PL61482B1 - - Google Patents

Description

Pierwszenstwo: 11. V. 1966 Stany Zjednoczone Ameryki Opublikowano: 10, XII. 1970 61482 KI. 21 g, 11/02 MKP H 01 1,7/34 IiiilioterJ Wlasciciel patentu: Western Electric Company Incorporated, Nowy Jork Stany Zjednoczone Ameryki Sposób wytwarzania przyrzadów pólprzewodnikowych Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarza¬ nia przyrzadów pólprzewodnikowych.W czasie wytwarzania przyrzadów pólprzewodni¬ kowych, zwlaszcza ukladów scalonych, na po¬ wierzchni plytki pólprzewodnikowej wytwarza sie warstwy spelniajace role masek w procesie dy¬ fuzji i osadzania. Warstwy takie stanowia równiez ochrone powierzchni plytki przed wplywem czyn¬ ników zewnetrznych. Dotychczas warstwy takie by¬ ly zwykle wytwarzane jako warstwy z tlenku krzemu. Ostatnio prowadzi sie badania nad zasto¬ sowaniem warstw ze zwiazków nieorganicznych, "ha przyklad z azotku krzemu, tlenku glinu oraz krze¬ mianów, zwlaszcza krzemianu glinu.Wytwarzanie warstw ochronnych z tlenku krze¬ mu jest szeroko stosowane ze wzgledu na mozli¬ wosc stosowania procesu fotolitografii z wykorzy¬ staniem warstwy swiatloczulej emulsji organicznej odpornej na dzialanie fluorowodoru, stanowiacego czynnik stosowany do wytrawiania tlenku krzemu.Wyzej wspomniane zwiazki nieorganiczne, wzbu¬ dzajace obecnie szerokie zainteresowanie, wyma¬ gaja w niektórych wypadkach w celu ich wytra¬ wienia zastosowania zwiazków, które trawia rów¬ niez organiczna emulsje swiatloczula. Na przyklad, kwas fosforowy stosowany do trawienia azotku krzemu, trawi równiez emulsje swiatloczula. Unie¬ mozliwia to zastosowanie jej jako warstwy masku¬ jacej.Celem wynalazku jest uproszczenie technologii wytwarzania przyrzadów pólprzewodnikowych przez zmiane odpornosci cienkich warstw ze zwiazków nieorganicznych na trawienie.Cel ten osiagnieto wedlug wynalazku w ten spo- 5 sób, ze na powierzchni plytki pólprzewodnikowej wytwarza sie warstwe dielektryka, na przyklad dwutlenku krzemu, w której wykonane sa otwory.Nastepnie na calej powierzchni plytki, na wymie¬ niona warstwe dielektryka naklada sie druga war- io stwe, na przyklad z azotku krzemu, tlenku glinu, krzemianu glinu lub weglika krzemu. Calosc pod¬ daje sie nastepnie procesowi anodyzacji zmienia¬ jacemu rozpuszczalnosc tych czesci drugiej war¬ stwy, które nie przylegaja do warstwy pierwszej. 15 Obie warstwy poddaje sie po tym procesowi tra¬ wienia w takim roztworze, który trawi tylko te czesci warstwy drugiej, które maja zmieniona roz¬ puszczalnosc.Wedlug innej odmiany sposobu wedlug wyna- 20 lazku, na powierzchni plytki pólprzewodnikowej wytwarza sie pierwsza warstwe, na przyklad z azotku krzemu, tlenku glinu, krzemianów glinu lub weglika krzemu. Na pierwsza warstwe naklada sie warstwe druga, na przyklad z tlenku krzemu, 25 w której wykonane sa otwory. Obie warstwy pod¬ daje sie nastepnie procesowi anodyzacji, zmienia¬ jacemu rozpuszczalnosc tych czesci pierwszej war¬ stwy, które nie przylegaja bezposrednio do war¬ stwy drugiej. Nastepnie warstwy te trawi sie 30 w roztworze, który trawi tylko te czesci pierwszej 6148261482 warstwy, których rozpuszczalnosc zostala zmie¬ niona.Wynalazek jest blizej objasniony na podstawie