DE2546316C2 - Verfahren zur Behandlung von Körpern mit einem Fluorid enthaltenden Ätzmittel und seine Anwendung bei der Herstellung von Halbleiteranordnungen - Google Patents

Verfahren zur Behandlung von Körpern mit einem Fluorid enthaltenden Ätzmittel und seine Anwendung bei der Herstellung von Halbleiteranordnungen

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Description

Von Körpern mit darauf angebrachtem Aluminiumoxid, z. B. in situ gebildetem Aluminiumoxid, kann dieses Aluminiumoxid völlig oder teilweise durch Ätzen entfernt werden. Auch ist es möglich, diese Behandlung zum Reinigen einer Oberfläche oder eines Oberfiächenteiles, auf der oder dem möglicherweise unerwünschtes Aluminiumoxid vorhanden sein könnte, zu verwenden. So kann sich auf der Luff ausgesetztem Aluminium Aluminiumoxid bilden, das als ein dünner Film das Aluminium abdeckt. Ein derartiger dünner Film kann bei weiteren Bearbeitungen störend sein. So kann ein derartiger Film bei der Herstellung von Lötverbindungen mit dem Aluminium, z. B. durch eine schlechte Benetzung der Oberfläche mit dem Lot, Schwierigkeiten bereiten, wodurch die Herstellung einer mechanisch festen Verbindung verhindert wird. Wenn an Aluminium elektrisch leitende Verbindungen angebracht werden müssen, kann eine solche dünne Aluminiumoxidschicht das Erhalten eines gut leitenden Obergangs zwischen dem Aluminium und einem darauf angebrachten Leiter erschweren. Um die Gefahr des Auftretens dieser Nachteile zu verringern, ist es erwünscht, eine Aluminiumoberfläche zuvor einer Behandlung mit einem Ätzmittel für Aluminiumoxid zu unterwerfen, auch wenn man nicht weiß, ob Aluminiumoxid auf der Oberfläche vorhanden ist oder nichL
Ein bekanntes Ätzmittel für Aluminiumo-id ist z. B. eine Lösung von Chromoxid (CrOs) und Phosphorsäure (H3PO4) in Wasser. Ein anderes bekanntes Ätzmittel für Aluminiumoxid ist eine Lösung von Alkalifluorid in verdünnter Schwefelsäure. Derartige AUmitiei sind jedoch wenig selektiv und die Ergebnisse der Ätzbehandlung sind nicht immer reproduzierbar. Insbesondere können diese Ätzmittel gegebenenfalls vorhandenes Aluminium angreifen, was im allgemeinen unerwünscht ist und insbesondere bei Strukturen mit dünnen Aluminiumschichten schädliche Folgen haben würde.
Solche dünnen Aluminiumschichten finden insbesondere in der Halbleitertechnik Anwendung, wobei Aluminiumschichten zum Kontaktieren des Halbleiters und für !ei'ende Verbindungen verwendet werden. Weiter ist in der Halbleitertechnik die Anwendung von Schichten aus Aluminiumoxid vorgeschlagen worden, wobei eine solche Schicht in ein bestimmtes Muster gebracht werden soll. Auch dabei können sich Probleme ergeben dadurch, daß mit den obengenannten bekannten Ätzmitteln nächstliegende oder unterliegende Teile aus einem anderen Material, z. B. Teile aus metallischem Material und insbesondere beim Vorhandensein von Fluorionen, wie es bei einem aus US-PS 28 28 193 bekannten Ätzmittel, das aus einer wässerigen, sauren. Fluorionen enthaltenden Lösung besteht, der Fall ist. Teile aus Siliciumverbindungen, wie Siliciumoxid oder anderen siliciumhaltigen Oxiden, z. B. Borsilikat- oder Phosphorsilikatglas, angegriffen werden können.
Oer Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein selektiveres Ätzmittel für Aluminiumoxid zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Ätzmittel aus einer Lösung eines Fluorids in einem organischen Lösungsmittel besteht, wobei die LOung praktisch wasserfrei und praktisch frei von Fluorwassersto'f ist.
