DE2455357A1

DE2455357A1 - Halbleiterbauelement und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE2455357A1
Application number: DE19742455357
Authority: DE
Inventors: Seiki Harada; Yoichi Oba; Atsushi Saiki
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1974-04-15
Filing date: 1974-11-22
Publication date: 1975-10-23
Also published as: JPS5421073B2; US4040083A; DE2455357C3; DE2455357B2; JPS50134766A

Description

Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement aus ein&tn Halbleitersubstrat mit mindestens einer· Schaltungsfunktion und einer Isolatorschicht unmittelbar auf der Substratoberflache sowie ein Verfahren zur Herstellung solcher Bauelemente. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Halbleiterbauelement, das unter den auf der Substratoberfläche aufgebrachten Schichten auch eine Kuratstoffschicht aus einem hochmolekularen Material aufweist, wobei diese Kunstharzschicht in mehreren Ebenen verlaufende Leiterbahnen voneinander trennt.

Es ist bekannt, zum Schutz und zur Passivierung der Substratoberfläche eines Halbleiterbauelementes diese Oberfläche mit einer Isolatorschicht zu überziehen. Diese

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Isolatorschicht besteht in der Regel aus SiO_? oder Si_?N.. Solche Isolatorschichten lassen sich jedoch nur in relativ dünnen Schichten herstellen, da sie in dickeren Schichten zur Rissbildung neigen. Aufgrund der Dünne solcher Isolatorschichten treten zwischen den auf diesen Schichten verlaufenden Leiterbahnen, die teilweise im Kontakt mit den im Substrat erzeugten Schaltungsfunktionen stehen, und dem Substrat selbst relativ grosse Kapazitäten auf. Durch solche Kapazitäten werden die Kenndaten der Halbleiterbauelemente verschlechtert. Ausserdem wird· aufgrund der Tatsache, dass das Auftreten dieser Kapazitäten berücksichtigt werden muss, der Entwurf für die Führung der Leiterbahnen ausserordentlich erschwert, insbesondere bei der Herstellung von Bauelementen mit mehr als einer ScJbaltungsfunktionin ein und demselben Substrat.

Die beschriebenen Schwierigkeiten werden in Halbleiterbauelementen noch vermehrt, bei denen die Leiterbahnen in mehreren Ebenen übereinander geführt werden müssen, um die erforderlichen Verbindungen zu und unter den Schaltungsfunktionen im Substrat herzustellen.

Diese Schwierigkeiten können vermindert werden, wenn man die Isolatorschicht mit einem Kunststoffüberzug versieht. Aus der US-PS 3 700 497 ist bekannt, za diesem Zweck ein Polyimidharz zu verwenden. Weiterhin ist in der US-Patentanmeldung 407 4^7/73 ein im folgenden ait PIQ bezeichnetes verbessertes Polyimid mit molekularen Strukturelementen der allgemeinen Formel

-CO-

-N-Ar

.cc ■col

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beschrieben, in der die Reste Ar₁, Ar₃, Ar₃ und Ar^ tische Gruppen bedeuten. Bauelemente mit PIQ-Überzügen dieser Zusammensetzung auf der Isolatorschicht weisen bessere elektrische Kenndaten als die aus der US-PS 3 700 bekannten Bauelemente auf.

Trotz der überraschend guten elektrischen Kenndaten, die die zuletzt beschriebenen Bauelemente «eigen, weisen auch diese Bauelemente noch insofern einen Ifachteil auf, als der Kunstharzüberzug auf der Isolatorsciiicht nur massig fest haftet. Die Lebensdauer unter Verwendung der genannten PIQ-tiberzüge hergestellten -Bauelemente ist daher nur gering, und zwar insbesondere in feuchter Atmosphäre.

Zur Verbesserung der Haftung der Kunst stoff überzüge auf der Isolatorschicht hat die Anmelderin die Verwendung organischer Grundierungsmittel versucht, auch solcher Grundierungsmittel, die Alkoxysilangruppen und Amidgruppen" enthalten. Solche haftvermittelnden Grundierungen sind beispielsweise in ."Chemistry and Technology of Silicones" von ¥. Noll, S. 582-584, Academic Press, New York und London, (1968) beschrieben. Durch Verwendung dieser Grundierungen konnte zwar die Haftung der Kunststoffüberzüge auf der Isolatorschicht verbessert werden, jedoch nicht so weit, dass die Bauelemente die erforderliche absolute Zuverlässigkeit aufwiesen.

Ziel der Erfindung ist daher die Schaffung eines Halbleiterbauelementes mit einer auf einer Isolatorschicht fest haftenden Kunstharzschicht.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Halbleiterbauelementes mit einer untereinander im unlösbaren festen Verbund stehenden Isolator- und Kunstharzschicht zwischen zwei Ebenen von Leiterbahnen bei

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Strukturen rait mehrschichtig geführten Leiterbahnnetzen.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung von Halbleiterbauelementen
mit mindestens einem Kunstharzüberzug, der fest haftend auf einer Isolatorschicht oder auf einer zweiten Kunstharzschicht, insbesondere auch als mehrschichtige Zwischenschicht in Strukturen mit mehreren Leiterbahnebenen, aufgebracht werden kann.

Der Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, mit mindestens einer Kunstharzschicht beschichtete Halbleiterbauelemente zu schaffen, die aufgrund einer verbesserten Haftung zwischen der Kunstharzschicht und anderen Schichten der Substratbeschichtung, insbesondere aufgrund einer verbesserten Haftung der Kunstharzschicht auf anorganischen Isolatorschichten, vor allem auf SiO„- und Si„Nl-Schichten, eine wesentlich verlängerte Lebensdauer, eine wesentlich erhöhte Zuverlässigkeit und verbesserte elektrische
Kenndaten aufweisen. Der Erfindung liegt weiterhin die
Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung solcher Halbleiterbauelemente zu schaffen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Halbleiterbauelement der eingangs genannten Art vorgeschlagen, das erfindungsgemäss gekennzeichnet ist durch eine erste Metalloxidschicht mit einer Dicke von 10 bis 2000 A* auf der Isolatorschicht und eine erste Kunstharzschicht auf der Metalloxidschicht.

Mit anderen Worten schafft die Erfindung also zur Haftvermittlung zwischen einer Kunstharzschicht, insbesondere einer PIQ-Schicht, und einer Isolatorschicht, insbesondere einer anorganischen Isolatorschicht, oder einer anderen

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Kunstharzschicht eine Metalloxidschicht als Zwischenschicht. Als Material für diese Metalloxidschicht dienen vorzugsweise Aluminiumoxid, Titanoxid, Molybdänoxid, Chromoxid oder Nickeloxid. In Verbindung mit Kunstharzschichten aus Polyimid, PIQ oder Polybenzimidazol wird Aluminiumoxid ₍ als Material für die Zwischenschicht zwischen einer Isolatorschicht aus anorganischem Material und einer der vorgenannten Kunstharzschichten oder als Zwischenschicht zur Verbindung der Kunstharzschichten untereinander bevorzugt.

Gemäss einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist in einer speziellen Ausgestaltung vorgesehen, dass ein Siliciumsubstrat, dessen Oberfläche mit einer SiO' -Schicht überzogen ist, auf dieser Isolatorschicht eine etwa 50 A dicke Aluminiumoxidschicht aufweist. Diese Alurainiumoxidschicht wird vorzugsweise in der Weise hergestellt, dass man auf die Oberfläche der SiOp-Schicht eine Lösung aufträgt, die ein Aluminiumchelat enthält und die Lösung auf der Struktur 30 min lang auf 3OO °C erhitzt. Auf die so gebildete Aluminiumoxidschicht bringt man dann die aus PIQ bestehende polymere Harzschicht auf. In dieser aus dem Harz, der Aluminiumoxid- und der SiO₂-Schicht bestehenden Struktur ist die Haftung zwischen der SiO„— Schicht und der PIQ-Schicht überraschenderweise ganz wesentlich gegenüber der Haftung zwischen diesen Schichten in einer Struktur verbessert, bei der die PIQ-Schicht direkt auf die SiO₂-Schicht aufgebracht ist.

