DE1910736B2 - Verfahren zum herstellen von gegeneinander elektrisch isolierten, aus aluminium bestehenden leiterbahnen und anwendung des verfahrens - Google Patents
Verfahren zum herstellen von gegeneinander elektrisch isolierten, aus aluminium bestehenden leiterbahnen und anwendung des verfahrensInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von gegeneinander elektrisch isolierten, aus
Aluminium bestehenden Leiterbahnen für elektrische Bauelemente, bei dem zunächst eine erste Leiterbahn
zur Isolation in ihren Oberflächenbereich in eine Aluniiniumoxidschicht übergeführt v/ird.
Für die rationelle Fertigung von Halbleiterbauelementen, insbesondere von solchen, deren Herstellung
auf der Planartechnik beruht, ist das Anbringen von Leiterbahnen und die Isolierung dieser Leiterbahnen
von großer Bedeutung.
Wahrend man zur Isolation von K.oniaktierungsdrähten
an elektrischen Bauelementen überwiegend Lackübcr/üge
vorwendet, ist man bei Bauelementen in der Mikroelektronik auf Aufdampf- und Oxidationsprozesse
unter Anwendung fotolithographischer Verfahren oder Maskentechnik angewiesen. Dabei werden die
einen integrierten Schaltkreise bildenden Bauelemente durch Aufdampfen von metallischen Aluminiumleiterbahren
auf die isolierende und zugleich die Bauelemente schützende Oxidschicht miteinander verbunden.
Aus IBM Technical Disclousure Bulletin, Vol. 10, Juli
1967, Nr. 2, S. 160, ist es bekannt, eine Aluminiumkontaktschicht auf einer Siliciumdiode anzubringen, die
durch eine SiOj- und eine Al>O,-Schicht teilweise von
der Halbleiteroberfläche isoliert ist.
Aus der FR-PS 15 57 396 ist es bekannt, auf Halbleiteroberflachen zwei übereinander angeordnete
Aluminiumkontaktschichten anzubringen, die durch eine isolierende Aluminiumoxidschicht voneinander
getrennt sind.
Das Aufbringen mehrerer zur Verschaltung der einzelnen Bauelemente notwendiger Leiterbahnen,
welche sich kreuzen oder sogar übcreinanderliegen und nur durch eine Isolationsschicht getrennt sind, bereitet
selbst bei Anwendung sehr komplizierter Maskierungsund Oxidationsprozesse sowie der bekannten Methode
der Fotoätztechnik erhebliche Schwierigkeiten und führt oft zu großen Streuungen der elektrischen Werte
sowie zu elektrischen und mechanischen Ausfällen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, das bekannte Verfahren zur Anbringung von übereinandsrgeschichteten
Aluminiumleiterbahnen auf einem Halbleiterbauelement, das zur elektrischen Isolation der
Leiterbahnen untereinander Aluminiumoxidschichten vorsieht, durch eine geeignete Maßnahme so weiter zu
entwickeln, daß die elektrische Isolation der übereinander angeordneten Leiterbahnen technisch hinreichend
zuverlässig ist und die übrigen Eigenschaften des Halbleiterbauelements beibehalten, wenn nicht verbessert
werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1
gelöst. Eine zusätzliche, auf der Aluminiumoxidschicht angebrachte Isolierschicht hat für die nach dem
Verfahren gefertigten elektrischen Bauelemente den Vorteil, die Ausfallquote erheblich zu verringern und die
Betriebssicherheit dieser Bauelemente wesentlich zu verbessern.
Eüne Verstärkung der Aluminiumoxidschicht, wie sie
eine zusätzliche Isolierschicht bewirkt, hat außerdem
eine kapazitive Enikoppelung der an die Isolierschichten
angrenzenden, benachbarten Leilerbahnen zur Folge, was wiederum eine erhebliche Verb:sserung für
das hiernach gefertigte elektrische Bauelement darstellt, da kapazitive Koppelungen störend wirken. Eine
derartige Qualitätsverbesserung der nach diesem Verfahren gefertigten elektrischer! Bauelemente wäre
mit einer durch Oxidation der Aluminiumschicht gewonnenen Aluminiumoxidschicht allein nicht möglich,
da es technisch nicht möglich ist, hiermit ausreichend dicke Aluminiumoxidschichten herzustellen.