Unter dem Ausdruck »praktisch wasserfrei« ist hier zu verstehen, daß praktisch keine Wassermoleküle in ungebundenem Zustand vorhanden sind. Dieser Ausdruck schließt praktisch wasserfreie Lösungen und Lösungen ein. in denen praktisch alle Wassermoleküle auf irgendeine Weise an andere Bestandteile, z. B. das Lösungsmittel, gebunden sind. Die Möglichkeit einer Bindung an solche anderen Bestandteile hat außerdem defl Vorteil, daß gegebenenfalls beim Älzvorgang gebildete Wassermoieküle direkt gebunden werden können.
Als Fluorid in dem Verwendeten Ätzmittel wird Vorzugsweise Ammoniumfluorid eingesetzt Dadurch kann einei Einführung von Metallionen aus dem Ätzmittel urtd damit eine mögliche Oberflächenverun-
reinigung verhindert werden. Insbesondere kann das Vorhandensein solcher Metallionen einen verunreinigenden Effekt auf eine herzustellende Halbleiteranordnung haben. Insbesondere können Alkaliionen, z. B. Naäriumionen, UnStabilitäten bei mit Siliciumoxid überzogenen Halbleiteranordnungen herbeiführen.
Organische Lösungsmittel können z. B. aus den Alkoholen, insbesondere mehrfachen Alkoholen, gewählt werden. Geeignete Lösungsmittel aus dieser Gruppe sind beispielsweise Äthylenglycol und Glycerin.
Ein anderes geeignetes Lösungsmittel ist Eisessig. Essigsäure ist eine schwächere Säure als Fluorwasserstoffsäure, so daß z. B. beim Lösen von Ammoniumfluorid in Eisessig praktisch kein Fluorwasserstoff gebildet werden kann.
Es sei noch bemerkt, daß Ätzmittel mit Fluorwasserstoff in einem organischen Lösungsmittel, z. B. Äthylenglycol, Glycerin oder Methanol, zum Ätzen von Glasschichten auf Basis von Siliciumoxid, insbesondere zur Anwendung in der Halbleitertechnik, u. a. zum öffnen von Fenstern in Siliciumoxidschichten, z. B. zum Freilegen unterlieger<Jer Metalloberflächen, wie Oberflächenteile von Aluminiumleitern, an sich bekannt sind. Ein anderes bekanntes Ätzmittel für Siliciumoxid zur Anwendung bei der Herstellung von Halbleiteranordnungen besteht aus einem Gemisch von konzentrierter Fluorwasserstoffsäure, einem Puffer und einem organischen Werkstoff, der Wasser absorbic.-en kann, z.B. einer organischen Säure, einem Alkohol, wie Äthylenglycol oder Glycerin. Als Beispiel sei ein Ätzmittel erwähnt, das dadurch erhalten wird, daß etwa V3 kg konzentrierter Fluorwasserstoffsäure (43Gew.-% HF, Rest Wasser), nahezu ~ kg einer wäßrigen Ammoniumfluoridlösung (40Gew.-% NH4 P) und 1 Liier Eisessig (100% Essigsäure) miteinander gemischt werden. Diese Ätzmittel enthalten HF und können seh viel Wasser enthalten. So ist es wahrscheinlich, daß das Ätzmittel der zuletzt genannten Zusammensetzung noch eine große Menge ungebundenen Wassers enthält.
Dagegen hat sich herausgestellt, daß die Ätzmittel zur Anwendung bei dem Verfahren nach der Erfindung, in denen Fluorwasserstoff praktisch nicht vorhanden ist. Aluminiumoxid in einer Zeit lösen können, in der Siliciumoxid in viel geringerem Maße angegriffen wird.
