CS248797B1

CS248797B1 - Shaping method of the metal layers for the semiconductor elements

Info

Publication number: CS248797B1
Application number: CS711285A
Authority: CS
Inventors: Milos Rothbauer; Zdenek Novotny
Original assignee: Milos Rothbauer; Zdenek Novotny
Priority date: 1985-10-03
Filing date: 1985-10-03
Publication date: 1987-02-12

Abstract

Způsob tvarování kovových vrstev pro polovodičové součástky spočívá v tom, že fotorezistová maska se přenáší do dielektrické vrstvy nebo do několika na sobě ležících vrstev dielektrika, kombinací anizotropního leptání reaktivních plynů směrovaných elektrickým polem kolmo k povrchu leptané vrstvy a izotropního leptání v plazmatu reaktivních plynů odstíněném Faradayovou klecí nebo chemickou cestou v roztocích leptadel, například na bázi fluoridu amonného, přičemž tloušíka dielektrické vrstvy se volí větší než tlouštka naneseného kovu. Výhodou tohoto způsobu je rozměrově přesný přenos motivu z fotorezistové masky do dielektrické vrstvy a získání přesně definované hrany profilu pro nanesení a vytvarování kovové vrstvy.Method of forming metal layers for semiconductor the component is that it is photoresist the mask is transferred to the dielectric layer or to several superimposed layers dielectric, a combination of anisotropic etching reactive gases directed by electrical ones a field perpendicular to the surface of the etched layer and isotropic etching in plasma of reactive gases shielded by Faraday cage or chemical in the etchant solutions, e.g. based on ammonium fluoride, with dielectric thickness the layers are selected to be larger than the thickness deposited metal. The advantage of this method is dimensionally accurate transfer theme from photoresist mask to dielectric layers and obtaining precisely defined profile edges for application and shaping metal layers.

Description

Vynález se týká způsobu tvarování kovových vrstev pro polovodičové součástky, využívajícího technologie nanášení kovových vrstev přes fotorezistorovou masku a dielektrickou vrstvu, nebo několik na sobě ležících dielektrických vrstev.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a method for forming metal layers for semiconductor devices using metal coating technology through a photoresistor mask and a dielectric layer, or several superimposed dielectric layers.

Tenké vrstvy kovů, které slouží jako kontakty nebo propojovací vrstvy u polovodičových součástek a integrovaných obvodů, se zpravidla nanáší na povrch polovodičové desky některým ze způsobů nanášení kovu ve vakuu, například naparováním, naprašováním apod. a do požadovaných motivů se tvarují leptáním přes masku z fotorezistoru. Druhý způsob tvarování motivů spočívá ve vytvoření masky ve vrstvě fotorezistoru, následném nanesení kovů a odplavení přebytečného kovu spolu s fotorezistorem ve vhodném rozpouštědle, tak zvanou technikou lift-off.Thin metal layers that serve as contacts or interconnecting layers for semiconductor devices and integrated circuits are generally applied to the surface of the semiconductor plate by some of the vacuum deposition methods, such as by vapor deposition, sputtering, etc., and shaped into desired patterns by etching through a photoresist mask. . The second method of shaping the motifs is to create a mask in the photoresist layer, then to deposit metals and flush away excess metal together with the photoresistor in a suitable solvent, the so-called lift-off technique.

V dalším popise se bude jednat pouze o druhý způsob tvarování, to znamená nanášení kovu přes fotorezistorovou masku. Tato technologie umožňuje přesnější tvarování kovových vrstev do jemnějších motivů, mikronových až submikronových, než technologie leptání kovové vrstvy přes fotorezistorovou masku. Úspěšně lze touto technikou tvarovat tenké kovové vrstvy pouze při dodržení následujících předpokladů: a) vrstva fotorezistoru musí být silnější než vrstva tvarovaného kovu, b) úhel mezi horní plochou fotorezistoru a boční hranou profilu masky, tj. otvoru, musí být ostrý, a nebo c) horní část profilu fotorezistoru musí přečnívat nad částí spodní, která leží na povrchu polovodičové desky.In the following description, it will only be the second molding method, that is to say, applying metal through the photoresist mask. This technology allows more precise shaping of metal layers into finer motifs, micron to submicron, than the technology of etching a metal layer through a photoresistor mask. Successfully, thin metal layers can be successfully formed by this technique only if: a) the photoresist layer must be thicker than the formed metal layer, b) the angle between the top surface of the photoresistor and the side edge of the mask profile, ie the aperture, must be sharp; ) the upper part of the photoresistor profile must overlap the lower part that lies on the surface of the semiconductor plate.

