DE2455357B2

DE2455357B2 - Halbleiterbauelement und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE2455357B2
Application number: DE19742455357
Authority: DE
Inventors: Atsushi Musashimurayama Harada Seiki Oba Yoichi Hachioji Tokio Saiki (Japan)
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1974-04-15
Filing date: 1974-11-22
Publication date: 1977-08-04
Also published as: JPS50134766A; US4040083A; DE2455357C3; DE2455357A1; JPS5421073B2

Description

Ein Halbleiterbauelement gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs I ist aus den US-Patentschriften 37 00 497 und 38 01 880 bekannt. Bei dem Aufbau nach der ersteren Druckschrift dient ein Überzug, der aus ein oder zwei Schichten aus Kunstharz, insbesondere Polyimidharz, besteht, zum Schutz und zur Passivierung der Substratoberfläche bzw. der darauf angeordneten leitenden und isolierenden Schichten. Trotz der guten elektrischen Eigenschaften, die derart aufgebaute Halbleiterbauelemente aufweisen, besteht jedoch der Nachteil, daß der Kunstharzüberzug auf den darunter befindlichen Schichten verhältnismäßig schlecht haftet. Die Lebensdauer derartiger Halbleiterbauelemente ist daher — insbesondere in feuchter Atmosphäre — gering.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gegenseitige Haftung von auf einem Halbleiterbauelement angeordneten Schichten, insbesondere zwischen einer auf der Oberfläche des Halbleiterbauelements liegenden Isolierschicht und einer darüber angeordneten Kunstharzschicht und/oder zwischen zwei übereinander liegenden Kunstharzschichten und/oder zwischen einer Kunstharzschicht und einer Metallschicht, zu verbessern.

Die Lösung dieser Aufgabe erfordert gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1 dadurch, daß zur Verbesserung der Haftung zwischen den übereinanderliegenden Schichten jeweils eine Metalloxidschicht angeordnet ist, die aus Aluminiumoxid, Titanoxid, Molybdänoxid, Chromoxid oder Nickeloxid besteht. Dadurch wird die Empfindlichkeit des Halbleiterbauelements gegen die Atmosphäre verringert und seine Lebensdauer erhöht.

Aus der britischen Patentschrift 13 25 319 ist es zwar bekannt, zwischen einer auf einem Halbleiterkörper befindlichen Siliciumdioxidschicht und einer darüber angeordneten Kunstharzschicht eine weitere Schicht anzuordnen. Diese weitere Schicht besteht jedoch im Gegensatz zur Erfindung nicht aus einem Metalloxid sondern aus S13N4 und bewirkt auch keine Verbesserung der Haftung zwischen den verschiedenen Schichten.

Die Erfindung wird in der nachstehenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele an Hand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 im Querschnitt ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig.2a bis 2e jeweils im Querschnitt verschiedene Stadien zur Erklärung des Verfahrens zur Herstellung der in F i g. 1 gezeigten Struktur,

F i g. 3 im Querschnitt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig.4 ein Schaltbild des in Fig.3 gezeigten Ausführungsbeispiels,

Fig.5 im Querschnitt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung,

F i g. 6a bis 6c im Querschnitt Stadien der Herstellung der in F i g. 5 gezeigten Struktur,

Fig.7 im Querschnitt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig.8 ein Schaltbild des in Fig. 7 gezeigten Ausführungsbeispiels,

Fig.9a bis 9c im Querschnitt verschiedene Stadien ίο zur Verdeutlichung des Verfahrens zur Herstellung des in F i g. 7 gezeigten Ausführungsbeispiels,

Fi g. 10 im Querschnitt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 11 im Querschnitt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung und

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 PlQ bezeichnete Polyimid verwendet. Dieses Material ist ein Copolymer, das durch die Baugruppen

O

und

	\	C	Ar₁-	/ C π
N / \	\ / C Μ	Il N
/ \ -Ar	Il O
\ Y —
O Μ	N-Ar₄-
Il C

gekennzeichnet ist, in denen die Reste An, Ar₂ und Ar₃ und Ar4 aromatische Gruppen und Y die Gruppen SO₂ oder CO bedeuten.

Dieses PIQ-Harz ist in der Weise erhältlich, daß man ein Diaminoamid der allgemeinen Formel

NH₂

H₂N-Ar

Y-NH,

in der Ar eine aromatische Gruppe ist und Y die vorstehend genannte Bedeutung hat und eine der beiden Aminogruppen in o-Stellung zur —Y —NH₂-Gruppe steht, mit einem Diamin und einem Tetracarbonsäuredianhydrid umsetzt. Bei dieser Umsetzung wird als Zwischenprodukt ein Polyamid erhalten, das unter

f>5 Ringschluß zum Polyimid dehydratisiert werden kann.

