DE19935495A1 - Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Vorrichtung - Google Patents
Verfahren zur Herstellung einer elektronischen VorrichtungInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Vorrichtung, das die folgenden Schritte umfaßt: Aufbringen eines Dünnfilms auf einem Substrat; Ätzen eines Abschnitts des Dünnfilms mittels eines reaktiven Ionenätzverfahrens, derart, daß ein Teil des Dünnfilms auf dem Substrat zurückbleibt; und Entfernen des zurückgebliebenen Dünnfilms durch ein physikalisches Ätzen unter Verwendung eines Inertgases.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer elektronischen
Vorrichtung. Genauer gesagt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur
Herstellung einer elektronischen Vorrichtung wie z. B. einer integrierten Halbleiter
schaltung, eines Halbleiter-Bauelements oder eines akustischen Oberflächenwellen-
Bauelements (SAW-Bauelements).
Verschiedene elektronische Vorrichtungen umfassen ein bestimmtes Muster bildende
Elektroden oder Metallisierungen auf einem Substrat. Zum Beispiel ist im Fall eines
Oberflächenwellen-Bauelements eine Aluminiumelektrode auf einem piezoelektri
schen Einkristallsubstrat durch reaktives Ionenätzen (RIE) ausgebildet. Genauer ge
sagt wird, wie in den Fig. 1A und 1B gezeigt ist, die Oberfläche eines Elektroden
films 2, der auf einem piezoelektrischen Einkristallsubstrat 11 vorgesehen ist, mit ei
nem Photoresist 3 überzogen, und der Elektrodenfilm 2 wird selektiv unter Verwen
dung eines Gases auf Chlorbasis wie z. B. Cl2 oder BCl3 und des ein bestimmtes Mu
ster bildendes Photoresists 3 als Maske weggeätzt. Aber der Elektrodenfilm 2 wird
nicht immer vollständig entfernt und wird manchmal auf dem Einkristallsubstrat 1 be
dingt durch ungleiche Verteilungen der Filmdicke des Elektrodenfilms 2 oder einer
heterogenen reaktiven Ionenätzrate auf der Oberfläche des Einkristallsubstrats 1 zu
rückgelassen, wie in Fig. 1A gezeigt ist. Ein Rückstandsbeseitigungsvorgang, der
"Nachätzen" (over-etching) genannt wird, wird deshalb unvermeidlich, um den Elek
trodenfilm 2 vollständig zu entfernen, ohne daß irgendwelche Rückstände zurück
bleiben. Eine Nachätzbehandlung von 5 bis 50% über der gesamten Ätzzeit unter
den gleichen Ätzbedingungen wird bei dem Nachätzverfahren vorgesehen, wie in
Fig. 1B gezeigt ist, wodurch das Einkristallsubstrat 1 geringfügig angeätzt wird.
Die Abschnitte, an denen der Elektrodenfilm 2 entfernt worden ist und an denen das
Einkristallsubstrat 1 freigelegt worden ist, werden während der Nachätzzeit einem
Chlorplasma ausgesetzt. Folglich wird das Einkristallsubstrat 1 beschädigt, so daß
beschädigte Schichten 4 entstehen, wie in Fig. 2 gezeigt ist. Hierdurch werden die
Charakteristiken des Oberflächenwellen-Bauelements verschlechtert.
Man hat allgemein angenommen, daß die Ursache für die Substratbeschädigung
aufgrund des zuvor beschriebenen Nachätzens eine physikalische Beschädigung
bedingt durch den Aufprall der Ionen ist, die mit dem Substrat während des reaktiven
Ionenätzens kollidieren. Folglich ist die Substratbeschädigung aufgrund der Ionenir
radiation durch die folgenden Methoden unterdrückt worden: (1) Reduzieren der Io
nenirradiationsenergie; (2) Verbessern der Homogenität der Ionenätzrate; und (3)
Erfassen des Ätzendzeitpunkts mit hoher Genauigkeit. Aber es war mit den her
kömmlichen Methoden unmöglich, die Beschädigung des Substrats vollständig zu
verhindern, obwohl diese durch deren Anwendung verringert werden konnte.
Die vorliegende Erfindung ist auf ein Verfahren ausgerichtet, das das oben genannte
Problem lösen kann und die Beschädigung des Substrats durch das reaktive Ionen
ätzen bei der Herstellung einer elektronischen Vorrichtung verringern kann.
