DE19504434C1 - Verfahren zur Herstellung siliziumhaltiger Masken - Google Patents
Verfahren zur Herstellung siliziumhaltiger MaskenInfo
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Description
Zur Strukturdefinition vieler Halbleiterbauelemente werden
nicht nur Masken aus Fotolack, sondern auch aus Metallen oder
Dielektrika verwendet. Derartige Masken werden aber üblicher
weise unter Verwendung von Fotolackmasken hergestellt. Bei
Belichtung einer Fotolackschicht durch geeignete Masken er
folgt die Übertragung der durch diese Masken gegebenen Struk
tur in den Fotolack. Die Fotolackschicht wird strukturiert,
indem mit Lösungsmittel entweder die belichteten oder die un
belichteten Anteile herausgelöst werden. Dann werden geeig
nete Ätzverfahren angewendet, um die Struktur dieser berande
ten restlichen Fotolackschicht in darunter befindliches Mate
rial zu übertragen. Eine wesentliche Schwierigkeit ist dabei,
diese berandete Fotolackschicht mit möglichst glatten Kanten,
d. h. den an den Rändern abfallenden Flanken, herzustellen
und diese Struktur mit ebenso glatten Rändern in darunterlie
gendes Material, z. B. Al₂O₃, SiO₂ oder Si₃N4, das für die
Herstellung von Masken vorgesehen ist, zu übertragen. Das ist
insbesondere in der Optoelektronik wichtig, da jegliche Ab
weichung von der idealen Struktur zu Streuverlusten der z. B.
in Wellenleitern geführten oder an Spiegeln bzw. an Gittern
reflektierten Lichtwelle führt. Quantitativ bedeutet das, daß
die Länge der Periode einer Unebenheit dieser Fotolackflanken
und deren Tiefe etwa 1/10 der Wellenlänge der in dem mit dem
Fotolack strukturierten Halbleiter geführten Welle nicht
überschreiten dürfen.
In der DE 43 24 325 A1 ist ein Bauelement mit zugehörigem
Herstellungsverfahren beschrieben, bei dem eine Schichtfolge
aus SiO₂ und hochbrechenden Schichten z. B. aus Ta₂O₅ oder
HfO₂ durch Trockenätzen mittels fluorhaltiger Gase entfernt
oder strukturiert wird. Es werden dabei Ätzmasken aus Foto
lack, Metall oder Eisenoxid eingesetzt. In der EP 0 492 253
A1 ist ein Fotostrukturierungsverfahren beschrieben, das auch
für eine zweilagige Fototechnik verwendet wird. Das Topresist
wird nach der Strukturierung mit einem siliziumhaltigen Agens
resistent gegen Trockenätzen im Sauerstoffplasma gemacht. In
diesem nachfolgenden Trockenätzschritt wird die Struktur des
Topresists mit dem exakten Maß der für die Strukturierung
verwendeten Maske und mit senkrechten Flanken in das Bottom
resist übertragen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur
Herstellung berandeter Schichten, insbesondere Masken, aus
siliziumhaltigen Dielektrika anzugeben, mit dem es möglich
ist, die Ränder (Flanken) dieser Schichten extrem glatt her
zustellen.
Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren mit den Merkmalen des
Anspruches 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus
den abhängigen Ansprüchen.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es auf einfache Weise
möglich, eine Fotolackmaske herzustellen, die extrem glatte
Flanken hat, und die Struktur dieser Fotolackmaske so in ein
darunter befindliches siliziumhaltiges Dielektrikum zu über
tragen, daß man eine berandete Schicht aus diesem Dielektri
kum mit ebenso glatten Flanken erhält. Zu diesem Zweck wird
auf die Dielektrikumschicht eine Fotolackschicht aufgebracht,
entsprechend der Struktur der herzustellenden berandeten
Schicht belichtet, entwickelt, mit Lösungsmittel strukturiert
und dann so ausgeheizt, daß das Lösungsmittel entfernt ist.
Die Flanken der so hergestellten Fotolackmaske werden in ei
nem modifizierten Plasmaätzprozeß geglättet und dann diese
Lackmaske als Maske in einem weiteren, erfindungsgemäß modi
fizierten Plasmaätzprozeß verwendet, um so die Dielektrikum
schicht in eine berandete Schicht zu strukturieren. Mit dem
erfindungsgemäßen Plasmaätzverfahren wird diese berandete
Schicht mit extrem glatten, also gleichmäßigen und keine Rau
higkeiten oder Riffelungen aufweisenden Flanken hergestellt.