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 η-leitender zweiter Halbleiterbereich 3, der Emitter, eingelassen. Auf der Oberfläche des Substrats 1 und des Planartransistors liegt eine SiO₂-Schicht 4. Eine erste Metallschicht 5 greift durch die SiOj-Schicht 4 hindurch und bildet zum p-Bereich 2 einen Kontakt. Ein Teil dieses Basisanschlusses erstreckt sich über einen Teil der Oberfläche der SiO₂-Schicht 4. Eine zweite Metallschicht 6 greift durch die SiO₂-Schicht 4 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 SiO2-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 SiOrSchicht 4 und auf den nicht zur Herstellung von Anschlüssen benötigten Bereichen der Oberfläche der Metallschichten 5 und 6 liegt eine Aluminiumoxidschicht 7 und auf dieser eine 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 8 und durch die Aluminiumoxidschicht 7 unter Bildung eines 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 Basisbereich wird zur Bildung des Emitterbereichs 3 (zweiter Halbleiterbereich), Phosphor diffundiert. Anschließend wird die gesamte Oberfläche des Substrats mit einer SiO₂-Schicht 4 bedeckt, in der Fenster zur Herstellung des Basisanschlusses und des Emittcranschlusses 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 Halblcitcrbereich 3 auf der Oberfläche der SiOi-Schicht

4 niedergeschlagen (Fig.2a). Anschließend wird die Oberfläche der gesamten Struktur, also die Oberfläche der SiOj-Schicht 4 einschließlich der Oberflächen der beiden Mctnllschichten 5 und 6, mit einer Aluminiumoxidschicht 7 überzogen (Fig. 2b). Auf dieser Aluminiumoxidschicht 7 wird anschließend in einer Dicke von

5 μηι die Kunsthurzschicht 8 aufgebracht. Die Oberfläche der Kunstharzschichl wird ihrerseits mit einer dünnen Chromschicht 11 überzogen, in der über den Metallschichten 5 und 6 öffnungen 12 und 13 hergestellt worden (Flg.2c). Durch diese öffnungen 12 und 13 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 Mctnllschichten 5 und 6 im Bereich des Fensters die Aluminiumoxidschicht 7 entfernt (F i g. 2e). Durch diese Fenster hindurch greifen unter Herstellung eines elektrischen Kontaktes zu den Mctullschichtcn 3 und 6 die anschließend aufgebrachten Mctallschichtcn 9 und 10 (dritte und vierte Metallschicht), die sich auf der Oberfläche der Schlehtsiruktur auch über einen Teil der Oberflüche der Harzschlcht 8 erstrecken.

In diesem Beispiel hat die Alumlnlumoxlclsehlcht eine Dicke von etwa 1000 λ. Sie wird durch Reuktion /wischen AICI]₁COi und I Ij hergestellt.

ίο

15 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 500 A, insbesondere zwischen 50 und 200 A, liegen. Bei einer Dicke von weniger als 10 A wird auf den Oberflächen der SiO₂-Schicht 4 und den Metallschichtcn 5 und 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, PlQ, Epoxyharze, Phenolharze, Polycarbonate, Polyamide und Polybenzimidazol. Vorzugsweise wird als Material für die Harzschicht 8 ein Polyimid, PlQ 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 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'-Diaminodiphenyläther-

3-carbonamid	5 Mol-%
4,4'-Diaminodiphenyläther	45 Mol-%
Pyromellitsäuredianhydrid	25 Mol-%
3,3',4,4'-Benzophenontetra-
carbonsäuredianhydrid	25 Mol-%
Lösungsmittelanteile:
N-Methyl-2-pyrrolidon	50Gcw.-%
N,N-Dimethylacetoamid	50Gew,-%
Konzentration der nicht
flüchtigen Bestandteile	20 Gcw.-%
Viskosität der Lösung	etwa 300 cP

·!■■ Die Vorpolymcrisatlösung des Polyimide wird auf die Oberfläche der Aluminiumoxidschicht 7 aufgetragen. Dazu wird ein Rotor mit einer Umlaufgeschwindigkeit von etwa 5000 UpM eingesetzt. Es wird eine Schicht des polymeren Harzes mit einer Dicke von etwa 1 μηι

,MJ gebildet, Zur Einstellung der jeweils gewünschten Dicke der Harzschicht können die Viskositttt der Lösung, die Konzentration der nichtflüchtigen Bestandteile und bzw. oder die Ronuionsgcscliwindigkcit 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 Harzschlcht vorzugsweise auf einen Bereich von etwa 1 μηι oder etwas weniger bis zu etwa 10 μιη oder etwas darüber eingestellt.

