DE2227344B2 - Verfahren zum aetzen von oeffnungen in eine schicht aus organischem material - Google Patents
Verfahren zum aetzen von oeffnungen in eine schicht aus organischem materialInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ätzen von Öffnungen in eine auf der Oberfläche eines Substrats
aufgebrachten Deckschicht aus einem organischen Material, bei dem auf der Schicht eine Maskierungsschicht aus Photolack in einem den zu ätzenden
Öffnungen entsprechenden Muster aufgebracht wird.
An sich ist es bekannt, organische Schichten, die Metalloberflächen zum Schutz überziehen, an bestimmten
Stellen zu ätzen. Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise in der US-Patentschrift 33 31718 beschrieben.
Bei diesem Verfahren wird eine aus Polyimid bestehende Schutzschicht, die aus Aluminium bestehende
elektrische Kabel umgibt, an gewünschten Stellen durch Ätzen mit einer wäßrigen Alkalihydroxidlösung
entfernt. Das Verfahren ist in diesem Fall anwendbar, trotzdem auch die Aluminiumleiter des Kabels von der
Ätzlösung angegriffen werden, da das Alkalihydroxid das Polyimid viel schneller ätzt als das Aluminium.
Auch bei der Herstellung von integrierten Schaltungen wird die Verwendung von Schutzschichten dieser
Art seit langem angestrebt. So wird z. B. in der französischen Patentschrift 15 80 665 ein Verfahren zum
Herstellen von Schutzschichten aus Polyimid auf Halbleiterbauelementen beschrieben, wobei Öffnungen
in die halb gehärteten Polyimidschichten mittels organischer bzw. — wie oben beschrieben — mittels
anorganischer Basen geätzt werden. Bisher konnten dabei jedoch keine befriedigenden Ergebnisse erzielt
werden, da die auf der Oberfläche eines Halbleiterbauelementes aufgebrachten Leiterzüge, die gewöhnlich
aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen bestehen, nur eine Dicke von etwa 10 000 A haben, was zur Folge
hat, daß schon durch einen geringen Angriff des Ätzmittels zuviel Material des Leiters abgetragen wird.
Außerdem besteht die Gefahr, daß an den die Halbleiteroberflächen bedeckenden Oxidschichten, die
mit dem Ätzmittel in Berührung kommen, Metallionen
ίο adsorbiert oder wenigstens Ladungen in diese Oxidschichten
injiziert werden, was sich vor allem dann ungünstig auswirkt, wenn die Halbleiteranordnungen
Feldeffekttransistoren enthalten. Ein weiterer Nachteil der basischen Ätzung besteht darin, daß voll ausgehärtetes
Polyimid sich damit nicht mehr ätzen läßt Es ist deshalb notwendig, die Polyimidschichten vor dem
Ätzen nicht oder nur teilweise auszuhärten und den Aushärtevorgang nach dem Ätzen in einem zusätzlichen
Prozeßschritt vorzunehmen bzw. zu vollenden.
Es ist auch bekannt, polymerisierten Photolack als
Material für Schutzschichten beispielsweise auf Halbleitermaterial zu verwenden. Werden diese Photolackschichten
aber zum Ätzen von öffnungen in konventioneller Weise mit den bekannten flüssigen Entwicklern
behandelt, so tritt auch das Problem auf, daß die darunterliegende Oberfläche geschädigt wird. Dies tritt
pich* nur ein beim Entwickeln von Schichten aus positivem Photolack, von denen die bekanntesten aus
Novolaken bestehen und mit einer wäßrigen Alkalihydroxidlösup.g geätzt werden und wobei dann genau die
gleichen Probleme auftreten, wie oben beim Polyimid beschrieben worden ist, sondern auch — wenn auch
weniger gravierend — bei negativen Photolacken, die normalerweise mit einem Gemisch aus organischen
Lösungsmitteln entwickelt werden, die nicht so rein hergestellt werden können, wie es für kritische
Prozeßstufen in der Halbleitertechnik notwendig ist.