Anschließend kann der Fotolack mit heißem Dimethylformamid
oder mit N-Methyl-pyrrolidon entfernt werden. Wenn die Di
elektrikumschicht z. B. auf Halbleitermaterial aufgebracht
wird, kann die daraus hergestellte berandete Schicht als
Maske zur Strukturierung dieses Halbleitermateriales verwen
det werden.
Dieses Verfahren wird im einzelnen anhand der Fig. 1 bis 4
beschrieben, die Querschnitte eines Bauelementes nach ver
schiedenen Schritten des Verfahrens zeigen.
Eine Fotolackschicht wird zunächst ganz flächig auf eine zu
strukturierende Schicht, im folgenden und in den Ansprüchen
der Einfachheit halber und ohne Einschränkung ihrer Funktion
als Maskenschicht bezeichnet, aus einem siliziumhaltigen Di
elektrikum, z. B. SiO₂ oder Si₃N₄, aufgebracht und z. B. mit
tels einer Chrom-Maske entsprechend der herzustellenden
Struktur belichtet. In dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungs
beispiel ist die Maskenschicht 2 auf einem Substrat 1, z. B.
einer Halbleiterscheibe oder einer Halbleiterschicht, aufge
bracht. Die darauf aufgebrachte Fotolackschicht 3 wird ent
sprechend Fig. 2 durch eine Maske 4 entsprechend der vorge
sehenen Strukturierung wie üblich belichtet, wobei die von
der Maske 4 bedeckten Anteile der Fotolackschicht 3 unbelich
tet bleiben. Danach wird die Maske 4 entfernt und die Foto
lackschicht 3 in eine Lackmaske strukturiert. Je nach Art des
verwendeten Fotolackes (positiv oder negativ) sind es die be
lichteten oder die unbelichteten Anteile der Fotolackschicht
1, die nach dem Entwickeln mit Lösungsmittel entfernt werden.
Damit das nachfolgende Plasmaätzverfahren angewendet werden
kann, muß sichergestellt sein, daß kein Lösungsmittel in dem
Fotolack verbleibt. Das Lösungsmittel könnte sonst bei der
schlagartigen Temperaturerhöhung beim Zünden des verwendeten
Plasmas zu einer explosionsartigen Aufblähung des Fotolacks
führen. Der Fotolack wird daher bei einer höheren Temperatur
als sonst üblich (sogenanntes "post-bake") ausgeheizt. Diese
Temperatur liegt in der Regel deutlich über derjenigen Tempe
ratur, bei der der Fotolack aufgrund von Effekten, die durch
die Oberflächenspannung hervorgerufen werden, verrundet. Z.B.
liegt bei dem Lack AZ 1450 J diese sogenannte Schmelztem
peratur bei 118°C, während "post-baking" bei etwa 150°C
stattfindet.
Damit ist die in Fig. 3 dargestellte Struktur erreicht, bei
der die restliche Fotolackschicht die Lackmaske 5 mit den
Öffnungen 6 bildet. In diesen Öffnungen liegt die Oberfläche
der Maskenschicht 2 frei. Um die Flanken der Lackmaske 5 zu
glätten, d. h. darin vorhandene Riffelungen und Unebenheiten
zu beseitigen, wird der Fotolack Entladungen im Plasma
(Plasmaätzen) ausgesetzt. Besonders vorteilhaft sind Entla
dungen von Sauerstoff (Sauerstoff-Plasma). Dafür können z. B.
Apparaturen eingesetzt werden, wie sie üblicherweise für
Plasmaätzverfahren verwendet werden. Die Betriebsweise unter
scheidet sich allerdings grundlegend von den üblicherweise
vorgesehenen Betriebsbedingungen.
In einem ersten Ausführungsbeispiel für diesen Abschnitt des
erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Lackmaske einem Mikro
wellenplasma (ohne Unterstützung durch ein Magnetfeld, z. B.
in einer Anlage zum Entfernen von Fotolackmasken nach den da
mit durchgeführten Verfahrensschritten, sog. "Veraschen")
ausgesetzt, wobei eine Frequenz von z. B. 2,45 GHz (typischer
Wert, der aber nicht festgelegt ist) verwendet wird. Die ty
pischen Prozeßbedingungen sind dabei ein Druck zwischen
500 mTorr und 1000 mTorr, eine auf das Volumen bezogene Lei
stungsdichte der eingekoppelten Mikrowellen von 0,35 W/cm³
bis 1 W/cm³ (die man z. B. bei einer üblichen Apparatur durch
Einstellen der Leistung der eingekoppelten Mikrowellen zwi
schen 100 W und 300 W erhält) und eine maximale Reaktionszeit
(d. h. Prozeßdauer) von etwa 10 Minuten. Dabei wird ein
Faraday-Käfig verwendet, der die geladenen Teilchen des Plas
mas abschirmt, so daß das Ätzen isotrop erfolgt und die Ätz
rate niedrig ist. Das Ätzen erfolgt vorwiegend durch chemi
schen Angriff durch in dem Plasma angeregte und daher reakti
onsfähigere Neutralteilchen. Läßt man den Faraday-Käfig weg,
muß die Leistung auf Werte nicht höher als etwa 50 W redu
ziert werden; dann ist jedoch bereits die Grenze der mögli
chen Einstellung erreicht, wenn ein Abtrag des Fotolackes in
reproduzierbarer Stärke gewünscht wird. Dieses Ausführungs
beispiel wurde mit dem Plasma-System E-100 der Firma
Technics Plasma, Kirchheim bei München, erprobt.
Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel für diesen Abschnitt
des Verfahrens werden ebenfalls Mikrowellenplasmen verwendet,
wobei die Frequenz dieser Mikrowellen nicht festgelegt ist
und z. B. ebenfalls bei typisch 2,45 GHz liegt. Die Energie
wird durch ein statisches Magnetfeld in ein Elektronengas bei
dessen Resonanzfrequenz eingekoppelt (ECR-Entladung, electron
cyclotron resonance). Die Beschleunigung der Elektronen er
folgt dabei primär in einer Ebene. Eine Divergenz des Magnet
feldes bewirkt eine Beschleunigung der Elektronen senkrecht
zu dieser Ebene, so daß ein Plasmastrom in dieser Richtung
hervorgerufen wird. Die typischen Prozeßbedingungen sind hier
ein Druck von maximal 1 mTorr (bei Drücken bis etwa 1 mTorr
ergibt sich eine deutlich ausgeprägte Resonanz), eine auf das
Volumen bezogene Leistungsdichte der eingekoppelten Mikrowel
len von 0,01 W/cm³ bis 0,03 W/cm³ (die man z. B. bei einer
üblichen Apparatur durch Einstellen der Leistung der einge
koppelten Mikrowellen zwischen 50 W und 150 W erhält) und
eine maximale Reaktionszeit von 5 Minuten. Unter diesen Be
dingungen wird üblicherweise eher eine Abscheidung als eine
Ätzung erwartet. Im Bereich von Radiofrequenzen wird keine
Leistung eingekoppelt. Sollte das dennoch erwünscht sein, z. B.
zur Unterstützung der Plasmaerzeugung, muß der Druck höher
eingestellt werden, damit mehr Zusammenstöße mit Neutralteil
chen erfolgen und daher die isotrope Ätzkomponente größer
wird. Andernfalls ist der anisotrope physikalische Abtrag
(Sputtern) der Fotolackschicht wegen des Aufbaus einer zu
sätzlichen Beschleunigungsgleichspannung (DC-Bias) zu stark.
Dieses Ausführungsbeispiel wurde mit dem RIE-System PlasmaLab
90 der Firma Oxford, Yatton bei Bristol, mit dem ASTEX-ECR-System
erprobt.
Bei einem dritten Ausführungsbeispiel werden Radiowellenplas
men (RF-Entladungen, radio frequency) in einem Parallel-Plat
ten-Reaktor mit der von der Federal Communications Commission
zugelassenen Frequenz von 13,56 MHz verwendet, was üblicher
weise als Plasmaätzen (Probe [target] liegt auf der geerde
ten, "kalten" Elektrode) oder als Ionenätzen (Probe [target]
liegt auf der nicht geerdeten, "heißen" Elektrode) bezeichnet
wird. Die Frequenz der eingekoppelten Radiowellen ist aber
auch hier prinzipiell nicht festgelegt. RF-Plasmen liefern
eine hohe DC-Bias und sind daher vorteilhaft für eine Be
schleunigung von Ionen, die eine auf der Probe (target) vor
handene (z. B. Oxid-)Deckschicht physikalisch abtragen und
chemische Reaktionen mit den auf diese Weise freigelegten
Halbleitermaterialien ermöglichen. Dabei ergeben sich Stöße
mit Neutralteilchen, wodurch diese ionisiert oder zumindest
angeregt werden, so daß auch die neutralen Atome zum
(chemischen) Abtragen der Halbleiteroberfläche befähigt wer
den. Die anisotrope Ätzkomponente (Sputterwirkung) darf bei
der Anwendung in dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht zu
groß sein, da mittels eines seitlichen (also isotropen) und
relativ schwachen Ätzangriffs an die Flanken der Lackmaske
das Glätten bewirkt wird. Typische Prozeßbedingungen für das
erfindungsgemäße Verfahren sind ein Druck zwischen 100 mTorr
und 500 mTorr, eine auf die Fläche bezogene Leistungsdichte
der eingekoppelten Radiowellen von 0,1 W/cm² bis 0,3 W/cm²
(die man z. B. bei einer üblichen Apparatur mit Elektroden
platten einer Größe von 700 cm² durch Einstellen der Leistung
der eingekoppelten Radiowellen zwischen 75 W und 200 W er
hält) und eine Reaktionszeit von 5 Minuten bis 10 Minuten.
