DE2529865C2 - Wäßrige Ätzlösung zum selektiven Ätzen von Siliciumdioxidschichten auf Halbleiterkörpern - Google Patents
Wäßrige Ätzlösung zum selektiven Ätzen von Siliciumdioxidschichten auf HalbleiterkörpernInfo
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Description
15
Die vorliegende Erfindung betrifft eine wäßrige, Flußsäure und das Ammoniumsalz einer Carbonsäure
enthaftende Ätzlösung zum selektiven Ätzen von Siliciumdioxidschichten auf Halbleiterkörpern.
Bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen aus der Grundsubstanz Silicium, welche durch Diffusion
eingebrachte Gebiete enthalten, ist es üblich, während des Herstellungsverfahrens Oxidschichten aufzubringen,
beispielsweise Schutzschichten aus Siliciumdioxid, weiche die Oberfläche dieser Halbleiterkörper bedekken
und während der Diffusionsprozesse eine selektive Umwandlung des Leitfähigkeitstyps diskreter Bereiche
des Halbleiterkörpers ermöglichen. Hierzu wird zunächst die gesamte Oberfläche des Halbleiterkörpers
mit einer Siliciumdioxidschicht bedeckt. Teile dieser Oxidschicht werden an mittels Photolackmasken vorherbestimmten
Steilen entfernt, um die darunterliegenden Stellen des Halbleitermaterials freizulegen, an
denen man Dotierungsstoffe zur Festlegung der jeweiligen Leitungseigenschaften einbringen möchte.
Die Oxidabdeckung bildet hierbei eine schützende Maske bezüglich einer sich anschließenden Diffusion
und erlaubt daher eine Steuerung der durch Diffusion zu erzeugenden Geometrie des Halbleiterkörpers.
Siliciumdioxid wird von den Halbleiteroberflächen durch eine Ätzlösung entfernt, die das Oxid, aber nicht
das darunterliegende elementare Halbleitermaterial angreift. Die in der Mikroelektronik üblicherweise
verwendeten Ätzlösungen bestehen aus mit Ammoniumfluorid gepufferter Flußsätre, wobei sich Gemische
aus 50%iger wäßriger Flußsäure und 40%iger wäßriger Ammoniumfluoridlösung im Volumenverhältnis 1 :7 bis
1 :20 hinsichtlich ihrer Ätzeigenschaften und ihrer Agressivität gegenüber üblichen Photolacken am
günstigsten verhalten (DBP 16 21 477).
Es ist auch bekannt (US-PS 31 07 188), zur Vermeidung der Unterätzung von Photolackmasken eine
Ätzlösung auf der Basis von Ammoniumfluorid und Flußsäure mit einem Gehalt an Phosphorsäure zu
verwenden.
Weiterhin ist bekannt (DOS 19 51 968), zum Abtragen von Siliciumdioxidschichten über Schichten aus Magnetmaterialien
eine Ätzlösung auf der Basis von Ammoniumfluorid und Flußsäure mit einem Gehalt an
Arsentrioxid oder Thallium(I)fluorid zu verwenden, um den Abtrag der magnetischen Materialien während der
gesamten Ätzzeit möglichst niedrig zu halten.
Nachteilig an allen Ätzlösungen auf der Basis von Ammoniumfluorid und Flußsäure ist jedoch, daß das
Ammoniumfluorid, welches den Hauptbestandteil dieser Ätzlösungen darstellt, bereits bei der Lagerung unter
Bildung einer beträchtlichen Menge von Ammoniumhydroxid nach folgender Gleichung hydrolysiert:
2 NH4FH-H2Oi=SNH4OHn-NH4HF2
Um die Siliciumdioxid-Ätzrate konstant zu halten, müssen unterschiedliche Mengen Flußsäure zur Neutralisation
des Ammoniumhydroxids zugesetzt werden. Die Bildung von Ammoniumhydroxid findet auch nach der
Zugabe von Fiußsäure statt, was eine Änderung des pH-Werts und der Siliciumdioxid-Ätzrate zur Folge hat
und deshalb eine Ätzratenkorrektur erforderlich macht Um die Aufbewahrung von mit Ammoniumfluorid
gepufferter Flußsäure zu vermeiden, wurde bereits von L H. Kaplan, IBM-TDB, Vol. 9, Nr. 10, März 1967, Seite
1265, vorgeschlagen, Ammoniumfluoridlösung mit einer Mineralsäure, deren pK-Wert zwischen 1 und 4 liegt,
anzusäuern. Die erhaltene Lösung stellt ein Ätzmittel für Siliciumdioxid dar.