Die Erfindung ist im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 im Querschnitt ein Ausführungsbeispiel, der Erfindung;

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Figuren 2a bis 2e

jeweils im Querschnitt verschiedene Stadien zur Erklärung des Verfahrens zur Herstellung der in Fig. 1 gezeigten Struktur;

Fig. 3

im Querschnitt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. h

ein Schaltbild des in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiels;

Fig. 5

im Querschnitt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Figuren 6a bis 6c

im Querschnitt Stadien der Herstellung der in Fig. 5 gezeigten Struktur;

Fig. 7

im Querschnitt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 8

ein Schaltbild des in Fig. 7 gezeigten Ausführungsbeispiels;

Figuren 9a bis 9c

im Querschnitt verschiedene Stadien zur Verdeutlichung des Verfahrens zur Herstellung des in Fig. 7 gezeigten Ausführungsbeispiels;

Fig.

im Querschnitt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 11

im Querschnitt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung und

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Fig. 12 in graphischer Darstellung die Haftfestigkeit von Kunstharzschichten als Funktion der Verweilzeit in feuchter Atmosphäre für Strukturen nach dem Stand der Technik und Strukturen der Erfindung.

"Als Material für die Kunstharzschicht wird in den Bauelementen der Erfindung vorzugsweise das im Rahmen dieser Beschreibung mit PIQ bezeichnete Polyimid verwendet. Dieses Material is^t ein Copolymer, das durch die Baugruppen

Jx

und - Ar₃C^H -A_V

gekennzeichnet ist, in denen die Reste Ar₁, Ar_p, Ar_ und Ar. aromatische Gruppen und Y die Gruppen S0„ oder CO bedeuten.

Dieses PIQ-Harz ist in der Weise erhältlich, dass man ein Diatninoamid der allgemeinen Formel

NH
H_N - Ar'

in der Ar eine aromatische Gruppe ist und Y die vorstehend

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genannte Bedeutung hat und eine der beiden Aminogruppen in o-Stellung zur -Y-NH„-Gruppe steht, mit einem Diamin und einem Tetracarbonsäuredianhydrid umsetzt. Bei dieser Umsetzung wird als Zwischenprodukt ein Polyamid erhalten, das unter Ringschluss zum Polyimid dehydratisiert werden kann (JA-PS 702 696).

In" der Fig. 1 ist im Querschnitt ein Planartransistor gezeigt. Das n-Si-Substrat 1 dient als Kollektor, während der p—Bereich 2 als Basis des Transistors dient. Im ersten Halbleiterbereich, dem p-Bereich 2, ist, ein n-leitender zweiter Halbleiterbereich 3» der Emitter, eingelassen. Auf der Oberfläche des Substrats 1 und des Planartransistors liegt eine SiO^-Schicht 'f. Eine erste Metallschicht 5 greift durch die SiO_-Schicht 4 hindurch und bildet zum p-Bereich einen Kontakt. Ein Teil dieses Basisanschlusses erstreckt sich über einen Teil der Oberfläche der SiOp-Schicht k. Eine zweite Metallschicht 6 greift durch die SiOp-Schicht k hindurch und bildet auf dem η-leitenden zweiten Halbleiterbereich 3» dem Emitter, einen Kontakt. Dieser Emitterkontakt erstreckt sich ebenfalls über einen Teil der Oberfläche der SiOp-Schicht, und zwar in der Weise, dass kein elektrischer Kontakt zur Metallschicht 5 zustande kommt. Auf den von den Metallschichten 5 und 6 nicht bedeckten Bereichen der Oberfläche der SiOg-Schicht h und auf den nicht zur Herstellung von Anschlüssen benötigten Bereichen der Oberfläche der Metallschichten 5 und 6 liegt eine Aluminiumoxidschicht 7 und auf dieser ©ine Kunstharzschicht 8. Durch eine dritte Metallschicht 9, die durch die Harzschicht 8 und die Aluminiumoxidschicht 7 auf die Metallschicht 5 hindurchgreift, wird die Basisanschlusselektrode vervollständigt. In entsprechender Weise greift eine vierte Metallschicht 10 durch die Harzschicht und durch die Aluminiumoxidschicht 7 unter Bildung eines

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Kontaktes auf* die zweite Metallschicht 6 durch, wobei durch diese Anordnung die Emitterelektrode, die durch die Metallschichten 6 und 10 gebildet wird, vervollständigt ist.

Zur Herstellung dieses Bauelementes wird zur Bildung des ersten Halbleiterbereiches 2 zunächst Bor in das n-Si-Substrat diffundiert. In diesen so hergestellten Basisb.ereich wird zur Bildung des Emitterbereiches 3 (zweiter Halbleiterbereich) Phosphor diffundiert. Anschliessend wird die gesamte Oberfläche des Substrats mit einer SiOp-Schicht k bedeckt, in der Fenster zur Herstellung des Basisanschlusses und des Emitteranschlusses geöffnet werden. Dann werden über und durch die geöffneten Fenster hindurchgreifend Aluminiumschichten 5 und 6 unter Herstellung eines Kontaktes zum ersten Halbleiterbereich 2 bzw. zum zweiten Halbleiterbereich 3 auf der Oberfläche der SiOp-Schicht h niedergeschlagen (Fig. 2a). Anschliessend wird die Oberfläche der gesamten Struktur, also die Oberfläche der SiÖ^-Schicht h einschliesslich der Oberflächen der beiden Metallschichten und 6, mit einer Aluminiumoxidschicht 7 überzogen (Fig. 2b). Auf dieser Aluminiumoxidschicht 7 wird anschliessend in einer. Dicke von 5 /um die Kunstharzschicht 8 aufgebracht. Die Oberfläche der Kunstharzschicht wird ihrerseits mit einer dünnen Chromschicht 11 überzogen, in der über den Metallschichten 5 und 6 Öffnungen 12 und I3 hergestellt werden (Fig. 2c). Durch diese Öffnungen 12 und I3 hindurch wird die Kunstharzschicht 8 selektiv unter Freilegung der darunter liegenden Aluminiumoxidschicht 7 ausgeätzt. Anschliessend wird die Chromschicht 11 entfernt (Fig. 2d). Danach wird unter Freilegung der Metallschichten 5 und im Bereich des Fensters die Aluminiumoxidschicht 7 entfernt (Fig. 2e). Durch diese Fenster hindurch greifen unter Herstellung eines elektrischen Kontaktes zu den Metallschichten 5 und 6 die anschliessend aufgebrachten Metall-

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schichten 9 und 10 (dritte und vierte Metallschicht), die sich auf der Oberfläche der Schichtstruktur auch über einen Teil der Oberfläche der Harzschicht 8 erstrecken.

In diesem Beispiel hat die Aluminiumoxidschicht eine Dicke von etwa 1000 A*. Sie wi:
C0„ und Hp hergestellt.

von etwa 1000 A. Sie wird durch Reaktion zwischen A1C1„,

Die Aluminiumoxidschicht kann auch durch andere Metalloxidschichten ersetzt werden, vorzugsweise durch Schichten aus Titanoxid, Molybdänoxid, Chromoxid oder Nickeloxid.

