DE2227344A1 - Verfahren zum aufbringen einer selektiv geaetzten, organischen schicht auf eine halbleiteroberflaeche - Google Patents
Verfahren zum aufbringen einer selektiv geaetzten, organischen schicht auf eine halbleiteroberflaecheInfo
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Description
Böblingen, 26. Mai 1972 oe-fr
Anmelderin: International Business Machines
Corporation, Armonk, N.Y. 10504
Amtl. Aktenzeichen: Neuanmeldung
Aktenzeichen der Anmelderin: BU 970 024
Verfahren zum Aufbringen einer selektiv geätzten, organischen Schicht auf eine Halbleiteroberfläche
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen einer geätzte öffnungen aufweisenden, organischen Schutzschicht auf die Oberfläche
einer Halbleiteranordnung, wobei auf die Schutzschicht eine Maskierungsschicht aus Photolack in einem den öffnungen'
entsprechenden Muster aufgebracht wird.
An sich ist es bekannt, Metalloberflächen mit einer organischen Schutzschicht zu überziehen und an bestimmten Stellen die Schutzschicht
durch ein Ätzmittel zu entfernen. Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise in der US-Patentschrift 3 331 718 beschrieben.
Bei diesem Verfahren werden elektrische Kabel, deren Leiter aus Aluminium bestehen, mit einer Schutzschicht aus PoIyimid
überzogen, die sodann an den gewünschten Stellen durch Ätzen mit einer wässrigen Alkalihydroxidlösung wieder entfernt wird.
Das Verfahren ist in diesem Fall anwendbar, trotzdem auch die Aluminiumleiter des Kabels von der Ätzlösung angegriffen werden,
da das Alkalihydroxid das Polyimid viel schneller ätzt als das Aluminium.
Die Verwendung von Schutzschichten dieser Art bei der Herstellung von integrierten Schaltungen wird zwar seit langem angestrebt,
ist jedoch bisher nicht in befriedigender Weise möglich gewesen, da die auf der Oberfläche eines Halbleiterbauelementes aufgebrachten
Leiterzüge, die gewöhnlich aus Aluminium bestehen, nur
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eine Dicke von etwa 10 000 S haben, was zur Folge hätte, daß
schon durch einen geringen Angriff des Ätzmittels zuviel Material des Leiters abgetragen würde. Ein weiterer Nachteil der Alkalihydroxidätzung
ist, daß voll ausgehärtetes Polyimid sich damit nicht mehr ätzen läßt. Es ist deshalb notwendig, die Polyimidschichten
vor dem Ätzen nur teilweise auszhärten und den Aushärtevorgang nach dem Ätzen in einem zusätzlichen Prozeßschritt
zu vollenden.
Obwohl also die Ätztechnik schon weit entwickelt ist, fehlt bisher
noch ein Ätzprozeß, mit dem chemisch inerte, organische Schichten selektiv entfernt werden können, ohne dabei anorganische
Materialien, z.B. Metalle, anzugreifen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Aufbringen einer organischen Schutzschicht auf der Oberfläche einer Halbleiteranordnung
anzugeben, bei welcher das Ätzen von öffnungen durchgeführt
werden kann, ohne daß dabei die leitende oder isolierende Oberfläche der Halbleiteranordnung durch das Ätzmittel angegriffen
werden. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe mit einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß als
Schutzschicht eine chemisch inerte, organische Schicht aufgebracht wird und daß die nicht maskierten Gebiete der chemisch
inerten, organischen Schicht und die Maskierungsschicht gleichzeitig mit Ozon entfernt werden.
Aus einer Veröffentlichung im IBM Technical Disclosure Bulletin, Januar 1968, Seite 1260 ist es zwar bekannt, Photolack mit Hilfe
von Ozon von Halbleiterplättchen zu entfernen, doch ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die gleichzeitige Entfernung von
Photolack und der nicht abgedeckten Bereiche der organischen Schutzschicht von besonderem Vorteil, da die ganze Ätzung in
einem Schritt durchgeführt werden kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist in vorteilhafter Weise so ausgebildet, daß als Schutzschicht eine Schicht aus Polyimid
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aufgebracht wird.
Eine andere vorteilhafte Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens
besteht darin, daß als Schutzschicht eine Schicht aus Photolack aufgebracht wird.
Vorteilhaft bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es ferner, daß die Oberfläche der Halbleiteranordnung in den Bereichen der
zu ätzenden Öffnungen aus einem von Ozon nicht angegriffenen Material, vorzugsweise aus Aluminium oder aus SiO2, hergestellt
wird.
Eine vorteilhafte Ausbildung des Verfahrens wird ferner darin gesehen, daß die Ozoneinwirkung bei erhöhter Temperatur, vorzugsweise
etwa 100 0C, durchgeführt wird.
Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben, die durch Zeichnungen erläutert werden.
Die Fign. 1-4 zeigen im Querschnitt einen Ausschnitt aus einem Siliciumplättchen in verschiedenen Stufen des Herstellungsprozesses.
