NO118985B

NO118985B -

Info

Publication number: NO118985B
Application number: NO168092A
Authority: NO
Inventors: P Schmidt
Original assignee: Western Electric Co
Priority date: 1966-05-11
Filing date: 1967-05-10
Publication date: 1970-03-09
Also published as: IL27728A; US3438873A; GB1188507A; BE696330A; ES341094A1; NL6706537A

Description

Fremgangsmåte ved fremstilling av halvledende anordninger.

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte ved fremstilling av halvledende anordninger, særlig for formgivning av di-, elektriske overtrekk på en overflate av halvledende legemer.

Ved halvledende anordninger»særlig plane sådanne»som danner integrerte kretser, anvendes formede filmer eller filmsja-blonger som er avsatt på det halvledende legemes overflate for å danne masker både under diffusjons- og utfellingsprosessene. Disse filmer utgjor beskyttelser, og sådanne av silisiumoksyd er tidligere blitt anvendt, mens man senere er gått over til andre anorganiske forbindelser, såsom f.eks. silisiumnitrid, aluminiumoksyd og bland-ede silikater, såsom aluminiumsilikat.

Silisiumoksyd har vært av særlig interesse som folge av at det med fordel kan anvendes i forbindelse med den kjente fotoresist- prosess, særlig motstanden av organisk fotoresist likeoverfor

flussyre, det vanligvis brukte etsemiddel for silisiumoksyd. Imidlertid er de ovennevnte materialer, som for byeblikket er av stbrst interesse, ikke så gunstige som silisiumoksyd, idet de i visse tilfelle krever etsemidler som angriper den organiske fotoresist. Således angriper f.eks. fosforsyre, et vanlig brukt etsemiddel for silisiumnitrid, fotoresist-materialene som fblgelig ikke kan anvendes ved avmasking av halvledende legemer.

En av hensiktene med foreliggende oppfinnelse er å for-enkle fremstillingen av halvledende anordninger og forandre etsbar-heten av visse anorgåniske filmer ved en anodisk behandling.

Nærmere bestemt angår oppfinnelsen en fremgangsmåte ved fremstilling av halvledende anordninger, og det særegne ved oppfinnelsen er at der på overflaten av et halvlederlegeme dannes en fbrste og annen dielektrisk film, idet den fbrste film er i overensstemmelse med et maskemonster og den annen film dekker hele overflaten, at filmene utsettes for en anodisk behandling hvorved opplbseligheten endres av de deler av den annen film som ikke grenser til den fbrste maskefilm, og at nevnte legeme behandles i en etsende opplbsning som»angriper bare de deler av den annen film som har endret opplbselighet.

Masken kan være i kontakt med halvlederlegemets overflate og den annen film ligge ovenpå masken, eller man kan også gå frem på omvendt måte.

Oppfinnelsen skal forklares nærmere i det fblgende under henvisning til tegningen, på hvilken fig. 1 viser et snitt av et halvledende legeme med forskjellige anorganiske overtrekk, fig. 2 et snitt av et bad for anodisk behandling av det på fig. 1 viste legeme, fig. 3 samme legeme neddykket i et etsebad etter anodiser-ingen, og fig. 4 legemet ved den videre behandling for å danne en maske i overensstammelse méd oppfinnelsen.

Fig. 1 viser et halvledende legeme 10 med organiske overtrekk på den ene overflate. Underlagsskiven 11 er av silisium og utgjor bare en liten dei av en stbrre skive av halvledende silisium. Det er innlysende at den nedenfor beskrevne behandling vil bli foretatt på hele skiven. Hensikten med behandlingen av skiven 11 er å tilveiebringe en egnet maske som i dette tilfelle omfatter er lag av silisiumnitrid som dekker legemets ovre overflate unntatt det parti 14 som ikke er dekket av silisiumoksyd. 1 henhold til en spesiell behandlingsteknikk dannes et overtrekk av silisium oksyd enten ved at overtrekket bringes til å vokse under termisk behandling eller bringes til å slå seg ned. Derpå avsettes en fotoresist-maske på oversiden av overtrekket 12 for å utsette partiet 14 for lys. Den avmaskede overflate behandles derpå med flussyre som ved etsing vil fjerne det oksyd som er blitt utsatt for lysets virkning og således frilegge partiet 14. Et overtrekk av silisiumnitrid 13 dannes derpå over hele den avmaskede overflate» således at dette annet overtrekk både vil dekke det gjenværende oksydovertrekk 12 og overflatepartiet 14.

