DE2313106A1 - Verfahren zum herstellen eines elektrischen verbindungssystems - Google Patents

Verfahren zum herstellen eines elektrischen verbindungssystems

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Description

Böblingen, 12. März 1973 bm-we
Anmelderin: International Business Machines
Corporation/ Ärmonk, N.Y. 10504
Amtliches Aktenzeichen: Neuanmeldung Aktenzeichen der Anmelderin: FI 971 112
Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Verbindungssystems
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines mindestens einlagigen elektrischen Verbindungssystems, dessen leitende Bereiche zumindest im wesentlichen aus Aluminium bestehen, auf einem Substrat aus Halbleitermaterial, das mit einer isolierenden Schicht bedeckt ist.
Bei den in der Halbleitertechnologie entwickelten integrierten Schaltungen wird eine außerordentlich hohe Dichte der einzelnen Schaltkreiselemente erzielt. Hierdurch bedingt ist auch eine Verfeinerung der Verbindungsmetallisierung mit dicht beieinanderliegenden Leiterzügen und mehreren untereinander verbundenen Metailisierungsebenen. Die Erhöhung der Schaltkreisdichte und die damit gekoppelte größere Stromdichte wurde erreicht durch neue photolithographische Techniken, neue Verfahren zum Aufbringen von Materialien und neue metallurgische Systeme, bei denen neue Kombinationen von Metallen und Legierungen verwendet werden.
Ein schwerwiegendes Problem bei der Herstellung elektrischer
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Verbindungssysteme besteht in der Erzielung einer ausreichenden Güte für die isolierenden Schichten, insbesondere für solche, die sich zwischen den Metallisierungsebenen befinden. Das bekannte Ausätzen der Metallisierungsmuster führt beim Aufbau der mehrschichtigen Systeme zu ungleichmäßigen und unebenen Oberflächen. Hierbei wird gewöhnlich eine Metallschicht auf eine isolierende Schicht, die mit Kontaktierungslöchern für die darunterliegende Metallisierungsebene oder für das Halbleitersubstrat versehen ist, aufgebracht und mit einer Photolackschicht.-bedeckt. Diese wird entsprechend dem gewünschten Metallisierungsmuster selektiv belichtet und entwickelt, wodurch eine Photolackmaske entsteht. Durch die Öffnungen dieser Maske wird das freiliegende Metall fortgeätzt, so daß das erhabene Metallisierungsmuster erhalten wird, über diesem wird beispielsweise durch Kathodenzerstäubung eine Passivierungsschicht aufgebracht. Die Dicke dieser Passivierungsschicht wird dadurch begrenzt, daß Durchgangslöcher für die Herstellung von Kontakten in diese Schicht geätzt werden müssen. Die Wände der geätzten Durchgangslöcher verlaufen schräg durch die Passivierungsschicht. Da die Passivierungsschicht somit relativ dünn ist, ist die Bedeckung des erhabenen Metallisierungsmusters nicht gleichförmig. Wenn über der isolierenden Passivierungsschicht eine weitere Metallisierungsebene angeordnet ist, dann kann eine fehlerhafte öffnung in der isolierenden Schicht ernste Probleme hervorrufen. So kann beispielsweise ein unerwünschter Kurzschluß zwischen den beiden an die isolierende Schicht angrenzenden Metallisierungsebenen auftreten. Wenn das Metall der oberen Ebene dagegen im Bereich dieser öffnung weggeätzt wird, dann kann das Ätzmittel durch die öffnung dringen und auch das Metall der unteren Ebene angreifen, wodurch die Unterbrechung eines Leiterzuges bewirkt werden kann. Dieses Problem ist um so schwerwiegender, je mehr Metallisierungsebenen verwendet werden, da jede Ebene die Unregelmäßigkeit und die Unebenheit der abschließenden Oberfläche erhöht.