Um den Ätzvorgang genau beherrschen zu können, insbesondere bei der Herstellung von Halbleiteranordnungen, bei denen Schichten aus Isoliermaterial in der Größenordnung von 0,1 μπι gebräuchlich sind, werden vorzugsweise nicht zu hohe Konzentrationen des Fluorids angewandt, damit beim wenigstens örtlichen Wegätzen einer Aluminiumoxidschicht eine ziemlich gut regelbare Ätzgeschwindigkeit erhalten werden kann, wobei Angriff von Schichten aus anderen Materialien als Aluminiumoxid, z. B. Siliciumoxid, auf ein Mindestmaß beschränkt bleiben kann. Bei einer reinigenden Ätzbehandlung einer Aluminiumoberfläche genügt außerdem eine kurzzeitige Behandlung, um einen etwaigen sehr dünnen Aluminiumoxidfilm zu entfernen — ungeachtet der Anwendung einer konzentrierten oder einer mehr verdünnten Lösung des Fluorids. Eine mehr verdünnte Lösung weist dann den Vorteil eines noch geringeren Angriffes auf etwaige Materialien auf Basis Von Siliciumoxid auf, Nach einer bevorzugten Aüsführüngsförrrt wird eine Lösung Ver·» wendet, die höchstens 30 g Animöniumfluorid pro Liter des organischen Lösungsmittels, insbesondere pro Liter Eisessig, enthält. In der Praxis werden Ätzmittel bevorzugt, die nicht extrem niedrige Ätzgeschwindig* keilen für Aluminiumoxid ergeben und auch nicht zu schnell wirkungslos werden. So wird vorzugsweise eine Lösung verwendet, die mindestens 10 g Ammoniumfluorid pro Liter des Lösungsmittels enthält.
Die bei dem Verfahren nach der Erfindung zu verwendenden Ätzflüssigkeiten entfernen Aluminiumoxid viele Male schneller als Siliciumoxid oder andere bei der Herstellung von Halbleiteranordnungen verwendete siliciumoxidhaltige Isoüermaterialien, wie
to Borsilikatgläser und Phosphorsilikatgläser. Weiter wird Siliciumnitrid praktisch nicht angegriffen.
Die nach der Erfindung zu verwendenden Ätzmittel sind, wie auch oben bereits angegeben wurde, insbesondere zur Anwendung bei der Herstellung von Halbleiteranordnungen geeignet, wobei Aluminiumoxid mit e-nem Ätzmittel von einem halbleitermaterialhaltigen Körper entfernt wird. Diese Behandlung kann dabei dazu stattfinden, eine auf einem Halbleiterkörper angebrachte Schicht aus AI2O3 völlig oder teilweise wegzuätzen, z. B. um ein bestimmtes Muster dieser Schicht, z. B. unter Verwendung einer geeigneten Photolackmaske, zu erhalten. Die Anwendung eines Musters aus einer isolierenden Aiuminiumoxid:>cnichi im bei Halbleiteranordnungen an sich bekannt So kann eine Aluminiumoxidschicht zusammen mit einer darunter liegenden Siliciumoxidschicht in unterliegendem Silicium negative Ladungsträger abstoßen und positive Ladungsträger anziehen, wodurch einer Oberf.ächeninversion in P-Ieitendes Silicium entgegengewirkt wird.
Auch kann durch oberflächliche Oxidation einer Aluminiumschicht eine auf dieser Schicht liegende isolierende Aluminiumozidschicht erhalten werden. Die Aluminiumschicht kann dabei gemäß einem bestimmten Leitermuster angebracht sein, das Teile von Halbleiter-Schaltungselementen mit anderen Schaltungselementteilen oder mit Anschlußstellen zum Verbinden mit Anschlüssen an einem oberhalb liegenden Leitermuster verbindet. Dazu kann vorteilhafterweise der Halbleiterkörper mit dem Ätzmittel nach der Erfindung behandelt werden, wobei das unterliegende Aluminium örtlich freigelegt werden kann, ohne daß es SuLSst bei der Ätzbehandlung in erheblichem Maße angegriffen wird. Statt eines Photolackes kann auch eine Ätzmaskierung «;us Siliciumoxid verwendet werden, weil Siliciumoxid während der anzuwendenden Dauer der Ätzbehandlung nur wenig angegriffen wird.
