DE2401333A1 - Verfahren zur herstellung von isolierfilmen auf verbindungsschichten - Google Patents

Verfahren zur herstellung von isolierfilmen auf verbindungsschichten

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DE2401333A1 DE19742401333 DE2401333A DE2401333A1 DE 2401333 A1 DE2401333 A1 DE 2401333A1 DE 19742401333 DE19742401333 DE 19742401333 DE 2401333 A DE2401333 A DE 2401333A DE 2401333 A1 DE2401333 A1 DE 2401333A1
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Akira Kikuchi
Tokio Kodaira
Kensuke Nakata
Akihiro Tomozawa
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Hitachi Ltd
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Description

Verfahren zur Herstellung von Isolierfilmen auf "Verbindungsschichten (Priorität: 12. Januar 1975, Japan, Nr. 5 973)
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Isolierfilms', beispielsweise auf einer Verbindungsschicht einer integrierten Schaltung oder dergleichen.
Um zu verhindern, daß Metall-Verbindungsteile aus Aluminium oder
dergleichen nach der Herstellung der Verbindungen durch Wasser oder Feuchtigkeit korrodiert werden, wird zur Verbesserung des Feuchtigkeitswiderstandes auf der Oberfläche der Aluminium-Verbindungsteile ein Schutzfilm ausgebildet, beispielsweise durch chemische Dampfabscheidung.
Die Aluminium-Verbindungsteile weisen jedoch an ihren Schultern
scharfe Ecken auf, an denen der durch chemische Dampfabscheldung
aufgebrachte Schutzfilm ungleichmäßig stark wird. In der Nähe der
Ecken der Verbindungsteile wird der Schutzfilm extrem dünn, so daß
leicht feine Löcher, sogenannte Nadellöcher auftreten. Hierdurch
kann Feuchtigkeit in den Schutzfilm eindringen und die aus Aluminium bestehenden Verbindungsteile korrodieren, wodurch Trennsteilen auftreten können.
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Wenn zur Vermeidung der Entstehung von Nadellöchern die Schutzfilmstärke entsprechend erhöht wird, so besteht der Nachteil, daß im PiIm infolge von Wärmebeansprudung durch im Betrieb des Verbindungssubstrats entstehende Wärme Risse entstehen, da die Wärmedehnungskoeffizienten des Halbleitersubstrats und des Schutzfilms unterschiedlich sind.
Bei einem Verfahren zur Ausbildung mehrschichtiger Verbindungen wurde vorgeschlagen, die Feuchtigkeitsbeständigkeit dadurch zu verbessern, daß der Schutzfilm auf der Oberfläche der Verbindungsteile gleichmäßig ausgebildet wird, und daß die Oberfläche der Verbindungsteile mit einem dünnen anodischen Niederschlag versehen wird, so daß ein Film aus Metalloxid entsteht. Genauer, bei dein Verfahren zur Herstellung mehrschichtiger Verbindungen wird die Oberfläche einer Aluminiumschicht der ersten Schicht mit einem dünnen anodischen Niederschlag versehen, so daß ein Aluminiumoxidfilm entsteht. Darauf wird eine Ätzung vorgenommen, um die Enden und Seiten der oberen Oberfläche der Verbindungsgteile der ersten Schicht in eine sanfte Form zu bringen, so daß die Stärke eines auf der oberen Oberfläche des Verbindungsteils der ersten Schicht ausgebildeter Isolierfilm und die Verbindungsteile der zweiten Schicht gleichmäßig werden und Kurzschlüsse und Trennstellen somit vermieden werden.
Wird bei dem obigen Verfahren jedoch der Aluminiumoxidfilm nur auf der oberen Oberfläche der Aluminiumverbindungsgteile ausgeführt, so hat der durch chemische Dampfabscheidung aufgebrachte Film selbst keine ausreichende Feuchtigkeitsbeständigkeit. Darüber hinaus ist es unvermeidlich, daß der durch chemische Dampfabscheidung aufge-
den
brachte Film an/Seitenteilen der Verbindungen dünn wird, so daß die Aluminium-Verbindungsteile von der Seite her durch Feuchtigkeit korrodiert werden, die durch den Schutzfilm hindurchdringt.