Es ist bereits bekannt, ein Metallisierungssystem zu verwenden,
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bei dem Aluminiumleiterzüge durch anodische Oxidation mit einer isolierenden Schicht aus Aluminiumoxid überzogen wurden. Doch treten auch hierbei einige Schwierigkeiten auf. So wird die Unebenheit der Oberfläche des Verbindungssysteme nicht beseitigt. Auch haftet der zur Bildung des Metallisierungsmusters benötigte Photolack während der anodischen Oxidation nicht zufriedenstellend auf seiner Unterlage. Weiterhin wurde gefunden, daß eine Kupfer enthaltende Aluminiumlegierung den Widerstand gegen eine Materialwanderung bei höheren Stromdichten erhöht und somit vorteilhaft als Leitermaterial verwendet werden kann. Außerdem kann dem Aluminium Silicium beigegeben werden, um ein Legieren des Aluminiums mit dem SiIicium-Halbleiterkörper während Wärmebehandlungen und damit die Ausbildung von pn~übergangen im Halbleiter zu vermeiden. Durch die anodische Oxidation von Aluminiumlegierungen entsteht jedoch eine poröse Aluminiumoxidschicht, die eine weitere anodische Oxidation des darunterliegenden Aluminiums während nachfolgender Oxidationsvorgänge nicht verhindert.
Es ist somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines verbesserten elektrischen Verbindungssystems für Halbleiterschaltungsanordnungen, dessen leitende Bereiche im wesentlichen aus Aluminium bestehen, anzugeben. Dabei wird insbesondere eine ρlanare Oberfläche der einzelnen Metallisierungsebenen und des Verbindungssystems selbst angestrebt. Als Leitermaterial soll eine Aluminiumlegierung verwendet werden, die einen erhöhten Widerstand gegen die Materialwanderung bietet sowie ein Legieren mit dem Halbleitersubstrat ausschließt. Diese Aufgabe wird bei dem anfangs genannten Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß über der isolierenden Schicht eine zumindest im wesentlichen aus Aluminium bestehende Schicht aufgebracht wird, daß an der Oberfläche dieser Schicht durch anodische Oxidation eine Alumini umoxidschicht gebildet wird und daß durch Aufbringen, selektives Belichten und Entwickeln eines Photolacks eine Photolackmaske auf der Oxidschicht hergestellt wird, mit deren
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Hilfe in bestimmten Bereichen das Aluminium durch anodische Oxidation vollständig in eine poröse Oxidschicht umgewandelt wird. Vorzugsweise werden die durch die Photolackraaske freigelegten Bereiche der Oxidschicht durch Ätzen entfernt, wobei in diesen Bereichen anschließend das Aluminium durch anodische Oxidation vollständig in eine poröse Oxidschicht umgewandelt wird. Dabei kann die zuerst gebildete Oxidschicht durch die öffnungen der Photolackmaske so tief herausgeätzt werden, daß bei der nachfolgenden Oxidation eine planare Oberfläche entsteht. Es kann auch vorteilhaft nach dem Herstellen der Photolackmaske in deren öffnungen durch anodische Oxidation eine porenfreie Oxidschicht gebildet werden, wobei anschließend die Photolackmaske entfernt und das nicht unterhalb der porenfreien Aluminiumoxidschicht befindliche Aluminium durch anodische Oxidation vollständig in eine poröse Oxidschicht umgewandelt werden. Für die im wesentlichen aus Aluminium bestehende Schicht wird vorzugsweise eine Doppelschicht mit einer unteren Schicht aus einer Aluminiumlegierung und einer oberen Schicht aus reinem Aluminium gewählt.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigen:
Fign. 1 bis 7 die Herstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Verbindungssystems in aufeinanderfolgenden Verfahrensstufen und
Fign. 8 bis 10 die Herstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Verbindungssysteme in aufeinanderfolgenden Verfahrensstufen.
Wegen der hohen Affinität zwischen Aluminium υηά Sauerstoff ist dieses Metall ständig mit einer Oxidschicht hohen Wider-
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Standes bedeckt. Diese natürliche Oxidschicht kann durch anodische Oxidation zu einer Schicht verstärkt werden, die eine hohe Oberflächengüte aufweist, einen hohen Korrosionswiderstand und weitere gewünschte Eigenschaften besitzt.