Eine solche Behandlung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren kann nun auch vorteilhaft dazu verwendet werden. Stellen zum Anschließen leitender Verbindungen an eine Aluminiumschicht oberflächlich zu reinigen, damit eine gut leitende Verbindung mit aran angeschlossenen Leitern, z. B. Leitern, die zu einem zweiten Muster in einer Doppelschichtverdrahtung gehören, oder aufgedampften, aufgesputterten. auf galvanischem Wege angebrachten, gelöteten oder auf andere Weise angebrachten Leitern zum Anschließen leiternder Verbindungen an den Halbleiterkörper, erhalten wird.
Die Erfindung beschränk! sich jedoch nicht auf die Anwendung bei Halbleiteranordnungen. Ein anderes Beispiel ist eine auf einem Isolator angebrachte Aluminiumverdrahtung, an die Leiter, z. B. durch IxMen.
angeschlossen werden müssem
Als Äusführüngsbeispiel wird ein Reinigungsschritt
bei der Behandlung von Anschlußstellen einer Aluminiumverdrahtung, die aus einem Muster einer Aluminiumschicht auf einem Untergrund, z. B. einer Platte aus isolierendem Berylliumoxid, besteht, beschrieben, wobei
die Verdrahtung stellenweise mit unterschiedlichen Schaltteilen, ζ. B. Halbleiteranordnungen, wie Halbleiterschaltungselementen und/oder integrierten Schaltungen, und/oder anderen Schaltteilen verbunden werden soll. Insbesondere wenn der Untergrund mit ϊ Verdrahtung einige Zeit der Luft ausgesetzt gewesen ist, kann die freigelegte Aluminiumoberfläche mit einem dünnen Aluminiumoxidfüm, z. B. einer Dicke in der Größenordnung von 0,01 μπι, überzogen sein. Eine solche dünne Oxidschicht genügt, um beim Anbringen in elektrisch 'tutender und mechanisch gut haftender Anschlüsse Schwierigkeiten zu ergeben. Untergrund und Verdrahtung werden nun in ein Ätzbad für Aluminiumoxid eingetaucht, das aus einer Lösung von 15 g Ammoniumfluorid pro Liter Eisessig besteht Die Temperatur des Bades liegt zwischen 200C und 30° C. Nach einer Behandlung von 1 Minute ist in genügendem Maße sichergestellt, daß ein etwa gebildeter dünner Aluminiumoxidfilm entfernt ist. Die Platte wird dann mit entionisiertem Wasser gespült und schnell mit Hilfe eines Stromes trockener Luft, ζ. Β. während einiger Sekunden, getrocknet. Die Aluminiumoberfläche ist dann genügend von Aluminiumoxid gereinigt innerhalb der dann folgenden Stunde können nun gut haftende Anschlüsse an der Aluminiumoberfläche angebracht > > werden, z. B. durch Löten oder Thermokompression ζ. B. mit Aluminiumdraht, von dem wenigstens ein Endteil in demselben Ätzbad behandelt worden ist Ohne eine solche Ätzbehandlung könnte eine solche Aluminiumverbindung auf bekannte Weise durch Ultraschallschweißen erhalten werden, aber ein derartiger Schweißvorgang ist verhältnismäßig kompliziert und kann außerdem zu mechanischen Beschädigungen führen.
Das Befestigen elektrischer Anschlüsse an einer Aluminiumverdrahtung wurde auch mit Erfolg bei der Herstellung von Halbleiteranordnungen angewandt, bei denen auf einer Seite eines Halbleiterkörpers aus Silicium ein oder mehr Halbleiterschaltungselemente gebildet sind, wobei die Halbleiteroberfläche auf dieser Seite mit einer Isolierschicht aus Siliciumdioxid versehen ist, die gegebenenfalls teilweise in Borsilikatglas und/oder Phosphorsilikatglas umgewandelt ist und in der Kontaktfenster angebracht sind. Dann wird eine Aluminiumschicht auf der Isolierschicht und in den Fenstern auf an sich bekannte Weise gemäß einem Leitermuster angebracht, wobei in den Fenstern Kontakte auf den darunterliegenden Halbleiterteilen hergestellt werden und die auf dem Isolator liegenden Teile leitende Verbindungen bilden zwischen diesen so Kontakten untereinander oder zwischen diesen Kontakten und Anschlußstellen, die ebenfalls durch auf der Isolierschicht liegende Teile der Aluminiumschichi gebildet werden und zum Verbinden mit Anschlüssen an der Halbleiteranordnung nach außen oder mit einem « nächsten geschichteten Verdrahtungsmuster in einem System mit sogenannter Doppelschichtverdrahtung dienen. Dem Aluminium kann auf an sich bekannte Weise ein geringer Siliciumgehplt zugesetzt sein.