Die Dicke der Metalloxidschicht sollte zwischen etwa 10 A und etwa 2000 A, vorzugsweise zwischen 50 und 5OOA, insbesondere zwischen 50 und 200 A, liegen. Bei einer Dicke von weniger als 10 A wird auf den Oberflächen der SiO„-Schicht k und den Metallschichten 5 ^u^d 6 keine zusammenhängende Metalloxidschicht mehr erhalten. Bei Schichtdicken von über 2000 A treten mitunter Risse in der Metalloxidschicht auf.

Als Polymer für die Kunstharzschicht 8 können prinzipiell beliebige Kunstharze verwendet werden, beispielsweise Copolymere von fluoriertem Äthylen/Propylen, ferner Polyimide, PIQ, Epoxyharze, Phenolharze, Polycarbonate, Polyamide und Polybenzimidazol. Vorzugsweise wird als Material für die Harzschicht 8 ein Polyimid, PIQ oder Polybenzimidazol verwendet. Diese zuletzt genannten drei Harzarten werden im Rahmen der Erfindung vorgezogen, da sie die Herstellung von Halbleiterbauelementen mit besonders guten elektrischen Kenndaten, insbesondere mit langfristig stabilen Kenndaten, ermöglichen.

Die in dem zuvor beschriebenen Beispiel eingesetzte polymere

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Harzschicht 8 ist eine PIQ-Schicht, die in der folgenden Weise erhältlich, ist:

Es wird eine PIQ-Lösung der folgenden Zusammensetzung hergestellt:

nichtflüchtige Bestandteile;

4,4' -Dianiinodiphenyläther-3-

carbonamid 5 Mol-56

^,V-Diaminodiphenylather h$ MoI-^

Pyromellitsäuredianhydrid 25 Mol-96

3» 3¹ 1^j^¹-Benzophenontetracarbonsäuredianliydrid 25 Mol-$

Lösungsmittelanteile:

N-Methyl-2-pyrrolidon 50 Gew.-^

Ν,Ν-Dimethylacetoamid 50 Gew.-$

Konzentration der nicht-

flüchtigen Bestandteile 20 Gew. -$

\^riskosität der Lösung etwa 300 cP

Die Vorpolymerisatlösung des Polyimids wird auf die Oberfläche der Aluminiumoxidschicht 7 aufgetragen. Dazu wird ein Rotor mit einer Umlaufgeschwindigkeit von etwa 5OOO Upm eingesetzt. Es wird eine Schicht des polymeren Harzes mit einer Dicke von etwa 1 /um gebildet. Zur Einstellung der jeweils gewünschten Dicke der Harzschicht können die Viskosität der Lösung, die Konzentration der nichtflüchtigen Bestandteile und bzw. oder die Rotationsgeschwindigkeit des Rotors gesteuert werden. Zusätzlich oder alternativ kann die jeweils gewünschte Schichtdicke der Harzschicht durch Läppen eingestellt werden. Mit diesen Mitteln wird die Dicke der polymeren Harzschicht vorzugsweise auf einen Bereich von etwa 1 /um oder etwas weniger bis zu etwa 10 /um oder etwas darüber eingestellt..

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In dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Harzschicht mit einer Dicke von 5 /um ausgebildet.

Zur Herstellung eines elektrisch leitenden Kontaktes zwischen der dritten Metallschicht 9» der ersten Metallschicht und der Basis 2 bzw. der vierten Metallschicht 10, der zweiten Metallschicht 6 und dem Emitter 3 werden durch die Harzschicht 8 und die Aluminiumoxidschicht 7 hindurch Anschlussfenster geöffnet. Zur Bildung der Fenster in der Harzschicht 8 wird eine Chromschicht 11 auf die Oberfläche der Harzschicht 8 aufgetragen. Über der ersten Metallschicht 5 und der zweiten Metallschicht 6 werden in der Chromschicht 11 entsprechende Fenster geöffnet, unter denen die Oberfläche der Harzschicht 8 freigelegt wird. Die Harzschicht 8 wird durch diese Fenster hindurch mit Hilfe eines Sauerstoffplasmas ausgeätzt. Zur Entfernung der 5 /um dicken Polyimidharzschicht werden etwa 10 min benötigt, wenn man ein Plasma mit einer Ausgangsleistung von 0,7 kW bei einem Sauerstoffpartialdruck von 0,6 torr und einer Durchflussleistung von 3 l/min verwendet. Die zum Ätzen der Harzschicht erforderliche Zeit wird durch Einstellung der Sauerstoffdurchflussleistung, des Sauerstoffpartialdruckes und bzw. oder der Hochfrequenzleistung eingestellt. Die Aluminiumoxidschicht 7 wird vorzugsweise durch eine Ätzlösung entfernt. Insbesondere wird dazu eine Lösung aus 70 Vol.-$ Phosphorsäure, 10 Vol.-# Salpetersäure, 10 Vol.-$ Eise-ssig und 10 Vol.-$ Wasser eingesetzt. Bringt man die in der oben beschriebenen Weise ebenso wie in der weiter unten beschriebenen Weise hergestellte Aluminiumoxidschicht 7 mit dieser Ätzlösung in Berührung, so wird eine saubere und rasche Entfernung der Aluminiumoxidschicht, die im Fenster freiliegt, erzielt.

Die im zuvor beschriebenen Beispiel eingesetzte Harzschicht

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- ι:

ist durch die in der folgenden Formel dargestellten molekularen Bausteine gekennzeichnet:

In der Fig. 3 ist ein weiteres Anwendungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Mit dieser Anordnung können die zwischen den Elektroden und dem Halbleitex-substrat auftretenden Kapazitäten noch weiter als in dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel gesenkt werden.

Die in Fig. 3 im Querschnitt gezeigte Struktur ist eine Darlington-Schaltung, die in der Fig. h mit Schaltplansymbolen dargestellt ist. In dem n-Si-Substrat 11 sind ein erster p-leitender Halbleiterbereich 12 und ein zweiter p-leitender Halbleiterbereich 13 getrennt voneinander angeordnet. Ein n-leitender dritter Halbleiterbereich 14 ist im ersten Halbleiterbereich 12 und ein ebenfalls n-leitender vierter Halbleiterbereich 15 im zweiten Halbleiterbereich 13 angeordnet. Die Oberfläche „ des Substrats 11 ist miteiner aus Si„Nl bestehenden Isolatorschicht 16 bedeckt. Auf dieser Si-Nj,-Schicht ist eine Metilloxidschicht 17 aus Titanoxid angeordnet. Die Titanoxidschicht hat eine Dicke von etwa 200 A*. Auf der Titanoxidschicht 17 ist eine Polyimidharzschicht 18 mit einer Dicke von etwa k yum angeordnet. Eine Basiselektrode greift durch die Polyimidschicht 18, die Titanoxidschicht und die Si„Nl-Schicht 16 hindurch auf den zweiten Halbleiterbereich 13 hindurch, der als Basis B für die in Fig. k

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gezeigte Darlington-Schaltung dient. Eine Metallschicht 20, die in gleicher Weise durch Anschlussöffnungen durch die Polyimidschicht 18, die Titanoxidschicht 17 und die Isolatorschicht 16 hindurchgreift, steht einerseits mit dem vierten Halbleiterbereich 15» andererseits mit dem ersten Halbleiterbereich 12 in elektrisch leitendem Kontakt. Der vierte Halbleiterbe-reich 15 ist der Emitter des in Fig. k gezeigten Transistors T₁, während der erste Halbleiterbereich .12 die Basis des in der Fig. k gezeigten Transistors T„ ist. Die Metallschicht 20 stellt also die Verbindung vom Emitter des Transistors T₁ zur Basis des Transistors T„ des Darlingtons her. Weiterhin greift eine Emitterelektrode 21 durch die Polyimidschicht 18, die Titanoxidschicht 17 und die Si-Nji-Schicht 16 und stellt einen Kontakt zum dritten Halbleiterbereich 14 her, der als Emitter E des in Fig. k schematised gezeigten Darlingtons dient. In gleicher Weise greift eine Kollektorelektrode 22 durch die drei Schichten hindurch und stellt den Kontakt zum Substrat 11 her, das der Kollektor des Darlingtons ist.

