DE2357913A1 - Verfahren zum herstellen einer halbleitervorrichtung - Google Patents
Verfahren zum herstellen einer halbleitervorrichtungInfo
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Description
PATENTANWÄLTE
■■ DR. CLAUS REINLÄNDER 6/IQO
"DTPL-ING. KLAUS BERNHARDf ' 3
D - 8 MÖNCHEN 60 '
ORTHSTRASSE12 935791
Fujitsu Limited
1015, Kamiko'danaka
lakahara-ku, Kawasaki v Japan · ·
Verfahren zum Herstellen
einer Halbleitervorrichtung
einer Halbleitervorrichtung
Priorität: 22. November 1972 Japan 117464/1972
■ Es wird ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung
beschrieben, das die"folgenden· Schritte aufweist:
Bilden einer Maske eines gewünschten Musters auf einer
Metallschicht für Elektroden "oder eine Verdrahtung auf einem Halbleitersubstrat, Anordnen des Halbleitersubstrats
in einer Reaktionskammer, Einführen eines Gases einer Halogenverbindung in die Reaktionskaramer, um ein Plasma
zu erzeugen und dadurch die nichtmaskierten Flächen der Metallschicht zu halogenieren, und Entfernen der halogeniert
en Flächen durch Sublimation oder Spülen mit einer' wässrigen od.dgl. Lösung, wodurch eine Musterung (selektives Ätzen) der Metallschicht ausgeführt wird.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen
einer Halbleitervorrichtung und insbesondere auf ein Verfahren
zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung mit der Schaffung einer Musterung für Elektroden und eine
Verdrahtung mittels Dampfätzen. ·
Bei Halbleitervorrichtungen, wie einem Transistor, werden
eine integrierte Schaltung, eine integrierte Schaltung mitgroßen Abmessungen usw., Elektroden oder eine Verdrahtung
meist aus Aluminium Al, aber manchmal auch aus Platin Pt,
409822/0863
Gold Au, Titan Ti, Molybdän Mo, od.dgl. gebilde-fc. Pur eine
Musterung eines solchen Metallmaterials wird üblicherweise ein Flüssigkeitsätzen unter Verwendung eines Ätzmittels
angewendet. Im Falle der Verwendung von Wolfram W kann
jedoch, eine erhitzte wässrige Lösung von Kaliumhydroxyd
oder Batriumhydroxyd, eine gemischte Lösung von HNO^-HP,
eine erhitzte wässrige Lösung von Wasserstoffperoxyd od. dgl. als Ätzmittel verwendet werden, jedoch ergibt es
sich im Falle der Verwendung einer aus einem Photowiderstandsmaterial
gebildeten Ätzmaske gelegentlich, daß das Photowiderstandsmaterial während des Ätzens verschwindet
oder abblättert, so daß" eine genaue Musterung schwierig ist
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren
zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung zu schaffen, das den vorstehend erwähnten Nachteil des Standes der
Technik nicht aufweist und das In der Lage ist, eine genaue Musterung von Elektroden und einer Verdrahtung
der Halbleitervorrichtung in dem Falle der Verwendungeines Metalles, wie Wolfram od.dgl. zu bilden.
Das Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung nach, der Erfindung ist durch folgende Schritte gekennzeichnet:
Bilden einer Maske auf einer Metallschicht, um letztlich Elektroden und eine Verdrahtung auf einem
Halbleitersubstrat zu bilden, Anordnen des Halbleitersubstrats in einer Reaktionskammer, Einführen eines Gases
einer Halogenverbindung in die Reaktionskammer, um ein Plasma mit einem elektromagnetischen Hochfrequenzfeld
zu erzeugen, um die nichtmaskierten oder freiliegenden
Flächen der Metallschicht auf dem Halbleitersubstrat zu halogenieren, und Entfernen der h.alogenierten Flächen
durch Sublimation oder Spülen mit Wasser oder einer Lösung, wodurch ein Muster der Elektroden und einer Verdrahtung
geschaffen wird.