Nachteilig an Ätzlösungen auf der Basis von Ammoniumfluorid und Fiußsäure ist weiterhin, daß sie
je nach Mischungsverhältnis einen pH-Wert von etwa 4,5 bis 5,5 besitzen, wodurch die Abscheidung elektropositiver
Metalle wie Kupfer, Arsen und Edelmetallen aus der Äizlösung auf der Siliciumoberfläche begünstigt
wird. Dies ist in der Halbleitertechnologie unerwünscht
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine wäßrige Ätzlösung zum selektiven Ätzen
von Siliciumdioxidschichten auf Halbleiterkörpern anzugeben, deren Zusammensetzung sich selbst während
längerer Aufbewahrung im Laboratorium nicht ändert, die gute Ätzeigenschaften bezüglich Siliciumdioxid
besitzt und die üblicherweise verwendeten Photolackmasken nicht angreift.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine wäßrige, Flußsäure und das Ammoniumsalz einer
Carbonsäure enthaltende Ätzlösung gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie Ammoniumeitrat oder
Ammoniumformiat enthält.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung enthalten die Ätzlösungen 50%ige wäßrige Flußsäure
und eine konzentrierte wäßrige Lösung von Ammoniumcitrat oder Ammoniumformiat in einem Verhältnis
von 1 :4 bis 1 : 20.
Im Vergleich mit Ätzlösungen auf der Basis von Ammoniumfluorid und Flußsäure besitzen die erfindungsgemäßen
Ätzlösungen folgende Vorteile: Die Ätzrate von Siliciumdioxid bleibt aucn nach längerer
Benutzungsdauer der Ätzlösungen, bedingt durch deren gute chemische Stabilität, konstant. Günstig ist der
niedrige pH-Wert der Ätzlösungen von etwa 2,5 bis 3,5, wodurch die Abscheidung elektropositiver Metalle auf
der Siliciumoberfläche vermindert wird. Die erfindungsgemäßen Ätzlösungen greifen in keiner Weise die
verwendeten Photolackmasken an, und schließlich ist die Herstellung von Ammoniumeitrat und Ammoniumformiat
in hochreiner Form einfacher und billiger als die Herstellung des üblicherweise verwendeten Ammoniumfluorids.
Außerdem enthalten diese Lösungen viel kleinere Mengen an Fluoridionen, was für die Sicherheit
bei der Handhabung und bei der Abfallbeseitigung von Vorteil ist.
Einzelheiten der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit der F i g. 1 hervor.
Zunächst wird auf der F i g. 1 Bezug genommen, in der ein Teilabschnitt eines Halbleiterbauelements, beispiels
ein Abschnitt einer monolithischen integrierten Schaltung gezeigt ist. Das Bauelement 1 weist eine
Subkollektorzone 2 aus η-dotiertem Silicium auf und im
Anschluß an die Oberfläche 3 eine p-dotierte Basiszone <<■ Eine dielektrische Schicht 5, die aus Siliciumdioxid
besteht, ist auf der Oberfläche 3 der Epitaxieschicht 9 (n- -Silicium) angeordnet und bedeckt die p-dotierte
Basiszone 4. Mit 10 wird das schwach p-dotierte Siliciumplättchen bezeichnet. Zum Abätzen eines
vorbestimmten Teils 7 der Siliciumdioxidschicht 5 wird eine Photolackschicht 6 auf die äußere Oberfläche der
Siliciumdioxidschicht 5 aufgebracht Die Photolackschicht besteh' aus einem positiven Photolack, beispielsweise
einem lichtempfindlichen Phenol-Formaldehyd-Harz mit einem 3,4-Dihydroxybenzophenon-4-[naphthochinon-(
1,2)-diazid-(2)]-sulfonat-Sensibilisator. Die Photolackschicht wird in bekannter Weise belichtet und
entwickelt, so daß die Oberfläche eines vorbestimmten Teils 7 der Siliciumdioxidschicht 5 begrenzt wird. Der
vorbestimmte Teil 7 der Siliciumdioxidschicht 5 wird mit der erfindungsgemäßen Ätzlösung abgeätzt und die
p-dotierte Basiszone 4 freigelegt. In diese kam. nunmehr die Diffusion der Emitterzone 8 erfolgen.
Mit der erfindungsgemäßen Ätzlösung können in gleicher Weise die Gebiete für jede Diffusion innerhalb
eines Bipolar- oder FET-Prozesses geöffnet werden. Ebenso können die Gebiete für die Metallkontaktierung
von Schottky-Dioden und für die Kontaktierung zweier Metallagen freigelegt werden.
Die Zusammensetzung der Ätzlösung sowie deren vorteilhafte Eigenschaften werden anhand der nachfolgenden
Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Eine Ätzlösung mit einem pH-Wert von ca. 3 wird hergestellt durch Mischen bei Zimmertemperatur von 5
Volumenteilen einer konzentrierten Ammoniumcitratlösung, die durch Auflösen von 1 kg Ammoniumeitrat
(Diammoniumhydrogencitrat, (NH^HCeHsO?) in 1 1
Wasser unter Erwärmen hergestellt wurde, mit einem Volumenteii einer 50%igen wäßrigen Flußsäure. Die so
hergestellte Ätzlösung wurde erst nach 24 Stunden zum Ätzen von Halbleiterbauelementen verwendet.
Auf ein Halbleiterbauelement mit einer etwa 450 nm dicken Siliciumdioxidschicht, die mittels thermischer
Oxidation bei 9700C aufgebracht wurde, wird eine
Schicht aus einem positiven Photoresist aufgetragen. Dieser besteht aus einem Phenol-Formaldehydharz und
enthält als reaktiven Bestandteil 3,4-Dihydroxybenzophenon-4-[naphthochinon(1,2)diazid(2)]sulfona..