Die Eigenschaften anodisch hergestellter Aluminiumoxidschichten, die durch die Verwendung von Aluminiumteilen als Anode in einer elektrolytischen Zelle entstehen, hängen von verschiedenen Faktoren ab, insbesondere von der Zusammensetzung des Elektrolyten. Bei Elektrolyten, in denen die gebildete Oxidschicht absolut unlöslich ist, werden porenfreie und in ihrer Dicke begrenzte Schichten erzeugt. Die Schichtdicke wird bei konstantem Strom bestimmt durch die angelegte Spannung. Bei einer von dieser Spannung abhängigen Schichtdicke wird der OxiÖationsvorgang selbsttätig beendet. Trotz weiterhin anliegender Spannung findet dann kein Weiterwachsen der Oxidschicht statt. Beispiele für diese Art von Elektrolyten sind neutrale Borsäurelösungen, wässerige Ammoniumborat- und -tartratlösungen mit einem pH-Wert zwischen 5 und 7, Ammoniumpentaborat in Äthylenglykol sowie weitere organische Elektrolyte, die Zitronensäure, Apfelsäure oder Glykolsäure enthalten. Die Einhaltung eines neutralen pH-Wertes zwischen 5 und 7 für einige wässerige Lösungen ist wesentlich, da bei zu stark säurehaltigen Lösungen die gebildeten Oxidschichten nicht vollständig porenfrei werden.
Bei anderen Elektrolyten ist die Oxidschicht schwach löslich und porös. Bei diesen Schichten tritt während ihrer Bildung keine Beschränkung auf eine Höchstdicke auf. Es kann somit eine Aluminiumschicht durch anodische Oxidation vollständig umgewandelt werden. Die Anzahl der hierfür verwendbaren Elektrolyte ist sehr groß; die gebräuchlichsten sind Schwefelsäure, Phosphorsäure, Chromsäure und Oxalsäure in nahezu jeder Konzentration. Bei der Herstellung von Halbleiteranordnungen besteht jedoch eine Einschränkung in der Wahl des Elektrolyten darin, daß dieser den zur Bildung des Metallisierungs-
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musters verwendeten Photolack nicht oder nur wesentlich angreift.
Die Fign. 1 bis 7 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel eines nach dem beanspruchten Verfahren hergestellten Verbindungssystems. Ein Halbleitersubstrat 10 besitzt an einer Oberfläche eine eindiffundierte Zone 12 sowie eine darüberliegende passivierende Schicht 14. Die Schicht 14 besteht gewöhnlich aus thermisch aufgewachsenem Siliciumdioxid und besitzt eine Dicke von etwa 5000 S. Die Zone 12 wird durch eine Öffnung 15 in .der Schicht 14 kontaktiert. Auf die Schicht 14 wird beispielsweise durch Aufdampfen oder Aufstäuben eine Schicht 16 aus Aluminium aufgebracht. Bei hochminiaturisierten Schaltkreisen, bei denen die Stromdichten in den Leiterzügen relativ hoch sind, 1st es wünschenswert, dem Alum:' ium geringe Zusätze eines zweiten Metalls zuzugeben, um den Widerstand gegen eine Materialwanderung zu erhöhen. Vorzugsweise wird hierzu ein Kupferzusatz von etwa 1 bis 10 Gewichtsprozent gewählt. Weiterhin kann dem Aluminium Silicium beigegeben werden, wodurch ein Legieren des Aluminiums mit dem Silicium des zu kontaktierenden Halbleiterkörpers weitgehend ausgeschaltet wird. Andererseits wird jedoch angestrebt, auf der Aluminiumschicht durch anodische Oxidation einen dünnnen überzug aus porenfreiem Aluminiumoxid herzustellen, der eine weitere Oxidation des darunterliegenden Aluminiums verhindert. Enthält das Aluminium jedoch Zusätze wie beispielsweise Kupfer oder Silicium, dann ist die durch anodische Oxidation hergestellte Schicht leicht porös und kann eine weitergehende Oxidation des Aluminiums über eine bestimmte Schichtdicke hinaus nicht vermeiden. Daher besteht die Aluminiumschicht 16 vorzugsweise aus zwei übereinanderliegenden Schichten 16A und 16B, wobei die untere Schicht 16A aus einer Aluminiumlegierung, die z.B. Kupfer enthält, und die obere Schicht 16B aus reinem Aluminium gebildet sind« Die Dicke der Schicht 16B wird so gewählt, daß sie bei dem fertig gestellten Verbindungssystem noch eine Dicke von etwa 2OOO 8 besitzt.
