DE1696138C

DE1696138C - Etching solution for thin aluminum layers and use of the etching solution

Info

Publication number: DE1696138C
Authority: DE
Inventors: James Howard Kokomo Ind Gould (V St A)
Original assignee: General Motors Corp
Current assignee: Motors Liquidation Co
Publication date: 1972-01-20

Description

Die Erfindung betrifft ein chemisches Ätzmittel, Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einThe invention relates to a chemical etchant. The invention is based on the object of a

mit dem Aluminium und Aluminiumlegierungen sehr Ätzmittel für Aluminium und Aluminiumiegierungenwith the aluminum and aluminum alloys very caustic for aluminum and aluminum alloys

gleichmäßig gelöst werden können. Cs läßt sich sehr zu schaffen, das die vorgenannten Nachteile nichtcan be solved evenly. Cs can be very used to create that does not have the aforementioned disadvantages

vorteilhaft anwenden bei der Herstellung von Lei- aufweist und insbesondere keine Gasentwicklunguse advantageously in the production of lei and in particular no gas evolution

lungs- oder Schaltungsmustern durch Foto-Atzver- 5 zeigt, die Schichten nicht unterschneidet, die Flächenor circuit patterns by photo-etching, the layers do not undercut the surfaces

fahren in kleinen elektronischen Schaltkreisen, in wirksam benetzt, eine gleichmäßige Ätzung bewirktdrive in small electronic circuits, in effectively wetted, causes a uniform etching

1 lalbleiteranordnungen usw., bei denen eine sehr ge- und sich auch zur Ätzung aufgedampfter Aluminium-1 semiconductor arrangements, etc., in which a very damp and also for etching vapor-deposited aluminum

naue Zeichnung bis ins Detail erforderlich ist. schichten eignet, wie sie zur Herstellung von Schal-exact drawing down to the last detail is required. layers suitable for the production of formwork

In der Elektronikindustrie und insbesondere in der tungsmustern und Endanschlüssen an elektronischenIn the electronics industry, and particularly in the pattern and termination of electronics

llalbleiieriiulustrie werden die Schaltkreismuster und io Einrichtungen verwendet werden, bei denen das Ätz-In general, the circuit patterns and devices will be used in which the etching

die Leitungsendanschlüsse bisher dadurch hergestellt, mittel eine sehr genaue Zeichnung bewirkt und sichthe line end connections so far produced by means of a very precise drawing and causes

dall Alumiiiiumschichten auf keramisches oder halb- nicht negativ auf die Haftung der Aluminiumschichtdall aluminum layers on ceramic or semi-not negative on the adhesion of the aluminum layer

leitendes Trägermaterial aufgedampft und die uner- auswirkt oder die Foto-Deckmaske angreift,conductive carrier material is vapor-deposited and has no effect or attacks the photo cover mask,

wünschten Teile der Schicht wahlweise weggeätzt Die Erfindung löst diese Aufgabe durch eine vväß-desired parts of the layer optionally etched away. The invention solves this problem by means of a

werden. Dabei muß zunächst eine Schicht aus einem 15 rige alkalische Ätzlösung, die Alkalimetallhydroxidwill. First, a layer of a 15-rige alkaline etching solution, the alkali metal hydroxide, must be applied

lichtempfindlichen Deckmaterial auf die Aluminium- enthält und gekennzeichnet ist durch eine wäßrigelight-sensitive cover material on the aluminum contains and is characterized by an aqueous

schicht gebracht, das Deckmaterial durch ein ent- Lösung eines Alkalimetallferricyanid;. oder eineslayer brought the cover material by a de- solution of an alkali metal ferricyanide ;. or one

iprccheiules Negativ belichtet und die nichtpolymeri- Ammoniumferricyanids, die ein Alkalimetallhy-iprccheiules negatively exposed and the non-polymeric ammonium ferricyanide, which is an alkali metal hy-

lierten Bereiche des Deckmaterials weggelöst werden, droxid in einer Konzentration von nicht mehr alslated areas of the cover material are dissolved away, droxid in a concentration of not more than

ι» daß die entsprechenden Stellen der Aluminium- 20 25g,l enthält, wobei das molare Verhältnis vonι »that the corresponding places of the aluminum 20 contains 25g, l, the molar ratio of

schicht Ireigelegt werden. Dann wird ein chemisches Hydroxid zu Ferricyanid zwischen '/._J0: 1 und 2: 1layer I will be exposed. Then a chemical hydroxide becomes ferricyanide between '/. _J0 : 1 and 2: 1

Ätzmittel auf die mit der Maske versehene Alumi- liegt.Etchant is on the aluminum provided with the mask.