Das Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Vorrichtung umfaßt die folgenden
Schritte: Aufbringen eines Dünnfilms auf einem Einkristallsubstrat oder einem Einkri
stallfilm oder auf einem triaxial oder uniaxial ausgerichteten Film; Ätzen eines Ab
schnitts des Dünnfilms mittels eines reaktiven Ionenätzverfahrens derart, daß ein Teil
des Dünnfilms zurückbleibt; und Entfernen des zurückgebliebenen Dünnfilms durch
ein physikalisches Ätzen unter Verwendung eines Inertgases als das Hauptgas.
Bei dem Verfahren wird vorzugsweise ein Gas auf Chlorbasis für das reaktive Io
nenätzen verwendet, und das physikalische Ätzen wird vorzugsweise durch Ionen
fräsen (Ion Milling) durchgeführt.
Außerdem weist der nach dem reaktiven Ionenätzen zurückgebliebene Dünnfilm vor
zugsweise eine Filmdicke im Bereich von etwa 0,5 nm bis etwa 1000 nm, bevorzugt
von etwa 1-500 nm auf.
Zum Zwecke der Veranschaulichung der Erfindung werden in den Zeichnungen meh
rere derzeit bevorzugte Ausführungsformen gezeigt, wobei es aber selbstverständlich
ist, daß die Erfindung nicht auf die gezeigten exakten Anordnungen und Einrichtun
gen beschränkt ist. Es zeigen:
Fig.
1A und 1B Querschnittansichten, die die reaktiven Ionenätzschritte darstellen, bei
denen auf herkömmliche Weise ein Gas auf Chlorbasis verwendet wird,
Fig. 2 eine Querschnittansicht eines Substrats, das durch Nachätzen beschä
digt ist,
Fig.
3A bis 3E Querschnittansichten, die die elektrodenbildenden Schritte gemäß ei
nem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulichen.
Der Erfinder der vorliegenden Erfindung hat durch Studien herausgefunden, daß die
Beschädigung des Substrats nicht nur einfach durch eine physikalische Beschädi
gung aufgrund des Aufprallens der Ionen auf dem Substrat bewirkt wird, sondern
durch eine Diffusion von Chlorarten (Ionen, Atome, Moleküle oder Chlorradikale) in
das Substrat bewirkt wird. Gemäß der Studie geht man davon aus, daß das Chlor in
das Substrat diffundiert, indem die Oberfläche des Substrats während des reaktiven
Ionenätzens den Chlor-Ionen ausgesetzt ist und dieses die Kristallinität des Substrats
zerstört oder beeinträchtigt. Als eine Folge davon wird bewirkt, daß sich verschiede
ne Eigenschaften, die sich aufgrund einer hohen Kristallinität einstellten, wie z. B.
piezoelektrische Eigenschaften, dielektrische Eigenschaften, pyroelektrische Eigen
schaften, Halbleitereigenschaften, magnetische Eigenschaften und dergleichen, ver
schlechtern.
Das Verfahren zur Herstellung der elektronischen Vorrichtung gemäß der vorliegen
den Erfindung basiert auf den Erkenntnissen, die von dem Erfinder der vorliegenden
Erfindung herausgefunden wurden. Das Verfahren umfaßt die folgenden Schritte:
Ätzen eines Dünnfilms, der auf einem Einkristallsubstrat oder einem Einkristallfilm oder einem triaxial ausgerichteten Film oder einem uniaxial ausgerichteten Film auf gebracht ist, durch ein reaktives Ionenätzen derart, daß ein Teil des Dünnfilms zu rückgelassen wird; und Entfernen des restlichen Dünnfilms durch ein physikalisches Ätzen unter Verwendung eines Inertgases als das Hauptgas. Funktionale Einkristall materialien wie z. B. piezoelektrische Substanzen, dielektrische Substanzen, pyro elektrische Substanzen, Halbleitersubstanzen und magnetische Substanzen werden je nach Art der elektronischen Vorrichtung geeigneterweise für das Einkristallsubstrat oder den Einkristallfilm oder den triaxial ausgerichteten Film oder den uniaxial ausge richteten Film verwendet.
