DE102014101475A1 - Ätzen von porösem Metall - Google Patents

Ätzen von porösem Metall Download PDF

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DE102014101475A1
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Abstract

Es werden Vorrichtungen und Verfahren bereitgestellt, bei denen poröses Metall auf einem Substrat abgeschieden wird, eine Maske auf dem porösen Metall bereitgestellt wird und dann ein Ätzvorgang ausgeführt wird.

Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft das Strukturieren von porösen Metallschichten durch nasschemisches Ätzen.
  • HINTERGRUND
  • Beim Herstellungsverfahren für Halbleitervorrichtungen werden Metallschichten auf Substraten, wie Halbleiterwafers, abgeschieden. Diese Metallschichten werden dann strukturiert, um zum Beispiel elektrische Verbindungen, Bondingblöcke, Wärmesenken und dergleichen zu bilden. Auf herkömmliche Weise abgeschiedene Metallschichten, zum Beispiel Kupferschichten, können in einem Substrat Spannungen verursachen, die in einigen Fällen unerwünscht sind. Ähnliche Probleme können auftreten, wenn Metallschichten auf einer anderen Art von Substrat in anderen Verfahren als den Herstellungsverfahren für Halbleitervorrichtungen abgeschieden werden.
  • In den letzten Jahren ist die Verwendung von porösen Metallschichten untersucht worden. Poröse Metallschichten können zum Beispiel durch Abscheidungsverfahren auf Plasmabasis oder andere Verfahren abgeschieden werden und können eine unterschiedliche Porosität aufweisen, zum Beispiel je nach den Bedingungen während des Abscheidens auf der Metallschicht. Porosität in dieser Hinsicht bezieht sich auf den Prozentsatz der Metallschicht, der von Hohlräumen ("Poren") eingenommen wird, wobei bei einer Schicht hoher Porosität ein höherer Prozentsatz ihres Volumens von solchen Hohlräumen eingenommen wird als bei einer Schicht mit niedriger Porosität. Solche porösen Metallschichten können in einigen Fällen vorteilhafte Eigenschaften haben, zum Beispiel in Bezug auf induzierte Spannungen. Jedoch stellt die Integration solcher poröser Metallschichten in Herstellungsverfahren, z.B. von Vorrichtungen auf Siliziumbasis, ein zu beseitigendes Hindernis dar, insbesondere bei der Strukturierung solcher Schichten.
  • Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Integration derartiger Metallschichten in einen Prozessablauf bei der Halbleiterbauelementherstellung zu verbessern.
  • KURZZUSAMMENFASSUNG
  • Es werden eine Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 6 sowie ein Verfahren nach Anspruch 14 bereitgestellt. Die Unteransprüche definieren weitere Ausführungsbeispiele.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform.
  • 2 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform illustriert.
  • Die 3a bis 3e zeigen ein Beispiel für verschiedene Stadien der Verarbeitung gemäß einer Ausführungsform.
  • Die 4a bis 4c zeigen elektronenmikroskopische Bilder von strukturierten Metallschichten gemäß einer Ausführungsform.
  • 5 zeigt eine Ansicht einer strukturierten Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform.
  • 6 illustriert die Reproduzierbarkeit von Strukturen in einigen Ausführungsformen.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERLÄUTERNDEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Im Folgenden werden Ausführungsformen im Detail mit Verweis auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es ist zu beachten, dass diese Ausführungsformen lediglich erläuternden Zwecken dienen und nicht als Einschränkung für den Geltungsbereich der vorliegenden Anmeldung in irgendeiner Weise ausgelegt werden dürfen. Zum Beispiel können Merkmale von verschiedenen Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, wenn nicht speziell anders angegeben. Obwohl des weiteren Ausführungsformen als mehrere Merkmale oder Elemente umfassend beschrieben werden, darf dies nicht als Hinweis ausgelegt werden, dass alle diese Merkmale oder Elemente für die Implementierung der vorliegenden Erfindung notwendig sind. Zum Beispiel können andere Ausführungsformen weniger Merkmale oder Elemente umfassen, oder Merkmale oder Elemente der beschriebenen Ausführungsformen können durch andere Merkmale oder Elemente ersetzt werden, zum Beispiel andere Merkmale oder Elemente, die im Wesentlichen dieselbe Funktion ausführen, wie die Merkmale oder Elemente, die sie ersetzen.