iiiumschicht aufgebracht, und es werden die unge- Vorzugsweise ist das Ferricyanid ein Natrium-iiiumschicht applied, and there are uns- Preferably the ferricyanide is a sodium

tchützien Stellen der Schicht weggeätzt. Nach der oder Kaliumferricyanid und das AlkalimetallhydroxidTchützien parts of the layer are etched away. After the or potassium ferricyanide and the alkali metal hydroxide

Atzung wird die Maske entfernt und es verbleiben 25 ein Natrium- oder Kaliumhydroxid, und es ist einEtching, the mask is removed and there remains a sodium or potassium hydroxide, and it is a

ilie nicht weggeätzten Stellen der Aluminiumschicht Netzmittel enthalten.All areas of the aluminum layer that have not been etched away contain wetting agents.

luif dem Trägermaterial. Nach dein herkömmlichen Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungs-luif the carrier material. According to your conventional According to a further preferred embodiment

VerfaluL-n wird ein Alkalimetallhydroxid, wie Na- form liegt das Alkalimetallferricyanid in einer Kon-If an alkali metal hydroxide is used, like Na form the alkali metal ferricyanide is in a con

Iiinn) oder Kuliuinhydroxid, zum Ätzen der Alumi- zentration von mindestens 5 g/l vor.Iiinn) or coolin hydroxide, for etching the aluminum concentration of at least 5 g / l.

iiiumschicht verwendet. Diese Ätzmittel können zwar 30 Die Ätzlösung wird verwendet zum Ätzen eineriiium layer used. Although these etchants can be used, the etching solution is used to etch a

in verschiedenen Fällen ihren Zweck erfüllen, wenn auf einer Unterlage, insbesondere einem Halbleiter,fulfill their purpose in various cases if on a base, in particular a semiconductor,

es jedoch im einzelnen auf eine sehr genaue Zeich- aufgedampften dünnen Aluminiumschicht, von derIt is, however, in detail on a very precise drawing vapor-deposited thin aluminum layer, from which

inmp ankommt, reichen sie nicht aus. Sie ätzen nicht die nicht zu ätzenden Teile beispielsweise mit eineminmp arrives, they are not enough. You do not etch the parts that are not to be etched with, for example, a

j;leichmäßig, unterschieden den Aliiminiuinlilm und Film aus einer lichtempfindlichen Schutzmasse abge-j; in terms of weight, differentiated the Aliiminiuinlilm and film from a light-sensitive protective mass

μιeilen die I oto-Deckschicht an. Während ilii.se Ein- ₃₅ deckt sind durch Eintauchen der abgedeckten Schichtμιeile the I oto top layer. While ilii.se inputs ₃₅ covered by immersing the covered layer

lliissc !icini Atzen gröberer Muster in Kauf genom- i_n die alkalische Ätzlösung.lliissc icini etching coarser patterns in buying genome i! _n the alkaline etching solution.

im η werden können, wirken sie bei der Herstellung \y_lc Erfindung ist im folgenden im einzelnen bci-in η can be, they act in the production \ y _lc invention is in the following in detail bci-

\nii Miiiiatiirschaltiingen und Halblciteranordniiugcn spielsweise beschrieben.\ nii Miiiiatiirschaltiingen and half-liter arrangements described for example.

sehr störend. Hei der Herstellung von beispielsweise Dj_e aluminiuinätzende Lösung umfaßt eine aika-very annoying. For the preparation of, for example, Dj _e aluminum etching solution comprises an aika-

tin/eln bearbeiteten integrierten Schaltungen, dünnen ₄„ lJsche wäßrige Lösung eines Alkalimetallferricyanidsin processed integrated circuits, thin _4- oil aqueous solution of an alkali metal ferricyanide

Sdiichlpläneii u.dgl. ist es sehr wichtig, daß die und oder eines Ammoniumferricyanids. Oftcnsicht-It is very important that the and or an ammonium ferricyanide. Often view

ficalzten Aluminiiimscliicliten eine sehr feine Zeich- ij_{cn lst} das Ferricyanidion das hauptsächliche Agens,Fused aluminum cliiclites have a very fine drawing. _{Ferricyanide ion is} the main agent

1111111;: aulweisen. Dies kann dadurch erreicht werden, welches die mit dem erfindungsgcmäßen Lösungs-1111111 ;: to show. This can be achieved by using the solution according to the invention

iliiß die Alumiiminischicht sehr gleichmäßig geatzt mittel erzielbaren unerwarteten Vorteile bewirkt,that the aluminum layer etched very evenly brings about achievable unexpected advantages,

wird, ohne daß die Folo-Deckmaske unter ehnitten ₄₅ Selbst kleine Mengen des Ferricyanidsalz.es genügen, ₄₅ Even small amounts of the ferricyanide salt are sufficient without the folo cover mask under

mud angegnlfcn wird. _llm beachtliche Vorteile beim Ätzen von Aluminiummust be approached. _{There are} significant advantages when etching aluminum

