DE2121834B2 - Verfahren zum formgebenden aetzen eines halbleiterkoerpers - Google Patents
Verfahren zum formgebenden aetzen eines halbleiterkoerpersInfo
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Description
30
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum formgebenden Ätzen eines Halbleiterkörpers mit Hilfe
eines anisotrop angreifenden alkalischen Ätzmittels unter Verwendung eines Maskiermusters aus einer
Zirkoniumschicht und einer darüberliegenden Zirkoniumschicht auf einer Oberfläche des Körpers.
Beim anisotropen Ätzen von Halbleitermaterial finden starke alkalische Ätzmittel, z. B. eine heiße,
wäßrige Kaliumhydroxid-Lösung, Verwendung. Dieses ist eine sehr vorteilhafte Methode zum genauen
Ausformen von Halbleiterkörpern für zahlreiche Verwendungszwecke. Selektives Ätzen mit Hilfe von
Siliciumdioxid-Maskierungen und alkalischen Ätzmitteln ist bekannt. Hiernach wird der als Maskierung
dienende Siliciumdioxidfilm in zwei Schritten aufgebracht, indem zunächst durch elektrolytische Oxydation
für ein verbessertes Haften gesorgt wird und danach durch Aufstäuben die Dicke der Siliciumdioxidschicht
vergrößert wird. Das Maskiermuster wird dann durch Fotolackmaskierung und nachfolgender
Ätzung mit Flußsäure erzeugt. Diese Methode arbeitet an sich zufriedenstellend, ist aber wegen der
zweistufigen Aufbringung des Maskiermaterials kornpliziert; außerdem ist Siliciumdioxid nicht völlig undurchlässig
für die verwendeten heißen alkalischen Ätzmittel. Dieses trifft insbesondere für eine längere
Dauer der Ätzbehandlung zu, die häufig bei einer Stunde und darüber liegt. Während dieser langen
Einwirkung des Ätzmittels wird die Siliciumdioxidmaskierung beträchtlich angegriffen, was eine ent
sprechende Einbuße an Maskierungsschärfc zur Folge hat. Demgemäß besteht der Wunsch nach einem
einfach aufzubringenden Maskiermaterial das den alkalischen Ätzmitteln einen höheren Widerstand
entgegengesetzt.
Hierzu geht die Erfindung von dem Verfahren der einleitend beschriebenen Art aus, macht sich also
die höhere Ätzbeständigkeit von oberflächlich oxidiertem Zirkonium gegenüber alkalischen Ätzmitteln zunutze
(vergleiche Journal of the Electrochemical Society, Band 117, März 1970, Seite 1046, Abstract
No. 124).
Da aber Zirkonium — wie jedes Metall — Lichtundurchlässig
ist, ergeben sich erhebliche Schwierigkeiten bei der genauen Ausrichtung der Maskierung
gegenüber dem zu ätzenden Halbleiterkörper.
Der Erfindung liegt nun die Erkenntnis zugrunde, daß bei Verwendung hinreichend dünner Zirkoniumfilme
(bis zu 500 A Dicke) noch eine ausreichende Transparenz für Infrarotlicht vorhanden ist, um die
Masken nach optischen Methoden mit Hilfe von Infrarotlicht ohne Schwierigkeiten ausrichten zu können,
und daß diese Schichten trotz ihrer extrem dünnen Stärke überraschenderweise immer noch gegenüber
einem selbst mehrstündigen Angriff der hier in Rede stehenden Ätzmittel beständig sind.
Demgemäß ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung des Maskiermusters eine
Zirkoniumschicht in einer Dicke kleiner als 500A, vorzugsweise in einer Dicke zwischen 100 und 300 A
aufgebracht wird. Das Zirkoniummetall kann in einem einstufigen Verfahren als extrem gut haftende
Schicht, beispielsweise durch Zerstäubung mit Hilfe hochenergetischer Strahlung, aufgebracht werden.