  • Verschiedene Ausführungsformen betreffen das Abscheiden einer porösen Metallschicht auf einem Substrat, zum Beispiel auf einem Halbleiterwafer, und die anschließende Strukturierung der porösen Metallschicht durch nasschemisches Ätzen. Zum Strukturieren kann ein lichtempfindlicher Film auf eine poröse Metallschicht aufgetragen oder auf derselben abgeschieden werden und über Fotolithografie strukturiert werden, um eine Maske zu bilden, oder eine Maske kann auf verschiedene Weise bereitgestellt werden. In einigen Ausführungsformen wird die Viskosität des lichtempfindlichen Films derart gewählt, dass er im Wesentlichen nicht in die Poren der porösen Metallschicht eindringt, um so ein Entfernen des Fotoresist nach dem Ätzen zu erleichtern. "Im Wesentlichen nicht eindringen" muss in dieser Hinsicht als Hinweis verstanden werden, dass die Fotoresistschicht nicht in die Poren in dem Maße eindringt, das ein Entfernen des Fotoresist mit Standardverfahren, zum Beispiel ein Bad in einem Lösungsmittel, unmöglich machen oder erschweren würde. In einigen Ausführungsformen kann der lichtempfindliche Film eine Fotoresistschicht mit hoher Viskosität umfassen und/oder kann eine lichtempfindliche Folie umfassen, die z.B. auf das Substrat laminiert werden kann.
  • Wendet man sich nun den Figuren zu, so zeigt 1 eine Verarbeitungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform. Die Vorrichtung von 1 umfasst mehrere Verarbeitungsstationen oder -vorrichtungen, in denen Substrate, zum Beispiel Halbleiterwafer, nacheinander verarbeitet werden. Es ist zu bemerken, dass jede Station, die dargestellt wird, mehrere Unterstationen haben kann, um mehrere Verfahrensschritte nacheinander in einer der Stationen auszuführen. Außerdem ist zu bemerken, dass die Vorrichtung von 1 Teil einer größeren Verarbeitungsvorrichtung sein kann, d.h., es können weitere herkömmliche Stationen vorhanden sein, die das Substrat verarbeiten, bevor es in die Vorrichtung von 1 eintritt und/oder die das Substrat nach dem Verlassen der Vorrichtung von 1 verarbeiten. Insbesondere kann die Vorrichtung von 1 zum Verarbeiten von bereits strukturierten Halbleiterwafern verwendet werden, zum Beispiel Wafer, bei denen Vorrichtungen durch Schritte gebildet worden sind, wie Dotierung (zum Beispiel über Ionenimplantierung), Wachstum von epitaxialen Schichten, Strukturieren von Schichten und dergleichen. Die Vorrichtung von 1 kann jedoch gleichermaßen zum Verarbeiten von Halbleiterwafern oder anderen Substraten verwendet werden, die nicht vorher verarbeitet worden sind, oder andere verarbeitete Substrate als Halbleiterwafer. Beispiele für eine weitere Art von Substrat, die kein Halbleiterwafer ist, umfassen zum Beispiel Glassubstrate und/oder Substrate für die Herstellung von Solarvorrichtungen. Auch der Begriff "Vorrichtung", wie hierin verwendet, darf nicht als Bezeichnung für eine spezifische räumliche Beziehung zwischen den Komponenten der Vorrichtung ausgelegt werden. Unterschiedliche Stationen, die in 1 gezeigt werden, können sich zum Beispiel in unterschiedlichen Teilen eines Raums oder sogar in verschiedenen Räumen befinden, wobei entsprechende Mechanismen zum Übertragen von Substraten von einer Station zur nächsten vorgesehen sind. Analog brauchen unterschiedliche Unterstationen einer Station sich nicht nahe beieinander zu befinden.