rysunku na którym fig. 1 przedstawia plytke pól¬ przewodnikowa z warstwami zwiazków nieorga¬ nicznych wytworzonymi na jej powierzchni, fig. 2 przedstawia urzadzenie do anodyzacji, fig. 3 przed¬ stawia plytke pólprzewodnikowa zanurzona w roz¬ tworze trawiacym, a fig. 4 przedstawia te plytke po wytrawieniu.Przedstawiona na fig. 1 pólprzewodnikowa plyt¬ ka 2 ma na swojej powierzchni izolacyjne warstwy *3, 5 materialów nieorganicznych.W celu wytworzenia na powierzchni pólprzewod¬ nikowej plytki 2 warstwy maskujacej, skladajacej sie z warstwy 5 azotku krzemu, pokrywajacej po¬ wierzchnie plytki 2 oprócz czesci 4 powierzchni, okreslonej za pomoca warstwy 3 dwutlenku krzemu, pólprzewodnikowa plytke 2 pokrywa sie na calej powierzchni warstwa 3 dwutlenku krzemu. War¬ stwe te wytwarza sie znanymi sposobami za pomo¬ ca wzrostu termicznego lub przez osadzanie. Na¬ stepnie na powierzchni warstwy 3 wytwarza sie maske tak, by odslonieta byla tylko ta czesc war¬ stwy 3, która przylega do czesci 4 powierzchni plytki 2.W procesie trawienia roztwór fluorowodoru usu¬ wa tylko te czesc warstwy 3, która jest odslonieta, odkrywajac czesc 4 powierzchni plytki 2. Nastepnie na calej powierzchni plytki 2 wytwarza sie war¬ stewke 5 azotku krzemu, która pokrywa pozostala czesc warstwy 3 i odkryta czesc 4 powierzchni plytki 2. Nastepnie zanurza sie wytwarzany, pól¬ przewodnikowy przyrzad 1 w kapieli w urzadze¬ niu do anodyzacji pokazanym na fig. 2. Urzadzenie to sklada sie z pojemnika 6 wykonanego z mate¬ rialu odpornego na dzialanie zawartego w nim elektrolitu. Pojemnik 6 ma czesc o zmniejszonym przekroju, która jest oddzielana od czesci glównej pojemnika 6 za pomoca plytki 2. Przeciwlegle po¬ wierzchnie plytki 2 stykaja sie z kapielami elek¬ trolitycznymi o przeciwnych polaryzacjach. Kato¬ dowy elektrolit 7 i anodowy elektrolit 8 sa roz¬ tworami kwasu pirofosforowego w alkoholu czte¬ rowodorofurfuryIowym. Innym elektrolitem nadaja¬ cym sie do zastosowania jest roztwór azotynu po¬ tasowego w alkoholu czterowodorofurfur.ylowym.W obu elektrolitach 7 i 8 zanurzone sa platynowe elektrody 9, 10 polaczone ze zródlem 11 pradu sta¬ lego.Przyklad I. Warstwa 3 dwutlenku krzemu ma grubosc okolo 3 000 A, a warstwa 5 azotku krze¬ mu ma grubosc okolo 860 A. Elektrolit jest roz¬ tworem 7,5*/o wagowych kwasu pirofosforowego w alkoholu czterowodorofurfurylowym. W plytce 2 wytwarzane jest pole elektryczne, na skutek prze¬ plywu pradu stalego o gestosci 5 mA/cm2. Prze¬ plyw pradu utrzymuje sie tak dlugo, az napiecie osiagnie wartosc 380 V. Czesc 4 powierzchni plytki 2 lezaca pod warstwa 5 azotku krzemu, do której nie przylega warstwa 3, zostaje w tym czasie utle¬ niona.Nastepnie pólprzewodnikowy przyrzad 1 wyj¬ muje sie z urzadzenia do anodyzacji i jak poka- 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 zanó na fig. 3, zanurza sie, stosujac pincete 12, w trawiacym roztworze 13, znajdujacym sie w po¬ jemniku 14. Roztworem trawiacym jest buforowy roztwór fluorowodoru. Roztwór ten w ciagu 10 se¬ kund rozpuszcza te czesc warstwy 5 azotku krze¬ mu, która nie przylega do warstwy 3 dwutlenku krzemu. Uzyskuje sie przedstawiony na fig. 4 pól¬ przewodnikowy przyrzad 10 z przylegajacymi