<« In dem hler beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Harzschicht mit einer Dicke von 5 μηι ausgebildet.

Zur Herstellung eines elektrische leitenden Kontuktcs -/,wischen der dritten Metallschicht 9, der ersten Metallschicht 3 und der Basis 2 bzw. der vierten

⁽¹5 Metallschicht 10, der zweiten Metallschicht 6 und dem Emitter 3 werden die durch die Harzschicht 8 und die Alumlnlumoxldschieht 7 hindurch Anschlußfenster gc· öffnet. Zur lllldimg tier Fenster in der I lur/.sehieht 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.-% Eisessig 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 ist durch die in der folgenden Formel dargestellten molekularen Bausteine gekennzeichnet:

	CO	G	CO
ν'	\ / C Η		CO
C-	Il -N
O

CO

In der F i g. 3 ist ein weiteres Anwendungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Mit dieser Anordnung können die zwischen den Elektroden und dem Halbleitersubstrat auftretenden Kapazitäten noch weiter als in dem in F i g. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel gesenkt werden.

Die in F i g. 3 im Querschnitt gezeigte Struktur ist eine Darlington-Schaltung, die in der F i g. 4 mit Schaltplansymbolen dargestellt ist. In dem n-Si-Substrat 11 sind ein erster p-leitender Halblciterbercich 12 und ein zweiter p-leitendcr Halbleiterbereich 13 getrennt voneinander angeordnet, Ein n-leitencler dritter Halblcitcrbcreich 14 ist im ersten Halbleiteibercich 12 und ein ebenfalls n-leitcnder zweiter Halbleiterbercich 15 im zweiten Halblcitcrbcreich 13 angeordnet. Die Oberfläche des Substrats 11 ist mit einer aus SiiN« bestehenden Isolatorschichi 16 bedeckt. Auf dieser Si3N4-Schicht ist eine Mctalloxidschicht 17 aus Titanoxid angeordnet. Die Titanoxidschicht hat eine Dicke von etwa 200 Ä. Auf der Titanoxidschicht 17 ist eine Polyimidhar/schicht 18 mit einer Dicke von etwa 4 μιτι angeordnet, Eine Basiselektrode 19 greift durch die Polyimidschicht 18, die Titanoxidschicht 17 und die SiiN^-Schicht 16 hindurch auf den zweiten Halbleitcrbcrcteh 13 hindurch, der als Basis B für die in F i g. 4 gezeigte Dnrlington-Schaltung dient. Eine Metallschicht 20, die in gleicher Weise durch Anschlußöffnungen durch die Polyimidschicht 18, die Tllanoxidschicht 17 und die Isolntorschictu 16 hindurchgreift, steht einerseits mit dem vierten Halb!uitcrbercich 15, andererseits mit dem ersten llalblcitcrbercich 12 In elektrisch leitendem Konttikt. Der vierte Halbleitorbcreich 13 Ist der Emitter des In PIg.4 gezeigten Transistors Ti, wHhrend der erste Halblcitcrbcreich 12 die Basis des In der Fig.4 gezeigten Transistors Tj ist, Die Metallschicht 20 stellt also die Verbindung vom Emitter des Transistor« Ti zur Basis des Transistors Ti des Dtirllngtons her. Weiterhin greift eine Emitterelektrode 2! durch die Polyimidschicht 18, die Titanoxidschicht 17 und die SlirVSchlclu 16 und stellt einen Kontukl zum dritten Hulblclterbereloh 14 her, der als Emitter It des In PIg.4 schomuilsch gezeigten Darlingtons dient. In gleicher Welse greift eine KiMlkl 22 durch die drei Schichten hindurch und stellt den Kontakt zum Substrat 11 her, das der Kollektor des Darlingtons ist.

Die in F i g. 3 gezeigte Struktur wird in der Weise

ίο hergestellt, daß man zunächst in das n-Si-Substrat 11 zur Bildung der p-Bereichc 12 und 13 Bor eindiffundiert. In diese Bereiche wird zur Bildung der Emittcrbcrciche 14 und 15 Phosphor cindiffundiert. Nach Bildung der SijNrSchicht 16 auf der Oberfläche dieser Struktur

.15 wird die Titanoxidschicht 17 in einer Dicke von 200 λ auf die Oberfläche der SiiNrSchicht 16 aufgebracht. Anschließend wird die Titanoxidschicht 17 in einer Dicke von etwa 4 μη\ mit der Polyamidhar/.schicht 18 überzogen. Die Anschlußfenstcr für die Bereiche 12,13,

,jo 14 und 15 sowie für das Substrat 11 werden für selektives Ätzen zunächst der Harzschicht, dann der Titanoxidschichl 17 und schließlich der SijN^Schicht 16 geöffnet. Durch diese Öffnungen hindurch werden dann durch Aufbringen der Mctallschichten 19, 20, 21 und 22

.is die Kontakte in der vorstehend beschriebenen Weise hergestellt.