  • Zuerst wird das Substrat in der Ausführungsform von 1 durch eine Station 10 zur Abscheidung einer Sperrschicht verarbeitet. Die Sperrschichtabscheidungsstation 10 scheidet eine Sperrschicht auf dem Substrat ab, zum Beispiel eine nichtporöse Metallschicht oder eine nichtmetallische Schicht. Die Sperrschicht kann eine Ätzstoppschicht umfassen, gefolgt von einer nichtporösen Schicht, die als Startschicht für die nachfolgende Abscheidung eines porösen Metalls wirkt. Die nichtporöse Metallschicht kann aus demselben Metall bestehen, wie eine später abgeschiedene poröse Metallschicht. In einigen Ausführungsformen kann zum Beispiel Kupfer verwendet werden. In anderen Ausführungsformen jedoch können andere Arten von Metall verwendet werden, zum Beispiel Aluminium oder Silber oder eine Legierung. In einigen Ausführungsformen kann die Startschicht auch weggelassen werden. Die Ätzstoppschicht kann zum Beispiel Titannitrid, Titan-Wolfram und/oder Tantal umfassen. In anderen Ausführungsformen kann die Sperrschichtabscheidungsstation 10 weggelassen werden.
  • Nachdem das Substrat in der Sperrschichtabscheidungsstation 10 verarbeitet wurde, wird es mit der Sperrschicht darauf in eine Station 11 zur Abscheidung eines porösen Metalls übertragen, wo eine poröse Metallschicht auf der Sperrschicht abgeschieden wird. Das poröse Metall kann zum Beispiel Kupfer sein, kann aber auch eine andere Art von Metall sein und kann mit einer Porosität zwischen 5 % und 90 % abgeschieden werden, zum Beispiel zwischen 20 % und 60 % und mit einer Dicke zwischen 10 μm und 1000 μm, z.B. zwischen 50 μm und 600 μm. Im Allgemeinen kann jedoch je nach der Anwendung jede gewünschte Porosität und Dicke durch entsprechendes Einstellen der Verarbeitungsbedingungen gewählt werden.
  • Die Station 11 zur Abscheidung von porösem Metall kann eine Porenmetallabscheidungsstation auf Plasmabasis sein. Bei einem solchen Verfahren kann eine Plasmaabscheidung verwendet werden, bei der ein Plasmastrahl und/oder ein aktiviertes Trägergas und/oder ein Teilchenstrom erzeugt werden, z.B. unter Verwendung einer niedrigen Temperatur im Vergleich zu Prozessen, wie Plasma-/Flammspritzen, und bei der die Geschwindigkeit der aktivierten Teilchen niedrig im Vergleich zu Prozessen, wie Plasmaspritzen oder Kaltgasspritzen, ist. Die Teilchen, die abgeschieden werden sollen, insbesondere Metallteilchen, wie Kupferteilchen, können in Pulverform dem Plasmastrahl zugeführt werden, wobei zum Beispiel ein Trägergas verwendet wird.
  • Zum Erzeugen des Plasmastrahls kann zum Beispiel eine Entladung zwischen zwei Elektroden verwendet werden. Um dies zu erreichen, kann zum Beispiel eine Spannung an die Elektroden gelegt werden, die durch ein Dielektrikum getrennt sind. Zum Beispiel kann das dielektrische Material ein Isolierrohr sein, bei dem eine Elektrode innerhalb des Rohres vorgesehen ist und eine andere Elektrode außerhalb des Rohres vorgesehen ist.
  • Beim Betrieb kann sich eine Glimmentladung in einer solchen Vorrichtung ergeben. Durch Zuführen eines Verarbeitungsgases, das durch die Vorrichtung strömt, die in Form eines Rohres sein kann, wird ein Plasmastrahl erzeugt, der mit dem Trägergas gemischt werden kann. Das Trägergas, wie oben erwähnt, kann die Teilchen umfassen, die zum Beschichten einer Oberfläche eines Substrats verwendet werden, d.h. Teilchen, die auf der Oberfläche abgeschieden werden sollen, in diesem Fall Metallteilchen. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Mischen in einem Reaktionsbereich außerhalb des Teils der Vorrichtung ausgeführt werden, der den Plasmastrahl erzeugt. Im Reaktionsbereich kann Energie des Plasmas auf das Trägergas und/oder die Teilchen, die im Trägergas enthalten sind, übertragen werden. Zum Beispiel können die Teilchen, die im Trägergas enthalten sind, durch Mischen des Trägergases mit dem Plasmastrahl im Reaktionsbereich derart aktiviert werden, dass zum Beispiel ein Strom oder Strahl von aktivierten Teilchen erzeugt werden kann. In einigen Ausführungsformen können mehrere Reaktionsbereiche vorgesehen werden.
