DD145348A1 - Verfahren zum reaktiven ionenstrahlsaetzen von silizium und siliziumverbindungen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum reaktiven Ionenstrahl“ ätzen von Silizium und seinen Verbindungen, wobei Teile der Oberfläche durch Masken abgedeckt sein können. Das Ziel bestand darin, die Ätzzeit zu Verringern und die Selektivität gegenüber Masken- und Trägermaterialien zu erhöhen. Das Ätzen erfolgt mit einem Strahl von Ionen oder deren Neutralisationsprodukten, die reaktiv mit .dem Silizium bzw. der Siliziuraverbindung reagieren. Die Ionen werden aus Fluorkohlenwasserstoffen oder aus ihren Gemischen mit Sauerstoff oder Inertgasen erzeugt. Die Teilchenenergie wird so gewählt, daß die chemische Ätzrate die Sputterrate wesentlich übersteigt. Das Verfahren ist mit anderen Hochvakuumprozeßschritten kompatibel»

Description

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Erfinder: Dr. Helmstreit, Wilfried Dr. Bigl, Frieder

Verfahren zum reaktiven Ionen3trahlätzen von Silizium und

Siliziumverbindungen '

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum reaktiven Ionenstrahl&tzon von Silizium und seinen Verbindungen, wobei Teile der vorn Strahl getroffenen Oberfläche durch geeignete Masken abgedeckt sein kennen. Bei dem zu ätzenden Material kann es sich um Kompaktmaterial oder um Schichten auf geeigneten Trägermaterialien handeln* Hauptanwendungsgebiet der Erfin~ dung ist die Halbieiterbauelementetechniko

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Das Ionenstrahlätzen wird sowohl für den großflächigen Abtrag von Schichten aus Silizium oder Siliziumverbindungen (z. B. für Oberflächenreinigungsprozesse) als auch für die Strukturierung solcher Schichten unter Verwendung von Masken mit Strahlen aus Inertgasionen (meistens Argonionen) bzw· Inertgas at omen durchgeführt»

Haupt nacht eile des Verfahrens sind die geringen A'tzgeschwindigkeiten für die genannten Materialien und die geringen , Selektivitäten in bezug auf Maskemnaterialien und Trägermaterialien» Diese Machteile bewirken u, a« eine geringe Produktivität der genannten Atzprozesse und führen zu großen Strukturverbreiterungen bei Strukturierungsprozessen (die insbe-

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sondere bei der Herstellung von/Um- und SuTd- /Um-Struktur en unerwünscht sind)*

Zur Minderung dieser Nachteile wurde vorgeschlagen (DE-OS 2 258 297), für die Atzmaske ein Metall (Titan) zu verwenden, das eine geringe Abhängigkeit der Zerstäubungsrate (Sputterrate) von der Einfallsrichtung der Ionen hat, so daß durch schrägen Ioneneinschuß eine Selektivitätserhöhung erreicht werden kann. Außerdem wurde vorgeschlagen, durch Zugabe eines reaktiven Gases (Sauerstoff oder CüiV) in die Umge bungs atmosphäre eine Erniedrigung der Zerstäubungsrate (Sputterrate) der Maske und damit ebenfalls eine Erhöhung der Selektivität Silisium/Maske bzw. Siliziumverbindung/Maske zu erreichen. Ein weiterer Vorschlag (DE-OS 2 536 718) sieht zur Herabsetzung von Strukturverbreiterungen die Verwendung einer Maske vor, die aus Schichten unterschiedlichen Materials mit unterschiedlicher Zerstäubungsrate besteht (Metall - organisches Material oder auch Metall - Metall), wobei die Schicht mit der größeren Zerstäubungsrate auf der der Pestkörperoberfläche zugekehrten Seite der Maske liegt«

Ein Uachteil der vorgeschlagenen Lösungen ist die Verwendung von Metallen für·die Ätzmaske, da ihre Herstellung aufwendiger ist als das Aufbringen organischer Lacke· Die starke Abhängigkeit der Abtraggeschwindigkeit von der Einfallsrichtung der Ionen bedingt außerdem aufwendige technische Anlagen zur Einstellung des Einfallswinkels,

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist es_s beim lonenstrahlätzen von Silizium und Siliziumverbindungen die Ätzzeit für eine gegebene Schichtdicke wesentlich zu verringern und die Selektivität gegenüber Masken- und Trägermaterialien wesentlich zu erhöhen« Außerdem soll das Verfahren kompatibel mit vorhergehenden bzw* nachfolgenden Hochvakuumprozeßschritten seine

Darlegung des Wesens der' Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist ein Verfahren zum reaktiven Ionenstrahlätzen von Silizium und Siliziumverbindungen, bei dem die Atzgeschwindigkeit für Silizium "bzw» Siliziumverbindungen selektiv stark erhöht ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum reaktiven Ionenstrahlätzen von Silizium und Siliziumverbindungen ist dadurch charakterisiert, daß das Ätzen mit einem Strahl von Ionen oder deren Neutralisationsprodukten durchgeführt wird, die reaktiv mit dem Silizium, insbesondere Polysilizium, bzw» der Siliziumverbindung reagieren« Bei den Siliziumverbindungen handelt es sich insbesondere um Siliziumdioxid und Siliziuimaitrid, die in reiner Form, in Form von Schichtfolgen oder im Gemisch mit anderen Verbindungen z. B. als Passivierungsschichten in der albleitertechnik eingesetzt werden*