Etter denne behandling anbringes legemet 10 i et bad for anodisk behandling, se fig. 2. Badets beholder er betegnet med 21 og er fremstilt av et materiale som er motstandsdyktig mot den elektrolytt som anvendes. Beholderen har i bunnen en brbnn, hvis tverrsnittsareal er mindre enn tverrsnittsarealet av legemet 10, således at de to rom adskilles når legemet 10 bringes i den på fig.

2 viste stilling. De to elektrolytter, den katodiske elektrolytt

22 og den anodiske elektrolytt 23, utgjbres av en opplbsning av pyrofosforsyre i tetrahydrofurfuryl-alkohol. En annen brukbar elektrolytt består av en opplbsning av kaliumnitritt i tetrahydrofurfuryl. Begge deler av badet inneholder platina-elektroder 24

og 25 som er forbundet med en 1ikestrbmkilde 26.

Ved en spesiell utfbrelse hadde silisiumoksydovertrekket 12 en tykkelse på ca. 3000 Å og silisiumnitridovertrekket 13 en tykkelse på ca.. 860 Å. Elektrolytten var en opplbsning av 7,5 volum% pyrofosforsyre i tetrahydrofurfuryl-alkohol. Over legemet 10 ble der påtrykt et felt som ga en i det vesentlige konstant strbm på 5 mA/cm inntil spenningen steg til 380 V. I lbpet av denne periode ble silisiumlegemet 10 omdannet til silisiumoksyd på over-flateområdet 14.

Deretter ble legemet fjernet fra badet og ved hjelp av en pinsett 33 overfort til et etsebad 32 i en beholder 31. Etsebadet besto av pufferet flussyre som i lbpet av ca. 10 sek. opploste alle de deler av overtrekket 13 som ikke dekket oksydmasken 12. Det ferdige produkt er vist på fig. 4, ifblge hvilken maskene av silisiumoksyd 12 og silisiumnitrid 13 etterlater en ikke-masket del 14 av skiven 11.

Ved den beskrevne behandling blir silisiumnitridovertrekket mottagelig for en selektiv forming ved avmasking når der anvendes flustyré som etsemiddel. Dette etsemiddel kan anvende» sammen med alle de bvrige materialer som brukes. Ennvidere er etsemidlets angrepshastighet meget stbrre når filmene har vært utsatt for en anodisk behandling, enn når denne forbehandling ikke anvendes. Fjernelsen av nitridet finner sted for der skjer noen nevneverdig etsing av oksydet. Den beskrevne anodiske behandling egner seg ved et silisiummateriale med en middels lav motstandsevne» Hvis skiven 11 imifllertid har hby motstandsevne, er det onskelig å slippe lys inn i cellen på det halvledende legeme under den anodiske behandling for å danne et tilstrekkelig minimum av bærere i silsiummaterialet ved optisk injeksjon for å opprettholde den nbdvendige strømstyrke.

Oet er også kjent at den anodiske behandling kan foretas ved en i det vesentlige konstant spenning og avtagende strbm. I dette tilfelle vil imidlertid elektrolytten bli oppvarmet.

Ved en annen utfbrelse ble en silisiumnitridfilm 13 av

omtrent den dobbelte tykkelse i forhold til det ovennevnte eksempel anvendt og derpå samme behandling foretatt. En film av en tykkelse på 1750 Å hadde etter den anodiske behandling en delvis opplbselighet i pufferet flussyre, og i lbpet av 10 sek ble nitridfilmen re-dusert til en tykkelse på ca. 870 Å, ved hvilken tykkelse etsing i det vesentlige opphbrte. Legemet blir derpå utsatt for en ytter-ligere anodisk behandling til 380 V nivået og derpå igjen etset for å få fjernet sitt nitrid som ikke var avmasket.

Fremgangsmåten ifblge oppfinnelsen kan også anvendes i forbindelse med andre anorganiske overtrekk, såsom aluminiumoksyd-filmer og filmer av en blanding av aluminiumoksyd og silisiumoksyd av silikattypen. Fremgangsmåten kan også anvendes ved silisium-karbidfilmer som kan omdannes til silisiumoksyd ved anodisk behandling og derved bli opplbselige i flussyre.