Unter diesen Bedingungen, insbesondere in diesem Druckbe
reich, wäre eher eine plasmaunterstützte Abscheidung zu er
warten (sog. Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition,
PECVD).
Bei diesem modifizierten Plasmaätzverfahren wirken eine phy
sikalische Komponente (Sputtern) und eine chemische Kompo
nente (Ätzen) zusammen, und die chemische Komponente hat ei
nen möglichst großen Anteil. Die Wirkung des Plasmas liegt
hierbei vorwiegend in der Erzeugung angeregter und daher che
misch reaktionsfähigerer Atome oder Moleküle, die die Foto
lackschicht in erster Linie chemisch abtragen. Die beim Plas
maätzen sonst erwünschte Sputterwirkung (physikalisches Ab
tragen der Oberfläche) erfolgt anisotrop und wird hier nur in
stark abgeschwächter Weise eingesetzt.
Die Lackmaske wird verwendet, um die vorgesehene Struktur in
die Maskenschicht so zu übertragen, daß man die gewünschte
berandete Schicht erhält, die dann z. B. ihrerseits als Maske
für eine Trockenstrukturierung z. B. von Halbleitermaterial
dienen kann. Es gibt zahlreiche Möglichkeiten, Strukturen in
Dielektrika zu erzeugen. Man kann z. B. naßchemische Ätzver
fahren anwenden, oder man bedient sich der Trockenstrukturie
rung. Als Verfahren zur Trockenstrukturierung sind in erster
Linie zu nennen: reaktives Ionenätzen (RIE), Plasmaätzen
(PE), (reaktives) Ionenstrahlätzen ([R]IBE). Aber sogar Lack
masken mit so glatten Kanten, wie sie mit dem oben beschrie
benen ersten Abschnitt des erfindungsgemäßen Verfahrens her
gestellt werden, bieten ohne Durchführung weiterer Maßnahmen
keine Gewähr für die exakte Übertragung dieser glatten Kan
tenstruktur in darunterliegende Schichten.
Ein zweiter Abschnitt des erfindungsgemäßen Verfahrens ermög
licht es, die in der Lackmaske vorgegebene Struktur so in ei
ne Maskenschicht aus einem siliziumhaltigen Dielektrikum (z. B.
Si₃N₄ oder SiO₂) zu übertragen, daß die Ränder der in die
ser Maskenschicht hergestellten Maske so gleichmäßig und die
Flanken dieser Maske so glatt und frei von Rauhigkeiten und
Riffelungen sind, wie das bei der Lackmaske der Fall ist, die
auch bei z. B. 50 000-facher Vergrößerung eine wirklich glat
te Kante erkennen läßt.
In diesem zweiten Abschnitt des Verfahrens gelangt man von
der in Fig. 3 dargestellten Strukturierung des Bauelementes
zu der in Fig. 4 dargestellten Strukturierung, bei der im
Bereich der Öffnungen 6 der Lackmaske 5 das Dielektrikum der
Maskenschicht entfernt ist, so daß die berandete Schicht, im
folgenden der Einfachheit halber als Maske 7 bezeichnet, mit
der Lackmaske 5 darauf übrigbleibt. Diese Strukturierung der
Maskenschicht 2 erfolgt in einer ECR-Entladung (ECR =
electron cyclotron resonance). Die dafür geeigneten Bereiche
der maßgeblichen Prozeßparameter (das "Prozeßfenster") sind
eng: Zu hohe Energie führt zum zerstörenden Beschuß, zu nied
rige Energie zur Abscheidung eines Polymers. Als geeignet er
wiesen haben sich ECR-Entladungen von Freonen (z. B. CF₄ oder
CHF₃) mit Argon, zu denen etwas Sauerstoff dotiert wurde. Ty
pische Bedingungen, die z. B. bei Verwendung der Anlage Plas
maLab 90 der Firma Oxford, Yatton bei Bristol, mit dem ASTEX-ECR-System
die gewünschten Ergebnisse erzielen, sind im fol
genden angegeben.
Entsprechend dem oben beschriebenen zweiten Ausführungsbei
spiel des ersten Abschnittes des Verfahrens werden Mikrowel
lenplasmen erzeugt, bei denen die eingekoppelten Mikrowellen
z. B. eine typische Frequenz von 2,45 GHz haben. Dieser Vor
gang wird durch ein Magnetfeld unterstützt, das die Elektro
nen in einer Ebene beschleunigt und aufgrund seiner vorhande
nen Divergenz eine Beschleunigungskomponente in Richtung zur
Probe (target) hin hervorruft.