Obwohl also die Ätztechnik schon weit entwickelt ist, fehlt bisher noch ein Ätzprozeß, mit dem insbesondere
chemisch resistente, organische Deckschichten selektiv entfernt werden können, ohne dabei darunterliegende
Schichten aus anorganischen Materialien, wie z. B.
Metallen oder Oxiden, zu schädigen.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, mit dem in möglichst wenig Prozeßschritten
eine Schicht aus einem organischen Material selektiv geätzt werden kann und bei dem das darunterliegende
Substrat nicht angegriffen wird.
Die Aufgabe wird mit einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, das als Ätzmittel Ozon
verwendet wird und damit die nicht markierten Gebiete der Deckschicht und die Photolackschicht gleichzeitig
entfernt werden. Dieses Verfahren liefert immer dann ausgezeichnete Ergebnisse, wenn die Schicht aus dem
organischen Material auf einem Substrat aufgebracht ist, das von Ozon nicht angegriffen wird. Diese
Eigenschaft haben sehr viele technisch wertvolle anorganische Materialien, wie z. B. Metalle und Oxide.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat deshalb ein breites Anwendungsgebiet. Ozon wird aus Sauerstoff,
der kommerziell in höchster Reinheit erhältlich ist, in einfacher Weise mittels einer elektrischen Ladung
erzeugt. Es ist deshalb nicht zu befürchten, daß das Substrat bei dem Ätzvorgang verunreinigt wird.
Aus einer Veröffentlichung im IBM Technical Disclosure Bulletin, Bd. 10, Nr. 8 (Januar 1968) Seite
1260, ist es zwar bekannt, Photolack mit Hilfe von Ozon
von Halbleiterplättchen zu entfernen. Gerade aber
diese Verwendung hätte den Fachmann davon abbringen müssen, Ozon als Mittel zum selektiven Ätzen in
Gegenwart einer Maske aus Photolack zu verwenden.
Dadurch, daß die maskierende Photolackschicht während des Ätzens der Schicht entfernt wird, wird j
außerdem der normalerweise notwendige zusätzliche Prozeßschritt des Photolackablösens eingespart
Allerdings ist aus der US-Patentschrift 34 79 237 ein
Verfahren bekannt, bei dem eine Photolackmarke während eines Ätzschrirts entfernt wird. Jedoch besteht
dabei gegenüber dem erfindungsgemäßen Verfahren der wesentliche Unterschied, daß bei diesem Ätzschritt
die Photolackmaske nicht als Ätzmaske dient, sondern lediglich noch als überflüssiges Material vorhanden ist.
In der genannten US-Patentschrift dient die Photolackmaske als Ätzmaske bei der Herstellung einer selektiv
geätzten SiO2-Schicht, weiche als Ätzmaske beim Ätzen
einer Siliciumnitridschicht dient, wobei, d. h. bei diesem zweiten Ätzvorgang, die Photoladjnaske gleichzeitig
entfernt wird. Auf keinen FaU legt das in der US-Patentschrift offenbarte Verfahren den Gedanken
nahe, die Ätzmaske während des Ätzschrittes zu entfernen.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigen sich besonders, wenn als Substrat eine Halbleiteranordnung
und die Deckschicht aus dem organischen Material als Schutzschicht verwendet wird. Die
Oberflächen von Halbleiteranordnungen sind nämlich besonders empfindlich gegenüber Beschädigungen und
Verunreinigungen während des Herstellung.-prozesses. Schutzschichten erfüllen ihren Zweck, nämlich beispielsweise,
das darunterliegende Material vor Korrosion zu schützen, wenn sie aus einem chemisch relativ
resistenten organischen Material bestehen. Gerade aber solche Materialien lassen sich mit Ozon — im
Gegensatz zu vielen anderen Ätzmitteln — ätzen.
In vorteilhafter Weise läßt sich das erfindungsgemäße
Verfahren dann anwenden, wenn die Oberfläche der Halbleiteranordnung in den Bereichen, der in die
Deckschicht zu ätzenden öffnungen aus einem mit Ozon nicht reagierenden Material, vorzugsweise Aluminium
oder Siliciumdioxid, hergestellt wird, da gerade diese Materialien in der Halbleitertechnik eine sehr
verbreitete Anwendung finden.