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Die Erfindung wird :beispielhaft anhand der Zeichnung
beschrieben, in der sind
Fig. 1 eine schematische Darstellung des Grundaufbaus
eines Beispiels der Herstellungsvorrichtung zum
Ausführen eines Verfahrens zum Herstellen einer ·
Halbleitervorrichtung nach der Erfindung,
Fig. 2 bis 5 Querschnitte der aufeinanderfolgenden Schritte beim Herstellen einer,Haibleitervorri.cb.tung.
gemäß einem Beispiel der Erfindung,
Fig. 6 eine graphische Darstellung der' Beziehung
zwischen der Ätzzeit und der Ätztiefe in Verbindung mit Wolfram, :
Fig. 7 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen
dem Druclc in einem Reaktionsofen und der Ätzgeschwindigkeit
in Verbindung mit -Wolfram.,
Fig. 8 eine graphische Darstellung der Beziehung
zwischen dem Druck in einem Reaktionsofen und der Ätzgeschwindigkeit im Falle der Verwendung
von Molybdän,
Fig. 9A und 9B.graphische Darstellungen der Verteilung der
Ätzgeschwindigkeit in der Fläche einer' mit Wolfram
überzogenen Scheibe eines Plattchens und
Fig.10 eine graphische Darstellung der Kennlinien von
Änderungen der Flachbandspannung VFB einer Wolframtor-MOS-Diode, die. durch Flüssigkeitsätzen hergestellt ist, und einer Diode, die durch
Plasmaätzen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist, das durch eine Wärmebehandlung,
und durch +BT-Bebahdlung verursacht wird.
Fig. 1 zeigt schematisch ein Beispiel der Vorrichtung,
die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet wird. '
Halbleitersubsträte 2 sind in einer Reaktionskammer
angeordnet. Die Reaktionskammer 1 wird mittels einer
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Vakuumpumpe 5 zum Entfernen der Luft evakuiert. Eine
Spannung wird an die Elektroden 3a und 3b oder eine Spule angelegt, die mit einer Hochfrequenz-Hochspannungsquelle
4 verbunden sind. Eine Halogenverbindung, z.B. Preon TP (C2Cl5P5), Preon-12 (CCl2P2)* die in eine™
Behälter 7 enthalten ist, wird in die Reaktionskammer zusammen mit einem Gasstrom aus Argon Ar, Helium He
od.dgl. eingeführt. In diesem Pail kann ein Preongas
auch direkt zugeführt werden. Das Preongas erzeugt ein Plasma aufgrund· des elektromagnetischen Hochfrequenzfeldes,
das in der Reaktionskammer 1 aufgebaut ist, und das so erzeugte Plas.ma reagiert mit einem Metall, um
letztlich Elektroden oder eine Verdrahtung der Halbleitersubstrate 2 zu bilden, um ein Metallhalogenid
vorzusehen. Wenn der Dampfdruck des Halogenide hoch ist, findet eine Sublimation des Halogenide statt, um ein
Dampfätzen auszuführen. In diesem Palle reagiert ein
Photowiderstandsmaterial kaum mit dem plasmatisch hergestellten Halogen, und auch wenn die Reaktion- stattfindet,
wird das Photowiderstandsmaterial nicht weggeätzt, da der Dampfdruck niedrig ist. Des weiteren werden Silizium Si,
welches das Halbleitersubstrat 2 bildet, und Siliziumdioxyd SiO2 oder Siliziumnitrid Si^üT,, das seinen Isolierfilm
bildet, auch kaum weggeätzt.