In der Photolackschicht wird in bekannter Weise durch bildmäßige Belichtung und Entwicklung ein Muster
nach einer Vorlage gebildet. Das so vorbereitete Halbleiterbauelement wird für die Dauer von 4,5 Minuten
in die Ätzlösung eingebracht Die nicht durch Photolack abgedeckten Bereiche der Siliciumdioxid-
schicht werden von der Ätzlösung bei Zimmertemperatur abgetragen.
Eine Abnahme der Siliciumdioxidschicht um 450 nm bei einer Ätzdauer von 4,5 Minuten entspricht einer
Siliciumdioxid-Ätzrate von 100 nm/min. Reines Silicium
κι wird durch die erfindungsgemäße Ätzlösung nicht und Siliciumnitrid wird nur geringfügig (0,5 nm/min) angegriffen.
Die Ätzlösung gemäß der Erfindung verhält sich hinsichtlich ihrer Agressivität gegenüber Photolacken,
beispielsweise dem zuvor beschriebenen Photoresist,
υ außerordentlich günstig. Dieser Photolack, der in
großem Umfang verwendet wird, wird in keiner Weise bei Einwirkung der oben beschriebenen Ätzlösung
beschädigt oder angegriffen.
2() Beispiel 2
Halbleiterbauelemente, die, wie in Beispiel I beschrieben ist, mit einer Siliciumdioxidschicht und einer
Photolackmaske versehen sind, werden für die Dauer von 7,5 Minuten in eine Ätzlösung getaucht, die durch
Mischen bei Zimmertemperatur von 7 Volumenteilen einer 30gewichtsprozentigen wäßrigen Ammoniumformiatlösung
(HCOONH4) mit einem Volumenteil 5O°/oiger wäßriger Flußsäure hergestellt und vor dem
Ätzen 24 Stunden lang stehen gelassen wurde.
Eine Abnahme de/ Siliciumdioxidschicht um 450 nm bei einer Ätzdauer von 7,5 Minuten entspricht einer
Siliciumdioxidätzrate von 60 nm/min. Die Ätzlösung gemäß Beispiel 2 weist die gleichen vorteilhaften
Eigenschaften auf wie die Ätzlösung gemäß Beispiel 1,
Ii sie greift in keiner Weise die verwendeten Photolackmasken
an.
Zum Nachweis, daß zum Ätzen von Siliciumdioxid wäßrige Flußsäure, die gemäß der Erfindung als Puffer
Ammoniumeitrat oder Ammoniumformiat enthält, vor-
ίπ teilhaft verwendbar ist, wurden 30gewichtsprozentige
Lösungen von Zitronensäure und Weinsäure hergestellt und im Volumenverhältnis 7 :1 mit 5O°/oiger Flußsäure
gemischt. Diese Lösungen wurden zum Ätzen von Siliciumdioxid, das mit bei Normalbedingungen ausge-
4> härteten Masken aus dem zuvor beschriebenen
Photoresist bedeckt war, verwendet. Die Zitronensäurebzw. Weinsäure-Flußsäure-Gemische zerstörten den
Photolack vollständig. Eine im Wasser bei 20°C gesättigte Oxalsäurelösung im Gemisch mit Flußsäure
"ii> zerstörte den Photolack ebenfalls vollständig.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Wäßrige, Flußsäure und das Ammoniumsalz
einer Carbonsäure enthaltende Ätzlösung zum selektiven Ätzen von Siliciumdioxidschichten auf
Halbleiterkörpern, dadurch gekennzeichnet, daß sie Ammoniumeitrat oder Ammoniumformiat
enthält
2. Ätzlösung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie 50%ige wäßrige Flußsäure und eine
konzentrierte wäßrige Lösung von Ammoniumeitrat oder Ammoniumformiat im Verhältnis 1 :4 bis 1 : 20
enthält
10
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| DE19752529865 DE2529865C2 (de) | 1975-07-04 | 1975-07-04 | Wäßrige Ätzlösung zum selektiven Ätzen von Siliciumdioxidschichten auf Halbleiterkörpern |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19752529865 DE2529865C2 (de) | 1975-07-04 | 1975-07-04 | Wäßrige Ätzlösung zum selektiven Ätzen von Siliciumdioxidschichten auf Halbleiterkörpern |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE2529865A1 DE2529865A1 (de) | 1977-01-20 |
| DE2529865C2 true DE2529865C2 (de) | 1983-10-06 |
Family
ID=5950652
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19752529865 Expired DE2529865C2 (de) | 1975-07-04 | 1975-07-04 | Wäßrige Ätzlösung zum selektiven Ätzen von Siliciumdioxidschichten auf Halbleiterkörpern |
Country Status (1)
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Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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Family Cites Families (1)
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|---|---|---|---|---|
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-
1975
- 1975-07-04 DE DE19752529865 patent/DE2529865C2/de not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE2529865A1 (de) | 1977-01-20 |
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