Um die Ätzung in einer für ein Fabrikationsverfahren brauchbaren Zeit durchzuführen, ist es vorteilhaft, wenn
die Ätzbeliandlung mit Ozon bei erhöhter Temperatur,
vorzugsweise bei etwa 1000C durchgeführt wird.
Es ist vorteilhaft, das erfindungsgemäße Verfahren auf Deckschichten aus Polyimid anzuwenden. Polyimid
ist chemisch relativ resistent und hat günstige mechanische Eigenschaften. Deshalb ist seine Anwendung
beispielsweise in der Halbleitertechnik als Material für vor Korrosion und mechanisch schützende
Schutzschichten sehr wünschenswert. Das erfindungsgemäße Verfahren eliminiert Schwierigkeiten, die
bisher bei der Verwendung von Polyimid im Herstellungsverfahren aufgetreten sind. Mit Ozon läßt sich
Polyimid sowohl im vollständig ausgehärteten Zustand, was gegenüber der Anwendung anderer bekannter
Ätzmittel für Polyimid die Einsparung eines Prozeßschrittes ermöglicht, als auch in nicht oder in teilweise
gehärtetem Zustand ätzen.
In vorteilhafter Weise läßt sich das erfindungsgemäße
Verfahren auch auf Deckschichten aus Photolack anwenden.
Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben, die durch Zeichnungen erläutert
werden.
Die F i g. 1 -4 zeigen im Querschnitt einen Ausschnitt aus einem Siliciumplättchen in verschiedenen Stufen des
Herstellungsprozesses.
Die F i g. 1 zeigt ein Siliciumplättchen 10 mit einem Muster von Leiterzügen, die aus einer aufgedampften
Aluminiumschicht 12 von etwa 10 000 A Dicke hergestellt worden sind. Eine Passivierungsschicht 14 aus
Polyimid mit einer Schichtdicke von etwa 10 000 A
bedeckt die Aluminiumschichl 12 und die freiliegende
Oberfläche des Siliciumplättchens 10. Die Polyimidschicht 14 kann nach wohlbekannten Methoden, z. B.
Aufspinnen oder Siebdruck, aufgebracht werden. Diese Schicht darf voll ausgehärtet werden, da das Verfahren
in der Lage ist, voll ausgehärtetes Polyimid zu ätzen. Durch die Polyimidschicht 14 sollen Kontaktlöcher zu
der aus Aluminium bestehenden Verbindung 12 hergestellt werden. Es wird davon ausgegangen, daß das
Siliciumplättchen integrierte Schaltkreise mit den entsprechenden Transistoren, Dioden und Widerständen
enthält Die zugehörigen Diffusionsgebiete sind in der Zeichnung nicht gezeigt
Um die Kontaktlöcher, die normalerweise einen Durchmesser von etwa 70 μ haben, in der Polyimidschirht
14 herzustellen, wird eine Photolackschicht 16 ungefähr 10 000 A dick auf die Polyimidschicht 14
aufgeschleudert Wie in F i g. 2 gezeigt ist, wird nun in der Photolackschicht 16 mit den üblichen photolithographischen
Methoden durch Belichten und Entwickeln das Muster der gewünschten Kontaktlöcher 18 hergestellt.
Dann ist das Siliciumplättchen, wie es Fig.2 zeigt, vorbereitet, der Einwirkung des Ozons ausgesetzt zu
werden.
Die F i g. 3 und 4 zeigen die Ergebnisse des Ozonangriffs, der am besten bei einer Temperatur von
1000C erfolgt. Das Ozon kann erzeugt werden, indem ein Sauerstoffstrom von etwa 5 cm3 pro Minute durch
einen im Handel erhältlichen Ozonisator strömt. Das Ozon greift die Polyimidschicht 14 an den nicht von
Photolack beschichteten Stellen, entsprechend den Kontaktlöchern 18, an. Gleichzeitig mit dem Ätzen der
Konfiktlöcher in die Polyimidschicht 14 wird auch, wie
die F i g. 3 zeigt, die Photolackschicht 16 durch das Ozon angegriffen.