Ablösungen aus kaliumhydroxid bzw. Natrium- oder Aluminiumiegierungen zu erzielen. Vorz.ugs-To achieve detachments from potassium hydroxide or sodium or aluminum alloys. Preferred

Indriixsd und Kalium-I erricvanid sind bekannt zum weise werden jedoch mindestens .Ί g des Ferricyanid-Indriixsd and potassium-I erricvanid are known to be wise, however, at least .Ί g of the ferricyanide

Atzen von Wollram. Molybdän und Tanlal. zum Sitzes pro Liter verwendet und in den meisten FällenEtching by Wollram. Molybdenum and tanlal. used for seat per liter and in most cases

Alzen von Halbleitern sowie zum Atzen von Wolfram 50 wird die größte Feinheit der Zeichnung dann erzielt,Alzen of semiconductors as well as for etching of tungsten 50 the greatest fineness of the drawing is then achieved,

um' Molybdän, nicht jedoch zum Atzen von AIu- wenn mehr als 25 g I bis zur Sättigung enthalten sind.about molybdenum, but not for etching aluminum if it contains more than 25 g of I up to saturation.

minium. Fs findet sich auch kein Hinweis auf eine Mk Ätzlösiingen, die Ig Kaliumhydroxid, KHgminium. There is also no evidence of a Mk caustic solution, the Ig potassium hydroxide, KHg

mögliche Anwendung Iu; Aluminium, das besondere Ferricyanid und 8(K) ml Wasser enthalten, ist beimpossible application Iu; Aluminum, which contains special ferricyanide and 8 (K) ml of water, is at the

Probleme hkul. Atzen von Schichten zur Herstellung von detaillier-Problems hkul. Etching of layers to produce detailed

Das Alkalimetallhydroxid weist ilen ihm eigenen 55 ten, zusammengesetzten Schaltungen und diuricnThe alkali metal hydroxide has its own unique composite circuits and diures

Nachlcil aiii, dall es ,111 der Aliimiiiiiiinolierlliichc Schichtplänen eine hervorragende Feinheit der /eich-According to aiii, that it, 111 of the Aliimiiiiiiinolierlliichc shift plans an excellent fineness of the / calibrated

eiiic (iiiseiilwicklung verursachl, wodurch eine im- niing erzielbar, ohne daß damit längere Alzzeitcneiiic (secondary winding causes, as a result of which an iniing can be achieved without the need for longer periods of time

glcii-hmiiLligc liunclzung und dadurch emc ungleich- vcrburtilcn sind. Die Ätzzeit für diese Lösung kunnglcii-hmiiLligc termination and thus emc are unequal birth styles. The etching time for this solution can be

mäßige Atzung des Aluminium!) erzielt wird. Ferner noch herabgesetzt werden, indem die Kaliumliy-moderate etching of the aluminum!) is achieved. Be further reduced by the potassium liy-

kiinii bei der Herstellung von extrem schmalen 60 droxidkonzcniration bis zu IO g erhöht wird. Jedochkiinii in the production of extremely narrow 60 droxidkonzcniration is increased up to IO g. However

I .uiiersiegen die Unlcrschnddung des Leiters ein ist damit eine Herabsetzung der Feinheit der Zeich*I.

ernstes l'rohlcm sein. Ferner muß tuif Grund der llung verbunden, die möglicherweise in Füllen, inbe serious l'rohlcm. Furthermore, tuif reason must be connected to the llung, which may be in abundance, in

(iawniwiekluiig an der Aluminitimlläche das Werk· denen es auf L'mauc Details ankommt, nicht mehr(iawniwiekluiig on the aluminum surface the work · who care about L'mauc details, no longer

stück mich einer bestimmten Zeit aus der Lösung ausreicht.piece me out of the solution for a certain time.

herausgenommen, abgespült und noch ein oder inch- 63 Das in dem Atzmittel verwendete Alkali ist eintaken out, rinsed and another one or more inch- 63 The alkali used in the etchant is a

rere Male eingetaucht wurden, um den Atzvorgang Alkalimetallhydroxid, wie Natriumhydroxid oderSeveral times have been immersed to the etching process alkali metal hydroxide, such as sodium hydroxide or