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Der Stand der Technik und die Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 (A) Schnittbilder zur Erläuterung eines bekannten Verfahrens und kB) zur Hers-fcellung eines Schutzfilms aus Metalloxid auf der
Oberfläche eines Verbindungsteils; und
Fig. 2(A) vertikal geschnittene Seitenansichten zur Erläuterung bis 2IH.; der Arbeitsschritte bei der Herstellung eines Verbind
dungssubstrats gemäß einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Um zu verhindern, daß die Aluminium-Verbindungsteile von der Seite her korrodieren, wurde vorgeschlagen, die gesamte Oberfläche eines Aluminium-Verbindungsteils gemäß Fig. 1 (B) mit einem Aluminiumoxidfilm abzudecken, um so die Zuverlässigkeit und die elektrischen Eigenschaften des Verbindungsteils gegenüber Wasser und Chemikalien zu verbessern. Bei diesem Verfahren wird auf einem Teil der Oberfläche einer Aluminiumschicht 1 (Fig. 1 (A)) ein nichtporöser, als Isolator wirkender Aluminiumoxidfilm 2 ausgebildet. Die Aluminiumschicht 1 wird unter Verwendung des Aluminiumoxidfilms 2 als Maske mit einem anodischen Niederschlag versehen, so daß sich ein poröser Aluminiumoxidfilm 1a bildet (Fig. 1(B)). Dabei wird die unter dem nichtporösen Aluminiumoxidfilm 2 befindliche Aluminiumschicht durch diesen abgedeckt und damit nicht mit einem anodischen Niederschlag versehen. Es entsteht ein Aluminium-Verbindungsteil 1b. Durch Verwendung eines bestimmten Elektrolyten zur anodischen Bdiajidlung kann auf den Seiten des Aluminium-Verbindungsteils durch den durch das poröse Aluminiumoxid eindringenden Elektrolyten ein nichtporöser Aluminiumfilm 2a gebildet werden.
Da bei dem obigen Verfahren jedoch die aufgedampfte und ausgebildete Aluminiumschicht über ihre Stärke vollständig anodieh behandelt werden muß, ist das Verfahren sehr zeitaufwendig und hat darüber hinaus den Nachteil, daß nicht anodisch behandelte Teile zurückbleiben.
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Aus diesem- Grunde müssen zur vollständigen anodischen Behandlung der Seiten sämtlicher Aluminium-Verbindungsteile diese partiell untereinander kurzgeschlossen werden. Dies ist deshalb nachteilig, weil die Wirtschaftlichkeit verschlechtert und die Anzahl komplizierter Arbeitsschritte erhöht wird. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, nach dem die oberste Schicht mehrerer Verbindungsschichten oxidiert wird, um einen Metalloxidfilm auszubilden und so die Feuchtigkeitsbeständigkeit der Verbindungsschichten zu erhöhen und die Herstellung eines Schutzfilms oder Isolierfilms für· die Verbindungsschichten zu ermöglichen. Hierdurch soll eine Verschlechterung der Eigenschaften des feuchtigkeitsbeständigen Schutzfilms vermieden werden, der die oberste Schicht der Verbindungsteile abdeckt.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Isolierfilms auf einer Verbindungsschicht wird auf einem Substrat eine Aluminiumschicht ausgebildet, ein dünner Teil der oberen Oberfläche der Aluminiumschicht oxidiert, so daß ein poröser Aluminiumoxidfilm entsteht, auf die obere Oberfläche des porösen Films wird ein lichtbeständiger Film in einem vorherbestimmten Muster aufgebracht, die vom lichtbeständigen Film nicht abgedeckten Teile des porösen Films und der Aluminiumschieht werden geätzt, der lichtbeständige Film wird entfernt, auf der gesamten Oberfläche des sich ergebenden Substrats wird ein Aluminiumfilm ausgebildet, der Aluminiumfilm wird oxidiert, so daß ein poröser Aluminiumoxidfilm entsteht, die Oberfläche der verbleibenden Aluminiumschicht wird anodisch behandelt, so daß ein nichtporöser Aluminiumoxidfilm entsteht, die unnötigen Teile des letzteren porösen Aluminiumoxidfilms werden entfernt, und auf dem sich ergebenden Substrat wird durch chemische Dampfabscheidung ein Film hergestellt.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert.
