DE2455357C3

DE2455357C3 - Halbleiterbauelement und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE2455357C3
Application number: DE2455357A
Authority: DE
Inventors: Seiki Harada
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1974-04-15
Filing date: 1974-11-22
Publication date: 1983-12-08
Also published as: JPS50134766A; US4040083A; DE2455357A1; DE2455357B2; JPS5421073B2

Description

Ein Halbleiterbauelement gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 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 d^:e 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 Si₃N₄ 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 Ausführungsbei- ⁶S spiel der Erfindung,

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

Fig.5 im Querschnitt ein weiteres Ausiührungsbeispiel der Erfindung,

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

Flg.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 zur Verdeutlichung des Verfahrens zur Herstellung des in F i g. 7 gezeigten Ausführungsbeispiels,

Fig. 10 im Querschnitt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, .

Fig. 11 Jm Querschnitt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung una ■"""—-*—

F i g. 12 in graphischer DarsteHungjiieJiaflfestigkeit von Kunstharzschichten als-Furriction der Verweilzeit in feuchter Atmosphäre für Strukturen nach dem -Standder TechriilTijnd Strukturen der Erfindung.

AJs 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

Il c

Y-N

Il c

-Ar₃ N-Ar₄-

I! ο

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-NH₂

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 Tetracarbonsäuredi&nhydrid umsetzt. Bei dieser Umsetzung wird als Zwischenprodukt ein Polyamid erhalten, das unter 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 SiO₂-Schicht 4 hindurch und bildet zum p-Bereich 2 einen Kontakt. Ein Teil dieses Basisanschlusses erstreckt sich über einen Teil der Oberfläche der SiOrSchicht 4. Eine zweite Metallschicht 6 greift durch die SiOrSchicht 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 SiOrSchicht, und zwar in der Weise, daß kein elektrischer Kontakt zur Metallschicht 5 zustande kommt. Auf den von den Metaiischichten 5 und 6 nicht bedeckten Bereichen der Oberfläche der SiO₂-Schicht 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 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 SiO₂-Schicht

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

5 μπι 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 13 hergestellt werden (Fig. 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 Metalischichten 5 und 6 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 Metallschichten 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 100 nm. Sie wird durch Reaktion zwischen AlCI₃, CO₂ und H₂ hergestellt 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 1 nm und etwa 200 nm, vorzugsweise zwischen 5 und 50 nm, insbesondere zwischen 5 und 20 nm, liegen. Bei einer Dicke von weniger als 1 nm wird auf den Oberflächen der SiOrSchicht 4 und den Metallschich-

ten 5 und 6 keine zusammenhängende Metalloxidschicht mehr erhalten. Bei Schichtdicken von über 200 nm 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 Halbleiterbauelenenten 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'-Benzophenontetracarbonsäuredianhydrid 25 Mol-%

Lösungsmittelanteile:

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

N,N-Dimethylaceioamid 50 Gew.-%

Konzentration der nichtflüchtigen Bestandteile 20 Gew.-% Viskosität der Lösung etwa 300 mPa · s

Die Vorpolymerisatlösung des Polyimids 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 μπι

gebildet. Zur Einstellung der jeweils gewünschten Dicke der Harzschichi 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 van etwa 1 μπι oder etwas weniger bis zu etwa 10 μΐη oder etwas darüber eingestellt. _;

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

Zur Herstellung eines elektrische leitenden Kontak- i tes zwischen der dritten Metallschicht 9, der ersten ζ Metallschicht 5 und der Basis 2 bzw. der vierten | Metallschicht 10, der zweiten Metallschicht 6 und dem ?; Emitter 3 werden die durch die Harzschicht 8 und die i Aluminiumoxidschicht 7 hindurch Anschlußfenster ge- |, öffnet. 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 Il 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 μηι dicken Polyimidharzschicht werden etwa 10 min benötigt, wenn man ein Plasma mit einer Ausgangsleistung von 0,7 kW bei einem Sauerstoffpartialdruck von 80 Pa 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:

	^COv/N	CO
N \	_vx Il	i co
Il C-N I!
Il O

ln 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 Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel gesenkt werden.