Die Titanoxidschicht 17 wird in der Weise hergestellt, daß man auf die Oberfläche der SiiNcSchichl 16 cine alkoholische Lösung von Titanacctylacetonat auftrügt

so und anschließend 30 min auf etwa 250"C erwärmt. Die Titanoxidschichl kann auch nach anderen an sich bekannten Verfahren aufgebracht werden, beispielsweise durch elektrische Entladung oder durch Aufdampfen. Die Polyimidschicht 18 wird durch Auftragen einer

.vs Lösung eines nicht ausgehärteten Polyimidharzcs In Dimethylacetamld auf die Titanoxidschicht 17 und anschließendes Erhitzen für 1OmIn auf etwa 300°C hergestellt. Dos Verfahren zur Beschichtung der Struktur mit der Polyimidschicht ist In der US-PS

do 37 00 497 näher beschrieben.

Die Haftfestigkeit zwischen der Isolutorschicht 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 Mctalloxidschicht zwischen der Isolator* schicht und dem polymeren Harz vorsehen. Die Haftfestigkeit in dem im Zusammenhang mit, Flg.3 beschriebenen Ausführungsbclsplcl erreicht jedoch

700 631/3BO

R₁0

OR₂

Al

Rj O

X,

X₃

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 F i g. 12 näher beschrieben.

In dem im Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Aluminiumoxidschicht durch eine Reaktion zwischen AlClj, CO2 und H2 gebildet. Grundsätzlich kann die Herstellung der Aluminiumoxidschicht jedoch auf andere an sich bekannte Weise 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 Aluminiumchelats 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 Aluminiumchelate eingegangen. Diese Chelate haben eine der drei allgemeinen chemischen Formeln

und

H C

R₈O-C C-Ry

0 O

bedeutet, in denen die Reste Ri bis Rq Alkylgruppen mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen und die Pfeile in üblicher Weise eine Koordinationsbindung mit Rückbindung

ι s freier Elektronen bedeuten.

Aluminiumchelate, in denen die Reste R) bis Rq 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

.10 als vier Kohlenstoffatome aufweisen.

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

.is Aluminium-mono-äthylacctoacctat-di-isopropylat

ISO-H₇C₁O O-isoC'jR,

Al

Al«

in denen die Gruppen Xi bis X_hdie Koordiiuitionsgruppen bedeuten, von denen jede einer der folgenden allgemeinen chemischen Formeln

O O

11,C₂O C C -CH,

\ /
C
H

A!uminiiim-tris-(UihylucctoHcctHi)

H
C

/ V

R₄-C C-OR,,

O O

Il
C

/ V

R₀-C C-R₇

O O

IjC

\

C

/

HC

\

O

\

/,

O

/

I

CII

/

C

/ \

'C=O-MI-O-C

H₉C₂O O O CH,

C — 0C_aH₈

HjC C

Aluminium-tris-(ucctylacctonat)

H
H,C C CH.,

H₁C

\
C C

C —Ο—AI«-O=C

HO O O CH

C C

CH., CH.,

Aluminium-tris-dnulonsäurcäthylul)

	H₅	C₂	\ '/ C	OC,	H₅
			O
H₅C	^!°\		= 0- / O /	/	C₂H₅
1	\ IC Λ	C C	H C i⁷ \ /	/ -C C	CH
	*^/ \ /* C Il
Il O
-Al-O- O

C₂H₅ OC₂H₅

Aluminium-di-iithylacetoacctat-mono-isopropylal.

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

Aluminium-mono-acctylacetonat-di-iso-propylat, Aluminium-diacetylacetonat-mono-iso-propylat, Aluminium-mono-mcthylacetoacetat-di-isopropylat,

Aluminium-di-methylacctoacctat-mono-isopropylat,

Aluminium-tris-Oncthylacetoacetat), Aluminium-mono-propylacetoacctal-diiso-propylat,

Aluminium-di-propylueetoacetai-mono-tsopropylat,

Aluminium-tris-(propylacetoacctat), Alumlnlum-mono-butylacetoacctat-di-lso·

propylat,

Alumlnium-dl-butylacctoacctat-mono-iso-

propylat und

Alumlnium-tds-(butylncctoucctBi). Weiterhin können im Rahmen der Erfindung jene Alumlnlumcheltite eingesetzt worden, die die entsprechenden Methylat-, Athylat-, n-Propylat-, n-Butylat-, sec.-Butylat- oder tcrt.-Butylntvcrblndungcn statt der zuvor beschriebenen I-Propylataluminlumchclate sind.