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Die Verwendung einer Deckschicht aus reinem Aluminium erfolgt noch.aus einem anderen Grund. Das anodisch aus reinem Aluminium hergestellte Oxid weist eine dichtere Struktur auf als das anodisch aus einer Kupfer und/oder Silicium enthaltenden Aluminiumlegierung gebildete Oxid. Für die das Verbindungssystem nach oben abschließende Oxidschicht wird eine möglichst hohe Dichte gewünscht. Auch greift das zum Ätzen von Aluminiumoxid verwendete Mittel reines Aluminium nicht an. Bei einer Aluminium-Kupferlegierung können durch dieses Ätzmittel jedoch unerwünschte Veränderungen hervorgerufen werden. Auch aus diesem Grunde sollte daher die obere Schicht 16B aus reinem Aluminium verwendet werden. Die Dicke der gesamten Schicht 16 kann beliebig gewählt werden, jedoch muß sichergestellt sein, daß eine durchgehende anodische Oxidation des Aluminiums bis herunter zur passivierenden Schicht 14 möglich ist. Die Dicke der Schicht 16 liegt vorteilhaft im Bereich zwischen 5000 und 20000 8.
Auf der Schicht 16B wird durch anodische Oxidation eine relativ dünne Oxidschicht 18 mit einer Dicke von etwa 500 2 hergestellt. Diese Schicht kann sowohl porenfrei als auch porös sein. Eine porenfreie Schicht wird gebildet durch Eintauchen des Substrats in einen Elektrolyten, der aus 30 % Ammoniumborat in Äthylenglykol besteht. In den Elektrolyten wird eine geeignete Kathode eingetaucht, während die mit der Aluminiumschicht bedeckte Halbleiteranordnung als Anode dient. Es wird für die Aluminiumoberflache eine Stromdichte von etwa 1 mA
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pro cm eingestellt. Die Oxidation erfolgt bei konstantem Strom, während die Spannung bis zu einem Wert ansteigt, bei dem die gewünschte Dicke der Oxidschicht erreicht ist. Eine poröse Oxidschicht wird in einem Elektrolyten erzeugt, der beispielsweise aus einer achtprozentigen Oxalsäurelösung in Wasser besteht. Es wird eine konstante Stromdichte im Bereich von 1 bis 5 mA pro cm eingestellt. Die Dicke der gebildeten Oxidschicht ist bei der konstanten Stromdichte abhängig von der Oxidationszeit. Die Oxidschicht 18 stellt eine gute ünter-
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lage für eine feste Haftung einer anschließend aufgebrachten Photolackschicht dar. Es kann jeder geeignete Photolack benutzt werden. Die Photolackschicht wird selektiv durch eine Maske belichtet und entwickelt, so daß das in Fig. 2 gezeigte Muster der Photolackschicht 20 entsteht. Dieses Muster überdeckt die Stellen, an denen e'in Kontakt zu der höheren, noch aufzubringenden Metallisierungsebene hergestellt werden soll. Es wird dann die anodische Oxidation fortgesetzt, wodurch die in Fig. 3 gezeigte Schicht 22 aus porösem Aluminiumoxid entsteht. Die Oxidation wird in einer achtprozentigen Oxal
säurelösung bei einer Stromdichte von 3,5 M pro cm vorgenommen. Weitere geeignete Elektrolyse sind eine 20-prozentige Schwefelsäurelösung oder Phosphorsäure. Bei der.Schwefelsäurelösung besteht jedoch die Gefahr, daß sie den Photolack angreift. Die Dicke der Oxidschicht 22 wird gewählt in Abhängigkeit von der Dicke der Aluminiumschicht 16, dem gewünschten Grad der Ebenheit der Oberfläche der Metallisierungsebene und der Art der nachfolgenden anodischen Oxidation.