Ätzen eines Dünnfilms, der auf einem Einkristallsubstrat oder einem Einkristallfilm oder einem triaxial ausgerichteten Film oder einem uniaxial ausgerichteten Film auf gebracht ist, durch ein reaktives Ionenätzen derart, daß ein Teil des Dünnfilms zu rückgelassen wird; und Entfernen des restlichen Dünnfilms durch ein physikalisches Ätzen unter Verwendung eines Inertgases als das Hauptgas. Funktionale Einkristall materialien wie z. B. piezoelektrische Substanzen, dielektrische Substanzen, pyro elektrische Substanzen, Halbleitersubstanzen und magnetische Substanzen werden je nach Art der elektronischen Vorrichtung geeigneterweise für das Einkristallsubstrat oder den Einkristallfilm oder den triaxial ausgerichteten Film oder den uniaxial ausge richteten Film verwendet.
Nach der Studie des Erfinders wird die vorliegende Erfindung vorzugsweise bei ei
nem Oberflächenwellen-Bauelement verwendet, das ein piezoelektrisches Substrat
oder einen piezoelektrischen Film aufweist, die aus einem Material wie z. B. LiTaO3,
LiNbO3, Li2B4O7, Quarz oder La3Ga5SiO14 (Langasit) hergestellt sind. Und zwar des
halb, weil diese Materialien empfänglich sind für die Chlordiffusion durch das reaktive
Ionenätzverfahren, was zu einer Verschlechterung der piezoelektrischen Eigen
schaften führt.
Das Plasma eines auf Chlor basierenden Gases wird normalerweise für das reaktive
Ionenätzen verwendet. Das Gas auf Chlorbasis, wie es hier verwendet wird, bezieht
sich auf ein Gas, das Chlor enthält, z. B. ein Gas, das zumindest eines aus der Grup
pe von Cl2, BCl3, SiCl4, CCl4, CClF3, CHClF2, CCl2F2, CHCl2F, CHCl3, CCl3F und
CH2Cl2 enthält.
Ein Dünnfilm, der auf dem Einkristallsubstrat oder dem Einkristallfilm oder auf dem
triaxial oder uniaxial ausgerichteten Film ausgebildet ist, kann ein leitendes Material
oder ein Halbleiter sein und mindestens ein Element enthalten, das zum reaktiven
Ionenätzen mit einem Gas auf Chlorbasis in der Lage ist, wobei Beispiele davon
mindestens ein Element aus der Gruppe von Al, Cu, Ti, Cr, Ga, As, Se, Nb, Ru, In,
Sn, Sb, Ta oder Au enthalten.
Da ein Teil des Dünnfilms bei dem reaktiven Ionenätzen des Dünnfilms gemäß der
vorliegenden Erfindung zurückgelassen wird, wird der Einkristalldünnfilm oder der
gleichen nicht den Ionen ausgesetzt, wodurch verhindert wird, daß der Einkristallfilm
oder dergleichen beschädigt wird. Spuren des zurückgebliebenen Dünnfilms werden
dann durch ein physikalisches Ätzen unter Verwendung eines Inertgases als Haupt
gas entfernt.
Ein Beispiel für das physikalische Ätzen unter Verwendung eines Inertgases ist das
Ionenfräsen. Das Ionenfräsen bezieht sich auf ein physikalisches Ätzen, bei dem Io
nen des Inertgases mit einem Objekt kollidieren, um die Oberflächensubstanzen auf
dem Objekt wegzuschnipsen ("Sputtern"), ohne daß dies von irgendwelchen chemi
schen Reaktionen begleitet ist. Folglich kann das für das Ionenfräsen verwendete
Gas ein oder mehrere Elemente aus der Gruppe von Ar, Kr, Xe und Ne enthalten.
Aber ein kleiner Betrag an einem Gas auf Chlorbasis kann dem Inertgas hinzugefügt
werden, um ein reaktives Ionenätzen (RIE) oder ein Ionenstrahlätzen vorzusehen.
Der Betrag an dem Gas auf Chlorbasis sollte so klein sein, daß keine Probleme der
Verschlechterung der Charakteristiken des Einkristallsubstrats und des Einkristall
films bewirkt werden.