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

Alumlnlunvlso-propylat (l-CjH;O)iAI Alumlnlum-trl'IUhylat

Aluminium-n-butylat (n-C4HqO)jAI Aluminium-iso-butylat (!-C₄HqOJiAl Aluminium-see-butylat (sec—04Hi₁O))AI und Aluminium-tert.-buiylat (tert.-C4HqO)jAl ^s und mit den folgenden Aluminiumfettsäuresalzen Aluminiumacetat (CHjCOO)₃AI Aluminiumpalmitat (CiSH₃ICOO))AI und Aluminiumstearat (Ci₇HkCOO)AI(OH)J kaum brauchbare Aluminiumoxidschichten 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 Aluminiumoxidhydroxiden bereits in Gegenwart von Spuren von Feuchtigkeit zurückzuführen. -o Aluminiumalkoholate und Aluminiumsalze der Carbonsäuren, insbesondere der Fettsäuren, haben sich aus den genannten Gründen zur Herstellung der Aluminiumoxidschicht im Rahmen der Erfindung als ungeeignet erwiesen.

Im Gegensatz dazu haben sich die Aluminiumchelate

(4) 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 Aluminiumoxidschicht auf der Isolatorschicht unter Verwendung der Aluminiumchelale wird in der Weise durchgeführt, daß man das Chelat in einem Lösungsmittel löst, die Lösung auf die vs Oberfläche der Isolatorschicht aufträgt und entweder gleich anschließend oder später die aufgetragene Lösung der Wärmebehandlung unterzieht.

Als Lösungsmittel werden vorzugsweise Toluol, η-Hexan, Cyclohexan, Benzol, Xylol, i-Propanol, n-Buta-•ι« nol, Trichloräthylen und Tetrachlorkohlenstoff eingesetzt.

Zur Erzielung von Aluminiumoxidschichten mit gleichmäßiger Dicke wird die Isolatorschicht beim Auftrag der Lösung vorzugsweise in Rotation versetzt. is Die Dicke der nach der Wärmebehandlung auf dei Isolatorschicht erhaltenen Aluminiumoxidschicht hängt von der Art des verwendeten Aluminiumchclats, dei Rotationsgeschwindigkeit der Struktur beim Auftrug der Lösung und von der Konzentration der Aluminium chclatlösung ab. Diese Parameter sind daher bein Auftrag zu berücksichtigen und zu steuern.

Bei der Verwendung von Aluminium-mono-athylacc toacetat-di-iso-propylat und einer Rotation der Struktu beim Auftrag von 5000 UpM werden für Konzentratio ncn der Lösung von 50,10,2,0,3 und 0,05 Gew.-% nacl der Wärmebehandlung Aluminiumoxidschichtdickci von 2000, 450, 220, 50 bzw. 10 Λ erhalten. Bei de Verwendung von Aluminium-tris-täthylacetoacetai wird bei gleicher Reaktionsgeschwindigkeit für Kon ft° zentratlonen von 50, 10, 3 bzw. 1 Gow.-% nach de Wärmebehandlung eine Aluminiumoxidschichtdick von 760,250,50 bzw. 10 Λ erhalten.

Auch die Art der Wärmebehandlung der aufgetragc ncn Lösung geht entscheidend in die Qualität de ⁽<5 Aluminlumoxldsehlcht ein. Vorzugsweise wird di Wärmebehandlung bei einer Temperatur von über ctw 300^SC länger als etwa 10 min durchgeführt. Bei eine Temperatur unter 300⁰C wird kaum ein reine

Aluminiumoxid gebildet, was sich in einer Verminderung der Haftfestigkeit äußert. Die obere Grenze der für die Wärmebehandlung einzustellenden Temperatur ergibt sich 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 550⁰C durchgeführt. Bei einer 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 i.s nicht übersteigen. Wenn die Temperatur innerhalb eines bestimmten Sicherheitsbereiches die oberen für die Metaüschichten oder das Subslrai 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 Auspolymerisation der Harzschicht gleichzeitig, also in einem Arbeitsgang, durchzuführen, so daß eine getrennte thermische Behandlung für die Aluminiumoxidschicht entfallen kann.