Wenn wie die Fig.4 zeigt, die Kontaktlöcher 18
fertiggeätzt sind, läßt man das Ozon noch so lange einwirken, bis der Photolack vollständig entfernt ist.
Normalerweise ist die Entfernung des Photolacks gleichzeitig mit dem Ätzen der Kontaktlöcher 18
beendet. Da das Ozon die verbliebene Polyimidschicht 14 angreifen wird, wenn der Photolack entfernt ist und
die Polyimidschicht zur Passivierung benötigt wird, sollte in der Praxis die Photolackschicht 16 so dick
aufgetragen werden, daß eine Polyimidschicht 14 genügender Dicke übriggeblieben ist, wenn die Kontaktlöcher
18 offen sind. Ein bequemer Weg, um dieses Ergebnis mit Sicherheit zu erzielen, ist es die
Polyimidschicht 14 von vornherein etwas dicker zu machen als für die Passivierung des integrierten
Schaltkreises notwendig ist. Dann tritt kein Problem auf, wenn nach der Entfernung der Photolackschicht 16
noch etwas von der Polyimidschicht 14 abgetragen wird.
Sind die Kontaktlöcher 18 bis zum Aluminiumleiterzug
12 durchgeätzt, so ist Überätzen unkritisch, da Ozon
das Aluminium nicht angreift. Die einzige Wirkung, die das Ozon auf das Aluminium hat, ist eine sehr dünne
Aluminiumoxidschicht auf seiner Oberfläche zu bilden. Diese Aluminiumoxidschicht ist unkritisch, da sie bei den
nachfolgenden Metallisierungsschritten abgetragen wird.
Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung genauer erläutern.
5 Beispiel 1
Ein Muster soll in eine Polyimidschicht von ungefähr 10 000 A Dicke, die sich auf einer aufgedampften
Aluminiumschicht von ungefähr 10 000 A Dicke befindet, geätzt werden. Eine im Handel erhältliche
Polyimidlösung wird verdünnt im Verhältnis 3 Gewichtsteile Polyimidlösung zu 1 Teil N-Methyl-2-pyrrolidon.
Die so verdünnte Polyimidlösung wird bei 2000 UpM innerhalb von 6 Minuten aufgeschleudert. Die
erhaltene Polyimidschicht wird durch '/2Stündiges Erhitzen bei 4000C vollständig gehärtet. Eine Photolackschicht
verdünnt im Verhältnis 3 Gewichtsteile Photolack zu 4 Teilen Xylol wird auf die Polyimidschicht
bei 3600 UpM innerhalb 1 Minute aufgeschleudert. Der Photolack wird bei 95°C 20 Minuten lang vorgeheizt.
Ein Muster von Löchern in einem Durchmesser von 10 μ wird mit den üblichen photolithographischen
Methoden in der Photolackschicht erzeugt. Anschließend wird bei 170°C eine Stunde lang nachgeheizt. Das
Halbleiterplättchen wird dann in einen Ozonisator gestellt und 80 Sekunden lang geätzt, indem bei 1000
Watt 5 cm3 Sauerstoff pro Minute, die einen Druck von 5 bis 10 Torr erzeugen, eingeleitet werden.
Eine nachfolgende Inspektion zeigt, daß der Photolack
vollständig entfernt worden ist, die Polyimidschicht bis zum Aluminium durchgeätzt worden ist und die
Löcher die vorgegebene Dimension haben. Die stehengebliebene Polyimidschicht ist unversehrt und bei
400facher Vergrößerung ist kein Angriff der 10 000 A dicken Aluminiumschicht feststellbar. Das Beispiel zeigt
daß das Verfahren dazu verwendet werden kann, Kontaktlöcher in Passivierungsschichten für integrierte
Schaltkreise aus Polyirnid zu ätzen, da man mit dem Prozeß Löcher mit 10 μ Durchmesser geätzt werden
können, während die üblichen Kontaktlöcher einen Durchmesser von 60 μ haben.