/u vollenden. Durch das Wiedereintauchen nutzt sich Kuliumhydroxid. Eine Erhöhung der Alkalimetall-/ u complete. When immersed again, Kulium hydroxide is used. An increase in the alkali metal

die Foto -Deck maske schnellet ab. konzentrationen bewirkt eine Erhöhung des Ätzbe-the photo deck mask shoots up. concentrations causes an increase in the caustic

träges. Jedoch sollten nur schwache Alkalimetallhydroxidkonzentraiionen verwendet werden, da stärkere Konzentrationen eine Gasbildung an der Aluminiumoberflädie hervorrufen und eine ungleichmäßige Ätzung bewirken. Die Alkalimetallhydroxidkonzentration sollte einen Betrag von 25 g/l nicht überschreiten. Eine Erhöhung des molaren Verhältnisses von Ferricyanid zu Alkalimetallhydroxid verbessert im allgemeinen die Gleichmäßigkeit der Ätzung und die Feinheit der Zeichnung. Während höhere Alkalimetallhydroxydkonzentrationen den Äizbetrag erhöhen, wirken sie demgemäß der Feinheit der Zeichnung entgegen. Ein molares Verhältnis von Ferricyanidsalz zu Alkalimetallbydroxyd von 1:2 stellt die üiaximal zulässige Menge des Alkalimetallhydroxids dar, mit der noch annehmbare Ergebnisse erzielt werden. Eine sehr gute Feinheit der Zeichnung beim Ätzen dünner Schichten wird mit einem molaren Verh^'tnis von Ferricyanidsalz zu Alkalimetallhydroxid von 20: 1 erzielt, jedoch ist der Ätzbetrag ziemlich gering. Bei gewerbsmäßiger Produktion richtet sich das bevorzugte molare Verhältnis nach der geforderten Gleichmäßigkeit der Ätzung oder Feinheit der Zeichnung gegenüber der maximalen Ätzzeit, die zugelassen werden kann. assluggish. However, only weak concentrations of alkali metal hydroxide should be used should be used, since higher concentrations cause gas formation on the aluminum surface and cause uneven etching. The alkali metal hydroxide concentration should not exceed an amount of 25 g / l. An increase in the molar ratio from ferricyanide to alkali metal hydroxide generally improves etch uniformity and the delicacy of the drawing. While higher alkali metal hydroxide concentrations increase the amount of fuel, they act accordingly to the delicacy of the drawing opposite. A molar ratio of ferricyanide salt to alkali metal hydroxide of 1: 2 represents the maximum permissible amount of the alkali metal hydroxide with which acceptable results can still be achieved. A very good delicacy of the drawing when etching thin layers, a molar ratio of ferricyanide salt to alkali metal hydroxide is used of 20: 1, but the amount of etching is quite small. With commercial production the preferred molar ratio depends on the required uniformity of the etching or fineness of the drawing compared to the maximum etching time that can be permitted. as

Im folgenden ist ein spezifisches Anwendungsbeispiel der Erfindung gegeben, bei dem eine Schaltung ous einer dünnen Schicht hergestellt wird. Zunächst wird ein aus Glas bestehender Träger gereinigt und dann in eine Va«iiumkammer gebracht, in welcher in üblicher Weis, auf die pesamf Fläche des Trägermaterials eine Alununium^chicht aufgedampft wird. Gewöhnlich wird durch Verdau pfung durch Entspannung auf einen Diuck von etwa 1 · 10" Torr ein Aluminiumüberzug von etwa 1 Mikron erzeugt. Unter Vakuum aufgedampfte Schichten für Schaltungen, Halbleitereinrichtungen u. dgl. weisen im allgemeinen eine Dicke von '/₂ bis 10 Mikron auf.The following is a specific example of the application of the invention in which a circuit is fabricated from a thin film. First, a support made of glass is cleaned and then placed in a va «iium chamber, in which an aluminum layer is vapor-deposited in the usual way on the pesamf surface of the support material. Usually, an aluminum coating of about 1 micron is produced by digestion by relaxation to a pressure of about 1 x 10 6 Torr. Vacuum deposited layers for circuits, semiconductor devices, and the like are generally _1/2 to 10 microns thick .