  • Da dies ein herkömmliches Verfahren für die Abscheidung von porösen Metallen ist, wird es hier nicht detaillierter beschrieben. Andere Verfahren zum Abscheiden von porösen Metallschichten werden ebenfalls verwendet.
  • Die Dicke der abgeschiedenen Metallschicht kann zum Beispiel zwischen 10 μm und 1000 μm, zum Beispiel zwischen 50 μm und 600 μm liegen.
  • Solche porösen Metallschichten können vorteilhafte Eigenschaften in Bezug auf Spannungen im Vergleich mit Metallschichten haben, die zum Beispiel durch physikalische Dampfphasenabscheidung (PVD) oder elektrochemische Abscheidung (ECD) aufgetragen wurden.
  • Nachdem das poröse Metall in der Porenmetallabscheidungsstation 11 abgeschieden wurde, wird das Substrat zur Lithografiestation 12 transferiert, die eine Maske auf dem porösen Metall für ein anschließendes Ätzen in einer Ätzstation 13 bereitstellt. Die Lithografiestation 12 kann in einigen Ausführungsformen eine Fotolithografiestation sein, bei der ein lichtempfindlicher Film auf dem porösen Metall abgeschieden wird und dann durch Beleuchten des lichtempfindlichen Films, zum Beispiel durch eine Maske, und durch Entwickeln des lichtempfindlichen Films strukturiert wird. Während des Entwickelns werden abhängig davon, ob der lichtempfindliche Film ein lichtempfindlicher Positivfilm oder ein lichtempfindlicher Negativfilm ist, entweder beleuchtete Teile oder nicht beleuchtete Teile des lichtempfindlichen Films entfernt und bilden so eine Maske auf dem porösen Metall. Der lichtempfindliche Film kann eine hohe Viskosität haben, die derart gewählt wird, dass der lichtempfindliche Film im Wesentlichen nicht in Poren der porösen Metallschicht eindringt. Es kann zum Beispiel eine lichtempfindliche Folie verwendet werden.
  • Die Maskenbreiten, die so gebildet werden, können zum Beispiel einen Wert zwischen 10 μm und 200 μm haben.
  • Es ist zu bemerken, dass obwohl die Lithografiestation 12 Fotolithografie oben ausführt, andere Arten von Lithografie, zum Beispiel Elektronenstrahllithografie, ebenfalls in anderen Ausführungsformen verwendet werden können. In anderen Ausführungsformen können statt der Lithografiestation 12 andere Arten von maskenliefernden Stationen verwendet werden, bei denen z.B. andere Arten von Masken auf das poröse Metall aufgetragen werden, zum Beispiel auf der Basis von Klebefolien oder anderen festen Maskensystemen, wie Plasmaoxide oder -nitride.
  • Nach der Ausführung der Lithografie zum Bilden einer Maske auf der porösen Metallschicht in der Lithografiestation 12 wird das Substrat zu einer Ätzstation 13 transferiert, wo die nasschemische Ätzung ausgeführt wird.
  • Zum Ätzen kann jedes typische Metallätzmittel verwendet werden. Es kann zum Beispiel ein Kupferstartätzmittel, das 2 % H3PO4 und 0,8 % H2O2 enthält, verwendet werden. Es hat sich gezeigt, und das wird später detaillierter demonstriert, dass dabei eine reproduzierbare Struktur mit einer formschlüssigen Verjüngung gebildet werden kann. In einigen Ausführungsformen ist eine Sättigung der seitlichen Ätzraten beobachtet worden, die den Effekt von Schwankungen der Ätzzeit auf die gebildeten Strukturen reduzierte. Beispiele dafür werden ebenfalls weiter unten beschrieben. Das Ätzmittel, das in einigen Ausführungsformen verwendet wird, hat eine hohe Ätzrate für die zu ätzende poröse Schicht und eine hohe Selektivität gegenüber der Maske und einer Ätzsperre, die verwendet wird.