Die zum rea ktiven Ionenstrahlätzen benötigten Ionen werden in einer Ionenquelle aus Pluorkohlenwasserstoffen, insbesondere aus CF-OF, CF., CF^H, oder aus Gemischen solcher Kohlenwasserstoffe oder aus ihren Gemischen mit Sauerstoff oder Inertgasen erzeugt, aus der 'Ionenquelle extrahiert, falls erforderlich neutralisiert und auf das zu ätzende Material gelenkt« Der Druck in der Atzkarnmsr liegt dabei unter 10 Pa; die Teilchenstromdichte kann in weiten Grenzen variiert werden (Strom— dichten z_e B. zwischen OjOp und 1,5 mA/cm )«

Ein wesentlicher Parameter des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Tellehenenergle* Bei kleinen Energien (i. a· 0,5 bis 1j5 keVy abhängig vom zu ätzenden Iviaterial und den verwendeten reaktiven Teilchen) überwiegt der reaktive Anteil den Sputteranteil stark, so daß eine hohe Ätzgeschwindigkeit und eine hohe Selektivität in bezug auf Ätzmasken (z. B. organische Foto-, Elektronenstrahl- oder Röntgenresists) oder Trägermaterialien (z. B. Si, GaAs o* ä») erreicht werden kann« Aufgrund dieser Selektivitätserhöhung und der Tatsache, daß die Abtragsgeschwincilgkeit beim reaktiven Ionenstrahlätzen unabhängig vom. Ein-*

fallswinkel der Teilchen ist, können organische Resists für lonenstrahlstrukturierungsprozesse auch dann Verwendung finden,, wenn es auf hohe tibertragungsgenauigkeit der Strukturen ankommt (Strukturgrößen inyuin- und Sub- /Um-Bereich). Auf die aufwendige Herstellung von Mehrschichtmasken oder Metall-Zwischenmasken kann verzichtet werden·

Erhöht man die Teilchenenergie, so steigt damit der Anteil des Materialabtrags, durch Zerstäubung (Sputtering), so daß - unter Beibehaltung bzw· weiterer Erhöhung der Ätzgeschwin— digkeit - die Selektivität geringer wird und der Einfluß der Teilcheneinfallsrichtung auf den Ätzprozeß zunimmt· Durch entsprechende Wahl der Teilchenenergie kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren folglich das Verhältnis von Zerstäubungsrate zu chemischer Ätzgesohwindigkeit in weiten Grenzen variiert und damit z. B₉ die Kantensteilheit der erzeugten Strukturen verändert werden·

Bei konstanter Ionenenergie ist eine Variation des Verhältnisses der Anteile reaktives Ätzen/Zerstäuben auch duroh Änderung der Ätzgaszusammensetzung möglich* In diesem Pail bedeutet eine Steigerung der Zerstäubungsgeschwindigkeit (bei konstanter Teilchenstromdichte) jedoch eine Abnahme der Gesamtätzgeschwindigkeit.

Ausführungsbeispiel

1..In eine Siliziumdioxidschicht (Dicke 300 nm), die sich auf einem Siliziumsubstrat befindet, solleine bestimmte Struktur eingeätzt werden. Zu diesem Zweck wird zunächst eine Schicht aus fotoempfindlichem Lack aufgebracht, belichtet und entwickelt. Das Ätzen erfolgt mit einem Ionenstrahl, der durch Ionisation von CF-H in einer Ionenquelle entsteht. Die dabei gebildeten Ionen CS^H*, ClP⁺ und CI^⁺ reagieren selektiv mit dem Siliziumäioxid an den von der Ätzmaske nicht bedeckten Stellen« Die Energie der Ionon liegt im Bereich von 1 keY, die Stromdichte beträgt 0,25 mA/cm . Das Ätzen ist nach 3 Minuten beendet

2. Auf einem Substrat aus GaAsP befindet sich eine «jl^_a».-Schicht (Dicke 300 um), in die ein vorgegebenes Muster geätzt werden soll. Die gesamte Schicht wird mit einem elektronenstrahlempfindlichen lack (Dicke 300 nm) bedeckt und mit einem Elektronenstrahl "belichtet"· Each dem Entwickeln wird das Atzen mit einem Ionenstrahl durchgeführt, der durch Ionisation von CP^OJ¹ in einer Ionenquelle gewonnen wird, wobei Ionen erzeugt werden, die selektiv mit dem Si^H, reagieren, während der Lack und das Substrat nicht angegriffen werden* Die Energie der Ionen beträgt

1,5 keV, die Stromdichte 0,25 mA/cm _β Die Behandlung mit dem Ionenstrahl dauert 4 Minuten«

Claims (5)

Erfindungsanspruch

1· Verfahren zum reaktiven lonenstrahlätzen von Silizium und Siliciumverbindungen, dadurch gekennzeichnet, daß das Ätzen mit einem Strahl von Ionen bzw« ihren Heutralisationsprodukten durchgeführt wird, die reaktiv mit dem Silizium bzw» den Siliziumverbindungen reagieren«

2· Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den au ätzenden Materialien um Polvsiliziumj Siliziumdioxid oder Siliziumnitrid handelte

3. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß Ionen oder Neutralteilchen verwendet werden, die aus den Gasen CP-Oi¹, CP, , CP^H, ihren Gemischen oder Gemischen mit Sauerstoff oder Inertgasen entstehen«

4· Verfahren nach Punkt 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchenenergie so gewählt wird, daß die ohemische Ätzrate die Zerstäubungsrate (Sputterrate) wesentlich übersteigt.

5« Verfahren nach Punkt 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beeinflussung der Kantensteilheit der erzeugten Strukturen die Teilchenenergie oder die Gaszusammensetzung so gewählt wird, daß außer dem reaktiven loneiistrahlätzen noch ein Zerstäubungsanteil (Sputteranteil) auftritt«