Vor dem Verbinden der Anschlußstellen wird die f>o Aluminiumoberfläche dieser Anschlußstellen unter Verwendung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem Ätzmittel für Aluminiumoxid gereinigt, das aus einer Lösung von 10 bis 30 g, z. B. bis 20 g, Ammoniumfluorid in Eisessig besteht, wobei tH die Behandlung 1 Minute dauert, wonach auf die obenbeschriebenp Weise gespült wird. Die Aluminiumoberfläche [st dann genügend rein, um gute Anschlüsse mit an den Anschlußstellen auf obenbeschriebene Weise anzubringenden Leitern zu erhalten, wenn die gereinigte Oberfläche inzwischen nicht zu lange feuchter Luft ausgesetzt wird. Während der kurzzeitigen Einwirkung des Ätzmittels werden etwa freiliegende Teile der Isolierschicht und der zu reinigenden Aluminiumschicht praktisch nicht angegriffen, auch nicht bei Anwendung von Aluminium mit einem geringen Siliciumgehalt, das durch bekannte Ätzmittel für Aluminiumoxid im allgemeinen leichter als reines Aluminium angegriffen wird. Auch wird eine etwa freiliegende Aluminiumoberfläche, die in den Fenstern angebracht ist und einen ohmschen Kontakt mit dem unterliegenden Silicium bildet, bei der hier beschriebenen Ausführungsform praktisch nicht durch das Ätzmittel angegriffen.
Zuvor kann auf dem Aluminiummuster eine Isolierschicht angebracht werden, z. B. dadurch, daß auf an sich bekannte Weise Siliciumoxid aufgebracht wird und an den Anschlußstellen ζ. Β. unter Verwendung einer Photolackmaskierung und einer für Siliciumoxid gebräuchlichen Ätzflüssigkeit aus einem Gemisch von konzentrierter Fluorwasserstoff«·'ure und einer konzentrierten wässerigen Lösung νοη Ammoniumfluorid Fenster geätzt werden. Die Reinigungsbehandlung mit Ammoniumfluorid in Eisessig kann später stattfinden, bevor die gewünschten Anschlüsse angebracht werden oder eine Doppelschichtverdrahtung z. B. mit Hilfe einer zweiten Aluminiumschicht gebildet wird.