Die in F i g. 3 im Querschnitt gezeigte Struktur ist eine Darlington-Schaltung, die in der Fig.4 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 η-leitender dritter Halbleiterbereich 14 ist im ersten Halbleiterbereich 12 und ein ebenfalls η-leitender zweiter Halbleiterbereich 15 im zweiten Halbleiterbereich 13 angeordnet. Die Oberfläche des Substrats 11 ist mit einer aus Si₃N₄ bestehenden Isolatorschicht 16 bedeckt. Auf dieser Si3N<i-Schicht ist cir.c \ist2U0xidschicht 17 aus Titanoxid angeordnet. Die Titanoxidschicht hat eine Dicke von etwa 20 nm. Auf der Titanoxidschicht 17 ist eine Polyimidharzschicht 18 mit einer Dicke von etwa 4 μΐη angeordnet. Eine Basiselektrode 19 greift durch die Polyimidschicht 18, die Titanoxidschicht 17 und die Si₃N₄-Schicht 16 hindurch auf den zweiten Halbleiterbereich 13 hindurch, der als Basis B für die in F i g. 4 gezeigte Darlington-Schaltung dieni. 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 Halbleiterbereich 15 ist der Emitter des in Fig.4 gezeigten Transistors 7"i, während der erste Halbleiterbereich 12 die Basis des in der F i g. 4 gezeigten Transistors T2 ist. Die Metallschicht 20 stellt also die Verbindung vom Emitter des Transistors 71 zur Basis des Transistors T₂ des Darlingtons her. Weiterhin greift eine Emitterelektrode 21 durch die Polyimidschicht 18, die Titanoxidschicht 17 und die Si₃N₄-Schicht 16 und stellt einen Kontakt zum dritten Halbleiterbereich 14 her, der als Emitter E des in Fig.4 schematisch 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 Biloung der p-Bereiche 12 und 13 Bor eindiffundiert. In diese Bereiche wird zur Bildung der Emitterbereiche 14 und 15 Phosphor eindiffundiert. Nach Bildung der SijN-rSchicht 16 auf der Oberfläche dieser Struktur wird die Titanoxidschicht 17 in einer Dicke von 20 nm auf die Oberfläche der Si₃N₄-Schicht 16 aufgebracht. Anschließend wird die Titanoxidschicht 17 in einer Dicke von etwa 4 μπι mit der Polyamidharzschicht 18 überzogen. Die Anschlußfenster für die Bereiche 12,13, 14 und 15 sowie für das Substrat 11 werden für selektives Ätzen zunächst der Harzschicht, dann der Titanoxidschicht 17 und schließlich der Si₃N₄-Schicht 16 "eöffnet. Durch diese öffnungen hindurch werden dann durch Aufbringen der Metallschichten 19, 20, 21 und 22 die Kontakte in der vorstehend beschriebenen Weise hergestellt.

Die Titanoxidschicht 17 wird in der Weise hergestellt, daß man auf die Oberfläche der Si₃N₄-Schicht 16 eine alkoholische Lösung von Titanacetylacetonat aufträgt und anschließend 30 min auf etwa 250⁰C erwärmt. Die Titanoxidschicht kann, auch nach anderen an sich bekannten Verfahren aufgebracht werden, beispielsweise durch elektrische Entladung 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 10 min auf etwa 300⁰C hergestellt Das Verfahren zur Beschichtung der Struktur mit der Polyimidschicht ist in der US-PS 37 00 497 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 Sta«d 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 F i g. 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. I beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Aluminiumoxidschicht durch eine Reaktion zwischen AlCh, 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

R₁O OR₂ J5

Al

X₁

R₃O.

AU X₂

X;

oder

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

und

H
C

R₈O-C C-R,

O 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 freier Elektronen bedeuten.

Aluminiumchelate, in denen die Reste Ri bis Rn 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:

Aluminium-mono-äthylacetoacetat-di-isopropylat

ISO-H₇C₃O 0-1SoC₃H₇

. Al

O O

ii i

H₅C₂O-C C-CH₃

\ f

C
H

Aluminium-tris-iäthylacetoacetat)

H
C

/ V
R₄-C C-OR₅

O O

R₆-C

60

H
C

C-R₇

O O

H₅C₂O O O CH₃

Alumini u m-lris-lucetyluccionut)

H
H₁C C CH,

c c

Il I

H,C O O CHj

C-O-AK-O=C (3)

HO 0 0 CH

C C

CH₃ CH, '"

Aluniinium-lris-(malonsäureälhylal)

H
H₅C, C OC₂H₅ 20

I I!

H₅CO O O CH₅

C = O-AI-O-C i4)

HC O O CH

C C .ίο

I I

C₂H₅ OC₂H₅

Aluminium-di-äthylacetoacetat-mono-isopropylat.