Es wird nun eine weitere Photolackschicht 24 auf der Oxidschicht 22 aufgebracht. Diese Photolackschicht wird durch eine dem gewünschten Metallisierungsmuster entsprechende Maske selektiv belichtet und entwickelt. Es entsteht dadurch das aus Fig. 4 ersichtliche Muster der Photolackschicht 24. Die Oxidschicht 22 wird dann an den durch die Photolackschicht 24 freigelegten Stellen bis herunter zur Aluminiumschicht 16B weggeätzt. Es kann ein geeignetes Ätzmittel für Aluminiumoxid benutzt werden, das jedoch den Photolack nicht oder nur unwesentlich angreift und auch das Aluminium nicht ätzt. Ein Beispiel für ein solches Ätzmittel ist eine wässerige Lösung mit 35 Milliliter pro Liter 85-prozentige H PO4 und 20 g pro Liter CrO3. Durch das Ätzen der Oxidschicht 22 wird die räumliche Ausdehnung bei der Umwandlung von Aluminium in anodisch oxidiertes
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Aluminiumoxid kompensiert. Außerdem wird hierdurch eine genaue Begrenzung der Kanten der Leiterzüge im fertiggestellten Verbindungssystem bewirkt, wodurch unerwünschte tibergänge zwischen dicht beieinander verlaufenden Leiterzügen verringert werden und eine größere Gleichförmigkeit in der Breite dieser Leiterzüge erreicht wird. Durch das Ätzen des Aluminiumoxids wird ein Teil der Schicht 16B aus reinem Aluminium freigelegt. Es erfolgt nun eine weitere anodische Oxidation, deren Dauer so gewählt wird, daß in den freigelegten Bereichen das gesamte Aluminium bis herunter zur Schicht 14 in poröses Aluminiumoxid umgewandelt wird. Die sich somit ergebende Struktur zeigt Fig. 5. Die Oberfläche dieser Struktur ist im wesentlichen planar. Da bei der Umwandlung von Aluminium in Aluminiumoxid eine Volumenausdehnung stattfindet, hängt die PIanarität der Oberfläche im wesentlichen davon ab, bis zu welcher Tiefe die Oxidschicht 22 vorher geätzt wurde. Gewöhnlich werden etwa 15 bis 25 % der ursprünglichen Dicke der Aluminiumschicht in Oxid umgewandelt und weggeätzt, um eine im wesentlichen planare Oberfläche zu erhalten. Die Dicke der gebildeten Oxidschicht hängt auch ab von der Stromdichte, bei der die Oxidation durchgeführt wurde. Je höher die Stromdichte gewählt wurde, desto dicker ist in der Regel auch die endgültige Oxidschicht. Es wird vorzugsweise eine
2 Stromdichte im Bereich von 2 bis 3r5 mA pro cm gewählt.
Auch die Temperatur, bei der die Oxidation stattfindet, hat einen Einfluß auf die Dicke der sich ergebenden Oxidschicht. Die Dicke der Schicht nimmt mit steigender Temperatur ab.
Nach der zuletzt durchgeführten anodischen Oxidation wird der die verbliebene Metallisierung bedeckende Photolack entfernt und eine Schicht 26 aus Siliciumdioxid wird auf die Anordnung aufgebracht. Dieses Aufbringen kann mit Hilfe der Kathodenzerstäubung, des pyrolytischen Niederschiagens oder eines anderen bekannten Verfahrens durchgeführt werden, über der Schicht
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wird eine neue Photolackschicht 2 8 gebildet, die selektiv belichtet und entwickelt wird, so daß sie das in Fig. 6 gezeig-' te Muster erhält. Die Photolackschicht 28 enthält eine öffnung 29, mit deren Hilfe eine Kontaktierungsöffnung zwischen übereinanderliegenden Metallisierungsebenen hergestellt wird. Hierzu wird die Schicht 26 unterhalb der Öffnung 29 mit einem geeigneten Ätzmittel, beispielsweise gepufferter Flußsäure, durchgeätzt. Die gepufferte Flußsäure ist ein gutes Ätzmittel für Siliciumdioxid, greift jedoch anodisch hergestelltes Aluminiumoxid kaum an. Durch die Schicht 18 wird somit der Ätzvorgang nur auf die SiIieiumdioxidschicht 26 beschränkt. Die Aluminiumoxids chi cht 18 wird anschließend mit Phosphorchromsäure entfernt, die Aluminium und Siliciumdioxid nicht angreift. Die Dicke der ρ as si vier enden ε hicht 26 liegt vorzugsweise im Bereich von 2000 bis 5000 S. Es wird nun auf der Schicht 26 eine Schicht 32 aus Aluminium aufgebracht, die ebenso wie die Schicht 16 in eine untere Schicht 32A aus einer Aluminiumlegierung und eine obere Schicht 32B aus reinem Aluminium unterteilt ist. Falls sich in dem beschriebenen System die Materialwanderung nicht störend bemerkbar machen sollte, kann hierfür jedoch auch eine einzige Schicht aus reinem Aluminium gewählt werden. Es werden nun für die Schicht 32 die gleichen Verfahrensschritte wiederholt, die anhand der Fign. 1 bis 6 für die Aluminiumschicht 16 beschrieben wurden. Diese Verfahrensfolge wird entsprechend der Anzahl der verwendeten Metallisierungsebenen wiederholt. Für die oberste Metallisierungsebene werden ebenfalls Kontaktöffnungen für den Anschluß an äußere Zuleitungen hergestellt.