Für 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 23 dient als Kollektor, ein p-Bereich 24 als Basis im Substrat 23 und ein n-Bereich 25 im p-Bereich 24 als Emitter. Auf dieser Planarstruktur liegt eine Isolatorschicht 26 aus SiO₂. Auf der SiOs-Schicht 26 ist eine 200 A dicke Aluminiumoxidschicht 27 und auf dieser eine 5 μίτι dicke Harzschicht 28 aus PIQ aufgebracht. Durch Anschlußfenster, die durch die PIQ-Schicht 28, die Aluminiumoxidschicht 27 und die Siliciumdioxidschicht 26 hindurch geöffnet sind, stellt eine Emitterelektrode 32 den Kontakt zur Basis 24 her. Die Emitterelektrode 29 besteht aus einer ersten Metallschicht 30 und einer dritten Metallschicht 31. to Entsprechend besteht die Basiselektrode 32 aus einer zweiten Metallschicht 32 und einer vierten Metallschicht 34.

Dieser Planartransistor wird in der Weise hergestellt, daß man in das n-Si-Substrat 23 zur Bildung der Basis 24 < >? Bor diffundiert und zur Bildung des Emitters 25 in den p-Bereich 24 Phosphor eindiffundiert. Auf der Oberfläche dieser Planarstruktur wird dann die SiO₂-Schicht 26 hergestellt. In dieser Schicht werden dann die Anschlußfenster 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 SiCh-Schicht 26 unter Einschluß der Metallschichten 30 und 33, wird dann in einer Dicke von 200 A die Aluminiumoxidschicht 27 ausgebildet (Fig.6b). Auf dieser Aluminiumoxidschicht wird dann die PIQ-Schicht 28 in einer Dicke von 5 μιη ausgebildet. Die PIQ-Schicht 28 wird dann zur öffnung der Anschlußfenster zunächst bis auf die Aluminiumoxidschicht 27 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 (F i g. 6c). Auf diese Kontaktschichten aus Aluminium werden die dritte und die vierte Metallschicht 31 und 34 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 Aluminium-mono-äthylacetoacetat-di-isopropylat in Toluol hergestellt. Das Aluminiumchelat hat in der Toluollösung eine Konzentration von 2 Gew.-%. 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 Aluminiumoxidlösung wird mit einer Ätzlösung geätzt, die aus 70 Vol.-% Phosphorsäure, 10 Vol.-% Salpetersäure, 10 Vol.-°/o Essigsäure und 10 Vol.-°/o Wasser besteht.

Die PIQ-Harzschicht 28 wird durch Auftragen einer Vorpolymeriösung in N-Methyl-2-pyrrolidon mit nichtflüchtigen Bestandteilen mit einer Konzentration von 15 Gew.-% und einer Viskosität von etwa 1000 cP und anschließendes Erhitzen der Schicht hergestellt. Diese Wärmebehandlung erfolgt zunächst 1 h bei 150⁰C und anschließend eine Stunde lang bei 300° C.

In der F i g. 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 F i g. 8 dargestellt ist.

In dem n-Si-Substrat 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 überzogen. Auf der SiO₂-Schicht 41 sind Metallschichten 42,43,44, 45 und 46 ausgebildet, die durch öffnungen in der SiO₂-Schicht 41 im Kontakt mit den Halbleiterbereichen stehen, und zwar die Metallschicht 42 mit der p-Schicht 36, die Metallschicht 43 mit der p-Schicht 36 und dem Substrat 35, indem 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 40, indem sie beide Bereiche miteinander verbindet, und die Metallschicht 46 mit der p-Schicht 38. Die einzelnen Metallschichten 42 bis 46 sind sorgfältig voneinander getrennt angeordnet, so daß sie untereinander keinen Kontakt haben. Auf der verbleibenden freien Oberfläche der SiO₂-Schicht 41 und auf den freien Oberflächen der Metallschichten 42, 43, 44, 45 und 46, die über die Oberfläche der SiO₂-Schicht 41 hinausragen, ist eine 450 Ä dicke Aluminiumoxidschicht 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. 4ö her. s

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 Planstruktur wird eine SiO₂-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 SiO₂-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 41 wird anschließend eine zusammenhängende Aluminiumoxidschicht mit einer Dicke von etwa 450 A aufgebracht. Diese Schicht wird dann mit einer PIQ-Schicht 48 überzogen (Fig.9b). 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 49, 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 Aluminiumoxidschicht in der Weise hergestellt, daß man eine Lösung von Aluminium-di-äthylacetoacetat-mono-iso-propylat in Toluol in einer Konzentration von 10 Gew.-% auf die Oberfläche der SiO₂-Schicht 41 und der Metallschichten 42, 43, 44» 45 und 46 aufträgt und diesen Überzug anschließend 30 min lang bei einer Temperatur von 350° C erhitzt.

