DD145348A1 - PROCESS FOR REACTIVELY ION-AMBER CARTRIDGE OF SILICON AND SILICON COMPOUNDS - Google Patents

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DD145348A1 DD21481279A DD21481279A DD145348A1 DD 145348 A1 DD145348 A1 DD 145348A1 DD 21481279 A DD21481279 A DD 21481279A DD 21481279 A DD21481279 A DD 21481279A DD 145348 A1 DD145348 A1 DD 145348A1
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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»The invention relates to a method for the reactive ion beam etching of silicon and its compounds, wherein parts of the surface can be covered by masks. The goal was to reduce the etch time and increase the selectivity to mask and support materials. The etching takes place with a beam of ions or their neutralization products which react reactively with the silicon or the silicic acid compound. The ions are generated from fluorocarbons or from their mixtures with oxygen or inert gases. The particle energy is chosen so that the chemical etch rate significantly exceeds the sputtering rate. The process is compatible with other high vacuum process steps »

Description

A-A-

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

Verfahren zum reaktiven Ionen3trahlätzen von Silizium undProcess for the reactive ion etching of silicon and

Siliziumverbindungen 'Silicon compounds

Anwendungsgebiet der Erfindung App endungs area o f the invention

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 HalbieiterbauelementetechnikoThe invention relates to a method for the reactive ion beam of silicon and its compounds, wherein parts of the surface hit by the beam can be covered by suitable masks. The material to be etched may be compact material or layers on suitable substrates. The main field of application of the invention is the semi-ferritic component technique

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

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»Ion beam etching is carried out both for the large-area removal of layers of silicon or silicon compounds (eg for surface cleaning processes) and for the structuring of such layers using masks with beams of inert gas ions (mostly argon ions) or inert gas atoms.

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-The main disadvantages of the process are the low etching rates for the materials mentioned and the low selectivities with respect to masking materials and support materials. These properties cause low productivity of the etching processes mentioned above and lead to large structural widening in structuring processes (in particular) -

-2-1S4ill-2-1S4ill

sondere bei der Herstellung von/Um- und SuTd- /Um-Struktur en unerwünscht sind)*particularly undesirable in the production of / um and SuTd / Um structures) *

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«To mitigate these disadvantages has been proposed (DE-OS 2,258,297) to use for the etching mask a metal (titanium), which has a low dependence of the sputtering rate (sputtering rate) of the direction of incidence of the ions, so that by oblique ion injection reaches an increase in selectivity can be. In addition, it has been proposed to achieve a reduction of the sputtering rate (sputtering rate) of the mask and thus likewise an increase in the selectivity of silisium / mask or silicon compound / mask by adding a reactive gas (oxygen or CuV) into the ambient atmosphere. Another proposal (DE-OS 2,536,718) provides for the reduction of structural broadening the use of a mask consisting of layers of different material with different sputtering rate (metal-organic material or metal-metal), wherein the layer with the larger sputtering rate on the side of the mask facing the surface of the plague «

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,A disadvantage of the proposed solutions is the use of metals for the etching mask, since their production is more complicated than the application of organic paints. The strong dependence of the removal rate on the direction of incidence of the ions also necessitates complicated technical systems for setting the angle of incidence.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Das Ziel der Erfindung ist ess 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 seineThe aim of the invention is to reduce s during ion beam etching of silicon and silicon compounds, the etching time for a given layer thickness considerably and to increase the selectivity substantially opposite mask and carrier materials "Furthermore, the method should compatible respectively with previous * subsequent high vacuum process steps his

Darlegung des Wesens der' Erfindung Explanation of the nature of the invention

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.The object of the invention is a method for the reactive ion beam etching of silicon and silicon compounds, in which the etching rate for silicon or silicon compounds is selectively greatly increased.

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*The method according to the invention for the reactive ion beam etching of silicon and silicon compounds is characterized in that the etching is carried out with a jet of ions or their neutralization products which react reactively with the silicon, in particular polysilicon, or with the silicon compound. The silicon compounds are in particular to silica and Siliziuimaitrid, in pure form, in the form of layer sequences or in admixture with other compounds, for. B. be used as passivation layers in the albleitertechnik *