Da eine Beschädigung des Substrats durch das reaktive Ionenätzen allgemein als
eine physikalische Beschädigung bedingt durch die Ionenkollision angesehen wurde,
war man der Meinung, daß das Entfernen des Dünnfilms auf dem ganzen Substrat
durch das Verwenden eines physikalischen Ätzverfahrens wie z. B. Ionenfräsen bei
dem letzten Schritt die Beschädigung des Substrats vergrößerte. Aber die Beschädi
gung des Substrats durch das reaktive Ionenätzen wird eigentlich durch eine chemi
sche Beschädigung hervorgerufen. Folglich erlaubt es das Entfernen des letzten
Dünnfilms durch das physikalische Ätzen, daß der Dünnfilm komplett entfernt werden
kann, ohne daß das Substrat beschädigt wird, wodurch die Charakteristiken der
elektronischen Vorrichtung verbessert werden.
Die bevorzugte Dicke des Dünnfilms, der nach dem reaktiven Ionenätzen zurückge
lassen wird, liegt in dem Bereich von etwa 0,5 nm bis etwa 1000 nm. Wenn die Tar
getdicke dünner als etwa 0,5 nm ist, kann der Dünnfilm aufgrund der Verteilung der
reaktiven Ionenätzrate Löcher bekommen, während dann, wenn die Dicke größer als
etwa 1000 nm ist, die Bearbeitungszeit für den physikalischen Ätzvorgang zu lang
werden kann.
Im folgenden wird nun ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung genauer
unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei das Ober
flächenwellen-Bauelement als ein Beispiel verwendet wird. Wie in Fig. 3A gezeigt ist,
wird ein Elektrodenfilm 12, der aus Al hergestellt ist, das 1 Massenanteil (1 Gew.-%)
Cu enthält (im folgenden Al-1 Gew.-% Cu genannt), durch Sputtern auf ein LiTiO3-
Substrat 11, das einen Durchmesser von drei Inch aufweist, derart aufgebracht, daß
der Elektrodenfilm 12 eine Filmdicke von 100 nm aufweist. Dann wird ein Photoresist
auf dem Elektrodenfilm 12 aufgetragen, der aus Al-1 Gew.-% Cu besteht, wie in Fig.
3B gezeigt ist, um ein Photoresistmuster 13 mit einer Linienstärke (L/S) von 0,5 µm
und einer Filmdicke von 1 µm durch ein Photolithographie-Verfahren zu bilden.
Der Elektrodenfilm 12 wird danach dem reaktiven Ionenätzen unterzogen, wie in Fig.
3C gezeigt ist, wobei das Photoresistmuster 13 als eine Maske verwendet wird. Der
Elektrodenfilm 12 wird teilweise durch das Verwenden des reaktiven Ionenätzens
entfernt, so daß 20 nm Filmdicke zurückgelassen werden. Das reaktive Ionenätzen
wird mit einem Parallelplatten-RIE-Apparat unter Verwendung eines gemischten Ga
ses mit einer Zusammensetzung aus (BCl3 + Cl2 + N2) durchgeführt. Es ist selbstver
ständlich, daß ICP, ECR oder Helicon anstelle des Parallelplatten-RIE-Apparats ver
wendet werden können.
Da das LiTaO3-Substrat 11 mit dem Elektrodenfilm 12 bedeckt ist und während des
reaktiven Ionenätzens nicht offen daliegt, wird das LiTaO3-Substrat 11 nicht dem
Chlorplasma ausgesetzt, während das reaktive Ionenätzen mit einem gemischten
Gas vorgesehen wird, das das Gas auf Chlorbasis erhält, so daß die Platte nicht be
schädigt wird.
Nach dem vollständigen Absaugen des gemischten Gases aus (BCl3 + Cl2 + N2) aus
der Kammer des RIE-Apparates und bevor das LiTaO3-Substrat 11 der Luft ausge
setzt wird, wird es einem Ar-Ionenfräsen unterzogen, um den Elektrodenfilm 12 bis
zu dem Grad des geringfügigen Nachätzens zu entfernen, wie in Fig. 3D gezeigt ist.
Das Ar-Ionenfräsen wird durch ein Ionenschauerverfahren unter Verwendung einer
ECR-Plasmaquelle durchgeführt. Natürlich können auch andere hochdichte Plas
maquellen verwendet werden. Ein Ionenzugverfahren (ion pull-in method), bei dem
eine HF-Vorspannung (RF bias) oder eine Gleichstromvormagnetisierung (DC bias)
an dem Substrat angelegt wird, kann anstelle des Ionenschauerverfahrens verwen
det werden. Die Nachätzzeit wurde auf 30% der gesamten Ionenfräszeit festgesetzt.