Pig. 2(A) bis 2(H) zeigen Vertikalschnitte von Halbleitervorrichtungen während der Herstellung gemäß einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens. Zunächst wird gemäß Pig. 2(A) auf einen Schutzfilm (oder einen darunter liegenden isolierenden Schutzfilm) 6 eines Halbleitersubstrats (oder eines darunter liegenden Leiterteils) 5 eine Aluminiumschicht 7 aufgedampft. Die Stärke der Aluminiumschicht 7 beträgt etwa 1,4 /U..
Darauf wird die obere Oberfläche der Aluminiumschicht 7 anodisch oxidiert, so daß ein poröser Aluminiumoxid-(Al-O,-)Film 8 entsteht (Fig. 2(B)). Bei der Ausbildung des porösen Aluminiumoxidfilms 8 durch Oxidation der Aluminiumschicht 7 wird als Beha-Jidlungsflüssigkeit bei der anodischen Behandlung 5 $-ige Oxalsäure verwendet.
Daran anschließend wird gemäß Fig. 2 (C) auf dem porösen Aluminiumoxidfilm 8 ein lichtbeständiger Film 9a, 9b ausgebildet.
Daran anschließend werden unter Verwendung des lichtbeständigen Films 9a, 9b als korrosionsfeste Maske durch eine Ätzbehandlung gemäß Fig. 2(D) diejenigen Teile der Aluminiumschicht 7 und des Aluminiumoxidfilms 8 entfernt, die vom lichtbeständigen Film 9a, 9b nicht abgedeckt sind. Da das Haftvermögen des lichtbeständigen Films 9a» 9b am-porösen Aluminiumoxidfilm 8 stark ist, ist die Ätzgeschwindigkeit des Aluminiumoxidfilms 8 größer als die der Aluminiumschicht 7. Daher wird der Aluminiumoxidfilm 8 nicht vertikal geätzt, sondern die Aluminiumoxidfilmteile 8a und 8b werden seitlich geätzt. Die Aluminiumschichten 7a und 7b, auf denen die porösen Aluminiumoxidfilme 8a und 8b ausgebildet sind, werden daher durch die seitliche Ätzung der porösen Aluminiumoxidteile 8a und 8b einem Ätzmittel ausgesetzt und auch an den Enden der oberen Oberfläche in eine Form mit sanfter Neigung geätzt.
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Darauf werden die lichtbeständigen Filme 9a und 9b durch eine Lösung entfernt. Daran anschließend wird gemäß Pig. 2(E) auf das Substrat 5 ein Aluniiniumfilm 10 aufgedampft, der die gesamte Oberfläche der Verbindungsteile 7a und 7b in dem Zustand abdeckt, in dem sie mit den Aluminiumoxidfilmteilen 8a und 8b hergestellt wurden. Die Stärke des Aluminiumfilms 10 beträgt etwa 500 bis 3 000 A. Die Stärke des Aluminiumfilms 10 ist dabei gut verteilt, d. h., der Aluminiumfilm 10 kann gleichmäßig aufgedampft; werden, auch wenn das Substrat stufenförmig ausgebildet ist, so daß der nachfolgen!aufgebrachte anodische niederschlag glatt wird.
Uach der Herstellung des zweiten aufgedampften Aluminiumfilms 10 auf dem Substrat 5 wird der Aluminiumfilm 10 unter Verwendung 5 9^-iger Oxalsäure als Elektrolyt anodisch behandelt. Dabei entsteht ein poröserAluminiumoxidfilm 11 (Fig. 2(F)). Die Stärke des porösen Aluminiumfilms 11 beträgt etwa 500 bis 5 000 A. Dabei werden die Aluminiumoxidfilmteile 8a und 8b, die auf den Verbindungsteilen 7a und 7b lagen, in den neu gebildeten Aluminiumoxidfilm 11 einbezogen. Die Aluminiumoxidfilmteile 8a und 8b können vor dem Aufdampfen und der Bildung des zweiten Aluminiumfilms 10 entfernt werden. Die nachfolgenden Arbeitsschritte werden durch die Entfernung der Aluminiumoxidfilmteile 8a und 8b nicht nachteilig beeinflußt.