Die magnetische Feldstärke (Stärke des B-Feldes, auch als In
duktion bezeichnet) beträgt vorzugsweise zwischen 1 und 10 mT
(T=Vs/m²). Dabei befindet sich die Zone maximaler Feldstärke
im Bereich des Eintritts der Mikrowellen
(Mikrowellenfenster).
Der Druck sollte maximal 1 mTorr (0,13 Pa) betragen, um die
Ätzrate nicht zu niedrig werden zu lassen, und liegt
vorzugsweise zwischen 0,7 mTorr und 1 mTorr. Die auf das
Volumen bezogene Leistungsdichte der eingekoppelten
Mikrowellen liegt zwischen 0,03 W/cm³ und 0,1 W/cm³, was bei
der verwendeten Apparatur einer Leistung der eingekoppelten
Mikrowellen zwischen 150 W und 450 W entspricht. Bei der
Messung dieser Werte befand sich der Zylinder zwischen den
beiden Magneten der ASTEX-Quelle im Vakuum.
Zusätzlich zu den Mikrowellen werden unter Verwendung von z. B.
plattenförmigen Elektroden Radiowellen eingekoppelt (RF-Entladung,
radio frequency). Die auf die Fläche der Substrat
elektrode (d. h. derjenigen der für die Einkopplung der
Radiowellen vorgesehenen Elektroden, auf der das zu
bearbeitende Bauelement [Probe, Target] angebracht ist)
bezogene Leistungsdichte der eingekoppelten Radiowellen liegt
im Bereich von 0,4 W/cm² bis 0,8 W/cm². Bei einer Größe der
Substratelektrode von in diesem Fall 130 cm² entspricht das
einer Leistung der eingekoppelten Radiowellen zwischen 50 W
und 100 W.
Die Gleichspannung (DC-Bias) zwischen den Elektroden, die für
die Einkopplung der Radiowellen vorgesehen sind, d. h. der
Wert der Spannung an der nicht geerdeten ("heißen") Elektrode
gegenüber der geerdeten ("kalten") Elektrode, wird zwischen
-80 V und -250 V eingestellt.
Als geeignet und besonders vorteilhaft haben sich dabei Zu
sammensetzungen des für das Plasma verwendeten Gases mit An
teilen von Halogenverbindungen, insbesondere fluorhaltiger
Gase, erwiesen, von denen speziell die folgenden zu nennen
sind:
Ar:O₂:CF₄ im Verhältnis a:1:b, angegeben in sccm (Standard- Kubikzentimeter), mit a und b jeweils im Bereich von 5 bis 10 oder
Ar:O₂:CHF₃ im Verhältnis a:1:b, angegeben in sccm (Standard- Kubikzentimeter), mit a im Bereich von 5 bis 10 und b im Be reich von 5 bis 15 oder
Ar:O₂:SF₆ im Verhältnis a:1:b, angegeben in sccm (Standard- Kubikzentimeter), mit a im Bereich von 5 bis 10 und b im Be reich von 3 bis 10.
Weitere mögliche Fluorverbindungen, die für eine Zusammenset zung des Plasmas in Frage kommen, sind C₂F₆ und NF₃.
Ar:O₂:CF₄ im Verhältnis a:1:b, angegeben in sccm (Standard- Kubikzentimeter), mit a und b jeweils im Bereich von 5 bis 10 oder
Ar:O₂:CHF₃ im Verhältnis a:1:b, angegeben in sccm (Standard- Kubikzentimeter), mit a im Bereich von 5 bis 10 und b im Be reich von 5 bis 15 oder
Ar:O₂:SF₆ im Verhältnis a:1:b, angegeben in sccm (Standard- Kubikzentimeter), mit a im Bereich von 5 bis 10 und b im Be reich von 3 bis 10.
Weitere mögliche Fluorverbindungen, die für eine Zusammenset zung des Plasmas in Frage kommen, sind C₂F₆ und NF₃.