Als Ätzmittel werden vorzugsweise heiße, wäßrige Lösungen aus Hydroxiden von Kalium, Natrium,
Lithium, Cäsium oder Rubidium verwendet. Die Maskierung selber wird zweckmäßig mit Hilfe einer
Fotolackbeschichtung und nachfolgender Ätzung erzeugt.
Nachstehend ist das erfindungsgemäße Verfahren an Hand der Zeichnung erläutert; es zeigt
F i g. 1 A bis 1 E die Abfolge der Verfahrensschritte beim Aufbringen einer Zirkoniummaske auf eine
Halbleiteroberfläche.
F ί g. 1 A zeigt eine Querschnittansicht einer Halbleiterscheibe
10, welche unter Verwendung anisotroper Ätzung in die Form mehrer luftisolierter Plättchen
gebracht werden soll. Die Scheibe 10 ist in. diesem Stadium bereits so bearbeitet, daß in ihr eine integrierte
Schaltung gebildet ist, und die aktive Oberfläche 21 mit einem aufgestäubten Muster 22 versehen
ist, das Verbindungen und Stützleiter bildet. Die Oberfläche 11, die vorzugsweise mit einem extrem
dünnen Oxidfilm im Falle von Silicium-Halbleitermaterial überzogen sein mag, und von der der Ätzvorgang
ausgeht, wird sorgsam gereinigt, um eine unverschmutzte Oberfläche zu haben. Ein typischer
Säuberungsprozeß umfast anfängliches Entfetten unter Kochen in Trichloräthylen, gefolgt von Kochen in
A2.eton und Abspulen in reinem Wasser. Ein weiterer wesentlicher Reinigungsschritt kann eine Ultraschallreinigung
in einer geeigneten Reinigungslösung und schließlich ein Kochen in einer 5O°/oigen Wasserstoffperoxidlösung
sein. Der Zweck der sorgfältigen Reinigung liegt darin, das Haften des Metallfilms, der im
nachfolgenden Schritt niedergeschlagen werden soll, zu verbessern.
In F i g. 1 B ist die Halbleiterscheibe 10 auf der Oberfläche 11 mit einem Film aus Zirkoniummetall
12 von einer Dicke von vorzugsweise etwa 100 bis 300 A überzogen.
Die Filme werden für infrarote Strahlung undurchlässig, wenn die Dicke größer als 500A ist, und sie
erlauben daher keine optische Ausrichtung der zur Fotolackzeichnung verwendeten Masktermuster. Der
Zirkoniumfilm wird bevorzugt durch Hochfrequenzzerstäubung oder mit Hilfe einer Elektronenkanone
aufgebracht, um das Haften des Films auf der Halblederoberfläche
zu verbessern. Bei einem Ausführungsbeispiel wurde unter Verwendung von Hochfrequenzzerstäubung
eine lOOÄ dicke Schicht pro Minute bei vier- bis fünftausend WoIt mit einer Spitzenleistung
von 600 bis 800 Watt und mit einem 10 bis 13 cm Target niedergeschlagen. Bei einem anderen
typischen Ausführungsbeispiel wurde ein 200 Ä dicker Zirkoniumfilm unter Verwendung einer Elektronenkanone
bei 4 Kilovolt und 500 Milliampere in einer Zeitspanne von 4 Minuten aufgebracht.
In F i g. 1 C ist ein Fotolackmuster auf der Oberfläche des Zirkoniumfilms 12 mit Hülfe herkömmlicher
Methoden aufgebracht. Bei einem typischen Ausführungsbeispiel wird ein dünner Film 13 aus
einem handelsüblichen Fotolack über die gesamte Metalloberfläche aufgebracht und durch einen fotografischen
Entwicklungsvorgang ein Muster in der Fotolackschicht gezeichnet. Die freigelegten Zirkoniumflächen
werden sodann unter Verwendung eines relativ schwachen saueren Ätzmittels, das beispielsweise
aus einer wäßrigen Lösung aus 2 °/o Flußsäure und 1 % Salpetersäure besteht, entfernt.