Zum Ätzen der Aluminiumoxidschicht wird eine Ätzlösung eingesetzt, die zu 70 Vol.-°/o aus Phosphorsäure, 10 Vol.-% aus Salpetersäure, 10 Vol.-°/o aus Eisessig und 10 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 nichtflüchtigen Bestandteilen von 15 Gew.-% und einer Viskosität von ca. 1000 cP aufträgt und diesen Überzug zunächst 1 h lang auf 15O⁰C und anschließend 1 h lang auf 300° C erwärmt.

Die auf diese Weise hergestellte Halbleiterstruktur zeigt auch zwischen den Metallschichten 42, 43, 44, 45 und 46 und der PIQ-Schicht 48 durch Zwischenfügung der Aluminiumoxidschicht eine wesentlich verbesserte Haftfestigkeit gegenüber gleichen Strukturen, bei denen die PIQ-Schicht direkt auf den Metallschichten liegt.

In der Fig. 10 ist im Querschnitt ein weiteres Ausführungsbeispiel für die Anwendung der Erfindung dargestellt. In einem p-Si-Substrat 53 sind getrennt voneinander zwei n-Bereiche 54 und 55 angeordnet. In diesen η-Bereichen sind je ein p-Bereich 56 bzw. 57 und in diese wiederum je ein n-Bereich 58 bzw. 59 <>5 eingelassen. Diese Planarstruktur ist einschließlich der Substratoberfläche mit einer Si₃N.,-Schicht 60 bedeckt. Durch Anschlußöffnungen in dieser Isolatorschicht stellen sechs Metallschicht 61, 62, 63, 64, 65 und 66 den elektrischen Kontakt zu den Halbleiterbereichen 58, 56, 54, 55, 57 bzw. 59 her. Die Oberfläche der SbNrSchhicht 60 und der sechs Metallschichten 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 die Anschlußöffnungen in der Polyimidschicht 68 und der darunter liegenden Aluminiumoxidschicht 67 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 Aluminiumoxidschicht 67 erst während der Bildung der Polyimidschicht 68 vollständig hergestellt. Zur Herstellung der Aluminiumoxidschicht 67 wird eine Lösung von 3 Gew.-% Aluminium-tris-(acetylacetonat) in Toluol auf die Oberfläche der Si₃N₄-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 Polyimids mit einer Viskosität von etwa 1500 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 100⁰C getrocknet. Anschließend wird 1 Stunde lang auf 150° C und 40 min lang auf 300⁰C erwärmt, wobei nicht nur die Polyimidschicht 68 auspolymerisiert wird, sondern sich auch die Aluminiumoxidschicht 67 vollständig und einheitlich ausbildet.

In der Fig. 11 ist schließlich ein weiteres Ausführungsbeispiel für die Anwendung der Erfindung dargestellt. Die im Querschnitt gezeigte Halbleiterstruktur ist ein Beispiel für einen integrierten Schaltkreis mit 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 SiO2-Schicht 73 bedeckt, in der Anschlußöffnungen für eine Leiterschicht 74 vorgesehen sind, die den Kollektor des Transistors 71 mit dem Emitter des Transistors 72 verbindet. Diese Leiterbahn verläuft auch auf Teilen der SiO₂-Schicht 73. Auf der Oberfläche der SiO₂-Schicht 73 und der Metallschicht ist eine beide Oberflächen einheitlich bedeckende etwa 50 A dicke Aluminiumoxidschicht und auf dieser seine 3μπι dicke PIQ-Schicht 76 ausgebildet. Auf dieser PIQ-Schicht 76 liegt eine zweite Metalloxidschicht mit einer Dicke von 50 A, die ebenfalls aus Aluminiumoxid besteht. Durch eine öffnung, die durch die zweite Aluminiumoxidschicht 77, die PIQ-Schicht 76 und die erste Aluminiumoxidschicht 75 hindurch auf die Oberfläche der ersten Metallschicht reicht, greift unter Herstellung eines elektrischen Kontaktes eine auf Teilen der zweiten Aluminiumoxidschicht 77 ausgebil· dete 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 μπι dicke PIQ-Schicht 80, die selbst wiederum mit einer vierten, ebenfalls wieder 50 A dicken Aluminiumoxidschicht 8t bedeckt ist. Durch eine Anschlußöffnung stellt eine Leiterbahn 82 den elektrischen Kontakt durch die

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

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

Der wesentliche technische Fortschritt, der mit den zuvor beschriebenen Strukturen und entsprechenden Strukturen erzielbar ist, ist an Hand der graphischen Darstellung der Fig. 12 beschrieben. Auf der Ordinate ist die Haftfestigkeit in relativen Einzelheiten 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 120⁰C gesättigt feuchte Atmosphäre. Als Haftfestigkeit wird die zum Abschälen eines 1 cm breiten Harzstreifens von der Oberfläche der Isolatorschicht erforderliche Kraft gesetzt.