Vorteilhaft, aber nicht Bedingung, ist die Verwendung einer
sogenannten "Magnetischen Flasche", die zweckmäßig z. B.
durch zwei koaxial zueinander angeordnete Elektromagnete
(Spulen) realisiert ist und mit der das Plasma auf einen en
gen Bereich eingeschlossen werden kann. Das geschieht durch
zueinander gegensinnig vorhandene Inhomogenitäten des damit
erzeugten Magnetfeldes, die bewirken, daß die magnetische
Feldstärke in den beiden einander entgegengesetzten Richtun
gen, die längs der gemeinsamen Achse dieser Elektromagnete
verlaufen und vom Zentrum des von dem Plasma eingenommenen
Bereiches weg nach außen gerichtet sind, jeweils zunimmt. Die
Geschwindigkeitskomponente der geladenen Teilchen senkrecht
zu der Ebene, in der sie durch das Magnetfeld beschleunigt
werden, ist wegen dieser Inhomogenitäten des Magnetfeldes zum
Zentrum des von dem Plasma eingenommenen Bereiches gerichtet.
Daher kann ein Beschuß der Probe (target) durch die Elektro
nen im Plasma wirkungsvoll mit einer solchen magnetischen
Flasche unterdrückt werden, wenn die Probe außerhalb des
Zentrums in einem Bereich angeordnet wird, in dem die Inhomo
genität des Magnetfeldes bewirkt, daß in der zur Oberfläche
der Probe senkrechten Richtung allenfalls stark abgebremste
Elektronen die Probe erreichen.
Als Alternative kann für diesen zweiten Abschnitt des Verfah
rens eine Anlage zum Plasmaätzen verwendet werden, in der
entsprechend dem dritten Ausführungsbeispiel, das oben zum
ersten Abschnitt des Verfahrens angegeben wurde, das Plasma
durch Einkoppeln von Radiowellen (typische Frequenz z. B.
13,56 MHz) erzeugt wird. Es muß aber die Möglichkeit beste
hen, den Druck während der Durchführung des Verfahrens auf
höhere Werte als 100 mTorr einzustellen und den absoluten Be
trag der Gleichspannung (DC-Bias) zwischen den Elektroden,
die für die Einkopplung der Radiowellen vorgesehen sind und
von denen eine zweckmäßigerweise das zu bearbeitende Bauele
ment trägt, auf einem Wert unter 300 V zu halten.
Nachdem die Maskenschicht mittels des in der beschriebenen
Weise modifizierten Plasmaätzverfahrens zu der in Fig. 4
dargestellten Maske 7 strukturiert worden ist, kann die dar
auf noch vorhandene Lackmaske 5 entfernt werden. Der Fotolack
kann z. B. mit heißem (z. B. etwa 60°C) Dimethylformamid
(DMF) oder mit N-Methyl-pyrrolidon (NMP) (beide chemische
Stoffe sind handelsüblich) entfernt werden. Das gelingt am
besten, wenn man diese Stoffe z. B. etwa 30 min einwirken
läßt. Das Entfernen des Fotolackes kann in der für das Plas
maätzen verwendeten Anlage erfolgen, wobei es genügt, sich
auf die Verwendung nur eines Magneten zu beschränken.
Eine andere Möglichkeit ist das Veraschen z. B. in einer An
lage, wie sie oben im Zusammenhang mit dem ersten Ausfüh
rungsbeispiel des ersten Abschnittes des erfindungsgemäßen
Verfahrens beschrieben wurde. Es wird zu diesem Zweck z. B.
ein Sauerstoffplasma verwendet. Das Plasma wird z. B. mit Mi
krowellen einer Frequenz von z. B. typisch 2,45 GHz erzeugt.
Besonders geeignete Betriebsbedingungen sind eine Leistung
der eingekoppelten Mikrowellen von z. B. etwa 300 W (die auf
das Volumen bezogene Leistungsdichte beträgt dann etwa
1 W/cm³), ein Druck von z. B. etwa 1 Torr und eine Reaktions
zeit (Prozeßdauer) von z. B. etwa 20 min.
Mit dem beschriebenen Verfahren erhält man ohne zusätzliche
Maßnahmen eine berandete Schicht aus einem siliziumhaltigen
Dielektrikum, die wesentlich glattere und gleichmäßigere
Flanken aufweist, als sie mit herkömmlichen Verfahren er
reichbar sind. Wesentlich ist dabei, daß auch in dem zweiten
Abschnitt des Verfahrens, in dem die Maskenschicht unter Ver
wendung der fertiggestellten Lackmaske strukturiert wird, der
chemische Anteil der Ätzung dominiert. Das bedeutet insbeson
dere, daß die Gleichspannung (DC-Bias) zwischen den Elektro
den, die für die Einkopplung der Radiowellen vorgesehen sind,
auf einen absoluten Betrag von höchstens etwa 300 V begrenzt
wird. Eine rein isotrope Ätzung, bei der die horizontale Ätz
rate gleich der vertikalen Ätzrate ist, bewirkt aber, daß
eine in der siliziumhaltigen Dielektrikumschicht hergestellte
Maske an ihrer Kante zu flach wird, d. h. daß die Flanken
dieser Maske nicht ausreichend hoch und steil hergestellt
werden. Das kann sich nachteilig auswirken auf den nachfol
genden Ätzprozeß, in dem diese Maske verwendet wird, um die
darin vorgegebene Struktur z. B. in darunterliegendes Halb
leitermaterial zu übertragen. Bei diesem nachfolgenden Ätz
prozeß, bei dem auch die Maske selbst teilweise abgetragen
wird, könnten zu flache Ränder der Maske dazu führen, daß die
Maske an den Rändern so schnell abgetragen wird, daß bereits
im Verlauf der Ätzung die Maske nicht mehr scharf genug
berandet ist und daher die ursprünglich vorhandene Struktur
nicht mehr exakt in das Halbleitermaterial übertragen wird.