Bei Verwendung einer zusätzlichen Siliciumnitridschicht
zeigt diese darüber hinaus noch eine gute passivierende Wirkung. Auch dadurch wird die Qualität
der hiernach gefertigten elektrischen Bauelemente verbessert.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, die zusätzliche SiOj-Schicht durch Aufstäuben (Sputtern) mittels
Kathodenzerstäubung und die zusätzlichen Isolierschichten aus SiO2 oder Si3N4 durch Pyrolyse der
entsprechenden Silane aufzubringen. Die doppelte Isolation ist für spezielle Anwendungszwecke. /.. B. für
großflächige Bauelemente von großem Nutzen.
Es liegt ferner im Rahmen der Erfindung, die auf der Λ5
Aluminiumleiterbahn vorgesehene Aluminiumoxidschicht durch anodische Oxidation 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. Als Kathode dient zweckmäßigerweise, um metallische Verunreinigungen vollkommen auszuschließen,
ein Graphitstab.
Das Verfahren nach der Lehre der Erfindung ist aber nicht nur auf die anodische Oxidationsmethode
beschränkt, sondern kann auch mittels einer chemischen Oxidation durchgeführt werden. Dabei wird die
Aluminiumoxidschicht unter Verwendung einer mindestens 900C heißen, sodahaltigen Alkalichromatlösung
gebildet.
Die nach dem Verfahren auf Aluminiummetallisierungen zu einem Teil 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 Verfahrens besteht darin, daß in der gleichen Reihenfolge mehrere aus Aluminium,
Aluminiumoxid und einer weiteren Isolierschicht bestehende Schichten übereinander aufgebracht werden
können, welche gegebenenfalls zur Erzeugung spezieller geometrischer Strukturen an bestimmten, hierfür
vorgesehenen Stellen, evtl. unter Verwendung von Maskierungsschichten und der Fotoätztechnik, wieder
entfernt werden können.
Das Verfahren nach der Lehre der Erfindung ist deshalb besonders gut geeignet zur Herstellung von ho
nach der Planartechnik gefertigten integrierten Schaltkreisen.
F.S ist aber ebenso vorteilhaft anwendbar /ur Herstellung von Halbleiterbauelementen, welche unter
Verwendung von Kontaktierungsdrähten aus Aluminium in ein Kunststoffgehäuse eingebaut werden. Dies ist
besonders dann von Bedeutung, wenn die Kunststoffumhüllung durch die Kunststoffspritztechnik erfolgt.
weil bei dieser Methode sehr leicht eine Berührung der dicht beieinanderliegenden Kontaktdrähte stattfinden
kann. Durch die aufgewachsene Isolierschicht ii'is
Aluminiumoxid und einer weiteren Isolierschicht wird ein Kurzschluß verhindert.
Ein weiterer Anwendungsbereich des Verfahrens ergibt sich bei der Herstellung von Dünnfilmsehaltungen,
in welchen Widerstände und Kondensatoren in Mehrfachschaltung miteinander verbunden sind.
Weitere Einzelheiten der Erfindung und des Standes der Technik werden im folgende 1 anhand der Fig. i bis
4 und an Ausführungsbeispiclen noch näher erläutert.