Die Kurve a bezieht sich auf eine Struktur, in der die PIQ-Schicht direkt auf einer SiO₂-Schicht aufgebracht ist. Die Kurve b bezieht sich auf eine Struktur, in der zwischen der SiO₂-Schicht und der PIQ-Schicht eine Aminosilangrundierung aufgetragen ist. Die Kurve c gibt die Daten wieder für eine Halbleiterstruktur, in der die ΡΙΟ-Schicht auf der SiOrSchicht unter Einführung einer Titanoxidschicht haftet Die Kurven d, e und f beschreiben die Werte für are« Prüflinge, m denen jeweils eine PIQ-Harzsch.eht unter Zw.schenfügung einer aus einem Aluminiumchelat durch Wärmebehandlung hergestellten Aluminiumoxidschicht auf einer SiOrSchicht haftet. .

Die im Diagramm der Fi g. 12 gezeigten Daten lassen erkennen, daß die Haftfestigkeit der PIQ-Schicht auf der SiOz-Oberfläche bereits nach einer halben Stunde auf den Wert Null abgesunken ist, und daß sie auch bei Grundierung der SiO₂-Oberfläche mit einem Aminosilan bereits nach einer Stunde ebenfalls auf den Wert Null herabsinkt. Durch eine Zwischenschicht aus Titanoxid zwischen der SiOrOberfläche und der PIQ-Oberfläche kann das Absinken der Haftfestigkeit auf den Wert Null selbst gegenüber der grundierten Struktur um ΙΟΟΨο verlängert werden. Wenn als Metalloxidzwischenschicht eine Aluminiumoxidschicht zwischen die SiOrSchicht 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 SiO₂- und Si₃N4-Schichten können auch andere Isolatorschichten mit Erfolg eingesetzt werden, insbesondere Phosphosilicatglasschichten-und Borsilicarglasschichten.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Halbleiterbauelement mit einem mindestens eine Schaltungsfunklion aufweisenden Halbleiterkörper, dessen Oberfläche mit einer Isolierschicht bedeckt ist, bei dem sich über der Isolierschicht mindestens eine Kunstharzschicht befindet und auf dieser bzw. zwischen diesen jeweils eine metallische Leiterschicht angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbesserung der Haftung zwischen den übereinanderliegenden Schichten (73, 74, 76, 78,80,82) jeweils eine Metalloxidschicht (75, 77, 79, 81) angeordnet ist, die aus Aluminiumoxid, Titanoxid, Molybdänoxid, Chromoxid oder Nickeloxid besteht.

2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der bzw. jeder Metalloxidschicht (75, 77, 79, 81) 50 bis 2000 A beträgt.

CO

CO_S

Ar₂

N-Ar₃

C-N

I! ο

is

J. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der bzw. jedei Metalloxidschicht (75, 77, 79, 81) 50 bis 500A beträgt.

4. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der bzw. jeder Metalloxidschicht (75, 77, 79, 8i) 50 bis 200 A beträgt.

5. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die bzw jede Kunstharzschicht aus einem Polybenzimidazol besteht.

6. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche i bis 4, bei denvdie Kunstharzschicht aus einem aromatischen Holyimid besteht, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyimid die allgemeine Strukturformel

co co

-Ar₁-N Ar₄

CO CO

aufweist, in der die Reste An, Ar₂, Ar₃ und Ar₄ aromatische Gruppen bedeuten.

7. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine ein Aluminiumchelat enthaltende Lösung auf die jeweilige Schicht aufgetragen und die Lösung unter Bildung einer Aluminiumoxidschicht auf eine Temperatur von über 300° C erhitzt wird, bevor die darauffolgende Schicht hergestellt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß Aluminiumchelate verwendet werden, die den allgemeinen Formeln

R₁O OR₂

Al

R₃O-

X₂

X.

—Al

6o

entsprechen, in denen die Gruppen X, bis X₆ Koordinationsliganden sind, die einer der allgemeinen Formeln

H C -OR₅ C
/ \ O
/ / N O
\ \/ H C R₇ C
/ ^ O Il
O

H
C

R₈O-C

C-R₉

O O

entsprechen, wobei die Reste Ri bis Rg jeweils Alkylgruppen mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen bedeuten.

24 55 $57

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Aluminiumchelat Aluminium-mono-äthylacetoacetatdi-iso-propylat,

Aluminium-tris-iäthylacetoacetat), Aluminium-tris-(acetylacetonat), Aluminium-tris-(malonsäureäthylat)oder Aluminium-di-äthylacetoacetat-monoiso-propylat verwendet wird.