Die in Fig. 3 gezeigte Struktur wird in der Weise hergestellt, dass man zunächst in das n-Si-Substrat 11 zur Bildung der p-Bereiche 12 und 13 Bor eindiffundiert. In diese Bereiche wird zur Bildung der Emitterbereiche 14 und 15 Phosphor eindiffundiert. Nach Bildung der Si-NY-Schicht 16 auf der Oberfläche dieser Struktur wird die Titanoxidschicht 17 in einer Dicke von 200 A* auf die Oberfläche der Si N^-Schicht aufgebracht. Anschliessend wird die Titanoxidschicht 17 in einer Dicke von etwa k /um mit der Polyimidharzschxcht 18 überzogen. Die Anschlussfenster für die Bereiche 12, 13» 1*t und 15 sowie für das Substrat 11 werden durch selektives Ätzen zunächst der Harzschicht, dann der Titanoxidschicht und schliesslich der Si₃N₂^-Schicht 16 geöffnet. Durch diese Öffnungen hindurch werden dann durch Aufbringen der Metallschichten 19, 20, 21 und 22 die Kontakte in der vorstehend

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beschriebenen ¥eise hergestellt.

Die Titanoxidschicht 17 wird in der Weise hergestellt, dass man auf die Oberfläche der Si-N^-Schicht 16 eine alkoholische Lösung von Titanacetylacetonat aufträgt und anschliessend 30 min auf etwa 250 C erwärmt. Die Titanoxidschicht kann auch nach anderen an sich bekannten Verfahren atif gebracht werden, beispielsweise durch elektrische Entladung (US-PS 3 239 308) oder, durch Aufdampfen.

Die Polyimidschicht 18 wird durch Auftragen einer Lösung eines nicht ausgehärteten Polyimidharzes in Dimethylacetamid auf die Titanoxidschicht 17 und anschliessendes Erhitzen für 1O min auf etwa 300 C hergestellt. Das Verfahren zur Beschichtung der Struktur mit der Polyimidschicht ist in der US-PS 3 7OO 497 näher beschrieben.

Die Haftfestigkeit zwischen der Isolatorschicht auf dem Substrat und der Harzschicht ist in den zuvor beschriebenen Beispielen wesentlich fester als in den Strukturen nach dem Stand der Technik, die keine zusätzliche Metalloxidschicht zwischen der Isolatorschicht und dem polymeren Harz vorsehen. Die Haftfestigkeit in dem im Zusammenhang mit Fig. 3 beschriebenen Ausführungsbeispiel erreicht jedoch nicht die Werte der Haftfestigkeit, die in der im Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebenen Struktur erhalten werden, bei der statt des Titanoxids Aluminiumoxid als Material für die Oxidschicht verwendet wird. Die Ursachen hierfür sind weiter unten im Zusammenhang mit der Fig. 12 näher beschrieben.

In dem im Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Aluminiumoxidschicbt durch eine Reaktion zwischen AlCl„, CO^ und H₂ gebildet. Grundsätzlich kann

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die Herstellung der Alumxniumoxxdschxcht jedoch auch auf andere an sich bekannte Weisen erfolgen, beispielsweise durch Aufdampfen im Vakuum, durch thermische Zersetzung oder unter Einsatz einer elektrischen Entladung. Entsprechend einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung wird die Aluminiumoxidschicht jedoch durch Wärmebehandlung eines Aluminium-, chelate hergestellt.

Da die Metalloxidschicht vorzugsweise eine Aluminiumoxidschicht ist und diese wiederum vorzugsweise durch thermische Behandlung eines Aluminiumchelats aufgetragen wird, ist im folgenden zunächst auf die Aluminiumehelate eingegangen. Diese Chelate haben eine der drei allgemeinen chemischen Formeln

* ' odtr

in denen die Gruppen X₁ bis Xs die Koordinationsgruppen bedeuten, von denen jede einer der folgenden allgemeinen chemischen Formeln

H HH

■-

bedeutet, in denen die Reste R₁ bis R Alkylgruppen mit

1 bis 4 Kohlenstoffatomen und die Pfeile in üblicher Weise

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eine Koordinationsbindung rait Rückbindung freier Elektronen bedeuten.

Aluminiumchelate, in denen die Reste R₁ bis R„ Alkylgruppen mit mehr als vier Kohlenstoffatomen bedeuten, haben bereits so hohe Schmelzpunkte, dass sie sich kaum noch nach üblichen Verfahren reinigen lassen, beispielsweise nicht mehr durch Destillation'. Sie sind ausserdem nur schwer thermisch vollständig zu zersetzen, wodurch die elektrischen Kenndaten der mit ihrer Verwendung hergestellten Halbleiterbauelemente ungünstig beeinflusst werden. Für die Herstellung der zwischen der Isolatorschicht auf dem Halbleitersubstrat und der polymeren Harzschicht liegenden Aluminiumoxidschicht werden daher solche Aluminiumchelate der vorstehend genannten allgemeinen chemischen Formeln bevorzugt, in denen die Alkylgruppen nicht mehr als vier Kohlenstoffatome aufweisen.

Aus den durch die vorstehend genannten allgemeinen chemischen Formeln bezeichneten Aluminiumchelaten werden vor allem die folgenden fünf Chelate bevorzugt:

( 1 ) Äluminium-mono-äthylacetoacetat-di-isopropylat

150 -H₇C₈O O-isoC₈H;

VY

c c

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(2) Aluminium-tris-(äthylacetoacetat)

H₅C OC₂H₅

X A

ο ο

-^ C-OC₂H₅ H₄C. C/

(3) Aluinin.iuni-t:ris-( ace ty lace tonat )

^HiV^gv^CHi

^HtCv

/0-A^*0_v

HO /\ ^NC

Aluminium-tris-(raalonsäureäthylat)

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(5) Aluminium-di-äthylacetoacetat-mono-isopropylat.

Weiterhin werden im Rahmen der Erfindung die folgenden Aluminiumchelate mit Erfolg eingesetzt:

Aluminium-mono—äcetylacetonat-di-iso-propylat Aluminium-diacetylacetonat-mono-iso-propylat Aluminium—mono-methylacetoacetat-di-iso-propylat Aluminium-di-methylacetoacetat-mono-iso-propylat Aluminium-tris^methylacetoacetat) -Aluminium-mono-propylacetoacetat-di-iso-propylat Aluminium-di-propylacetoacetat-mono-iso-propylat Aluminium-tris-(propylacetoacetat) Aluminium-mono-butylacetoacetat-di-iso-propylat Aluminium-di-butylacetoacetat-mono-iso-propylat und Aluminium-tris-(butylacetoacetat).

Weiterhin können im Rahmen der Erfindung jene Aluminiumchelate eingesetzt werden, die die entsprechenden Methylat-, Äthylat-, n-Propylat-, n-Butylat-, sec-Butylat- oder tert-Butylatverbindungen statt der zuvor beschriebenen i-Propylataluminiumchelate sind.