Der poröse Aluminiumoxidfilm 11 kann leicht mit verhältnismäßig großer Stärke ausgeführt werden. Er schützt die Verbindungsteile gegen die Einwirkung mechanischer äußerer Kräfte und trägt zur Erhöhung der Dauerhaftigkeit der Verbindungsteile bei. Er ist jedoch nicht ausreichend feuchtigkeitsbeständig, so daß er unter Verwendung von Borsäure als Elektrolyt anodisch behandelt werden muß. Dabei entsteht ein nichtporöser Aluminiumoxidfilm 12a, 12b, der die gesamte Oberfläche der Verbindungsteile 7a und 7b bedeckt (Fig. 2(G-)). Da hierbei der nichtporöse Alnroiniumoxidfilm 12a, 12b
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derart ausgebildet wird, daß sehr dünne nichtporöse Teil des porösen Aluminiumoxid^:j]ms 11 unter den jeweiligen Poren verstärkt werden, gelangt er baumäßig unter den porösen Aluminiumoxidfilm 11 . Die Stärke des nichtporösen Aluminaumoxidf ilms 12a, 12b beträgt 1 000 bis 1 500 A. Der nichtporöse Film 12a, 12b ist extrem feuchtigkeitsbeständig. Er wirkt ferner als Schutzfilm gegen Chemikalien, so daß er die Verbindungsteile 7a und 7b wirksam vor Korrosion schützt» Wie erwähnt, kann der Schutzfilm der Verbindungsteile 7a und 7b stark ausgeführt werden, indem er doppelt aus dem porösen Aluminiumoxidfilm 11 und dem nichtporösen Aluminiumoxidfilm 1 2a, 1 2b aufgebaut wird. Er bildet daher einen stabilen Schutzfilm.
Darauf werden gemäß Pig. 2(H) unnötige Teile des porösen Aluminiumoxidfilms 11 entfernt. Daran anschließend wird durch chemische Aufdampfung auf dem Substrat 5 ein Film 15 ausgebildet, der die Verbindungsteile 7a und 7b bedeckt. Da die Enden und Seiten der oberen Oberfläche der Verbindungsteile 7a und 7b sanft geneigt sind, wird der Film 13 über den Verbindungsteilen 7a und 7b mit gleichmäßiger Stärke und ebenso sanft ausgebildet. An der Abschlußsteile muß der durch chemische Aufdampfung aufgebrachte Film 13 geätzt und entfernt werden, um Anschlußdrahte anbringen zu können. Da die Aluminium-Verbindungsteile 7a und 7b mit dem porösen Aluminiumoxidfilm 11a, 11b und dem nichtporösen Aluminiumoxidfilm 12a, 12b abgedeckt sind, können sie durch das Ätzmittel nicht korrodiert werden, so daß der Sekundär effekt des Film-Ätzmittels vermieden werden kann.
Der auf den Oberflächen der Verbindungsteile auszuführende Schutzfilm kann als Aufbau hergestellt werden, der nur aus dem nicht porö-. sen Aluminiumoxidfilm besteht. Dabei kann der nichtporöse Aluminiumoxidfilm direkt auf den gesamten Oberflächen der Verbindungsteile ausgebildet werden, und zwar unter Benutzung eines vorherbestimmten Elektrolyten. Obwohl die Stärke des derart gebildeten nichtporösen Films verhältnismäßig gering ist, wirkt der nichtporöse Film zufrie-
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denstellend als Schutzfilm, da seine Feuchtigkeits- und Chemikalienbeständigkeit hervorragend ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Schutzfilms für eine Verbindungsschicht hat ein breites Anwendungsgebiet. So ist es auf Aluminiumverbindungen von Transistoren, integrierten und stark integrierten Schaltungen mit gleichem Erfolg anwendbar. Ferner ist es bei der Herstellung eines mehrschichtigen Verbindungssubsttats auf die Verbindungsteile sämtlicher Schichten anwendbar. Weiterhin kann das erfindungsgemäße Verfahren bei einzelnen Schichtverbindungen und einzelnen Anschlüssen angewendet werden.