  • Nach dem Ätzen wird das Substrat zu einer Maskenentfernungsstation transferiert, wo die Maske, die in der Fotolithografiestation 12 aufgetragen wurde, entfernt wird. Im Fall einer Maske auf der Basis eines lichtempfindlichen Films kann zum Beispiel ein geeignetes Lösungsmittel zum Entfernen der Maske verwendet werden, oder im Fall eines Folien-Fotoresist kann die Folie abgezogen werden. Nach dem Entfernen der Maske kann das Substrat einer weiteren herkömmlichen Verarbeitung unterzogen werden, wie dies für ein gegebenes Herstellungsverfahren gewünscht wird.
  • In 2 wird ein Flussdiagramm gezeigt, das ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform illustriert. Obwohl das Verfahren als eine Folge von Handlungen oder Ereignissen dargestellt wird, kann in anderen Ausführungsformen die Reihenfolge der Handlungen oder Ereignisse anders sein, wenn dies nicht anders festgelegt wird, und/oder können Handlungen oder Ereignisse weggelassen oder durch andere Handlungen oder Ereignisse ersetzt werden. Das Verfahren von 2 kann in der Vorrichtung von 1 implementiert werden, kann aber auch unabhängig davon verwendet werden.
  • Bei 20 wird eine Sperrschicht auf einem Substrat abgeschieden, zum Beispiel eine Sperrschicht, die eine Ätzstoppschicht umfasst, gefolgt von einer Metallschicht, wie eine Kupferschicht, wobei die letztere als Startschicht wirkt. Die physikalische Dampfphasenabscheidung oder elektrochemische Abscheidung können zum Beispiel zum Abscheiden der Sperrschicht verwendet werden. In einigen Ausführungsformen kann das Substrat ein Halbleiterwafer sein, wie zum Beispiel ein Siliziumwafer, zum Beispiel ein Wafer, der bereits eine gewisse Verarbeitung erfahren hat, zum Beispiel die Bildung von Halbleitervorrichtungen auf dem Wafer.
  • Bei 21 wird eine poröse Metallschicht auf der Sperrschicht abgeschieden, zum Beispiel unter Verwendung eines Plasmaabscheidungsverfahrens, wie oben mit Verweis auf 1 beschrieben.
  • Als Nächstes im Verfahren von 2 wird eine Maske auf der porösen Metallschicht gebildet oder bereitgestellt. In der Ausführungsform, die speziell in 2 gezeigt wird, wird zum Bilden der Maske bei 22 ein lichtempfindlicher Film auf der porösen Metallschicht abgeschieden, und bei 23 wird der lichtempfindliche Film durch Beleuchten und Entwickeln des lichtempfindlichen Films strukturiert. In anderen Ausführungsformen können andere Arten von Masken verwendet werden, die unter Verwendung anderer Verfahren strukturiert werden können, zum Beispiel Plasmaabscheidung von Masken, zum Beispiel feste Oxid- oder Nitridmasken.
  • Bei 24 wird ein nasschemisches Ätzen ausgeführt, zum Beispiel unter Verwendung eines herkömmlichen typischen Metallätzmittels. Bei 25 wird der restliche lichtempfindliche Film, d.h. die Maske, entfernt.
  • Metallschichten, die auf diese Weise strukturiert werden, können in einigen Ausführungsformen verschiedene Vorteile bieten, zum Beispiel niedrige Herstellungskosten, Zuverlässigkeit der Strukturierung, niedrige Verfahrenstemperaturen, zum Beispiel Verfahrenstemperaturen unter 400 °C oder unter 250 °C oder unter 200 °C, Reduzierung der Waferbiegung auf Grund der reduzierten induzierten Spannungen, gute thermische Leitfähigkeit und/oder gute elektrische Eigenschaften.