Überraschenderweise hat sich herausgestellt, dass für Bauelemente brauchbare Aluminiumoxidschichten nur durch Chelate und nicht durch andere Organoaluininiumverbindungen erhältlich sind. So werden beispielsweise mit den folgenden Alkoholaten

Aluminium-iso-propylat (i-C„H O)jü

Aluminium-tri-äthylat (C„H θ) Al

Aluminium-n-butylat (n-C. H_0) Al

Aluminium-iso-butylat (i-CiH_QO) Al

Aluminium-sec-butylat (sec-C;H_o0) Al und

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Aluminium-tert-butylat (tert-C.H O)„A1 und mit den folgenden Aluminxumf et tsäuresalzen

Aluminiumacetat (CH COO)_A1

Aluminiumpalmitat (C₁₅H₃₁COO)₅Al und

Aluminiumstearat (C₁₇H₃

kaum brauchbare Aluminiumoxidschichteis erhalten. Beim Auftrag der Lösungen auf die Isolatorschicht und dem Versuch der Bildung einer Aluminiumoxidschicht werden in der Regel lediglich weisse Pulver erhalten» Häufig lassen sich diese organischen Aluminiumverbindungen auch nur schwer in geeigneten Lösungsmitteln lösen. Die Bildung der weissen Pulver und Niederschläge ist offensichtlich auf die rasche und leichte Hydrolyse und die Bildung von Aluminiumoxid, Aluminiumhydroxid oder AlumxniuiD»xidhydroxiden bereits in Gegenwart von Spuren von Feuchtigkeit zurückzuführen.

Aluminiumalkoholate und Aluminiumsalze der Carbonsäuren, insbesondere der Fettsäuren, haben sielt aus den genannten Gründen zur Herstellung der Aluminiumoxid schicht im Rahmen der Erfindung als ungeeignet erwiesen.

Im Gegensatz dazu haben sich die Aluminiumehelate im Rahmen der Erfindung als ausserordentlich geeignet erwiesen, da sie feuchtigkeitsbeständig sind, also nicht die sonst beobachteten weissen Pulver bilden, und sich leicht in gut ausgebildete Aluminiumoxidschichten überführen lassen.

Die Bildung der Aluminiumoxidschichtauf der Isolatorschicht unter Verwendung der Aluminiumchelate wird in der Weise durchgeführt, dass man das Chelat in einem Lösungsmittel

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löst, die Lösung auf die Oberfläche der Isolatorschicht aufträgt und entweder gleich anschUessend oder später die aufgetragene Lösung der Wärmebehandlung unterzieht.

Als Lösungsmittel werden vorzugsweise Toluol, n-Hexan, Cyclohexan, Benzol, Xylol, i-Propanol, n-Butanol, Trichloräthylen und Tetrachlorkohlenstoff eingesetzt.

Zur Erzielung von Aluminiumoxidschichten mit gleichmässiger Dicke wird die Isolatorschicht beim Auftrag der Lösung vorzugsweise in Rotation versetzt.

Die Dicke der nach der Wärmebehandlung auf der Isolatorschicht erhaltenen Aluminiumoxidschicht hängt von der Art des verwendeten Aluminiumchelats, der Rotationsgeschwindigkeit der Struktur beim Auftrag der Lösung und von der Konzentration der Aluminiumchelatlösung ab. Dieso Parameter sind daher beim Auftrag zu berücksichtigen und zu steuern.

Bei der Verwendung von Aluminium-mono-äthylacetoacetatdi-iso-propylat und einer Rotation der Struktur beim Auftrag von 5OOO Upm werden für Konzentrationen der Lösung von 50» 10, 2, 0,3 und 0,05 Gew. -°/> nach der Wärmebehandlung Aluminiumoxidschichtdicken von 2000, ^50, 220, 50 bzw. 10 A erhalten. Bei der Verwendung von Aluminium-tris-(äthylacetoacetat) wird bei gleicher Rotationsgeschwindigkeit für Konzentrationen von 50, 10, 3 bzw. 1 Gew.-9ε nach der Wärmebehandlung eine Alumxniumoxidschichtdicke von 76Ο, 25Ο, 50 bzw. 10 A* erhalten.

Auch die Art der Wärmebehandlung der aufgetragenen Lösung geht entscheidend in die Qualität der Aluminiumoxidschicht ein. Vorzugsweise wird die Wärmebehandlung bei einer Temperatur von über etwa 300 °C länger als.etwa 10 min durch-

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geführt. Bei einer Temperatur unter 300 C wird kaum ein reines Aluminiumoxid gebildet, was sich in einer Verminderung der Haftfestigkeit äussert. Die obere Grenze der für die Wärmebehandlung einzustellenden Temperatur ergibt ä.ch aus den thermischen Kenndaten der bereits auf oder in der Bauelementstruktur vorhandenen Schichten oder Bereiche, insbesondere der Metallschichten und bzw. oder des Substrats. Wird beispielsweise Aluminium als Leitermetall verwendet, so wird die Wärmebehandlung bei einer Temperatur unterhalb von etwa 550 C durchgeführt. Bei Verwendung höher schmelzender Metalle, wie beispielsweise. W, Ta, Ti, Cu, Ni, Mo, Cr oder Pt auf einem Siliciumsubstrat richtet sich die für die Wärmebehandlung obere Temperaturgrenze nach den thermischen Kenndaten des Siliciums, das heisst, die Temperatur sollte 1000 C nicht übersteigen. Wenn die Temperatur innerhalb eines bestimmten Sicherheitsbereiches die oberen für die Metallschichten oder das Substrat vertretbaren Temperaturen übersteigt, muss mit höheren Ausschussraten in der Produktion gerechnet werden. Auch können die elektrischen Kenndaten der so hergestellten Halbleiterbauelemente ungünstig beeinflusst werden.

Die Wärmebehandlung kann unmittelbar nach dem Auftrag der Lösung oder später erfolgen. Sie kann insbesondere vor dem Auftrag der Harzschicht oder während der Bildung der polymeren Harzschicht erfolgen. Zur Bildung der polymeren Harzschicht ist auch eine Wärmebehandlung erforderlich, und mitunter sind die zu dieser Wärmebehandlung erforderlichen Temperaturen und Verweilzeiten die gleichen, wie sie zur Bildung der Aluminiumoxidschicht benötigt werden. Mit anderen Worten empfiehlt sich also bei Deckung der für beide Wärmebehandlungen erforderlichen Parameter sowohl die Bildung der Aluminiumoxidschicht als auch die Auspolyraerisation der Harzschicht gleichzeitig, also in einem

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Arbeitsgang, durchzuführen, so dass eine getrennte thermische Behandlung für die Aluminiumoxidschicht entfallen kann.

Pur die Herstellung hochwertiger Bauelemente mit ausgesprochen guten Kenndaten ist jedoch eine getrennte Wärmebehandlung und Bildung der Aluminiumoxidschicht vor der Wärmebehandlung der Polymerisatschicht vorzuziehen, da die bei der thermischen Zersetzung der Chelate auftretenden Pyrolyseprodukte am Verdampfen gehindert werden und so zu unerwünschten Verunreinigungen werden können.

In der Fig. 5 ist im Querschnitt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Das n-Si-Substrat dient als Kollektor, ein p-Bereich 2k als Basis im Substrat und ein n-Bereich 25 im p-Bereich 2k als Emitter. Auf dieser Planarstruktur liegt eine Isolatorschicht 26 aus SiO_. Auf der SiO -Schicht 26 ist eine 200 ft dicke. Aluminiumoxidschicht 27 und auf dieser eine 5 /um dicke Harzschicht 28 aus PIQ aufgebracht. Durch Anschlussfenster, die durch die PIQ-Schicht 28, die Aluminiumoxidschicht und die Siliciumdioxidschicht 26 hindurch geöffnet sind, stellt eine Emitterelektrode 29 den Kontakt zum Emitter und eine Basiselektrode 32 den Kontakt zur Basis 2h her. Die Emitterelektrode 29 besteht aus einer ersten Metallschicht 30 und einer dritten Metallschicht 31. Entsprechend besteht die Basiselektrode 32 aus einer zweiten Metallschicht 32 und einer vierten Metallschicht "}h.