do siebie warstwa 3 dwutlenku krzemu i warstwa 5 azotku krzemu oraz z niezamaskowana czescia 4 powierzchni pólprzewodnikowej plytki 2.Wytworzona w ten sposób warstwa azotku krze¬ mu pelni role maski, która mozna nastepnie po¬ nownie trawic. Czynnikiem trawiacym moze byc fluorowodór stosowany równiez do trawienia in¬ nych materialów maskujacych. Szybkosc trawienia jest dla warstwy anodyzowanej wielokrotnie wiek¬ sza niz dla warstw nie poddanych anodyzacji. Szyb¬ kosc trawienia azotku jest przy tym wielokrotnie wieksza od szybkosci trawienia dwutlenku krzemu.Proces anodyzacji opisany powyzej nadaje sie do stosowania w przypadku krzemu o sredniej lub malej opornosci. Jezeli opornosc plytki krzemowej jest duza, kapiel elektrolityczna wraz z plytka podczas procesu anodyzacji nalezy oswietlac, co powoduje wzrost koncentracji nosników mniejszo¬ sciowych, majacy wplyw na prad nosników mniej¬ szosciowych, a przez to na wzrost calkowitego pradu plynacego przez plytke.Proces anodyzacji moze równiez przebiegac przy stalym napieciu i malejacym pradzie. W takim przypadku elektrolit zwieksza swa temperature.Przyklad II. Plytka zostala pokryta warstwa 5 azotku krzemu o grubosci dwa razy wiekszej niz w przykladzie I. Po przeprowadzeniu anodyzacji, warstwe 5 rozpuszcza sie czesciowo w buforowym roztworze fluorowodoru i w ciagu 10 sekund gru¬ bosc jej redukuje se do 870 A, po czym dalsze wy¬ trawianie zostaje przerwane. Plytke poddaje sie nastepnie dalszej anodyzacji az do uzyskania na plytce napiecia 380 V, po czym plytke ponownie trawi sie w celu zdjecia calej grubosci niezamasko- wanej warstwy 5 azotku krzemu.Opisany powyzej sposób stosuje sie równiez gdy warstwa 5 jest z innego materialu niz azotek krze¬ mu,., na przyklad z tlenku glinu lub z krzemianów oraz z weglika krzemu, który podczas anodyzacji przeksztalca sie w dwutlenek krzemu.W powyzszym przykladzie warstwa azotku krze¬ mu zostala nalozona na warstwe dwutlenku krze¬ mu. Stosuje sie równiez taka kolejnosc wykonania warstw, ze warstwa bezposrednio przylegajaca do podloza jest azotek lub tlenek aluminium, na który naklada sie warstwe dwutlenku krzemu. Mozna równiez stosowac warstwy maskujace z materia¬ lów innych niz dwutlenek krzemu. Jako material maskujacy moze byc uzyty kazdy dielektryk nie¬ rozpuszczalny w elektrolicie uzytym w procesie anodyzacji. Stwierdzono na przyklad, ze .warstwa maskujaca w procesie anodyzacji moze byc orga¬ niczna emulsja swiatloodporna.Warstwa dwutlenku krzemu, wytworzona przez termiczne narastanie, jest latwiej rozpuszczalna po poddaniu jej anodyzacji. Anodyzacja powoduje5 61482 6 zwiekszenie rozpuszczalnosci dwutlenku krzemu, jezeli w czesci procesu anodyzacji napiecie na kaz¬ de piec angstremów grubosci warstwy tlenku jest wieksze niz jeden wolt Grubosc warstwy dwu¬ tlenku krzemu, spelniajacej role maski dielektryka, musi byc zatem wystarczajaco duza, aby wytrzy¬ mywac przylozone napiecie. Grubosc warstwy w A musi byc piec razy wieksza niz maksymalna war¬ tosc przylozonego napiecia.Istotnym zagadnieniem przy stosowaniu sposobu wedlug wynalazku, jest dobór elektrolitu zastoso¬ wanego do anodyzacji, gdyz od tego zalezy zmiana rozpuszczalnosci warstwy