In den Fign. 8 bis 10 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines elektrischen Verbindungssystems dargestellt, das nach dem beanspruchten Verfahren hergestellt wird. Ausgehend von der Struktur nach Fig. 1 wird auf der dünnen Schicht 18 aus anodisch hergestelltem Aluminiumoxid eine Photolackschicht 40 aufgebracht. Diese wird selektiv belichtet und entwickelt, so daß sich die öffnung 42 in der Photolackschicht 40 ergibt. Die öffnung 42 dient zur Bildung einer Kontaktöffnung. In der öffnung 42 wird
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durch anodische Oxidation eine porenfreie Aluminiumoxidschicht 41 hergestellt. Die hierfür verwendete konstante Stromdichte -
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liegt bei etwa 1 uA pro cm . Die Photolackschicht 40 wird nun entfernt und es wird auf der gesamten Oberfläche mit Hilfe der anodischen Oxidation mit Ausnahme des Bereiches der porenfreien Schicht 41 eine poröse Aluminiumoxidschicht 43 gebildet. Die Schicht 41 unterbindet eine weitere Oxidation des darunterliegenden Aluminiums. Auf die Schicht 43 wird eine Photolackschicht 44 aufgebracht, die entsprechend dem gewünschten Metallisierungsmuster selektiv belichtet und entwickelt wird. Dadurch werden Teile der Aluminiumoxidschicht 43 freigelegt, die mit einem geeigneten Ätzmittel entfernt werden können. Das Ätzen der Schicht 43 ist nicht erforderlich, wenn eine Planar!tat der Oberfläche nicht gewünscht oder nicht erforderlich ist. An den durch die Photolackschicht 44 freigelegten Stellen erfolgt anschließend eine anodische Oxidation des Aluminiums bis herunter zur Schicht 14. Es können somit mit der Struktur nach Fig. 10 die gleichen Verfahrensschritte durchgeführt werden, wie sie anhand der Fign. 5 bis 7 beschrieben sind. Die Schicht 41 aus porenfreiem Aluminiumoxid verhindert auch, daß das. darunterliegende Aluminium von der Seite her oxidiert wird. Auf diese Weise bleibt die gewünschte Lage und Größe der Kontaktöffnung erhalten. Dies ist von besonderer Bedeutung, wenn die einzelnen Leiterzüge sehr schmal sind und eng beieinanderliegen.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, auf die Schicht 18 in Fig. 1 direkt eine Photolackschicht aufzubringen,. Diese wird dann in der Weise selektiv belichtet und entwickelt, daß die Stellen, an denen die Metallisierung erhalten bleiben soll, freigelegt werden. Es wird dann an diesen Stellen eine der Schicht 41 entsprechende porenfreie Aluminiumoxidschicht durch anodische Oxidation hergestellt. Die Photolackschicht wird dann entfernt und es erfolgt eine weitere anodische Oxidation an den Stellen, an denen keine porenfreie Oxidschicht vorhanden ist. Die sich dabei bildende poröse Aluminiumoxidschicht reicht
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herunter bis zur isolierenden Schicht 14. Das anhand der Fign. 1, 2 und 3 erläuterte Verfahren zur Herstellung der Kontaktöffnungen kann mit diesem Verfahren kombiniert werden. Schließlich kann auf der Schicht 16B direkt eine porenfreie Schicht aus Aluminiumoxid erzeugt werden. Über dieser wird eine Photolackschicht ausgebreitet, die selektiv belichtet und entwickelt wird, so daß diejenigen Stellen, an denen die Metallisierung erhalten bleiben soll, durch den Photolack geschützt sind, während die anderen Stellen freigelegt werden. Die porenfreie Aluminiumoxidschicht wird nun an den freigelegten Stellen durch ein geeignetes Ätzmittel entfernt. Der verbliebene Photolack wird abgelöst und es findet anschließend eine durchgehende Umwandlung des Aluminiums in poröses Aluminiumoxid an den Stellen statt, die nicht von der porenfreien Aluminiumoxidschicht bedeckt sind.