Eine rein isotrope Ätzung bei der Herstellung einer als Maske
vorgesehenen berandeten Schicht sollte daher vermieden wer
den.
Da es sich bei diesem Verfahren um die Strukturierung einer
isolierenden Schicht handelt, ist zur Konstruktion eines
dafür geeigneten Apparates zunächst erforderlich, daß die An
regung des Plasmas bei Frequenzen, ωerr, erfolgt, bei denen
sich die Probe, das Substrat, nicht elektrostatisch auf laden
kann. Dies ist erst bei Frequenzen, die oberhalb der sog.
"Plasmafrequenz" der Ionen, ωp,I,, liegen, der Fall. Je
dichter ωerr bei ωp,I liegt, umso niedriger muß der
Totaldruck sein. Hier gilt das Druckintervall 100 mTorr bis
1000 mTorr (13,3 Pa bis 130 Pa). Wird dagegen ein resonantes
Verfahren, wie etwa das der Elektronen-Cyclotron-Resonanz,
ECR, zur Plasmaanregung verwendet, sollte die Dämpfung durch
Stöße angeregter Spezies mit Neutralteilchen möglichst gering
sein. Dann werden Drücke von unter 1 mTorr (0,13 Pa)
empfohlen, obwohl auch bei höheren Drücken gute Ergebnisse,
nur mit deutlich niedrigeren Ätzraten, möglich sind.
Deswegen sind zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
am besten solche Anlagen oder Apparaturen geeignet, in denen
entweder mit RF-Einkopplung bei z. B. typisch 13,56 MHz
Plasmaätzen bei einem Druck oberhalb 100 mTorr (13 Pa)
betrieben wird oder mit Mikrowellen-Einkopplung bei z. B.
typisch 2,45 GHz und mit Magnetfeldunterstützung gearbeitet
wird. Damit die damit erzeugte Strukturierung reproduzierbar
ist, sollte die Anlage mit einem sogenannten "Down-stream-controller"
ausgerüstet sein, der auch bei Drücken gut arbei
tet, wie sie bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erforderlich
sind und die wie beschrieben höher sind, als bei Plasmaätz
verfahren sonst üblich ist. Die Verwendung eines Domes aus
Quarz, durch den die das Plasma erzeugende Strahlung einge
koppelt wird, kann aus Gründen der Kontaminationsvermeidung
vorteilhaft sein.
Claims (10)
1. Verfahren zur Herstellung von berandeten Schichten aus
siliziumhaltigem Dielektrikum auf einem Substrat (1), bei
dem
- a) auf diesem Substrat eine Maskenschicht (2) als Schicht aus diesem Dielektrikum hergestellt wird,
- b) auf diese Maskenschicht eine Schicht (3) aus einem Foto lack aufgebracht wird,
- c) diese Schicht aus Fotolack durch eine Maske (4) entspre chend einer für die herzustellende berandete Schicht vor gegebenen Struktur belichtet wird,
- d) der belichtete oder der unbelichtete Anteil dieser Schicht entfernt wird,
- e) der verbliebene Anteil dieser Schicht oberhalb der Schmelztemperatur des Fotolackes ausgeheizt wird,
- f) seitliche Flanken dieses verbliebenen Anteils geglättet werden, indem der Fotolack einer Entladung in einem Plasma ausgesetzt wird,
- g) unter Verwendung dieses verbliebenen Anteils als Lackmaske (5) die Struktur dieser Lackmaske mittels anisotropen Ät zens in einem Plasma in die Maskenschicht (2) übertragen wird, wobei entweder
- - ein Mikrowellenplasma mit Magnetfeld verwendet wird mit einer auf das Volumen bezogenen Leistungsdichte der ein gekoppelten Mikrowellen zwischen 0,03 W/cm³ und 0,1 W/cm³ und wobei zusätzlich mittels Elektroden Radiowellen eingekoppelt werden mit einer auf die Fläche bezogenen Leistungsdichte zwischen 0,4 W/cm² und 0,8 W/cm² und wobei der Betrag einer zwischen diesen Elektroden anliegenden Gleichspannung nach oben auf 250 V begrenzt gehalten wird oder
- - ein Radiofrequenzplasma verwendet wird, wobei der Be trag einer zwischen Elektroden, die für die Einkopplung von Radiowellen vorgesehen sind, anliegenden Gleichspan nung nach oben auf 300 V begrenzt gehalten wird und wo bei der Druck auf mindestens 100 mTorr eingestellt wird, und
- h) die Lackmaske entfernt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
bei dem in Schritt g ein Mikrowellenplasma verwendet wird und
ein Druck von maximal 1 mTorr eingestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