Das im ersten Beispiel beschriebene Verfahren wird wiederholt, jedoch wird in diesem Fall ein positiver
Photolack sowohl für die organische Schutzschicht als auch zum Maskieren dieser Schutzschicht verwendet.
Photolack wird auf ein Halbleiterplättchen bei 3400 UpM innerhalb 1 Minute aufgeschleudert, dann wird 1
Stunde geheizt bei 1600C, um die Schutzschicht herzustellen, die in diesem Fall auf einer 10 000 A
dicken, ein Siliciumplättchen bedeckenden SiCVSchicht aufgebracht wird. Nun wird eine zweite Schicht
Photolack aufgeschleudert, 15 Minuten bei 85° C geheizt, durch eine Maske mit einem Lochmuster mit
Löchern von 10 μ Durchmesser belichtet, entwickelt, und schließlich 30 Minuten lang bei 135°C nachgeheizt.
Das Siliciumplättchen wird dann dem Ozon, wie im Beispiel 1 beschrieben, ausgesetzt
Die nachfolgende Prüfung zeigt daß das Muster mit den im Durchmesser 10 μ messenden Löchern in die
erste Photolackschicht bis zum S1O2 durchgeätzt, die
zweite Photolackschicht entfernt und das S1O2 nicht angegriffen wurde. Das Beispiel zeigt daß die Erfindung
auch anwendbar ist für von Polyimid verschiedene Kunststoffe, daß sowohl Positiv- als auch Negativphotolack
verwendet werden kann und daß das Substrat nicht Aluminium sein muß. Werden andere organische
Materialien zum Abdecken, andere Maskierungsschichten,
und andere Substrate, wie oben beschrieben, eingesetzt so erhält man ähnlich vorteilhafte Resultate.
Zusammengefaßt läßt sich sagen, daß mit dem vorgeschlagenen Verfahren hochtemperaturbeständige
und chemisch widerstandsfähige organische Isoliermaterialien wie Polyimid, die einen z. B. aus Aluminium
bestehenden Metallfilm abdecken, geätzt werden können. Wird ein organisches Material, wie z. B.
Photolack, zum Maskieren benutzt so kann die Maskierungsschicht gleichzeitig mit dem Ätzvorgang
entfernt werden. Dadurch wird ein zusätzlicher Verfahrensschritt zur Entfernung des Photolacks
gespart Das Verfahren ist besonders geeignet für die Herstellung integrierter Schaltkreise.
Claims (7)
1. Verfahren zum Ätzen von öffnungen in eine auf der Oberfläche eines Substrats aufgebrachten
Deckschicht aus einem organischen Material, bei dem auf der Deckschicht eine Maskierungsschicht
aus Photolack in einem den zu ätzenden öffnungen entsprechenden Muster aufgebracht wird, dadurch
gekennzeichnet, daß als Ätzmittel Ozon verwendet wird und damit die nicht maskierten
Gebiete der Deckschicht (14) und die Photolackschicht (16) gleichzeitig entfernt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Substrat eine Halbleiteranordnung
(10) verwendet wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ätzbehandlung mit
Ozon bei erhöhter Temperatur, vorzugsweise bei etwa 1000C durchgeführt wird.
4. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 bei einem Substrat, das aus einer Halbleiteranordnung
(10) besteht, dessen oberste Schicht in den Bereichen der in der Deckschicht (14) zu ätzenden
öffnungen (18) aus einem mit Ozon nicht reagierenden Material, vorzugsweise Aluminium oder Siliciumdioxid
gebildet ist.
5. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 bei einer Deckschicht (14) aus
Polyimid.
6. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 5 bei einer Deckschicht (14) aus nicht oder nur
teilweise ausgehärtetem Polyimid.
7. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 bei einer Deckschicht (14) aus
Photolack.
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