Dieser Planartransistor wird in der Weise hergestellt, dass man in das n-Si-Substrat 23 zur Bildung der Basis 2h Bor diffundiert und zur Bildung des Emitters 25 in den p-Bereich 2^ Phosphor eindiffundiert. Auf der Oberfläche dieser Planarstruktur wird dann die SiO_?-Schicht 26 hergestellt. In dieser Schicht werden dann die Anschlussfenster

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- zh -

für die Basis 24 und den Emitter 25 geöffnet. Durch Aufbringen der Aluminiumschichten 30 und 33 werden die entsprechenden Kontakte hergestellt (Fig. 6a), Auf der gesamten Oberfläche der Struktur, also auf der SiO -Schicht 26 unter Einschluss der Metallschichten 30 und 33, wird dann in einer Dicke von 200 A die Aluminiumoxidschicht27 ausgebildet (Fig. 6b). Auf dieser Aluminiumoxidschicht wird dann die PIQ-Schicht 28 in einer Dicke von 5 /^um ausgebildet. Die PIQ-Schicht 28 wird dann zur Öffnung der Anschlussfenster zunächst bis auf die Aluminiumoxidschicht geöffnet. Anschliessend werden die unter diesen Öffnungen frei liegenden Bereiche der Aluminiumoxidschicht 27 durch Ätzen entfernt, so dass die Kontaktmetalle 30 und 33 frei liegen (Fig. 6c). Auf diese Kontaktschichten aus Aluminium werden die dritte und die vierte Metallschicht 3I und 3^ zur Herstellung der Anschlusselektroden aufgetragen, die sich auch auf die Oberfläche der PIQ-Harzschicht 28 erstrecken, ohne sich jedoch elektrisch leitend zu berühren.

In dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Aluminiumoxidschicht durch Auftrag einer Lösung von AIuminium-mono-äthylacetoacetat-di-iso-propylat in Toluol hergestellt. Das Aluminiumchelat hat in der Toluollösung eine Konzentration von 2 Gew.-°J>, Nach dem Auftrag der Lösung auf die SiO₂-Schicht 26 und die beiden Metallschichten 30 und 33 wird die Lösung 30 min lang auf etwa 400 °C erhitzt.

Die so hergestellte Aluminiumoxidschicht wird mit einer Ätzlösung geätzt, die aus 70 Vol.-$ Phosphorsäure, 10 Vol.-$ Salpetersäure, 10 Vol.-$ Essigsäure und 10 VoI.-^ Wasser besteht.

Die PIQ-Harzschicht 28 wird durch Auftragen einer Vorpolymer-

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lösung in N-Methy1-2—pyrrolidon mit niclitflüchtigen Bestandteilen mit einer Konzentration von 15 Gew. -⁰Jo und einer Viskosität- von*«Stwa 1000 cP und atis'chliessendes Erhitzen der Schicht hergestellt. Diese Wärmebehandlung, erfolgt zunächst 1 h bei 150 C und anschliessend eine Stunde lang bei 300 °C.

In der Fig.* 7 ist im Querschnitt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Die Struktur ist ein integrierter logischer Schaltkreis mit zwei direkt gekoppelten Transistoren (DCTL), dessen Schaltbild in Fig. dargestellt ist.

In dem n-Si-Subs trat 35 sind getrennt voneinander drei p-Bereiche 36, 37 und 38 ausgebildet. In den p-Bereichen 37 ^und 38 sind n-Bereiche 39 bzw. 40 ausgebildet. Die Planarstruktur ist auf der Substratoberfläche mit einer Isolatorschicht 41 aus SiO₂ überz ogen« Auf der SiO_?-Schicht sind Metallschichten 42, 43, kk, 45 und 46 ausgebildet, die durch Öffnungen in der SiOg-Schictot 41 im Kontakt mit den Halbleiterbereichen stehen, und zwar die Metallschicht mit der p-Schicht 36, die Metallschic&t 43 mit der p-Schicht und dem Substrat 35» in-dem es eine Verbindung zwischen beiden Bereichen herstellt, die Metallschicht 44 mit dem p-Bereich 37, die Metallschicht 45 mit den beiden n-Bereichen 39 und kO, indem sie beide Bereiche miteinander verbindet, und die Metallschicht k6 nriLit der p-Schicht Die einzelnen Metallschichten k2 bis 'k& sind sorgfältig voneinander getrennt angeordnet, so dass sie untereinander keinen Kontakt haben. Auf der verbleibenden freien Oberfläche der SiO_-Schicht 41 und auf den freien Oberflächen der Metallschichten 42, 43, 44, 45 und 46, die über die Oberfläche der SiOp-Schicht 41 hinausragen, ist eine 450 A dicke Aluminiumoxid schicht 47 ausgebildet. Die Aluminium—

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oxidschicht 47 ist mit einer PIQ-Schicht 48 bedeckt. Durch Anschlussfenster durch diese PIQ-Schicht 48 und die Aluminiumoxidschicht 47 hindurch stellen Metallschichten 49, 50, 51 und 52 den Anschlusskontakt zu den Metallschichten 42, 43» 44 bzw. 46 her.

Diese Struktur wird in der Weise hergestellt, dass man in
das n-Si-Substrat zur Bildung der p-Bereiche 36, 37 und 38 selektiv Bor eindiffundiert. Anschliessend wird in die
so gebildeten p-Bereiche 37 und 38.Phosphor unter Bildung
der n-Bereiche 39 und 40 eindiffundiert. Auf die Oberfläche dieser Planarstruktur wird eine SiOp-Schicht 41 aufgebracht, in der Anschlussfenster zum Substrat 35 und zu
den dotierten Bereichen 37» 38, 39 und 40 geöffnet werden. Zum p-Bereich 36 werden an räumlich getrennt voneinander
angeordneten Stellen zwei Anschlussfenster in der SiO₀-Schicht 41 geöffnet. Die Struktur wird anschliessend mit
einer Metallschicht bedampft und diese selektiv unter
Bildung der Schichten 42, 43, 44, 45 und 46 geätzt (Fig. 9a). Auf die freien Oberflächen dieser Metallschichten und auf
die freie Oberfläche der SiO₂-Schicht 4i wird anschliessend eine zusammenhängende Aluminiumoxidschicht mit einer Dicke von etwa 450 A aufgebracht. Diese Schicht wird dann mit
einer PIQ-Schicht 48 überzogen (Fig. 9£>). Durch selektives Ätzen der PIQ-Schicht 48 und der darunter liegenden Aluminiumschicht 47 werden dann Anschlussfenster zu den
Metallschichten 42, 43, 44 und 46 geöffnet, wobei der Kontakt zu den so freigelegten Oberflächen der Metallschichten (Fig. 9c) durch die anschliessend aufgebrachten Metallschichten 49i 50, 51 bzw.· 52 hergestellt wird. Die zuletzt genannten Metallschichten greifen durch die PIQ-Schicht 48 hindurch und erstrecken sich auch über Bereiche von deren
Oberfläche.