bei dem in Schritt g ein Plasma verwendet wird, das als Be
standteil eine Halogenverbindung enthält.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
bei dem in Schritt g ein Plasma verwendet wird, das als Be
standteil eine Fluorverbindung enthält.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
bei dem in Schritt g ein Plasma verwendet wird, das als Be
standteile Sauerstoff und Argon enthält.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
bei dem in Schritt f in dem Plasma ein Druck eingestellt
wird, der über dem bei anisotropem Plasmaätzen verwendeten
Druck liegt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
bei dem in Schritt f ein Mikrowellenplasma verwendet wird,
dabei für das Einkoppeln dieser Mikrowellen eine Leistungs dichte zwischen 0,35 W/cm³ und 1 W/cm³ eingestellt wird, dabei der Druck zwischen 500 mTorr und 1000 mTorr eingestellt wird,
dabei eine Reaktionszeit von maximal 10 min eingehalten wird und
dabei geladene Teilchen des Plasmas durch einen Faraday-Käfig von der Schicht aus Fotolack weitgehend abgeschirmt werden.
dabei für das Einkoppeln dieser Mikrowellen eine Leistungs dichte zwischen 0,35 W/cm³ und 1 W/cm³ eingestellt wird, dabei der Druck zwischen 500 mTorr und 1000 mTorr eingestellt wird,
dabei eine Reaktionszeit von maximal 10 min eingehalten wird und
dabei geladene Teilchen des Plasmas durch einen Faraday-Käfig von der Schicht aus Fotolack weitgehend abgeschirmt werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
bei dem in Schritt f ein Mikrowellenplasma verwendet wird,
dabei für das Einkoppeln dieser Mikrowellen eine Leistungs dichte zwischen 0,01 W/cm³ und 0,03 W/cm³ eingestellt wird,
dabei der Druck bis maximal 1 mTorr eingestellt wird,
dabei eine Reaktionszeit von maximal 5 min eingehalten wird und
dieser Verfahrensschritt in einem Magnetfeld vorgenommen wird.
dabei für das Einkoppeln dieser Mikrowellen eine Leistungs dichte zwischen 0,01 W/cm³ und 0,03 W/cm³ eingestellt wird,
dabei der Druck bis maximal 1 mTorr eingestellt wird,
dabei eine Reaktionszeit von maximal 5 min eingehalten wird und
dieser Verfahrensschritt in einem Magnetfeld vorgenommen wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
bei dem in Schritt f ein Radiofrequenzplasma verwendet wird,
dabei für das Einkoppeln dieser Radiowellen eine auf die Flä
che bezogene Leistungsdichte zwischen 0,1 W/cm² und 0,3 W/cm²
eingestellt wird,
dabei der Druck zwischen 100 mTorr und 500 mTorr eingestellt wird und
dabei eine Reaktionszeit zwischen 5 min und 10 min eingehal ten wird.
dabei der Druck zwischen 100 mTorr und 500 mTorr eingestellt wird und
dabei eine Reaktionszeit zwischen 5 min und 10 min eingehal ten wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9,
bei dem in Schritt f der Betrag einer zwischen Elektroden,
die für die Einkopplung der Radiowellen vorgesehen sind, an
liegenden Gleichspannung nach oben auf 200 V begrenzt gehal
ten wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1995104434 DE19504434C1 (de) | 1995-02-10 | 1995-02-10 | Verfahren zur Herstellung siliziumhaltiger Masken |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE1995104434 DE19504434C1 (de) | 1995-02-10 | 1995-02-10 | Verfahren zur Herstellung siliziumhaltiger Masken |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19504434C1 true DE19504434C1 (de) | 1996-05-15 |
Family
ID=7753637
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1995104434 Expired - Fee Related DE19504434C1 (de) | 1995-02-10 | 1995-02-10 | Verfahren zur Herstellung siliziumhaltiger Masken |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19504434C1 (de) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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1995
- 1995-02-10 DE DE1995104434 patent/DE19504434C1/de not_active Expired - Fee Related
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