Správného tvaru hrany fotorezistorové masky lze například u pozitivních fotorezistorů dosáhnout máčením v organických rozpouštědlech na bázi aromatických uhlovodíků jako je toluen, xylen, chlorbenzen apod. před nebo po expozici ultrafialovým světlem.For example, the positive edge shape of a photoresist mask can be achieved by dipping in organic solvents based on aromatic hydrocarbons such as toluene, xylene, chlorobenzene and the like before or after exposure to ultraviolet light in positive photoresistors.

Nevýhodou postupu s použitím pouze fotorezistorové masky je těžko reprodukovatelné získá ní správného profilu hrany fotorezistoru a v některých případech malá odolnost masky při leptání před nánosem kovu. Důsledkem toho je nereprodukovatelnost v rozměrech tvarovaného motivu kovové vrstvy a vznik otřepů na hraně motivu kovu. Tyto otřepy mohou být příčinou vzniku nežádoucích zkratů v motivu i mezi jednotlivými nad sebou ležícími propojovacími vrstvami při víceúrovňové metalizaci v integrovaných obvodech,The disadvantage of using only a photoresistor mask is that it is difficult to reproduce obtaining the correct edge profile of the photoresistor and in some cases the mask's low etching resistance against metal deposition. This results in non-reproducibility in the dimensions of the shaped metal layer motif and burr formation at the edge of the metal motif. These burrs can cause undesirable short-circuits in the motif and between individual interconnecting layers during multilevel metallization in integrated circuits,

Do jisté míry lze tyto nedostatky potlačit použitím dielektrické vrstvy pod fotorezistorovou maskou. Při přenosu motivu do dielektrické vrstvy izotropním leptáním dochází zpravidla k velkému podleptání fotorezistorové masky a tím k nežádoucí změně rozměrů a po nanesení kovu ke vzniku kovem nezaplněných prostorů.To some extent, these drawbacks can be overcome by using a dielectric layer under the photoresistor mask. When the motif is transferred to the dielectric layer by isotropic etching, the photoresistor mask is usually under-glued and the dimensions are undesirably changed and non-filled spaces are created after the metal has been applied.

Při použití anizotropního způsobu leptání dielektrické vrstvy, využívajícího fyzikálně chemických principů, nedojde k vytvoření požadovaného profilu hrany pro technologii nanášení kovu přes fotorezistorovou masku a při nánosu kovu opět vznikají nežádoucí otřepy.Using an anisotropic etching method of the dielectric layer, employing physicochemical principles, does not produce the desired edge profile for the metal deposition technology through the photoresist mask, and unwanted burrs occur again when the metal is deposited.

Další nevýhodou je možná nevratná destrukce polovodičového materiálu v důsledku bombardu vysoce energetickými ionty, například u arzenidu galia, a nebo naleptání povrchu polovodičového materiálu, například u křemíku.Another disadvantage is the possible irreversible destruction of the semiconductor material as a result of the bombardment by high-energy ions, for example gallium arsenide, or the etching of the surface of the semiconductor material, for example silicon.

Uvedené nedostatky odstraňuje způsob tvarování kovových vrstev pro polovodičové součástky, využívající technologie nanášení kovových vrstev přes fotorezistorovou masku a dielektric kou vrstvu, nebo několik na sobě ležících vrstev, podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že fotorezistorové maska se přenáší do dielektrické vrstvy nebo do několika na sobě ležících dielektrických vrstev, kombinací anizotropního leptání v plazmatu reaktivních plynů směrovaných elektrickým polem kolmo k povrchu leptané vrstvy a izotropního leptání v plazmatu reaktivních p nů odstíněném Faradayovou klecí nebo chemickou cestou v roztocích leptadel, například na bázi fluoridu amonného, přičemž tlouštka dielektrické vrstvy se volí větší než tlouštka naneseného* kovu.These drawbacks are overcome by a method of forming metal layers for semiconductor devices using metal coating technologies over a photoresistor mask and a dielectric layer, or several superimposed layers, according to the invention, wherein the photoresistor mask is transferred to the dielectric layer or to the dielectric layer. a plurality of superimposed dielectric layers, a combination of anisotropic etch in the plasma of reactive gases directed by an electric field perpendicular to the surface of the etched layer and isotropic etch in the plasma of reactive foams shielded by Faraday cage or chemically in etching solutions such as ammonium fluoride; is selected greater than the thickness of the metal deposited.