(5)

35

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

Aluminium-mono-acetylacetonat-di-iso-propyla', 40 Aluminäum-diacetylaeetor.at-mono-iso-propylat, Aluminium-mono-methylacetoacetat-di-isopropyiai,

Aluminium-di-methylacetoacetat-mono-isopropylat, 45

Aluminium-tris^methylacetoacetat), Aluminium-mono-propylacetoacetat-diiso-propylat,

Aluminium-di-propylacetoacetat-mono-isopropylat, 50

Aluminium-tris-(propylacetoacetat), Aluminium-mono-butylacetoacetat-di-isopropylat,

Aluminium-di-butylacetoacetat-mono-isopropylat und 55

Aluminium-tris-(butylacetoacetat). Weiterhin können im Rahmen der Erfindung jene Aluminiumchelate eingesetzt werden, die die entsprechenden Methylat-, Athyiat-, n-Propylat-, n-Butylat-, sec.-Butylat- oder tert-Butylatverbindungen statt der 6° zuvor beschriebenen i-Propylataluminiumchelate sind.

Überraschenderweise hat sich herausgestellt, daß für Bauelemente brauchbare Aluminiumoxidschichten nur durch Chelate und nicht durch andere Organoaluminiumverbindungen erhältlich sind. So werden beispiels- ⁶S weise mit den folgenden Alkoholaten

Aluminium-iso-propylat (1-C₃H₇O)₃Al Aluminium-tri-äthylat

Aluminium-n-butylat (n-Aluminium-iso-butylat (1-GiHi)O)₃Al
Aluminium-sec.-butylat (sec—C₄HqOJjAI und
Aluminium-tert.-bulylat (tert.-GtHsO^Al
und mil den folgenden Aluminiumfettsäuresalzen
Aluminiumacetat (CH₃COO)₃Al
Aluminiumpalmitat (CisHjiCOO^AI und
Aluminiumstearat (Ci₇HkCOO)AI(OH)₂
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.

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 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 Aluminiumchelate wird in der Weise durchgeführt, daß man das Chelat in einem Lösungsmittel löst, die Lösung auf die 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-Butanol. Trichlorethylen und Tetrachlorkohlenstoff eingesetzt.

Zur Erzielung von Aluminiumoxidschichten mit gleichmäßiger Dicke wird die isoiaiorbuiiiu'iti 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 Alurniniumchelats, der Rotationsgeschwindigkeit der Struktur beim Auftrag der Lösung und von der Konzentration der Aluminiumchelatlösung ab. Diese Parameter sind daher beim Auftrag zu berücksichtigen und zu steuern.

Bei der Verwendung von Aiuminium-mono-äthylacetoacetat-di-iso-propylat und einer Rotation der Struktur beim Auftrag von 5000 UpM werden für Konzentrationen der Lösung von 50,10,2, 03 und 0,05 Gew.-% nach der Wärmebehandlung Aluminiumoxidschichtdicken von 200, 45. 22, 5 bzw. 1 ran erhalten. Bei der Verwendung von Aluminium-tris-(äthylacetoacetat) wird bei gleicher Reaktionsgeschwindigkeit für Konzentrationen von 50. 10, 3 bzw. 1 Gew.-% nach der Wärmebehandlung eine Aluminiumoxidschichtdicke von 76, 25, 5 bzw. 1 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 durchgeführt. Bei einer Temperatur unter 300°C wird kaum ein reines

Aluminiumoxid gebildet, was sieh in einer Verminderung der Haftfestigkeit äuüert 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 MetaH-schichten und bzw. oder des Substrats. Wird beispielsweise Aluminium als Leitermelall 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 Siüciums, das heißt, die Temperatur sollte 1000⁰C 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 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 F i g. 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 S1O2. Auf der SiC^-Schicht 26 ist eine 20 nm dicke Aluminiumoxidschicht 27 und auf dieser eine 5 μηι 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. 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 SiCh-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

•5 (Fig.6a). Auf der gesamten Oberfläche der Struktur, also auf der SiO2-Schicht 26 unter Einschluß der Metallschichten 30 und 33, wird dann in einer Dicke von 20 nm die Aluminiumoxidschicht 27 ausgebildet (F i g. 6b). Auf dieser Aluminiumoxidschicht wird dann die PIQ-Schicht 28 in einer Dicke von 5 μπι 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 zuvg." beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Aluminiumoxidschicht durch Auftrag einer Lösung von A.uminium-mono-äthylaeetoacetat-di-isopropylat in Toluol hergestellt. Das Aluminiumchelat hat in der Toluollösung eine Konzentration von 2 Gew.-°/o. Nach dem Auftrag der Lösung auf die SiO^-Schicht 26 und die beiden Metallschichten 30 und 33 wird die Lösung 30 min lang auf etwa 400⁰C erhitzt.