Die Siedepunkte· (bp) und die Schmelzpunkte (mp) der
Halogenide sind in den folgenden Tabellen gezeigt. Die Halogenide des hohen Dampfdrucks bei Raumtemperatur sind
in Tabelle 1 und die ·- des niedrigen Dampfdrucks in Tabelle
gezeigt. , - .
| Tabelle 1 | (0O) | mp( | °0) | |
| ,5 | 2, | 5 | ||
| WP6 | 17 | ,0 | 17 | |
| MoP6 | 35 | ,6. | 18, | 8 |
| ReP6 | 47 | ,5 | 34, | 4 |
| Peh | 44 | |||
| IrP6 | 53 | |||
409822/0863
| 180,2 | mm *y m~t. | >P( | 0O | |
| 255 | Tabelle__2 | 190 | ||
| 136,4 | W(0C) | 99 | ,5 | |
| 11Cl3 | 285 | (feste Phase) | 30 | |
| AlBr3 | 230 | |||
| TiCl4 | 112 | 390 | ||
| TiP4" | 229 | — | ||
| 268 | 75 | ,5 | ||
| TTTTl | 242 | (758 mmHg) | 194 | |
| NbP5 | 229 250 |
217 | ||
| 97 101 |
||||
| TaCl5 | ||||
| TeP1- | ||||
Im Palle der Verwendung der Halogenide mit hohem Siedepunkt
kann ein Ätzen in der Dampfphase ausgeführt werden, indem die Temperatur des Halbleiters 2 erhöht wird. .
Pig. 2 bis 5 zeigen eine Polge von Schritten bei der
Herstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Beispiel
der Erfindung. Eine Isolierschicht 12, z.B. aus Siliziumdioxyd SiOp oder Siliziumnitrid Si3N4, wird auf
einem Siliziumhalbleitersubstrat 11 durch ein bekanntes
Verfahren gebildet und die Isolierschicht 12 wird selektiv
entfernt, um darin Penster zu bilden, und dann wird eine
Wolframsehicht 13 über der gesamten Pläche der Isolierschicht
12 und der freigelegten Pläche des Substrats 11
durch chemischen Dampfniederschlag, Verdampfung, Zerstäubung,
od.dgl. gebildet, wie in Pig. 2 gezeigt ist. Die Isolierschicht
12 und die Wolframschicht 13 werden bis zu gewünschten Dicken von Jeweils 2000 bis 5000 2" und etwa 1/U
gebildet. .
A09 82 2/Ö86 3'
Dannwird eine Photowiderstandsschiclit 14 über der G-esamtfläche
der Wolframschicht 13 gebildet. Dem folgt eine Musterherstellung der Photowiderstandsschicht 14, wodurch
die Photowiderstandsschioht 14 an ausgewählten Stellen, entfernt wird, urn darin Fenster zu bilden, durch welche
die darunter liegende Wolframschicht 13 freigelegt wird,
wie in -Pig. 3- gezeigt ist. Die Photowiderstandsschicht 14
dient als Dampfphasen-Ätzmaske bei dem folgenden Verfahren.
Wie voranstehend unter Bezugnahme auf Pig. 1 beschrieben wurde, wird als nächstes das Halbleitersubstrat in der
Reaktionskammer 1 angeordnet, wird das vorstehend erwähnte ]?reongas in die Reaktionskammer 1 eingeführt und wird
eine Hochfrequenzspannung an die Elektroden 3a und 3b oder die Spule zum Erzeugen eines Plasmas angelegt, wodurch die
freigelegten Flächen der Wolframschicht 13 zu Wolframhexafluorid WFg halogeniert werden. Das Wolframhexa—
fluorid hat einen hohen Dampfdruck bei Raumtemperatur und wird daher sublimiert, um Fenster zu bilden, um durch,
dieselben die Isolierschicht 12 an ausgewählten Stellen freizulegen, wie in Pig. 4 gezeigt ist. Auf diese Weise
wird das Dampfätzen ausgeführt.
Darauf wird die auf der Wolframschicht 13 verbleibende
Thotowiderstandsscblcht 14 entfernt, wie in Pig. 5 dargestellt
ist. Da das Photowiderstandsmaterial organischer Hatur ist, kann in diesem Falle die Schicht 14 entfernt
werden, indem Sauerstoff O2 in die Reaktionskammer 1 anstelle
eines Freongases eingeführt wird.