Dalším význakem vynálezu je, že se dielektrické vrstva zaleptá anizotropním leptáním, přičemž se ponechá zbytková tlouštka 10 až 200 nm, nejlépe 50 až 100 nm, která se proléptá izotropní metodou.A further feature of the invention is that the dielectric layer is etched by anisotropic etching, leaving a residual thickness of 10 to 200 nm, preferably 50 to 100 nm, which is etched by the isotropic method.

Výhodou anizotropního leptání je rozměrově přesný přenos motivu z fotorezistorové masky do dielektrické vrstvy. Anizotropní leptání se zastaví před úplným proleptáním dielektrické vrstvy, u polovodičového materiálu, u kterého by mohlo dojít k narušení energetickými ionty, například u arzenidu galia. V případě polovodičového materiálu, kde narušení nehrozí, se může proleptat dielektrická vrstva úplně. Následné použití izotropní metody leptání umožní získání přesně definované hrany profilu pro nanesení a vytvarování kovové vrstvy. Tímto leptáním nedojde k poškození povrchu polovodičového materiálu energetickými ionty.The advantage of anisotropic etching is the dimensionally accurate transfer of the motif from the photoresist mask to the dielectric layer. The anisotropic etching is stopped before the dielectric layer is completely etched, for the semiconductor material which could be disrupted by energy ions, such as gallium arsenide. In the case of semiconductor material where there is no risk of disturbance, the dielectric layer can be etched completely. Subsequent use of the isotropic etching method allows to obtain a precisely defined profile edge for the deposition and shaping of the metal layer. This etching does not damage the surface of the semiconductor material by energy ions.

V dalším je podrobněji popsána podstata vynálezu s odkazem na připojené výkresy, kde: obr. 1 znázorňuje nedostatky známých způsobu tvarování kovových vrstev pro polovodičové součástky, a obr. 2 znázorňuje příklad tvarování kovové vrstvy pro polovodičové součástky podle vy. nálezu.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 illustrates the drawbacks of known methods for forming metal layers for semiconductor devices, and FIG. finding.

Podstata způsobu tvarování, to znamená nanášení kovu přes fotorezistoroxou masku ukazuje obr. 1. Fotorezistorová maska 1. je u známých způsobů nanesena na polovodičové desce 2 a na ní je pak nanesena tenká kovová vrstva 2· Vrstva fotorezistoru musí být silnější než vrstva tvarovaného kovu. Úhel mezi horní plochou fotorezistoru a boční hranou profilu masky, to jest otvoru, musí být ostrý (obr. la) a nebo horní část profilu fotorezistoru musí přečnívat nad částí spodní, která leží na povrchu polovodičové desky 2 (obr. lb). Na obr. lc je znázorněn vznik otřepů na hraně motivu kovu následkem použití pouze fotorezistorové masky 2 ^s nesprávným profilem hrany. Na obr. Id je znázorněn vznik velkého podleptání fotorezistorové masky 2 následkem použití izotropního leptání pro přenos motivu do dielektrické vrstvy 4_, čímž dojde ke změně rozměrů a po nanesení kovu ke vzniku kovem nezaplněných prostorů 2· Na obr. le jsou znázorněny poměry, kdy je použito anizotropního leptání dielektrické vrstvy 4_, u kterého při napaření opět vznikají nežádoucí otřepy.1. The photoresistor mask 1 is applied to a semiconductor plate 2 in a known manner and then a thin metal layer 2 is applied thereto. The photoresist layer must be thicker than the formed metal layer. The angle between the upper surface of the photoresistor and the side edge of the mask profile, i.e. the aperture, must be sharp (Fig. 1a) or the upper portion of the photoresist profile must overlap the lower portion lying on the surface of the semiconductor plate 2 (Fig. 1b). FIG. 1c shows the formation of burrs on the edge of the metal motif due to the use of only a photoresistor mask 2 ^{with an} incorrect edge profile. Fig. 1d shows the formation of a large etching of the photoresistor mask 2 due to the use of isotropic etching to transfer the motif to the dielectric layer 4, thereby changing the dimensions and forming metal-free spaces after metal deposition. anisotropic etching of the dielectric layer 4, in which the undesired burrs are again produced by steaming.