  • Zur weiteren Illustrierung der Vorrichtung von 1 und des Verfahrens von 2 wird in 3 ein Substrat 30, zum Beispiel ein Siliziumwafer, in verschiedenen Stadien der Verarbeitung gezeigt. Es ist zu bemerken, dass 3 nur zu Illustrationszwecken dient und keinesfalls als Einschränkung für den Geltungsbereich der vorliegenden Anmeldung ausgelegt werden darf. Insbesondere können die illustrierten Schichten andere Abmessungen, Porositäten, Strukturen usw. als gezeigt haben.
  • In 3a wird ein Substrat 30 mit einer Sperrschicht 31 gezeigt, zum Beispiel eine Ätzstoppschicht, gefolgt von einer Kupferschicht, die darauf abgeschieden ist. Die Sperrschicht 31 kann zum Beispiel in der Sperrschichtabscheidungsstation 10 von 1 oder bei 20 in 2 abgeschieden werden.
  • In 3b ist zusätzlich eine poröse Metallschicht 32 auf der Sperrschicht 31 abgeschieden, zum Beispiel in der Porenmetallabscheidungssstation 11 von 1 oder bei 21 in 2, Poren der porösen Metallschicht 32 werden durch sternenförmige Hohlräume 33 symbolisiert. Diese Form wird jedoch nur für Illustrationszwecke gewählt.
  • In 3c ist zusätzlich eine strukturierte Maske 34 auf der porösen Metallschicht 32 vorgesehen. Maske 34 kann zum Beispiel strukturierter lichtempfindlicher Film oder eine andere Maske sein, zum Beispiel durch die Lithografiestation 12 bereitgestellt oder bei 22 und 23 von 2.
  • In 3d wird das Substrat 30 gezeigt, nachdem eine nasschemische Ätzung am Substrat von 3c ausgeführt wurde. Wie zu erkennen ist, sind die poröse Metallschicht 32 und die Sperrschicht 31 an Orten geätzt worden, wo keine Maske 34 die poröse Metallschicht 32 abgedeckt hat. Bis zu einem gewissen Umfang tritt Unterätzen auf, d.h. ein Ätzen unter der Maske 34. Wie weiter unten erläutert wird, ist dieses Unterätzen in einigen Ausführungsformen derart selbstbeschränkend, dass das Unterätzen gut gesteuert werden kann. Das Ätzen kann zum Beispiel in der Ätzstation 13 von 1 oder bei 24 in 2 ausgeführt werden.
  • In 3e ist die Maske 34 entfernt worden, zum Beispiel in der Maskenentfernungsstation 14 von 1 oder bei 25 in 2. Es bleibt ein Substrat mit einer strukturierten porösen Metallschicht zurück.
  • In den 4a bis 4c werden elektronenmikroskopische Querschnittsansichten von Proben, die gemäß einigen Ausführungsformen hergestellt wurden, gezeigt. In den 4a bis 4c bezeichnet 40 ein Siliziumsubstrat, 41 bezeichnet eine poröse Kupferschicht und 42 bezeichnet eine Maske. 4a wurde nach einer Ätzzeit von 40 Minuten erhalten, und 4b wurde nach einer Ätzzeit von 140 Minuten erhalten. Wie zu sehen ist, hängt die Breite der Struktur nur in sehr geringem Maße von der Ätzdauer ab. Obwohl die Dauer in 4b dreimal so groß wie die Dauer in 4a ist, hat sich die Breite der geätzten Struktur in den porösen Metallschichten von 52,27 μm auf nur 58,83 μm erhöht, mit einer Unterätzung in der Größenordnung von 20 μm und einer Breite der Öffnung in der Maske von etwa 30 μm. Daher sind leichte Abweichungen in der Ätzzeit kaum kritisch, und selbst bei leichten Abweichungen kann man eine reproduzierbare Strukturierung erhalten.
