorgesehenen Stellen, evtl. unter Verwendung von Maskierungsschichten und der Fotoätztechnik, wieder entfernt werden.
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- 1o -
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15· Verfahren nach Anspruch H, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils über der Aluminiumoxidschicht eine insbesondere aus SiOp bestehende Isolierschicht zusätzlich aufgebracht wird.
16. Vorwendung des Verfahrene nach mindestens einem der Ansprüche 1-15 zur Herstellung von insbesondere nach der Planartechnik gefertigten integrierten Schaltkreisen.
17· Verwendung des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 - 15 zur Herstellung von Halbleiterbauelementen, welche unter Verwendung von Kontaktierungsdrähten aus Aluminium in ein Kunststoffgehäuse eingebaut werden.
10. Verwendung des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 - 15 zur Herstellung von Dünnfilmschaltungen, in denen V/iderstände und Kondensatoren in Mehrfachschaltung miteinander verschaltet sind.
BAD ORIGINAL
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