F i g. I zeigt im Schnitihild eine herkömmliche
Lciterbahnfolge (vgl. FR-PS 15 57 39b), welche zur Kontaktierung beispielsweise eines integrierten HaIbleiterschaltkreises
verwendet werden kann. Dabei wird auf den die Halbleiterbauelemente enthaltenden Kristallkörper
1 durch Aufdampfen im Vakuum von 4.10 ' Torr mit Hilfe einer aus einer Wolfrumwertdel
bestehenden, einen Aluminiumdraht enthaltenden Aufdampfquelle (in der Figur nicht abgebildet) eine etwa
I μηι dicke Alumiumschicht 2 als untere Leiterbahn abgeschieden. Durch eine anschließende anodische
Oxidation in dreiprozentiger Oxalsäurelösung werden die Oberflächenbereiche dieser Aluminiumsehicht 2 in
eine Aluminiumoxidschicht 3 übergeführt. Dabei wird der zu oxidierende Kristallkörper (1, 2) als Anode
geschaltet und /ur Spannungsführung neben der aufgedampften Aluminiumschicht 2 am Rand ties
Kristallkörpers — welcher übrigens eine Vielzahl gleichartiger Schaltkreise enthält und erst vor der
Montage in die ein/einen Bauelemente zerteilt wird — eine Zinnperle (in der Figur nicht dargestellt) in den
Kristallkörper in HCI-Almosphäre einlegiert. Am Zinnkoniakt wird dann ein dünner Draht angelötet und
der Kristallkörper bis auf die zu oxidierende Aluminiumfläche mit Pizcin oder Fotolack abgedeckt. Als
Kathode wird ein Graphitstab verwendet. Bei einer Stromstärke von 0,4 mA, das entspricht ungefähr
15 niA/cm-' und 60 V, ist die vollständige Oxidation der
Aluminiumoberfläche nach ungefähr 20 Minuten erreicht und die mit dem Bezugszeichen 3 bezeichnete
Schicht entstanden. Im Anschluß daran wird die gesamte Anordnung einem erneuten Aufdampfprozeß,
wie bereits beschrieben, unterworfen und die zweite, also obere Leiterbahn 4 aus Aluminium hergestellt. Die
beiden Leiterbahnen 2 und 4 sind durch die ALOr Schicht 3 elektrisch voneinander isoliert.
Bei einer Mehrlagenverdrahtung, d. h. wenn mehr als zwei Leiterbahnen voneinander isoliert geführt werden
sollen, ist der Vorgang /u wiederholen. Soll Kontaktkorrosion der oberen Leiterbahnebene mit dem Kunststoff
vermieden werden, so ist auch diese mit einer Oxidschicht 16 zu versehen.
Die F i g. 2 und 3 zeigt ein anderes Beispiel nach dem Stande der Technik, bei dem /um Unterschied
gegenüber dem Beispiel nach F i g. 1 zusätzlich die Verfahrensschritte der Fotoätztechnik angewandt wurd-'Ί.
Dabei wird, wie in F i g. 2 dargestellt, wieder von einem Halbleiterkristallkörper I, der die tür 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 l'ototechnik
an bestimmten hierfür vorgesehenen Stellen 5 von der
Oberfläche wieder entfernt worden ist. Auf diese Aluminiumstruktui 2 wird durch anodische Oxidation,
wie bereits bei F i g. 1 beschrieben, eine Aluminiumoxid-
schicht 3 erzeugt, nachdem vorher ein bestimmter Bereich b der Aliiminiuiv.schieht 2 mit einem Fotolack 7
maskiert worden ist.
Fig. 3 zeigt diese Anordnung nach dem Aufdampfen
einer zweiten oberen Leiterbahn 8. Mit dem Bezugs/eichen 1 ist wieder der 1 lalbleilerkristallkorper. mit 2 die
erste Leiterbahn und mit 3 die isolierende Aluminiumoxidschicht
bezeichnet. Dabei treten an der mit dem Bezugs/eichen 9 bezeichneten Stelle Übergangskontaktstcllcn
für die obere (8) und die untere (2) Leiterbahn auf, während an der mit 10 bezeichneten
Stelle die beiden Leiterbahnen (2 und 8) durch die aufgewachsene Aluminiumoxidschicht 3 voneinander
isoliert sind. Die obere Leiterbahnebene kann nun erneui einem fototechnischen Ätzproz.eß unterworfen
werden und dadurch eine spezielle Leiterbahnstruktur hergestellt werden. Ebenso ist es auch möglich, eine
weitere Aluminiumoxidschicht zu erzeugen.