Das beschriebene Verfahren kann weiterhin vorteilhaft dort angewendet werden, wo die Breite der Leiterzüge und ihr gegenseitiger Abstand sehr gering ist. In bestimmten Fällen ist die Ebenheit der Oberfläche nicht von Bedeutung; jedoch läßt sich das Ausätzen des Metallisierungsmusters nicht in bekannter Weise durchführen. Zwischen den Leitungen verbliebene Reste der Metallisierung können einen Kurzschluß zwischen den Leitungen hervorrufen. Zur Behebung dieses Nachteils kann bei dem vorliegenden Verfahren die anodisch hergestellte AIuminiumoxidschicht 22 wieder fortgeätzt werden, wodurch das Metallisierungsmuster freigelegt wird. Durch eine weitere anodische Oxidation wird dann das Leitungsmuster mit einer porenfreien Aluminiumoxidschicht eingekapselt und die eventuell zwischen den Leitungen befindlichen unerwünschten Reste der Metallisierung mit einem Ätzmittel, das das Aluminiumoxid nicht angreift, entfernt. Diese Metallreste werden nicht oxidiert, da sie nicht in elektrischem Kontakt mit dem Metallisierungsmuster stehen. Das Metallisierungsmuster kann anschließend in bekannter Weise mit einer Passivierungsschicht überzogen werden.
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Claims (1)

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PATENTANSPRÜCHE
Verfahren zum Herstellen eines mindestens einlagigen elektrischen Verbindungssystems, dessen leitende Bereiche im wesentlichen aus Aluminium bestehen, auf einem Substrat aus Halbleitermaterial, das mit einer isolierenden Schicht bedeckt ist, dadurch gekennzeichnet, daß über der isolierenden Schicht eine zumindest im wesentlichen aus Aluminium bestehende Schicht aufgebracht wird, daß an der Oberfläche dieser Schicht durch anodische Oxidation eine Aluminiumoxidschicht gebildet wird und daß durch Aufbringen, selektives Belichten und Entwickeln eines Photolacks eine Photolackmaske auf der Oxidschicht hergestellt wird, mit deren Hilfe in bestimmten Bereichen das Aluminium durch anodische Oxidation vollständig in eine poröse Oxidschicht umgewandelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Photolackmaske freigelegten Bereiche der Oxidschicht durch Ätzen entfernt werden und daß in diesen Bereichen anschließend das Aluminium durch anodische Oxidation in eine poröse Oxidschicht umgewandelt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zuerst gebildete Oxidschicht durch die Öffnungen der Photolackmaske so tief herausgeätzt wird, daß bei der nachfolgenden Oxidation eine planare Oberfläche entsteht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Herstellen der Photolackmaske in deren öffnungen durch anodische Oxidation eine porenfreie Aluminiumoxidschicht gebildet wird und daß anschließend die Photolackmaske entfernt wird.