In dieser Struktur wird die Aluminiuruoxidschicht in der

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Weise hergestellt, dass man eine Lösung von Aluminium-diäthylacetoacetat-mono-i.so-propylat in Toluol in einer Konzentration von 10 Gew.-⁰Jo auf die Oberfläche der SiO₂-Schicht 41 und der Metallschichten 42, 43, 44, 45 und aufträgt und. diesen Überzug anschliessend 30 min lang bei einer Temperatur von etwa 350 C erhitzt.

Zum Ätzen der Aluminiumpxidschicht wird eine Ätzlösung eingesetzt, die zu 70 Vol.-^ aus Phosphorsäure, 10 Vol.-$ aus Salpetersäure, 10 Vol.-5ε. aus Eisessig und Ό Vol.-$ Wasser besteht.

Die PIQ-Schicht 48 wird in der Weise hergestellt, dass man eine Lösung eines Vorpolymers von PIQ in einer Lösung von N-Methyl-2-pyrrolidon mit einer Konzentration an nichts flüchtigen Bestandteilen von 15 Gew.-$? und einer Viskosität von ca. 1000 cP aufträgt und diesen Überzug zunächst 1 h lang auf I50 C und anschliessend 1 h lang auf 3OO °C erwärmt.

Die auf diese Weise hergestellte Halbleiterstruktur zeigt auch zwischen den Metallschichten 42, i§3> 44, 45 und und der PIQ-Schicht 48 durch Zwischenf!igung der Aluminiumoxidschicht eine wesentlich verbesserte Haftfestigkeit gegenüber gleichen Strukturen, bei denen die PIQ-Sehicht direkt auf den Metallschichten liegt.

In der Fig. 10 ist im Querschnitt ein weiteres Ausführungs* beispiel für die Anwendung der Erfindung dargestellt. In einem p-Si-Substrat 53 sind getrennt voneinander zwei n-Bereiche 54 und 55 angeordnet. In diesen n-Bereichen sind je ein p-Bereich ^6 bzw. 57 und in diese wiederum je ein n-Bereich 58 bzw. 59 eingelassen. Diese Planarstruktur ist einschliesslich der Subsfcratoberfläche mit einer Si„Nr-Schicht 60 bedeckt. Durch Anschlussöffnungen

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in dieser Isolatorschicht 60 stellen sechs Metallschichten 61, 62, 63, 6k, 65 und 66 den elektrischen Kontakt zu den Halbleiterbereichen 58, 56, 5¹*, 55, 51 bzw. 59 her. Die Oberfläche der SiJn-Schicht 60 und der sechs Metallschxchten 61 bis 66 sind mit einer 50 A dicken Aluminiumoxidschicht bedeckt. Auf dieser Aluminiumoxidschicht liegt eine Harzschicht 68 aus Polyimid. Eine Metallschicht 69 greift durch Anschlussoff mangen in der Polyimidschicht und der darunter liegenden Aluminiumoxidschicht 6" hindurch, und stellt einen elektrisch leitenden Kontakt zu den Metallschichten 61 und 64 her, die sie leitend miteinander verbindet. Diese Metallschicht 69 greift auch auf einen Teil der Oberfläche der Polyimidschicht 68 über.

Bei dieser Struktur wird die Aluminiumoxidεchicht 67 erst während der Bildung der Polyimidschicht 68 vollständig hergestellt. Zur Herstellung der Aluminiumoxidschicht wird eine Lösung von 3 Gew.-⁰Jo Aluminium-tris-(acetylacetonat) in Toluol auf die Oberfläche der Si Nr-Schicht 60 und die Oberflächen der sechs Metallschichten 61 bis 66 aufgetragen. Anschliessend wird eine Lösung mit einer Konzentration von 18 Gew.-$ eines Vorpolymers des Polyimide mit einer Viskosität von etwa I5OO cP auf die zur Herstellung der Aluminiumoxidschicht aufgetragenen Lösung aufgetragen und entweder durch Stehenlassen bei Raumtemperatur und bzw. oder durch Erwärmen auf Temperaturen zwischen Raumtemperatur und etwa 100 C getrocknet. Anschliessend wird eine Stunde lang auf I50 C und kO min lang auf 3OO C erwärmt, wobei nicht nur die Polyimidschicht 68 auspolymerisiert wird, sondern sich auch die Aluminiumoxidschicht 67 vollständig und einheitlich ausbildet.

In der Pig. 11 ist schliesslich ein weiteres Ausführungsbeispiel für die Anwendung der Erfindung dargestellt. Die

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im Querschnitt gezeigte Halbleiterstruktur ist ein Beispiel für einen integrierten Schaltkrei s in einem Halbleiterbauelement mit in mehreren Ebenen angeordneten Leiterbahnen»

In dem Si-Substrat 70 sind getrennt voneinander zwei Transistoren 71 und 72 ausgebildet. Die Oberfläche des Substrats 70 ist mit einer SiO„-Schicht 73 bedeckt, in der Anschlussöffnungen für eine Leiterschicht 7^ vorgesehen sind, die den Kollektor des Transistors 71 ^mit dem Emitter des Transistors 72 verbindet. Diese Leiterbahn verläuft auch auf Teilen der SiOp-Schicht 73. Auf der Oberfläche der SiO -Schicht 73 und der Metallschicht Jh ist eine beide Oberflächen einheitlich bedeckende etwa 50 A dicke Aluminiumoxidschicht und auf dieser eine 3 ,um dicke PIQ-Schicht 76 ausgebildet. Auf dieser PIQ-Schicht J6 liegt eine zweite Metalloxidschicht 77 mit einer Dicke von 50 A, die ebenfalls aus Aluminiumoxid besteht. Durch eine Öffnung, die durch die zweite Aluminiumoxidschicht 771 die PIQ-Schicht 76 und die erste Aluminiumoxidschicht 75 hindurch auf die Oberfläche der ersten Metallschicht.7^ reicht, greift unter Herstellung eines elektrischen Kontaktes eine auf Teilen der zweiten Aluminiumoxidschicht 77 ausgebildete zweite Metallschicht 78, Diese zweite Leiterbahn 78 und die von ihr nicht bedeckten Bereiche der zweiten Metalloxidschicht 77 sind von einer dritten, ebenfalls aus Aluminiumoxid bestehenden und ebenfalls etwa 50 A dicken Metalloxidschicht 79 bedeckt. Auf der dritten Aluminiumoxidschicht 79 liegt eine ebenfalls etwa 3 /um dicke PIQ-Schicht 80, die selbst wiederum mit einer vierten, ebenfalls wieder 50 A dicken Aluminiumoxidschicht 81 bedeckt ist. Durch eine Anschlussöffnung stellt eine Leiterbahn 82 den elektrischen Kontakt durch die vierte Aluminiumoxidschicht 81, die zweite

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PIQ-Schicht 80 und die dritte Aluminiumoxidschicht 79 hindurchgreifend zur zweiten Leiterbahn 78 her. Die dritte Metallschicht oder Leiterbahn 82 ligt auf Bereichen der vierten Aluminiumoxidschicht 81.

Die Aluminiumoxidschichten in dieser Struktur werden durch Auftragen einer Lösung von 1 Gew.-^c/o Aluminium-tris-(äthylacetoacetat) in Toluol und 20 min langes Erhitzen auf eine Temperatur von etwa 400 C hergestellt.

Der wesentliche technische Fortschritt, eier mit den zuvor beschriebenen Strukturen und entsprechendon Strukturen erzielbar ist, ist anhand der graphischen Darstellung der Fig. 12 beschrieben. Auf der Ordinate ist die Haftfestigkeit in relativen Einheiten und auf der Abszisse die Verweilzeit des Halbleiterbauelementes in feuchter Atmosphäre in Stunden aufgetragen. Die Haftfestigkeit der Kunstharzschichten auf der Isolatorschicht zu Beginn der Prüfung wird "1" gesetzt. Die auf der Abszisse aufgetragene Verweilzeit bezieht sich auf eine bei 2 at und 120 C gesättigt feuchte Atmosphäre. Als Haftfestigkeit wird die zum Abschälen eines 1 cm breiten Harzstreifens von der Oberfläche der Isolatorschicht ei"forderliche Kraft gesetzt.