Somit kann eine Musterherstellung aus Wolfram, das chemisch
stabil und schwierig zu schmelzen ist,, mit hoher Genauigkeit
ausgeführt werden.
.Obwohl das vorangehende Beispiel in Verbindung mit Wolfram W
beschrieben worden ist, ist es auch möglich, eine Musterherstellung in den Fällen auszuführen, in denen Metalle,
wie Aluminium Al, Molybdän Mo, Titan Ti usw. als Materialien
409822/08-6-5"
der Elektroden oder einer Verdrahtung der Halbleitervorrichtungen verwendet werden. Jedoch ist es schwierig,
aus Aluminium ein Pluorid AIP, zu erhalten, auch ist
Aluminium nicht leicht zu ätzen, so daß es einer Ätzung
in der;Form anderer Halogenide, ζ.B. eines Chlorids,
unterworfen wird> . , - ,
Da Halogenide von Gold Au, Chrom Cr, Eisen Pe, Kobalt Co,
Nickel Ni, Platin Pt od.dgl. in Wasser, einer wässrigen
Lösung einer Säure oder einer organischen Substanz löslich sind oder damit reagieren, ist es auch möglich, die nichtmaskierte
oder freigelegte Metallschicht wegzuätzen, indem das Substrat in Wasser od.dgl. eingetaucht wird, nachdem die
Metallschicht in ein Halogenid des Metalls übergeführt
worden ist, wie vorstehend beschrieben wurde.
Pig. 6 zeigt die Beziehung zwischen der Zeit zum Ätzen
von Wolfram nach dem oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren und der Ätztiefe in dem Pail, bei dem der
Druck der in Pig. 1 gezeigten Reaktionskammer 1 0,17 mmHg beträgt, wobei ein Strom in der Spule fließt, die mit
einer Hochfrequenzspannung gespeist wird, die als Parameter
verwendet wird. Wenn der Spulenstrom 160 mA beträgt,
wird z.B,die Wolframschicht bis zu einer Tiefe von
3500 S in 10 Minuten weggeätzt. Wenn der Spulenstrom 120 mA
beträgt * wird die Wolframschicht des weiteren bis zu einer; Tiefe von 25OO- IVin 10 Minuten weggeätzt. Mit dem
verringerten Spulenstrom, um die Stärke des magnetischen
Hochfrequenzfeldes zu verringern, wird nämlich auch die Intensität des Plasmas verringert, .wodurch die Ätzgeschwlnr"
digkeit abfällt. Des weiteren hat sich herausgestellt, daß die Ätztiefe linear in bezug auf die Zeit'ansteigt.' ,.
Pig. 7 zeigt die Beziehung zwischen dem Druck (in mmHg)
in der Reaktionskammer 1 und. der Ätzgeschwindigkeit .
(in S/min) in Verbindung mit Wolfram, wobei ,der-Spulen-- ·
strom als Parameter·-verwendet wird. Die;Ätzgesphwindigkeit.
A0 9 8 2 ^^0,86
hat das Bestreben, mit einem Anstieg des Druckes und
einem Abfall des Spulenstromes geringer zu werden. Es
wird angenommen, daß, wenn der Druck ausserhalb des dargestellten Bereiches abgesenkt wird, die Ätzgeschwindigkeit
unter einen bestimmten Wert rapid abfällt.
Pig. 8 zeigt die Beziehung zwischen dem Druck (in mmHg)
in der Reaktionskammer 1 und der Ätzgeschwindigkeit (in S/min) in - Verbindung mit Molybdän, wobei der Spulenstrom
als Parameter verwendet wird. Bei einem bestimmten Wert des Druckes kann eine maximale Ätzgeschwindigkeit
erhalten werden, jedoch ist der Druck höher, als dieser im Falle von Wolfram erforderlich ist.