Die Fig. 1 zeigt einen Siliciumwafer 10 mit einem Muster von Leiterzügen,
die aus einer aufgedampften Aluminiumschicht 12 von etwa 10 000 8 Dicke hergestellt worden sind. Eine Passivierungsschicht
14 aus Polyimid mit einer Schichtdicke von etwa 10 000 Ä bedeckt die Aluminiumschicht 12 und das freiliegende Silicium
des Plättchens 10. Die Polyimidschicht 14 kann nach wohlbekannten Methoden, z.B. Aufspinnen oder Siebdruck, aufgebracht werden.
Die Schicht darf voll ausgehärtet werden, da das Verfahren in der Lage ist, voll ausgehärtetes Polyimid zu ätzen. Durch
die Polyimidschicht 14 sollen Kontaktlöcher zu den aus" Aluminium
bestehenden Verbindungen 12 hergestellt werden. Es wird davon ausgegangen, daß das Siliciumplättchen integrierte Schaltkreise
mit den entsprechenden Transistoren, Dioden und Widerständen
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enthält. Die zugehörigen Diffusionsgebiete sind In der Zeichnung
nicht gezeigt.
Um die Kontaktlöcher, die normalerweise einen Durchmesser von
etwa 70 ρ haben, in der Polyimidschicht 14 herzustellen, wird
eine Photolackschicht 16 ungefähr 10 000 S dick auf die Polyimidschicht
14 aufgeschleudert. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, wird nun in der Photolackschicht 16 mit den üblichen photolithographischen
Methoden durch Belichten und Entwickeln das Muster der gewünschten Kontaktlöcher 18 hergestellt. Dann ist das
Siliciumplättchen, wie es Fig. 2 zeigt, vorbereitet, der Einwirkung des Ozons ausgesetzt zu werden.
Die Fign. 3 und 4 zeigen die Ergebnisse des Ozonangriffs, der
am besten bei einer Temperatur von 100 C erfolgt. Das Ozon kann erzeugt werden, indem ein Sauerstoffstrom von etwa 5 cm"
pro Minute durch einen im Handel erhältlichen Ozonisator strömt. Das Ozon greift die Polyimidschicht 14 an den nicht von Photolack
beschichteten Stellen, entsprechend den Kontaktlöchern 18, an. Gleichzeitig mit dem Ätzen der Kontaktlöcher in die Polyimidschicht
14 wird auch, wie die Fig. 3 zeigt, die Photolackschicht 16 durch das Ozon angegriffen.
Wenn, wie die Fig. 4 zeigt, die Kontaktlöcher 18 fertiggeätzt sind, läßt man das Ozon noch so lange einwirken, bis der Photolack
vollständig entfernt ist. Normalerweise ist die Entfernung des Photolacks gleichzeitig mit dem Ätzen der Kontaktlöcher
18 beendet. Da das Ozon die verbliebene Polyimidschicht 14 angreifen wird, wenn der Photolack entfernt ist und die
Polyimidschicht zur Passivierung benötigt wird, sollte in der Praxis die Photolackschicht 16 so dick aufgetragen werden, daß
eine Polyimidschicht 14 genügender Dicke übriggeblieben ist, wenn die Kontaktlöcher 18 offen sind. Ein bequemer Weg, um dieses
Ergebnis mit Sicherheit zu erzielen, ist es die Polyimidschicht 14 von vornherein etwas dicker zu machen als für die
Passivierung des integrierten Schaltkreises notwendig ist. Dann
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tritt kein Problem auf, wenn nach der Entfernung der Photolackschicht
16 noch etwas von der Polyimidschicht 14 abgetragen wird.
Sind die Kontaktlöcher 18 bis zum Aluminiumleiterzug 12 durchgeätzt,
so ist überätzen unkritisch, da Ozon das Aluminium nicht angreift. Die einzige Wirkung, die das Ozon auf das Aluminium
hat, ist eine sehr dünne Aluminiumoxidschicht auf seiner Oberfläche zu bilden. Diese Aluminiumoxidschicht ist unkritisch,
da sie bei den nachfolgenden Metallisierungsschritten abgetragen wird.
Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung genauer erläutern. Beispiel 1
Ein Muster soll in eine Polyimidschicht von ungefähr 10 000 8
Dicke, die sich auf einer aufgedampften Aluminiumschicht von ungefähr 10 000 8 Dicke befindet, geätzt werden. Eine im Handel
erhältliche RC-5057 Polyimidlösung der Firma DuPont wird verdünnt
im Verhältnis 3 Gewichtsteile Polyimidlösung zu 1 Teil N-Methyl-2-pyrrolidon. Die so verdünnte Polyimidlösung wird
bei 2000 UPM innerhalb von 6 Minuten aufgeschleudert. Die
erhaltene Polyimidschicht wird durch 1/2-stündiges Erhitzen bei 400 0C vollständig gehärtet. Eine Schicht von KTFR-Photolack
der Eastman Kodak Company, verdünnt im Verhältnis 3 Gewichtsteile Photolack zu 4 Teilen Xylol wird auf die Polyimidschicht
bei 3600 UPM innerhalb 1 Minute aufgeschleudert. Der
Photolack wird bei 95 0C 20 Minuten lang vorgeheizt. Ein Muster
von Löchern in einem Durchmesser von 10 ρ wird mit den üblichen
photolithographischen Methoden in der Photolackschicht erzeugt. Anschließend wird bei 170 0C eine Stunde lang nachgeheizt. Das
Halbleiterplättchen wird dann in einen Ozonisator, z.B. in die Plasma Machine, Model 1101, der International Plasma Corporation,
gestellt und 80 Sekunden lang geätzt, indem bei 1000 Watt
Lnute, die einen :
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5 cm Sauerstoff pro Minute, die einen Druck von 5 bis 10 Torr
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- 6 erzeugen, eingeleitet werden.