F ig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel nach der Lehre
der Erfindung, bei dem zusätzlich auf die zwischen den Leiterbahnen 12, 14 erzeugte Aluminiumoxidschieht 13
eine besondere, aus SiO: bestehende Zwischenschicht 15
aufgebracht ist. Dabei wird von einem Halhleiterkristallkörpe'·
11 ausgegangen, auf welchem ganzflächig
oder selektiv eine Alumimumsehicht 12 als erste
Leiterbahn ia einer Schichtdicke son 0,8 μπι. wie bereits
s beschrieben, aufgedampft wird. Diese Aluminiumschicht
12 wird einer anodischen Oxidation unterworfen und dadurch eine Aluniiniiinioxidschichl 13 auf ihrer
Oberfläche in einer Schichtdicke von Ο.ή μηι erzeugt.
Bevor die zweite Leiterbahn 14 durch Aufdampfen von
ίο Aluminium, wie bereits beschrieben, in einer Schiciiidikke
von 0,8 μηι erzeugt wird, wird die gesamte Oberfläche des I lalbleiterkörpers mit einer SiO:-
Schichi 15 versehen. Dies kann entweder durch Kathodenzerstäubung (Sputtern) oder durch Pyrolyse
von Silanen, beispielsweise von Tctraälhoxisilan. erfolgen. Diese zusätzliche, aus SiO: bestehende Isolationsschicht
garantiert eine doppelte Isolation der beiden Leiterbahnebenen.
Fine Strukturierung der Leiterbahnen unter Verwendung der Fotoätztechnik ist in gleicher Weise auch hier
anwendbar wie bei dem Beispiel nach F i g. 2.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (15)
1. Verfahren zum Herstellen von gegeneinander
elektrisch isolierten, aus Aluminium bestehenden Leiterbahnen für elektrische Bauelemente, bei dem
zunächst eine erste Leiterbahn zur Isolation in ihren Oberflächenbereich in eine Aluminiumoxidschicht
übergeführt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß auf die Aluniiniumoxidschicht (AbOi) (13) eine zusätzliche, aus SiOi oder Si)N4 bestehende
Isolierschicht (15) und darauf eine zweite Leiterbahn (14) aufgebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche SiO^-Schicht durch
Aufstäuben mittels Kathodenzerstäubung aufgebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die SiO2- oder SiiN4-Schicht durch
Pyrolyse der entsprechenden Silane erzeugt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminiumoxidschicht
durch anodische Oxidation hergestellt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Elektrolyt bei der
anodischen Oxidation eine schwache organische Säure verwendet wird.
b. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß als Elektrolyt eine dreiprozentige Oxalsäurelösung verwendet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei der anodischen
Oxidation als Kathode ein Graphitstab verwendet wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei der anodischen
Oxidation eine Stromdichte von ungefähr 15 niA/cm2 eingestellt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitdauer der
anodischen Oxidation auf etwa 20 Minuten eingestellt
wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminiumoxidschicht
durch chemische Oxidation hergestellt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch
gekennzeichnet, daß die chemische Oxidation unter Verwendung einer mindestens 900C heißen, sodahahigen
Alkalichromatlösung durchgeführt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis II,
dadurch gekennzeichnet, daß in der gleichen Reihenfolge mehrere aus Aluminium, Aluminiumoxid
und einer weiteren Isolierschicht 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.
13. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12 zur Herstellung von nach der
Planartechnik gefertigten integrierten Schaltkreisen.
14. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12, zur Herstellung von Halbleiterbauelementen,
welche unter Verwendung von Kontaktierungsdrähtcn aus Aluminium in ein Kunst- f>5
stoffgehäuse eingebaut werden.
15. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansorüche 1 bis 12, zur Herstellung von Dünnfilmschaltungen,
in denen Widerstände und Kondensatoren in Mehrfachschaltung miteinander verschaltet
sind.
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