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 ze B. zwischen OjOp und 1,5 mA/cm )«The ions required for reactive ion beam etching are extracted from the ion source in an ion source of plurified hydrocarbons, in particular CF.sub.F, CF.sub.2, CF.sub.2H, or mixtures of such hydrocarbons or their mixtures with oxygen or inert gases, if required neutralized and directed to the material to be etched «The pressure in the etching chamber is below 10 Pa; the particle current density can be varied within wide limits (current densities z e B. between OjOp and 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-*An essential parameter of the method according to the invention is the Tellehenenergle * At low energies (i.a. 0.5 to 1j5 keVy depending on the Iviaterial to be etched and the reactive particles used), the reactive portion greatly outweighs the sputtering portion, so that a high etch rate and a high selectivity with respect to etching masks (eg organic photo-, electron beam or X-ray resists) or support materials (eg Si, GaAs o * ä ») can be achieved" Due to this increase in selectivity and the fact that the Abtragsgeschwincingkeit reactive ion beam etching independent of. On-*

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·If the angles of the particles are, then organic resists for ion beam structuring processes can also be used, if high transfer accuracy of the structures is required (structure sizes inyuin- and sub- / um-range). The elaborate production of multi-layer masks or metal intermediate masks can be dispensed with ·

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·If the particle energy is increased, the proportion of material removal by sputtering increases, so that the selectivity is reduced while the etching rate is maintained or increased, and the influence of the particle incidence direction on the etching process increases. By appropriate choice Consequently, the ratio of sputtering rate to chemical Ätzgesohwindigkeit can be varied within wide limits of the particle energy in the inventive method and thus z. B 9 the edge steepness of the generated structures are changed ·

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.At constant ion energy, a variation of the proportion of reactive etching / sputtering shares is also possible by changing the etching gas composition. In this Pail, however, increasing the sputtering rate (at constant particle current density) means a decrease in the total etch rate.

Ausführungsbeispielembodiment

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 beendet1. In a silicon dioxide layer (thickness 300 nm), which is located on a silicon substrate, a certain structure should be etched. For this purpose, a layer of photosensitive lacquer is first applied, exposed and developed. The etching is carried out with an ion beam, which results from ionization of CF-H in an ion source. The resulting ions CS ^ H *, ClP + and CI ^ + react selectively with the silicon dioxide at the sites not covered by the etching mask. "The energy of the ionon is in the range of 1 keY, the current density is 0.25 mA / cm. The etching is finished after 3 minutes

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 beträgt2. On a substrate of GaAsP is a "jl ^ a ". Layer (thickness 300 microns), in which a given pattern is to be etched. The entire layer is "exposed" covered with an electron-beam-sensitive resist (thickness 300 nm) and with an electron · Each developing is carried out with an ion beam, etching, which is produced by ionization of CP ^ OJ 1 in an ion source, ions generated which selectively react with the Si ^ H while the paint and the substrate are not attacked. The energy of the ions is

1,5 keV, die Stromdichte 0,25 mA/cm β Die Behandlung mit dem Ionenstrahl dauert 4 Minuten«1.5 keV, the current density 0.25 mA / cm β The treatment with the ion beam takes 4 minutes «

Claims (5)

Erfindungsanspruchinvention claim 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«A method for the reactive ion beam etching of silicon and silicon compounds, characterized in that the etching is carried out with a beam of ions or their neutralization products which react reactively with the silicon or the silicon compounds. 2· Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den au ätzenden Materialien um Polvsiliziumj Siliziumdioxid oder Siliziumnitrid handelteMethod according to item 1, characterized in that the non-corrosive materials were polysilicon, silicon dioxide or silicon nitride 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«3. The method according to item 1, characterized in that ions or neutral particles are used which arise from the gases CP-Oi 1 , CP, CP ^ H, their mixtures or mixtures with oxygen or inert gases. 4· Verfahren nach Punkt 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchenenergie so gewählt wird, daß die ohemische Ätzrate die Zerstäubungsrate (Sputterrate) wesentlich übersteigt.4 · Method according to items 1 and 3, characterized in that the particle energy is chosen so that the ohmic etching rate significantly exceeds the sputtering rate (sputtering rate). 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«5 «method according to item 1 and 3, characterized in that for influencing the edge steepness of the structures produced the particle energy or the gas composition is chosen so that in addition to the reactive loneiistrahlätzen still a Zerstäubungsanteil (sputtering) occurs«
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0065277A1 (en) * 1981-05-20 1982-11-24 Kabushiki Kaisha Toshiba High speed dry etching method
EP1498940A2 (en) * 2003-07-15 2005-01-19 Air Products And Chemicals, Inc. Use of hypofluorites, fluoroperoxides, and/or fluorotrioxides as oxidizing agent in fluorocarbon etch plasmas

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EP1498940A3 (en) * 2003-07-15 2005-08-24 Air Products And Chemicals, Inc. Use of hypofluorites, fluoroperoxides, and/or fluorotrioxides as oxidizing agent in fluorocarbon etch plasmas

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