Die Kurve a bezieht sich auf eine Struktur, in der die PIQ-Schicht direkt auf einer SiO -Schicht aufgebracht ist. Die Kurve b bezieht sich auf eine Struktur, in der zwischen der SiO„-Schicht und der PIQ-Schicht eine Aminosilangrundierung aufgetragen ist. Die Kurve c gibt die Daten wieder für eine Halbleiterstruktur, in der die PIQ-Schicht auf der SiOp-Schicht unter Einfügung einer Titanoxidschicht haftet. Die Kurven d, e und f beschreiben die Werte für drei Prüflinge, in denen jeweils eine PIQ-Harzschicht unter Zwischenfügung einer aus einem Aluminiumchelat durch

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Wärmebehandlung hergestellten Aluminiumoxidschicht auf einer SiO -Schicht haftet.

Die im Diagramm der Fig. 12 gezeigten Daten lassen erkennen, dass die Haftfestigkeit der PIQ-Schicht auf der SiO„-Oberfläche bereits nach einer halben Stunde auf den Wert Null abgesunken ist', und dass sie auch bei Grundierung der SiO -Oberfläche mit einem Aminosilan bereits nach einer Stunde ebenfalls auf den Wert Null herabsinkt. Durch eine- Zwischenschicht aus Titanoxid zwischen der SiOp-Oberflache und der PIQ-Oberflache kann das Absinken der Haftfestigkeit auf den Wert Null selbst gegenüber der gründierten Struktur um 100 ⁰Jo verlängert werden. Wenn als Metalloxidzwischenschicht eine Aluminiumoxidschicht zwischen die SiOp-Schicht und' die PIQ-Schicht eingefügt wird, zeigen die Bauelemente auch nach 32 Stunden Verweilzeit in der beschriebenen extremen Atmosphäre praktisch keine Veränderung der ursprünglichen Haftfestigkeit.

Statt der in der vorstehenden Beschreibung herausgestellten SiOp- und Si^N.-Schichten können auch andere Isolatorschichten mit Erfolg eingesetzt werden, insbesondere Phosphosilicatglasschichten und Borosilicatglasschichten.

Zahlreiche weitere Abänderungen der Erfindung stehen dem Fachmama nach Kenntnisnahme von der Beschreibung ohne erfinderisches Zutun zur Verfügung.

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Claims

Patentansprüche

1. ,Halbleiterbauelement aus einem Halbleitersubstrat mit mindestens einer Schaltungsfunktion und einer Isolatorschicht unmittelbar auf der Substratoberfläche, gekennzeichnet durch eine erste Metalloxidschicht mit einer Dicke von 10 bis 2000 A auf der Isolatorschicht und eine erste Kunstharzschicht auf der Metalloxidschicht.

2. Bauelement nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Dicke der Metalloxidschicht von 50 bis 2000 A.

3· Bauelement nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Dicke der Metalloxidschicht von 50 bis 500 A.

h. Bauelement nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Dicke der Metalloxidschicht von 50 bis 200 A.

5· Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis h, gekennzeichnet durch eine Metalloxidschicht aus Aluminiumoxid, Titanoxid, Molybdänoxid, Chromoxid oder Nickeloxid.

6. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5» gekennzeichnet durch eine Kunstharzschicht aus einem im Rahmen der Beschreibung mit PIQ bezeichneten aromatischen

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Polyimid, aus einem Polyimid oder aus einem Polybenzimidazol.

7. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6,gekennzeichnet durch eine zweite Metalloxidschicht mit einer Dicke von 10 bis 2000 A auf der ersten Kunstharzschicht.

8. Bauelement nach Anspruch 7> gekennz e i chne t durch eine zweite Kunstharzschicht auf der zweiten Metalloxidschicht.

9. Bauelement nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die erste als auch die zweite Metalloxidschicht aus Aluminiumoxid bestehen.

10. Bauelement nach einem der Ansprüche 8 oder 9t dadurch

geke nnzeichnet, dass sowohl die erste als auch die zweite Kunstharzschicht aus PIQ oder Polyimid bestehen.

11. Bauelement nach einem der Ansprüche 7 bis 10, d adur cn gekennzeichnet , dass die Dicke sowohl

der ersten als auch der zweiten Metalloxidschicht 50 bis 2000 A* beträgt.

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12. Bauelement nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet , dass die Dicke sowohl der ersten als auch der zweiten Metalloxidschicht 50 bis 500 A* beträgt.

13· Bauelement nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet , dass die Dicke sowohl der ersten als auch der zweiten Metalloxidschicht 50 bis 200 A* beträgt.

14. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine erste, auf Teilen der Oberfläche der ersten Harzschicht liegende und durch Öffnungen in der ersten Metalloxidschicht und der ersten Kunstharzschicht hindurchgreifende Metallschicht.

15· Bauelement nach Anspruch "\h, weiter gekennzeic hn e t durch eine zweite Metalloxidschicht auf der Oberfläche der ersten Kunstharzschicht und der ersten Metallschicht, eine zweite Kunstharzschicht auf der ersten Metalloxidschicht und eine zweite Metallschicht, die durch die zweite Kunstharzschicht und die zweite Metalloxidschicht hindurchgreift und sich teilweise auch auf der Oberfläche der zweiten Kunstharzschicht erstreckt.-

16. Verfahren zur Herstellung von Halbleiterbauelementen

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mit mindestens einer Schaltungsfunktion in einem Halbleitersubstrat und einer mit einer Isolatorschicht bedeckten Substratoberfläche, dadurch gekennzeichnet , dass man eine ein Aluminiumchelat enthaltende Lösung auf die Isolatorschicht aufträgt, dass man die aufgetragene Lösung unter Bildung einer Aluminiumoxidschicht auf der Isolatorschicht auf eine Temperatur von über, etwa 300 C erhitzt und dass man auf dieser Aluminiumoxidschicht' anschliessend eine Kunstharzschicht herstellt.

17· Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelementes mit mindestens einer Schal tungs funkt ion in einem Halbleitersubstrat, dessen Oberfläche mit einer Isolatorschicht bedeckt ist, dadurch gekennzeichnet, dass man eine ein Aluminiumchelat enthaltende Lösung auf die Isolatorschicht aufträgt und den so hergestellten Überzug bei einer Temperatur zwischen Raumtemperatur und etwa 100 C trocknet, und dass man dann auf der getrockneten Aluminiunichelatlösung eine Kunstharzschicht herstellt.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche Io oder 17, dadurch gekennzeichnet , dass man ein Aluminiumchelat einer der allgemeinen chemischen Formeln '

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^χ-ι 3 oder 5^v/

in denen die Gruppen X bis X^ Koordinationsliganden sind, die einer der folgenden allgemeinen Formeln ent sprechen

k) ■ κ

i die Reste R- bis R_Q jeweils Alkylgruppen mit 1 bis k Kohlenstoffatomen bedeuten.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet , dass man als Alumihiumchelat Alumium-mono-äthylacetoaoetat-di-iso-propylat, Aluminium-tris-iäthylacetoacetat), Aluminium-tris-(acetylacetonat), Aluminium-tris-(malonsäureäthylat) oder Aluminium-di-^thylacetoacetat-mono-iso-propylat verwendet.

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L e e r s e i t