dielektryka. Roztwór ele¬ ktrolitu powinien zawierac tylko czasteczki roz¬ puszczalnika i aniony o duzej wielkosci.Przyklad III. W przeprowadzonym doswiad¬ czeniu warstwe krystalicznego tlenku glinu podda¬ no anodyzacji w wodnym roztworze piecioboranu amonu. Po anodyzacji warstwa ta byla nierozpusz¬ czalna we fluorowodorze. Proces anodyzacji pow¬ tórzono stosujac roztwór kwasu pirofosforowego w alkoholu czterowodorofurfurylowym. Po tej ano¬ dyzacji warstwa byla rozpuszczalna we fluorowo¬ dorze.W pierwszym przypadku male jony tlenu grupy wodorotlenowej przechodzily przez warstewke kry¬ stalicznego tlenku glinu wzdluz granic ziaren w ta¬ ki sposób, ze utworzona zostala nowa warstwa tlenku wylacznie na powierzchni styku krzemu z tlenkiem glinu, nie powodujac zmian wlasnosci warstwy tlenku glinu. W drugim przypadku, w roztworze nie wystepowaly male aniony i war¬ stwa tlenku narastala w calym obszarze istniejacej warstwy tlenku aluminium, zmieniajac jej wlas¬ nosci chemiczne i powodujac wzrost jej rozpusz¬ czalnosci. PL PL

Claims (4)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Sposób wytwarzania przyrzadów pólprzewodni¬ kowych, wedlug którego na powierzchnie pól¬ przewodnikowej plytki zostaje nalozona pierwsza warstwa, na przyklad z tlenku krzemu, w któ¬ rej wykonuje sie otwory, znamienny tym, ze na te warstwe (3) naklada sie druga warstwe (5), korzystnie z azotku krzemu, tlenku glinu, krze- 5 mianow glinu lub weglika krzemu, pokrywajac cala powierzchnie plytki (2) pólprzewodnikowe¬ go przyrzadu (1), a nastepnie wymienione war¬ stwy (3) i (5) poddaje sie anodyzacji, w celu uzyskania zmiany rozpuszczalnosci tych czesci 10 drugiej warstwy (5), które nie stykaja sie z pierwsza warstwa (3), po czym obie warstwy (3) i (5) trawi sie w roztworze (13), przez co powoduje sie usuniecie tylko tych czesci dru¬ giej warstwy (5), których rozpuszczalnosc ule- 15 gla zmianie.

2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze anodyzacje przeprowadza sie przez zanurzenie pólprzewodnikowego przyrzadu (1), zlozonego z pólprzewodnikowej plytki (2) i warstw (3) i (5) 20 w elektrolicie (7) i poddanie go dzialaniu pola elektrycznego w celu wywolania zwiekszenia rozpuszczalnosci odpowiednich czesci drugiej warstwy (5).

3. Odmiana sposobu wedlug zastrz. 1, znamienna 25 tym, ze na wykonana na powierzchni pólprze¬ wodnikowej plytki warstwe tlenku : krzemu, tlenku glinu,. krzemianów glinu, lub weglika krzemu naklada sie druga warstwe, na przy¬ klad tlenku krzemu, w której wykonane sa 30 otwory, po czym calosc poddaje sie anodyzacji, w celu uzyskania zmiany rozpuszczalnosci tych czesci pierwszej warstwy, które nie stykaja sie z druga warstwa, a nastepnie obie warstwy pod¬ daje sie trawieniu w roztworze, który trawi tyl- 35 ko te czesci pierwszej warstwy, których roz¬ puszczalnosc zostala zmieniona.

4. Sposób wedlug zastrz. 3, znamienny tym, ze anodyzacje przeprowadza sie przez zanurzenie plytki pólprzewodnikowej wraz z wymieniony- 40 mi warstwami w elekrolicie i poddanie ich dzia¬ laniu pola elektrycznego, w celu zwiekszenia rozpuszczalnosci wymienionych czesci drugiej warstwy.KI. 21 g, 11/02 61482 MKP H 01 1, 7/34 Si3N4 Fig. 4 KZG 1 z. 366/70 240 PL PL