Příklad tvarování kovové vrstvy pro polovodičové součástky podle vynálezu je patrný z obr. 2. Na povrch polovodičové desky 2 ^se nanese dielektrická vrstva 4__r například z kysličníku křemičitého SiC^· Na této vrstvě se litografickou technikou vytvoří fotorezistorová maska 2· Tlouštka dielektrické vrstvy 4 se volí větší než bude tlouštka naneseného kovu 3. Tlouštka fotorezistorové masky 2 není důležitá (obr. 2a). Poté se anizotropníra leptáním v plazmatu reaktivních plynů směrovaném elektrickým polem kolmo k polovodičové desce 2 iontovým leptáním, RIE, zaleptá dielektrická vrstva 2 ^s ponecháním zbytkové tlouštky d, obr. 2b. Tato tlouštka se volí v rozmezí od 10 do 200 nm, nejlépe od 50 do 100 nm. Výsledek je patrný z obr. 2b.An example of forming a metal layer for the semiconductor devices according to the invention is shown in FIG. 2. A dielectric layer 4 _, for example of SiO2, ^is applied to the surface of the semiconductor plate 2. On this layer a photoresistor mask 2 is formed by lithography. the thickness of the photoresistor mask 2 is not important (Fig. 2a). Then anizotropníra etching in plasma of reactive gas directed by the electric field perpendicular to the semiconductor wafer 2 ion etching, RIE etch the dielectric layer 2 leaving ^a residual thickness d of Fig. 2b. This thickness is chosen in the range from 10 to 200 nm, preferably from 50 to 100 nm. The result is shown in Fig. 2b.

Následuje proleptání zbytku tlouštky d dielektrické vrstvy 4_ izotropní metodou leptání at již v plazmatu reaktivních plynů odstíněném Faradayovou klecí nebo chemickou cestou v roztocích vhodných leptadel, například na bázi fluoridu amonného. Při tomto leptání dojde k řízenému podleptání fotorezistorové masky 2/ jehož velikost h (obr. 2c) je dána velikostí ponechané tlouštky d a dobou překračující úplné proleptání dielektrické vrstvy 4_. Následuje nános kovu 2' v tlouštce menší než je tlouštka dielektrické vrstvy 4_, ale tak, aby rozdíl obou tlouštěk byl co nejmenší. Výsledek ukazuje obr. 2d. Pak následuje odplavení přebytečného kovu 2 ^z povrchu fotorezistorové masky 2 jejím rozpuštěním. Výsledek ukazuje obr. 2e.This is followed by etching of the rest of the thickness d of the dielectric layer 4 by the isotropic etching method, whether already in the plasma of reactive gases shielded by Faraday cage or by chemical means, in solutions of suitable ethers, for example based on ammonium fluoride. In this etching, the photoresistor mask 2 is controlled etched, whose size h (Fig. 2c) is given by the size of the thickness left and the time exceeding the complete etching of the dielectric layer 4. This is followed by the deposition of the metal 2 'in a thickness less than the thickness of the dielectric layer 4, but so that the difference in the two thicknesses is as small as possible. The result is shown in Fig. 2d. Then, the excess metal 2 is washed away ^{from the} surface of the photoresistor mask 2 by dissolving it. The result is shown in Fig. 2e.

Výhodou způsobu podle uvedeného vynálezu je reprodukovatelné vytvarování vrstvy kovu 2' která zcela vyplňuje otvory v dielektrické vrstvě 2 s nepatrnou změnou rozměrů oproti fotorezistorové masce 2· Dále je výhodou získání téměř planárního povrchu bez otřepů na vrstvě kovu 2' který umožňuje po nánosu druhé dielektrické vrstvy reprodukovatelné vytvoření dalších kovových propojovacích vrstev bez otřepů a jiných negativních jevů, vyplývajících z vysokých schodů mezi kovovými a dielektrickými vrstvami.The advantage of the method according to the invention is the reproducible shaping of the metal layer 2 'which completely fills the holes in the dielectric layer 2 with a slight change in dimension compared to the photoresistor mask 2. Furthermore, it is advantageous to obtain an almost planar burr-free surface on the metal layer 2' reproducible formation of additional burr-free metal interfaces and other negative phenomena resulting from the high steps between the metal and dielectric layers.

Claims

A method for forming metal layers for semiconductor devices, employing metal layer coating technologies over a photoresistor mask and a dielectric layer, or multiple superimposed dielectric layers, characterized in that the photoresistor mask is transferred to the dielectric layer or to multiple superimposed dielectric layers , by combining anisotropic plasma etching of reactive gases directed by an electric field perpendicular to the surface of the etched layer and isotropic etching in plasma of reactive gases by shielding by Faraday cage or by chemical means in etching solutions, for example ammonium fluoride based. .

Method according to Claim 1, characterized in that the dielectric layer is etched by anisotropic etching, leaving a residual thickness of 10 to 200 nm, preferably 50 to 100 nm, which is etched by the isotropic method.