Die so hergestellte Aluminiumoxidlösung wird mit einer Ätzlösung geätzt, die aus 70 Vol.-% Phosphorsäure, 10 Vol.-% Salpetersäure, 10 Vol.-% Essigsäure und 10Vol.-% Wasser besteht.
Die PIQ-Harzschicht 28 wird durch Auftragen einer Vorpolymerlösung in N-Methyl-2-pyrrolidon mit nichtflüchtigen Bestandteilen mit einer Konzentration von 15 Gew.-% und einer Viskosität von etwa 100OmPa · sund anschließendes Erhitzen der Schicht hergestellt. Diese Wärmebehandlung erfolgt zunächst 1 h bei 150⁰C 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 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-Bereicho 39 bzw. 40 ausgebildet. Die Planarstruktur ist auf der Substratoberfläche mit einer Isolatorschicht 41 aus S1O2 überzogen. Auf der SKVSchicht 41 sind Metallschichten 42,43,44, 45 und 46 ausgebildet, die durch öffnungen in der SiO2-Schicht41 im Kontakt mit den Halbleiterbereichen stehen, und zwar die Metallschicht 42 mit der p-Schichi 36, die Metallschicht 43 mit der p-Schicht 36 und dem Substrat 35, indem es eine Verbindung zwischen beider Bereichen herstellt, die Metallschicht 44 mit derr p-Bereich 37, die Metallschicht 45 mit den beider n- Bereichen 39 und 40, indem sie beide Bereicht miteinander verbindet, und die Metallschicht 46 mit dei p-Schicht 38. Die einzelnen Metallschichten 42 bis 4( sind sorgfältig voneinander getrennt angeordnet, so dal sie untereinander keinen Kontakt haben. Auf de verbleibenden freien Oberfläche der SiO2-Schicht 4:

fts und auf den freien Oberflächen der Metallschichten 42 43, 44, 45 und 46, die über die Oberfläche de SiO₂-Schicht 41 hinausragen, ist eine 45 nm dick Aluminiumoxidschicht 47 ausgebildet. Die Aluminiun

oxidschicht 47 ist mit einer: PIQ-Sphicht 48; gedeckt. Durch Anschlußfenster durch.diese.piQ-SchichtyW und die ÄlurniniuniQxidschicht "47; hindurch stellen MejtaJI-schichten 49,50,51 und 52 den Änscjilußkontakt zünden Milihjhtt^^^l^H

Diese Struktur wird iader.. .Weise hergestellt, (laß man in das n-Si-Substrat zur Bildung der. p-Bereiche 36, 37 und.38 sejelctivJB.or.eindiffundiertjAnschiießend.wird in die so gehildetenpjBereiche 37 und 38LPhosphor unter Bildung tier n-Berejcjiel39 und4p..eindiffundiert.Auf die Oberfläche, dieser Piansmiictur. wirdeine SiOr Schicht 41 aufgebracht,jrj,der Anscfijußfenster. 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 SiÖrSchicht 41 geöffnet. Die Struktur wird anschließend mit einer .Metallschicht bedampft und,djese selektiv, unter Bildung der Schichten 4?, 43, 44,,45 und'46 geätzt (F i g. 9aji Auf^dje, freien Oberflächen dieser Metailschjchten und auf die freie Oberfläche der SiOjT.Schicht 41 wird anschließend eine zusammenhängende Äluminiumoxidschipht mit einer Dicke von etwa.45,nm_aüfgep.racht. Diese Schicht wird dann mit einer P.IQ-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 350⁰C erhitzt.

Zum Ätzen der Aluminiumoxidschicht wird eine Ätzlösung eingesetzt, die zu 70 Vol.-% aus Phosphorsäure, 10 Vol.-% aus Salpetersäure, 10 Vol.-% 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 mPa ■ s aufträgt und diesen Überzug zunächst 1 h lang auf 15O⁰C und anschließend 1 h lang auf 300⁰C 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 eingelassen. Diese Planarstruktur ist einschließlich der Substratoberfläche mit einer SijN^Schicht 60 bedeckt. Durch Anschlußöffnungen in dieser Isolatorschicht 60 steller« sechs Metallschichten 61, 62, 63, 64, 65 und 66 den elektrischen Kontakt zu den Halbleiterbereichen 58, 56, 54," 55, 57 bzw. 59 her. Die Oberfläche der SbN^-Schhicht 60 und der sechs Metallschichten 61 bis 66 sind mit einer -5 nm, dicken Aluminiumoxidschicht bedeckt Auf dieser Aluminiumoxidschicht· liegt eine Harzschicht 68 aus Polyimid. - Eine Metallschicht 69 greift.durch die·Anschlüßöffnungen 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 MetaHschicht-6:) greift auch auf einen Teil der Oberfläche der Polyimidschicht 68 über.