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5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das nicht unterhalb der porenfreien Aluminiumoxidschicht befindliche Aluminium durch anodische Oxidation vollständig in eine poröse Oxidschicht umgewandelt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß für die im wesentlichen aus Aluminium bestehende Schicht eine Doppelschicht mit einer unteren Schicht aus einer Aluminiumlegierung und einer oberen Schicht aus reinem Aluminium gewählt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche. 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß für die zuerst gebildete Aluminiumoxidschicht eine L^cke im Bereich von 2000 bis 6OOO S gewählt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die anodische Oxidation zur Herstellung einer porösen Oxidschicht in einem eine achtprozentige Oxalsäure enthaltenden Elektrolyten durchgeführt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zuerst erfolgende anodische Oxidation in einem Elektrolyten aus 30 % Ammoniumpentaborat in Sthylenglykol durchgeführt wird.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0014303A1 (de) * 1979-01-24 1980-08-20 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum Herstellen von integrierten MOS-Schaltungen in Silizium-Gate-Technologie
DE3026026A1 (de) * 1979-07-11 1981-01-22 Tokyo Shibaura Electric Co Halbleiterelement und verfahren zu seiner herstellung
DE3217026A1 (de) * 1981-05-06 1982-12-30 Mitsubishi Denki K.K., Tokyo Halbleitervorrichtung

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3939047A (en) * 1971-11-15 1976-02-17 Nippon Electric Co., Ltd. Method for fabricating electrode structure for a semiconductor device having a shallow junction
FR2285716A1 (fr) * 1974-09-18 1976-04-16 Radiotechnique Compelec Procede pour la fabrication d'un dispositif semi-conducteur comportant une configuration de conducteurs et dispositif fabrique par ce procede
US4005452A (en) * 1974-11-15 1977-01-25 International Telephone And Telegraph Corporation Method for providing electrical isolating material in selected regions of a semiconductive material and the product produced thereby
US3971710A (en) * 1974-11-29 1976-07-27 Ibm Anodized articles and process of preparing same
JPS51111069A (en) * 1975-03-26 1976-10-01 Hitachi Ltd Semiconductor device
DE2539193C3 (de) * 1975-09-03 1979-04-19 Siemens Ag, 1000 Berlin Und 8000 Muenchen Verfahren zur Herstellung eines planeren Leiterbahnsystems für integrierte Halbleiterschaltungen
SE7803385L (sv) * 1978-03-23 1979-09-24 Olsson Kjell Ingvar Metod att meta vetskors ytspenning och anordning for genomforande av metoden ifraga
US4146440A (en) * 1978-04-03 1979-03-27 Burroughs Corporation Method for forming an aluminum interconnect structure on an integrated circuit chip
JPS5628522U (de) * 1979-08-11 1981-03-17
JPS5633842A (en) * 1979-08-28 1981-04-04 Nec Corp Manufacture of semiconductor device
FR2466103A1 (fr) * 1979-09-18 1981-03-27 Lerouzic Jean Procede de realisation d'un reseau d'interconnexion de composants electroniques a conducteurs en aluminium et isolant en alumine et reseau d'interconnexion obtenu par ce procede
JPS56155549A (en) * 1980-04-30 1981-12-01 Fujitsu Ltd Manufacture of semiconductor device
JPS5886742A (ja) * 1981-11-18 1983-05-24 Nec Corp 半導体装置の製造方法
US7368045B2 (en) * 2005-01-27 2008-05-06 International Business Machines Corporation Gate stack engineering by electrochemical processing utilizing through-gate-dielectric current flow
JP2009132974A (ja) * 2007-11-30 2009-06-18 Fujifilm Corp 微細構造体

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2052424A1 (de) * 1969-10-25 1971-09-30 Nippon Electric Co Verfahren zum Herstellen elektrischer Leitungsverbindungen

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2052424A1 (de) * 1969-10-25 1971-09-30 Nippon Electric Co Verfahren zum Herstellen elektrischer Leitungsverbindungen

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
US-Z.: IBM Technical Disclosure Bulletin, Bd. 13, Nr. 12, Mai 1971, S. 3661 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0014303A1 (de) * 1979-01-24 1980-08-20 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum Herstellen von integrierten MOS-Schaltungen in Silizium-Gate-Technologie
DE3026026A1 (de) * 1979-07-11 1981-01-22 Tokyo Shibaura Electric Co Halbleiterelement und verfahren zu seiner herstellung
DE3217026A1 (de) * 1981-05-06 1982-12-30 Mitsubishi Denki K.K., Tokyo Halbleitervorrichtung

Also Published As

Publication number Publication date
US3827949A (en) 1974-08-06
JPS4916393A (de) 1974-02-13
JPS5710574B2 (de) 1982-02-26
FR2177750A1 (de) 1973-11-09
DE2313106C2 (de) 1985-03-07

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