Eine nachfolgende Inspektion zeigt, daß der Photolack vollständig entfernt worden ist, die Polyimidschicht bis zum Aluminium
durchgeätzt worden ist und die Löcher die vorgegebene Dimension haben. Die stehengebliebene Polyimidschicht ist unversehrt und
bei 400-facher Vergrößerung ist kein Angriff der 10 000 8 dicken Aluminiumschicht feststellbar. Das Beispiel zeigt, daß das Verfahren
dazu verwendet werden kann, Kontaktlöcher in Passivierungsschichten
für integrierte Schaltkreise aus Polyimid zu ätzen, da man mit dem Prozeß Löcher mit 10 u Durchmesser geätzt
werden können, während die üblichen Kontaktlöcher einen Durchmesser von 60 u haben.
Das im ersten Beispiel beschriebene Verfahren wird wiederholt, jedoch wird in diesem Fall ein positiver Photolack sowohl für
die organische Schutzschicht als auch zum Maskieren dieser Schutzschicht verwendet. AZ-1350H-Photolack der Firma Shipley
Company, Inc. wird auf ein Halbleiterplättchen bei 3400 UPM innerhalb 1 Minute aufgeschleudert, dann wird 1 Stunde geheizt
bei 160 0C, um die Schutzschicht herzustellen, die in diesem
Fall auf einer 10 000 A* dicken ein Siliciumplättchen bedeckenden
SiO2~Schicht aufgebracht wird. Nun wird eine zweite Schicht
Photolack aufgeschleudert, 15 Minuten bei 85 °C geheizt, durch eine Maske mit einem Lochmuster mit Löchern von 10 u Durchmesser
belichtet, entwickelt, und schließlich 30 Minuten lang bei 135 0C nachgeheizt. Das Siliciumplättchen wird dann dem Ozon,
wie in Beispiel 1 beschrieben, ausgesetzt.
Die nachfolgende Prüfung zeigt, daß das Muster mit den im Durchmesser
10 u messenden Löchern in die erste Photolackschicht bis zum SiO2 durchgeätzt, die zweite Photolackschicht entfernt und
das SiO, nicht angegriffen wurde. Das Beispiel zeigt, daß die
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Erfindung auch anwendbar ist für von Polyimid verschiedene
Kunststoffe, daß sowohl Positiv- als auch Negativphotolack verwendet werden kann und daß das Substrat nicht Aluminium sein
muß. Werden andere organische Materialien zum Abdecken, andere Maskierungsschichten, und andere Substrate, wie oben beschrieben,
eingesetzt, so erhält man ähnlich vorteilhafte Resultate.
Zusammengefaßt läßt sich sagen, daß mit dem vorgeschlagenen Verfahren hochtemperaturbeständige und chemisch widerstandsfähige
organische Isoliermaterialien wie Polyimid, die einen z.B. aus
Aluminium bestehenden Metallfilm abdecken, geätzt werden können. Wird ein organisches Material, wie z.B. Photolack, zum Maskieren
benützt, so kann die Maskierungsschicht gleichzeitig mit dem Ätzvorgang entfernt werden. Dadurch wird ein zusätzlicher
Verfahrensschritt zur Entfernung des Photolacks gespart. Das Verfahren ist besonders geeignet für die Herstellung integrierter
Schaltkreise, ist jedoch nicht auf dieses Anwendungsgebiet beschränkt.
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Claims (1)
- PATEHTAM SPRÜCHEVerfahren zum Aufbringen einer geätzte Öffnungen aufweisenden, organischen Schutzschicht auf die Oberfläche einer Halbleiteranordnung, wobei auf der Schutzschicht eine Maskierungsschicht aus Photolack in einem den Öffnungen entsprechenden Muster aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Schutzschicht (14) eine chemisch inerte, organische Schicht aufgebracht wird und daß die nicht maskierten Gebiete der chemisch inerten, organischen Schicht (14) und die Maskierungsschicht (16) gleichzeitig mit Ozon entfernt werden.Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Schutzschicht (14) eine Schicht aus Polyimid aufgebracht wird.Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Schutzschicht (14) eine Schicht aus Photolack aufgebracht wird.Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Halbleiteranordnung in den Bereichen der zu ätzenden Öffnungen (18) aus einem mit Ozon nicht reagierenden Material, vorzugsweise aus Aluminium oder aus Siliciumdioxid, hergestellt wird.Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ozoneinwirkung bei erhöhter Temperatur, vorzugsweise bei etwa 100 0C, durchgeführt wird.BU 970 024 209882/0996
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