Wie oben ausgeführt, wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines VerbindungsSubstrats die obere Oberfläche einer aufgedampften und auf einem Substrat ausgebildeten Metallschicht mit einem dünnen Metalloxidfilm versehen.Zur Ausbildung der Verbindungsteile,wird auf dem Metalloxidfilm ein lichtbeständiger Film als Maske ausgebildet, worauf geätzt wird. Darauf wird auf dem Substrat ein zweiter Metallfilm ausgebildet, der die gesamten-Oberflächen der Verbindungsteile bedeckt. Weiter wird der zweite Metallfilm vollständig oxidiert, so daß ein poröser Film entsteht. Darauf folgt eine weitere Oxidationsbehandlung zur Herstellung eines nichtporösen Films auf der gesamten Oberfläche der Verbindungsteile, so daß die Seiten der Verbindungsteile ebenfalls mit Metalloxidfilm abgedeckt werden können. Hierdurch wird die Feuchtigkeitsbeständigkeit stark erhöht. Da im Gegensatz zu den bekannten Verfahren nicht die gesamte Metallschicht aufgedampft und oxidiert zu werden braucht, braucht lediglich der zweite dünne Metallfilm oxidiert zu werden, der nach der Herstellung der Verbindungsteile aufgedampft und ausgebildet wurde. Hierdurch kann die Herstellungszeit beträchtlich abgekürzt und eine vollständige Metalloxidation erreicht werden.
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Da der zweite Metallfilm oxidiert wird, läßt sich eine zuverlässige und gleichmäßige Oxidation erreichen, auch wenn ein Verbindungssubstrat Stufen aufVeist. Da die Oxidation nach der Ausbildung der Verbindungsteile leicht ausgeführt werden kann, ist das erfindungsgemäße Verfahraiauch auf die Herstellung eines Verbindungssubstrats mit hohem Integrationsgrad anwendbar, beispielsweise auf MOS- und LSI-Anordnungen. Da die Verbindungsteile durch Ätzung der Metallschicht in dem Zustand gebildet werden, in dem sie darauf mit dem Metalloxidfilm ausgebildet wird, erhalten die Enden und Seiten der oberen Oberfläche der Verbindungsteile eine sanfte Form, so daß auf den Verbindungsteilen ein chemisch aufgedampfter Film aufgebracht werden kann, der eine gleichmäßige Stärke aufweist und glatt ist. Durch das erfindungsgemäße Verfahren lassen sich also die Nachteile durch die Ausbildung von Nadellöchern in chemisch aufgedampften Filmen verhindern, so daß die Verbindungsteile vor Korrosion durch Wasser oder dergleichen geschützt werden.
Pat entanspruch
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Claims (1)

  1. 240133^'
    PAIEMAHSPRTJCH
    Verfahren zur Herstellung eines Isolierfilms auf einer Verbindungsschicht, dadurch gekennzeichnet , daß auf einem Substrat eine erste Metallschicht ausgebildet wird, daß ein dünner Teil der oberen Oberfläche der Metallschicht oxidiert wird, so daß ein poröser PiIm entsteht, daß auf die obere Oberfläche des porösen Films selektiv ein lichtbeständiger PiIm aufgebracht wird, daß diejenigen Teile des porösen Films und der Metallschicht, die nicht durch den lichtbeständigen Film abgedeckt waren, geätzt und entfernt werden, •daß der lichtbesiändige Film entfernt wird, daß auf der gesamten oberen Oberfläche des sich ergebenden Substrats einschließlich des porösen Films ein zweiter Metallfilm ausgebildet wird, und daß der zweite Metallfilm vollständig oxidiert wird, so daß ein isolierender Oxidfilm entsteht.
    4098 34/07 1 1
    ORIGINAL iNSPECTED
    Leerseite
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