Es ist auch möglich, die zuerst angebrachte Aluminiumverdrahtung mittels einer dichten Aluminiumuxidschicht zu schützen. Bei einer derartigen Ausführung wird diese Schicht mit einer Dicke von 0,1 μπι auf einer eine geringe Menge an Silicium enthaltenden Alumini umschicht mit einer ursprünglichen Dicke von 0,8 μπι durch eine gebräuchliche anodische Oxidation in einem Elektrolytbad aus einer Lösung von Weinsäure und/oder Ammoniumtartrat bei 25°C während 1 bis 5 Minuten mit einer Spannung von 80 V gebildet. Die Oberfläche mit dem auf diese Weise überzogenen Aluminiummuster wird weiter mit einer Sil;ciumoxidschicht als Unterlage für eine zweite Verdrahtungsschicht überzogen. Zur Herstellung von Kontakten zwischen den beiden Verdrahtungen werden an den betreffenden Stellen Fenster in die Siliciumoxidschicht geätzt, wie oben beschrieben ist. Die Aluminiumoxidschicht wird dabei nicht durchgeätzt. Vor dem Anbringen der Aluminiuinschicht für die zweite Verdrahtung soll die Aluminiumoxidschicht an den Stellen der Fenster zum Freilegen des unterliegenden Aluminiums entfernt werden. Dazu wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Ätzmittel, beispielsweise eine Lösung von 20 g Ammoniumfluorid pro Liter Eisessig bei 200C, verwendet. Nach etwa 7 Minuten ist in den Fenstern das dichte Aluminiumoxid verschwun de!", und eine reine Aluminiumoberfläche freigelegt. Nach Spülen und Trocknen wird die zweite Aluminiumschicht mit eine- Dicke von 1,2 μηι durch Überdampfen im Vakuum angebracht, wobei ein guter Kontakt zwischen den beiden Aluminiumschichten an den Stellen der Fenster in der zwischenliegenden Siliciumoxidschicht erhalte:, wird. Die zweite Al-Schicht wird dann in das gewünschte Muster mit Anschlußstellen zur Herstellung von Verbindungen mit der Halbleiteranordnung gebracht Vor dem Anbringen dieser Anschlüsse wird wieder eine Behandlung mit einem Ätzmittel für Aluminiumoxid nach der Erfindung durchgeführt.
Die vorhergehenden Anwendüngsformen sind hier als Beispiele angegeben, im Rahmen der Erfindung sind
jedoch noch andere Auäiführungsformen möglich, sowohl in bezug auf das Ätzverfahren für Aluminiumoxid als auch in bezug auf andere Anwendungen.
Sofern es sich um die Anwendung bei der Herstellung von Halbleiteranordnungeili handelt, können deren Halbleiterkörper nicht nur lius Silicium, sondern auch aus anderen Halbleitermaterialien, z. B. Germanium, Halbleiter vom AniBv-Typ und Halbleiter vom A"BIV-Typ bestehen.
fi

Claims (14)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Behandlung von Körpern mit einem Fluorid enthaltenden Ätzmittel zum Entfernen von Aluminiumoxid, dadurch gekennzeichnet, daß das Ätzmittel aus einer Lösung eines Fluorids in einem organischen Lösungsmittel besteht, wobei die Lösung praktisch wasserfrei und praktisch frei von Fluorwasserstoff ist
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Fluorid in dem verwendeten Ätzmittel Ammoniumfluorid eingesetzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als organisches Lösungsmittel
in dem verwendeten Ätzmitte! Äthylenglykoi eingesetzt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als organisches Lösungsmittel in dem verwendeten Ätzmittel Glycerin eingesetzt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als organisches Lösungsmittel in dem verwendeten Ätzmittel Eisessig eingesetzt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lösung verwendet wird, die höchstens 30 g Ammoniumfluorid pro Liter enthält
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lösung verwendet wird, die mindestens 10 g Ammoniumfluorid pro Liter enthält jo
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine auf einem Substrat angebrachte Schicht aus Aluminiumoxid durch Behandlung mit dem Ätzmittel wenigstens stellenweise entfernt wird. J5
9. Verfahren nach Anspruch 8. dadurch gekennzeichnet, daß durch die Entfernung der Aluminiumov.idschicht ein Aluminium-Substrat freigelegt wird.
10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine ao Aluminiumoberfläche durch die Behandlung mit dem Ätzmittel von etwa darauf gebildetem Aluminiumoxid gereinigt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10. dadurch gekennzeichnet, daß ein Körper, der eine Siliciumverbindung enthält, geätzt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11. dadurch gekennzeichnet, daß ein Körper, dessen Siliciumverbindung aus Siliciumoxid besteht, geätzt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 11. dadurch gekennzeichnet, daß ein Körper, dessen Siliciumverbindung aus Siliciumnitrid besteht, geätzt wird.
14. Anwendung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche bei der Herstellung von Halbleiteranordnungen.
DE2546316A 1974-10-18 1975-10-16 Verfahren zur Behandlung von Körpern mit einem Fluorid enthaltenden Ätzmittel und seine Anwendung bei der Herstellung von Halbleiteranordnungen Expired DE2546316C2 (de)

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