  • In 4c wird eine elektronenmikroskopische Aufnahme von einer weiteren Probe mit einer breiteren Struktur gezeigt. Es ist zu bemerken, dass der Umfang des Unterätzens immer noch in der Größenordnung von 20 μm liegt. Trotz der Tatsache, dass die Breite der Struktur verdoppelt wurde, hat sich also der Umfang des Unterätzens nicht im selben Maße erhöht, sondern bleibt zwischen 20 und 30 μm.
  • Dadurch, dass die Strukturbreite innerhalb eines Bereichs zwischen 10 μm und 200 μm, vorzugsweise zwischen 20 μm und 100 μm gehalten wird, kann im Allgemeinen die Zeitabhängigkeit des Unterätzens in einigen Ausführungsformen reduziert werden.
  • Die Zeitabhängigkeit des Unterätzens ist auch für andere Proben gemessen worden, und die Ergebnisse werden in der Tabelle unten zusammengefasst:
    Breite der Ätzmaske [μm] Ätzbreite nach 30 min Ätzen [μm] Ätzbreite nach 40 min Ätzen [μm]
    28 41 53
    46 78 84
    60 100 100
    80 125 125
  • Wie zu sehen ist, ist die Zeitabhängigkeit klein und wird für Ätzmaskenbreiten zwischen 60 und 80 μm kleiner, was zu Strukturen zwischen 100 bzw. 125 μm Breite führt.
  • In 5 wird eine mikroskopische Ansicht einer Vorrichtung, die gemäß Ausführungsformen hergestellt wurde, gezeigt. Insbesondere umfasst die Vorrichtung von 5 Kupferpads 51, die durch elektrochemische Abscheidung aufgetragen wurden, und eine poröse Kupferschicht 50, die die Pads 51 teilweise überlagert. Die poröse Kupferschicht 50 ist durch nasschemisches Ätzen auf genaue Abmessungen strukturiert worden.
  • Auch die Vorrichtung von 5 dient nur Erläuterungszwecken, und poröse Metallstrukturen, die gemäß Ausführungsformen hergestellt wurden, können für mehrere Anwendungen genutzt werden, zum Beispiel als Zwischenverbindungen, Bondpads oder Wärmesenken.
  • Wie bereits erwähnt, können in einigen Ausführungsformen hoch reproduzierbare Strukturen hergestellt werden. Um dies zum Beispiel zu illustrieren, zeigt 6 Messergebnisse für Strukturen, die in eine poröse Kupferschicht geätzt wurden, gemäß Ausführungsformen, bei denen Strukturen an mehreren Orten über dem Substrat gebildet wurden, die nominell dieselben Dimensionen haben. 6 zeigt Messergebnisse für verschiedene dieser Strukturen über dem Substrat. Wie in diesem Beispiel zu sehen ist, betrug die Breite der Struktur 100 μm mit hoher Reproduzierbarkeit über dem Substrat.
  • Es ist zu bemerken, dass obwohl Kupfer als Beispiel für eine poröse Metallschicht in einigen Beispielen oben verwendet worden ist, andere Metalle, zum Beispiel Silber, ebenfalls verwendet werden können. Auch Legierungen, zum Beispiel Legierungen, die mindestens 50 % oder mindestens 80 % Kupfer oder andere Metalle umfassen, zum Beispiel Metalle mit einem relativ niedrigen Schmelzpunkt, können verwendet werden.
  • Daher können gemäß einigen Ausführungsformen poröse Metallschichten, die auf Substraten abgeschieden sind, insbesondere auf Halbleitersubstraten, wie Siliziumsubstraten, unter Verwendung des nasschemischen Ätzens mit einem hohen Grad an Reproduzierbarkeit strukturiert werden.