Die Ansicht gemäß F i g. 1D zeigt das in dem Zirkoniummetallfilm vor dem anisotropen Ätzen gebildete
Maskiermuster. Ein Ätzmittel, z. B. eine heiße Lösung aus Kaliumhydroxid, n-Propanol und Wasesr
wird auf die zirkonium-maskierte Oberfläch 11 aufgebracht. Durch diese Behandlung wird das freigelegte
Silicium-Halbleitermaterial entfernt, wodurch die Luft (Spalte) isolierte, in F i g. 1 E gezeigte Flächen-Ordnung
entsteht. Während dieses Prozesses, der eine Dauer von einer Stunde oder mehr zum Eindringen
um mehrere 10 Mikron in das Silicium erfordert, gibt es tatsächlich keine Ausfressung der Zirkodiummaske.
Nach der Beendigung des anisotropen Ätzprozesses kann das an sich unerwünschte Zirkonium
unter Verwendung des oben angegebenen leicht sauren Ätzmittels, gegen das der Halbleiter beständig ist,
entfernt worden.
Da die Ätzbeständigkeit der Zirkoniummaske aus der diesem Material eigenen Bildung eines dünnen
(IS bis 40 Ä) Oxidfilms auf der Metalloberfläche resultiert, kann nach einer alternativen Methode der
Metallfilm gegebenenfalls anodisiert werden.
So kann beispielsweise statt eines Positiv-Fotolackmusters ein Negativ-Muster ausgebildet werden. Das
freigelegte Zirkonium wird sodann unter Verwendung eines elektrolytischen Prozesses anodisiert bzw. elektrolytisch
oxidiert, um einen starken Zirkoniumoxidfilm von einigen hundert oder mehr A Dicke aufzubauen.
Der Fotolack wird sodann abgezogen und das darunterliegende Zirkonium mit einer schwachen
salpetersauren Flußsäurelösung entfernt.
Obwohl die Erfindung im vorstehenden an Hand von Silicium als Halbleitermaterial beschrieben
wurde-, ist sie in gleicher Weise auf andere üblicherweise verwendete Halbleitermaterialien, einschließlich
Germanium und den III-V Verbindungs-Halbleitern, z.B. Galliumarsenid und Galliumphosphid anwendbar.
Obwohl die Beschreibung des besonderen Ausführungsbeispiels auf die Bildung einer luft-isolierten
integrierten Schaltung gerichtet war, ist die erfindungsgemäß vorgesehene Zirkoniummaske für andere
anisotrope Ätzprozesse geeignet, einschließlich der Plättchentrennung und Arten der Halbleiterbau elementenherstellung,
bei denen Halbleiterbereiche mit üblichen Methoden, z.B. epitaktische Abscheidung
und Festkörperdiffusion, zur Herstellung der Elemente der integrierten Schaltungen behandelt werden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Verfahren zum formgebenden Ätzen eines Halbleiterkörpers mit Hilfe eines anisotrop angreifenden
alkalischen Ätzmittels unter Verwendung eines Maskiermusters aus einer Zirkoniumschicht
und einer darüberliegenden Zirkoniumoxidschicht auf einer Oberfläche des Körpers,
dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung des Maskiermusters eine Zirkoniumschicht
in einer Dicke kleiner als 500A aufgebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung des Maskiermusters
eine Zikoniumschicht in einer Dicke zwischen 100 und 300 A aufgebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Maskiermuster mit Hilfe
eines Fotolackes und nachfolgender Ätzung erzeugt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die maskierte Oberfläche
mit einem Ätzmittel geätzt wird, das aus der aus wäßrigen Lösungen von Hydroxiden von
Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium und Cäsium bestehenden Gruppe ausgewählt wird.
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