Ved de ovenfor beskrevne utfbrelser av oppfinnelsen ble der anvendt en silisiumoksyd-filmmaske under et silisiumnitridover-trekk. Det er imidlertid også mulig å anbringe et nitrid- eller aluminiumoksyd-overtrekk på det halvledende legemes overflate og anbringe en silisiumoksydmaske utenpå det fbrste overtrekk. Man kan også anvende andre stoffer enn silisiumoksyd for avmasking. Generelt sett kan en hvilkensomhelst dielektrisk film som er uopp-lbselig i elektrolytten, utsettes for en anodisk behandling. Således har det f.eks. vist seg at et organisk fotoreaist-materiale kan anvendes som maske ved den anodiske behandling. 1 stedet for å forandre uopplbseligheten av anorganiske, dielektriske filmer som beskrevet ovenfor, kan man også gjbre et ailisiumoksyd-overtrekk som er dannet ved termisk vekst, mer opplbselig ved at det utsettes for anodisk behandling. En sådan film blir ennu mer opplbselig ved anodisk behandling, hvor den påtrykte spenning er over 1 V for hver 5 Å oksydtykkelse• Hvis et silisium-oksytibelegg som er dannet ved termisk vekst, således anvendes som dielektrisk maske, må det ha en tilstrekkelig tykkelse til å kunne motstå den spenning som påtrykkes ved den anodiske behandling. Tykkelsen uttrykt i A må være mer enn 5 ganger den maksimale påtrykte spenning uttrykt i V.

En annen faktor som er av betydning for fremgangsmåten ifblge oppfinnelsen, er valget av den anvendte elektrolytt, idet denne er avgjorende for forandringen av den dielektriske films opplbselighet. Det har vist seg at elektrolyttopplbsningen fortrinns-vis bare bor inneholde opplbsningsmolekyler og elektrolyttiske anioner av stor stbrrelse. Ved et eksperiment ved hvilket en kry-stallinsk aluminiumoksydfilm ble utsatt for anodisk behandling i en opplbsning av ammonium-pentaborat i vann, ble filmen riktignok.ane-disert, men beholdt sin opplbselighet i flussyre. Den anodiske behandling ble gjentatt i en opplbsning av pyrofosforsyre i tetra-hydrof urf uryl-alkohol , hvilket gjorde filmen opplbselig i flussyre. Det antas at i fbrstnevnte tilfelle trengte de små oksygen- eller hydroksyl-ioner gjennom den krystallinske aluminiumoksydfilm langs korngrenser eller langs klbvningsplan, således at nytt oksyd som utelukkende dannes på overgangen mellom silisiumoksyd og aluminiumoksyd, gjor at aluminiumoksydftimen forblir uforandret med hensyn til sineegenskaper. I det annet tilfelle var der ingen små anioner til disposisjon, og filmveksten oppsto sannsynligvis gjennom tykkelsen av den foreliggende aluminium-oksydfilm, hvilket bevirket at den kjemiske sammensetning ble forandret og filmen ble gjort opplbselig.

Claims

1*Fremgangsmåte ved fremstilling av halvledende anordninger,karakterisert vedat der på overflaten av et halvlederlegeme dannes en fbrste og annen dielektrisk film, idet den fbrste film er i overensstemmelse med et maskembnster og den annen film dekker hele overflaten, at filmene utsettes for en anodisk behandling hvorved opplbseligheten endre<s>Se deler av den annen film som ikke grenser til den fbrste maskefilm, og at nevnte legeme behandles i en etsende opplbsning som angriper bare de deler av den annen

film som har endret opplbselighet.

2. Fremgangsmåte ifolge krav 1,karakterisertved at masken er i kontakt med halvlederlegemets overflate og at den annen film ligger ovenpå masken.

3. Fremgangsmåte ifolge krav 1,karakterisertved at den annen film er i kontakt med halvlederlegemets overflate og at masken ligger ovenpå den annen film.

4. Fremgangsmåte ifolge et av de foregående krav,karakterisert vedat der på overflaten av et halvlederlegeme dannes en fbrste film av silisiumoksyd og en annen film av silisiumnitrid, aluminiumoksyd, aluminiumsilikater eller silisiumkar-bid.

5. Fremgangsmåte ifolge et av de foregående krav,karakterisert vedat den anodiske behandling består i at legemet anbringes i en elektrolytt, idet der påtrykkes et elektrisk felt. over legemet og gjennom filmene i en tid som er tilstrekkelig til å oke opplbseligheten av deler av den annen film.

6. Fremgangsmåte ifolge krav 5,karakterisertved at det elektriske felt påtrykkes ved konstant strom, idet spenningen stiger til et forutbestemt nivå.

7. Fremgangsmåte ifolge krav 5,karakterisertved at det elektriske felt påtrykkes ved konstant spenning, idet strbmmen tillates å synke inntil i det vesentlige hele den påtrykte spenning fremkommer ovdr den dielektriske film.