Aus den Studien des Erfinders wurde bestätigt, daß die physikalische Beschädigung
an dem Teil, an dem der Elektrodenfilm 12 entfernt worden ist, die Vorrichtungsei
genschaften nicht sehr beeinflußt. Folglich wird ein ausreichendes Nachätzen vorge
sehen, wenn der restliche Elektrodenfilm 12 durch das Ionenfräsen entfernt wird, um
die Reste des Elektrodenfilms 12 vollständig zu entfernen.
Eine Kammzahn-förmige Elektrode, die ein bestimmtes Muster des Elektrodenfilms
12 aufweist, wird, wie in Fig. 3E gezeigt ist, durch das Entfernen des Photoresistmu
sters 13 mit einer Photoresistablöselösung erhalten. Dieses Substrat (Grundplatte)
11 wird abgeschnitten, zusammengebaut und verdrahtet, um das Oberflächenwellen-
Bauelement zu erhalten.
Wie zuvor beschrieben worden ist, können gute Vorrichtungseigenschaften bei dem
obigen Ausführungsbeispiel ungeachtet des Vorsehens einer ausreichenden
Nachätzbehandlung durch das Ionenfräsen erhalten werden. Im Gegensatz dazu
wird im Stand der Technik das Substrat mit dem Chlorplasma chemisch beschädigt,
wenn ein Nachätzen von 30% vorgesehen wird, was zu ernsthaften Verschlechte
rungen der Vorrichtungseigenschaften führt (wie z. B. ein Einfügungsverlust).
Es sind zwar bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung offenbart worden, aber
es können verschiedene Arten von Durchführung der hier offenbarten Prinzipien als
im Rahmen der nachfolgenden Ansprüche liegend erdacht werden. Deshalb ist es
selbstverständlich, daß der Rahmen der Erfindung außer wüe in den Ansprüchen de
finiert nicht eingeschränkt werden soll.
Claims (16)
1. Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Vorrichtung,
gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
Aufbringen eines Dünnfilms auf einem Substrat;
Ätzen eines Abschnitts des Dünnfilms mittels eines reaktiven Ionenätzverfah rens derart, daß ein Teil des Dünnfilms auf dem Substrat zurückbleibt; und
Entfernen des zurückgebliebenen Dünnfilms durch eün physikalisches Ätzen unter Verwendung eines Inertgases.
Aufbringen eines Dünnfilms auf einem Substrat;
Ätzen eines Abschnitts des Dünnfilms mittels eines reaktiven Ionenätzverfah rens derart, daß ein Teil des Dünnfilms auf dem Substrat zurückbleibt; und
Entfernen des zurückgebliebenen Dünnfilms durch eün physikalisches Ätzen unter Verwendung eines Inertgases.
2. Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das reaktive Ionenätzen mit einem Chlor ent
haltenden Gas durchgeführt wird.
3. Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Vorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß das Ionenätzen ein Ionenfräsen ist.
4. Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß der Dünnfilm nach dem reaktiven Ionenätzen
eine Filmdicke in dem Bereich von etwa 0,5 nm bis etwa 1000 nm aufweist.
5. Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß der Dünnfilm nach dem reaktiven Ionenätzen
eine Filmdicke in dem Bereich von etwa 1-500 nm aufweist.
6. Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Vorrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß das physikalische Ätzen ein Nachätzen umfaßt.
7. Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Vorrichtung nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch den Schritt des Bildens ei
ner Maske mit einem vorbestimmten Muster auf dem Dünnfilm, wobei der Ätz
schritt und der Entfernungsschritt durch die Maske durchgeführt werden.
8. Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Vorrichtung nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat ein
piezoelektrisches Substrat ist.
9. Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Vorrichtung nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Dünnfilm Alu
minium umfaßt.
10. Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Vorrichtung nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat Li
TiO3 umfaßt und das Ionenfräsen ein Ar-Ionenfräsen ist.
11. Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Vorrichtung nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische
Vorrichtung ein akustisches Oberflächenwellen-Bauelement ist.
12. Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat ein Einkristallsubstrat oder -film ist.
13. Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat ein triaxial oder uniaxial ausge
richteter Film ist.
14. Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das physikalische Ätzen ein Nachätzen umfaßt.
15. Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das physikalische Ätzen ein Ionenfräsen ist.
16. Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Dünnfilm nach denn reaktiven Ionenätzen
eine Filmdicke in dem Bereich von etwa 0,5 nm bis etwa 1000 nm aufweist.
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