Claims (23)

  1. Vorrichtung, umfassend: eine Metallabscheidungsstation, die zum Abscheiden einer porösen Metallschicht auf einem Substrat eingerichtet ist; eine Maskenbereitstellungsstation, die zum Bereitstellen einer Maske auf der porösen Metallschicht eingerichtet ist; und eine Ätzstation, die zum Durchführen eines nasschemischen Ätzens auf dem Substrat, welches mit der porösen Metallschicht und der Maske versehen ist, eingerichtet ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Maskenbereitstellungsstation eine Lithografiestation umfasst, die zum Bereitstellen der Maske unter Verwendung von Fotolithografie eingerichtet ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Maskenbereitstellungsstation eingerichtet ist, eine Maske mit einer Strukturbreite zwischen 10 μm und 200 μm bereitzustellen.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–3, ferner umfassend eine Maskenentfernungsstation, welche zum Entfernen der Maske nach dem Ätzen eingerichtet ist.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–4, ferner umfassend eine Sperrschichtabscheidungsstation, welche zum Abscheiden einer Sperrschicht auf dem Substrat vor dem Abscheiden des porösen Metalls eingerichtet ist.
  6. Vorrichtung, umfassend: eine erste Einrichtung, die zur Durchführung einer Plasmaabscheidung eines porösen Metalls auf einem Halbleitersubstrat eingerichtet ist; eine zweite Einrichtung zum Bereitstellen einer Maske auf der porösen Metallschicht; und eine dritte Einrichtung zur Durchführung eines nasschemischen Ätzens auf dem Halbleitersubstrat, das mit der Maske und der porösen Metallschicht versehen ist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die erste Einrichtung zum Abscheiden von Kupfer ausgelegt ist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, wobei die dritte Einrichtung zum Ausführen von nasschemischem Ätzen ausgelegt ist, um Strukturen mit Breiten zwischen 10 μm und 200 μm bereitzustellen.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6–8, wobei die dritte Einrichtung ein Ätzmittel verwendet, das H3PO4 und H2O2 umfasst.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6–9, ferner umfassend eine vierte Einrichtung, welche zum Abscheiden eines Ätzstopps auf dem Halbleitersubstrat vor dem Abscheiden des porösen Metalls eingerichtet ist.
  11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6–10, wobei die zweite Einrichtung zum Abscheiden einer lichtempfindlichen Schicht auf der porösen Metallschicht und zum Strukturieren der lichtempfindlichen Schicht eingerichtet ist.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6–11, ferner umfassend eine fünfte Einrichtung, welche zum Entfernen der Maske nach dem Ätzen eingerichtet ist.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6–12, wobei die zweite Einrichtung zum Bereitstellen der Maske derart eingerichtet ist, dass Teile der Maske im Wesentlichen nicht in Poren des porösen Metalls eindringen.
  14. Verfahren, umfassend: Abscheiden einer porösen Metallschicht auf einem Substrat; Bereitstellen einer Maske auf der porösen Metallschicht; und nasschemisches Ätzen der porösen Metallschicht, die mit der Maske versehen ist.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Bereitstellen einer Maske umfasst: Abscheiden einer lichtempfindlichen Schicht auf der porösen Metallschicht; und Strukturieren der lichtempfindlichen Schicht.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Abscheiden der lichtempfindlichen Schicht das Bereitstellen der lichtempfindlichen Schicht mit einer hohen Viskosität derart umfasst, dass die lichtempfindliche Schicht im Wesentlichen nicht in Poren der porösen Metallschicht eindringt.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14–16, wobei das Abscheiden der porösen Metallschicht das Abscheiden der porösen Metallschicht unter Verwendung eines Plasmaprozesses umfasst.
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14–17, wobei das nasschemische Ätzen eine poröse Metallstruktur mit einer Breite zwischen 10 μm und 200 μm bildet.
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 14–18, ferner umfassend ein Entfernen der Maske nach dem Ätzen.
  20. Verfahren nach einem der Ansprüche 14–19, ferner umfassend ein Abscheiden einer Sperrschicht auf dem Substrat vor dem Abscheiden der porösen Metallschicht umfasst.
  21. Verfahren nach Anspruch 20, wobei die Sperrschicht als Ätzstopp für das Ätzen dient.
  22. Verfahren nach einem der Ansprüche 14–21, wobei das Metall Kupfer umfasst.
  23. Verfahren nach einem der Ansprüche 14–22, wobei das nasschemische Ätzen ein Ätzmittel nutzt, welches H3PO4 und H2O2 umfasst.
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