Nach der Aufdampfung wird. eine Foto-Dccksehidü auf den Aluminiumüberzug aufgebracht und durch ein entsprechendes Negativ des Schaltmusters belichtet, wobei ausgewählte Stellen polymerisiert werden. Die nichtpolymcrisicrtcn Stellen der Foto-Decksdiicht werden anschließend weggelöst, wobei die darunter liegende Aluminiumschicht freigelegt wird. Dann folgt gewöhnlich eine kurze Brennzeil, um die verbleibende Deckschicht, welche das gewünschte Schaltungsmustcr abdeckt, zu trocknen.After the vapor deposition. a photo dccksehidü applied to the aluminum coating and by a corresponding negative of the switching pattern exposed, with selected areas being polymerized. The non-polymeric parts of the photo cover seal are then dissolved away, exposing the underlying aluminum layer will. This is usually followed by a short burning line to cover the remaining top layer, which is the desired Circuit pattern covers to dry.

Das so präpariert«; überzogene Trägermaterial wird dann in eine Lösung mit Raumtemperatur eingetaucht, die 5 g Kaliumhydroxid, 88 g Kaliumfcrricyanid und 800 ml Wasser enthält. Das Trägermaterial kani) eine ausreichende Zeit in cer alkalischen Ferricyanidlösung eingetaucht bleiben, bis die freiliegende Aluminiumschicht völlig weggeätzt ist. Für Schicludicken von etwa I Mikron sind Ätzzeiten von etwa 3 Minuten erforderlich.Prepared that way «; coated support material is then immersed in a solution at room temperature, which contains 5 g of potassium hydroxide, 88 g of potassium fricyanide and 800 ml of water. The carrier material kani) a sufficient amount of time in cer alkaline Ferricyanide solution remain immersed until the exposed Aluminum layer is completely etched away. For a layer thickness of about 1 micron, etch times of takes about 3 minutes.

Nachdem die auf dein Trägermaterial befindliche freiliegende Aluminiumschicht völlig weggeätzt ist, wird das Trägermaterial aus der Lösung herausgenommen und dann in entionisiertem Wasser nachgespült, um die restliche anhaftende Lösung zu entfernen. After the exposed aluminum layer on your carrier material has been completely etched away, the carrier material is removed from the solution and then rinsed in deionized water, to remove the remaining adhering solution.

Dann wird die Foto-Deckmaske durch Eintauchen des Trägermaterials in ein entsprechendes Lösungsmittel, wie Methyläthylketon, entfernt, um das fertige Schaltungsmuster zu bekommen. Dann können aus dünnen Schichten bestehende Kondensatoren und Widerstände in herkömmlicher Weise aufgebracht werden, beispielsweise durch Zerstäubung od. dgl., und gegebenenfalls durch ejne Maske aufgedampfte Kondensatorkontakte, so daß der Schaltkreis vervollständigt wird. Then the photo cover mask is dipped in a suitable solvent, like methyl ethyl ketone, removed to get the finished circuit pattern. Then you can go out thin layers of existing capacitors and resistors applied in a conventional manner are, for example, by atomization or the like, and optionally vapor-deposited by means of a mask Capacitor contacts so that the circuit is completed.

Vorzugsweise wird das Ätzmittel bei Raumtemperatur gehalten. Bei höheren Temperaturen werden die Ätzbeträge vergrößert; wenn sie jedoch zu groß werden, wird an den Rändern der Aluminiumschichl die Feinheit der Zeichnung herabgesetzt. Niedrigere Temperaturen verursachen gewöhnlich keine Verbesserung in der Feinheit der Zeichnung, jedoch verringern sie den /itzbetrag. Ferner ist es vorteilhaft, der Ätzlösung ein Netzmittel beizugeben.Preferably the etchant is kept at room temperature. At higher temperatures will be increases the amount of etching; if they get too big, however, the aluminum layer on the edges the delicacy of the drawing diminished. Lower temperatures usually do not cause any improvement in the fineness of the drawing, but they reduce the amount of money. It is also advantageous add a wetting agent to the etching solution.

Claims

Patent claims:

1. Alkaline etching solution, which contains alkali metal hydroxide, for a thin aluminum layer, marked by a aqueous solution of an alkali metal ferricyanide or an ammonium ferricyanide, which is an alkali metal hydroxide in a concentration of not more than 25 g. I contains the molar ratio of hydroxide / u fricyanide being between 1/20: 1 and 2: 1.

2. etching solution according to claim!, Characterized in that sic as an alkali metal ferricyaiiid Sodium or potassium ferricyanide and, as alkali metal hydroxide, sodium or potassium hydroxide as well as a wetting agent.

3. etching solution according to claim 2, characterized in that it is the alkali metal frricjanid in a concentration of at least 5 ι: Ι contains.

4. Use of an etching solution according to claim 1 to 3 for etching a on a base, in particular a semiconductor, vapor-deposited thin aluminum layer, of which the not Parts to be etched are covered, for example, with a film made of a light-sensitive Schut / m.isse by immersing the covered layer in the alkaline Al / solution