Bei dieser Struktur wird dieAiuminiumoxidschicht^: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 Si₃fy.rSchicht^:60 und die Oberflächen der sechs Metajlschichten 61 bis 66 -aufgetragen. Anschließend wird eine Lösung, mit einer Konzentration von 18 Gew.-% ,.eines Vorpolymers des Polyimide mit einer Viskosität von etwa 1500 mPa · s 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 1 Stunde lang auf 150°C und 40 min lang auf 300°.C erwärmt, wobei nicht nur uie Polyimidschicht 68 auspolymerisiert wird, sondern sich auch die Aluminiumoxidschicht 67 vollständig und einheitlich ausbildet.

In der F i g. 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 SKVSchicht 73. Auf-der Oberfläche der SiO₂-Schicht 73 und der Metallschicht 74 ist eine beide Oberflächen einheitlich bedeckende etwa 5 nm dicke Aluminiumoxidschicht und auf dieser seine 3 μΐη dicke PIQ-Schicht 76 ausgebildet. Auf dieser PIQ-Schicht 76 liegt eine zweite Metalloxidschicht 77 mit einer Dicke von 5 nm, 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 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 5 nm dicken Metalloxidschicht 79 bedeckt. Auf der dritten Aluminiumoxidschicht 79 liegt eine ebenfalls etwa 3 μηι dicke PIQ-Schicht 80, die selbst wiederum mit einer vierten, ebenfalls wieder 5 nm dicken Aluminiumoxidschicht 81 bedeckt ist. Durch eine Anschkißöffnung stellt eine Leiterbahn 82 den elektrischen Kontakt durch die

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

Die Aluminiumoxidschichten in dieser Struktur werden durch Auftragen einer Lösung von 1 Gew.-% Aluminium-tris-(äthyl-acetoacetat) in Toluol und 20 min langes Erhitzen auf eine Temperatur von etwa 400⁰C 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 '5 der Abszisse die Verweilzeit des Halbleiterbauehmentes 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 ^o eine bei 0,2 MPa und 12O⁰C 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 *5 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 yo die PIQ-Schicht auf der SiOrSchicht unter Einführung einer Titanoxidschicnt haftet Die Kurven d, e und / beschreiben die Werte für drei Prüflinge, in denen jeweils eine PiQ-Harzschicht unter Zwischenfügung einer aus einem Aluminiumchelat durch Wärmebehandlung hergestellten Aluminiumoxidschicht auf einer SiOrSchicht haftet

Die im Diagramm der F i g. 12 gezeigten Daten lassen erkennen, daß die Haftfestigkeit der PIQ-Schicht auf der SiO₂-Oberfläche bereits nach einer halben Stunde auf den Wert Null abgesunken ist, und daß sie auch bei Grundierung der SiOrOberfläche 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 100% verlängert werden. Wenn als Metalloxidzwischenschicht eine Aluminiumoxidschicht zwischen die SiO₂-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 SiO₂- und Si₃N4-Schichten können euch andere Isolatorschichten mit Erfolg eingesetzt werden, insbesondere Phosphorsilicatglasschichten und Borsilicatglasschichten.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

ίο

1. Halbleiterbauelement mit einem mindestens eine Schaltungsfunktion 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,dadurchgekennzeichnet, 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 !,dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der bzw. jeder Metalloxidschicht (75, 77, 79, 81) 5 bis 200 nm

N—Ar,

co N⁷ Ar₂ CO. N \ /
C / ' C-N
Μ Il
O Vo' m

Hcträcrt- ~

J. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der bzw. jeder Metalloxidschicht (75,77,79,81) 5 bis 50 nm beträgt

4. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der bzw. jeder Metalloxidschicht (75,77,79,81) 5 bis 20 nm beträgt.

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

S. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Kunstharzschicht aus einem aromatischen Polyimid besteht, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyimid die allgemeine Strukturformel

CO CO

— Ar₁-N Ar₄

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

Koordinationsliganden sind, die einer der allgemeinen Formeln

H
C
R₄-C C-OR₅

Il I ο ο

R₃O

oder

x,

Al

S.

X₅

und

6o

^A1<~i

entsprechen, in denen die Gruppen Xi bis H C

/ V

ο ο

I c

/ V

R₈O-C C-R₉

Il I.

entsprechen, wobei die Reste R, bis R₉ jeweils Alkylgruppen mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen bedeuten.

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

Aluminium-tris-iäthylacetoacetai),

Aluminium-tris-(acetylacetomii), Aluminium-tris-(malonsäureäthylat)oder Aluminium-di-äthylacetoacetat-mono-

iso-propylat
verwendii wird.