Pig. 9A zeigt die Verteilung der Ätzgeschwindigkeit in
der Fläche des Plattchens im Falle des Ätzens von Wolfram.
Die MeBpunkte sind die drei Punkte A, B und C, die in
Fig. 9B gezeigt sind. Werte an der rechten Seite jeder Kurve stellen den Druck in der Reaktionskammer und den
Spulenstrom dar. Es ist ersichtlich, daß, wenn der Druck
in der Reaktionskammer -verringert wird und der Spul ens tr om
abfällt, d.h. wenn die Ätzgeschwindigkeit geringer wird, die Ätzgeschwindigkeit .gleichförmig in der Fläche des
Plättchens verteilt ist.
Fig. 10 zeigt Änderungen der Flachbandspannung VFB einer Wolfram-Tor-MOS-Diode, die durch eine Wärmebehandlung
und eine +BT-Behandlung verursacht werden. Die strichpunktierte linie, stellt den Fall des üblichen
Flüssigkeitsätzens dar und die ausgezogenen Iiinien stellen den Fall des Plasmaätzens des erfindungsgemäßen
Verfahrens dar. Bei durchgeführten Versuchen war, wenn eine Wärmebehandlung eine Stunde lang ausgeführt wurde,
wobei eine Temperatur von 25O0C vom Anfangszustand
gehalten wurde, die Änderung der Flachbandspannung der Diode, die gemäß der Erfindung hergestellt wurde, kleiner
als 0,2 V. Wenn die Wärmebehandlung bei 2500C eine Stunde
lang mit einer angelegten Spannung von +20 V ausgeführt
409822/0863
. : - 9- ■ .--.■"■■
wurde, betrug die maximale Änderung der Flachbandspannung
der Diode gemäß der Erfindung 0,35 T. -
Eine große Änderung der Flachbandspannung, die. von der
Wärmebehandlung herrührt, bedeutet, daß das Plättchen
beim.Ätzverfahren od.dgl. zerstört und verunreinigt wird
und in dem Falle, der +BI-Behandlung wird die Änderung der
Flachbandspannung weiter vergrößert. Wie in Fig:. 10 dargestellt
ist, führt jedoch, die Plasmaätzung gemäß der
Erfindung nicht zu einer großen Änderung der Flachbandspannung,
woraus sich, ergibt, daß die Halbleitervorrichtung durch, das Plasmaätzen nicht zerstört wird.
Wie voranstehend beschrieben worden ist, werden diejenigen
Flächen eines Elektroden- oder Verdrahtungsmetalls, die
weggeätzt werden sollen, in einem Halogenplasma halogeniert und die halogenierten Flächen werden entfernt, indem hoher
Dampfdruck des Halogenide oder seine: Löslichkeit in Wasser od.dgl. ausgenutzt wird, wodurch die Musterung
ausgeführt wird. Dies schließt die Möglichkeit aus,- daß ;
die Ätzmaske abblättert oder verschwindet, um eine genaue
Musterung zu ermöglichen,, -wodurch "eine'.verbesserte Zuverlässigkeit
und Kennlinie der Halbleitervorrichtung·geschaffen werden. ' -
409822/086 3-
Claims (4)
1.) Verfahren zum Herstellen einer, Halbleitervorrichtung,
gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: Bilden einer Maske oder einer Metallschicht für Elektroden oder eine
Verdrahtung auf einem Halbleitersubstrat, Anordnen des Halbleitersubstrats in einer Rfiaktionskammer, Einführen
eines Gases einer Halogenverbindung zum Erzeugen eines Plasmas mit einem elektromagnetischen Hochfrequenzfeld,
um die nichtmaskierten Flächen der Metallschicht auf dem Halbleitersubstrat zu halogenieren, und Entfernen der
halogenierten Flächen durch S^^blimation des Halogenids
oder Spülen mit Wasser oder einer Lösung, wodurch das Muster der Elektroden oder einer Verdrahtung der Halbleitervorrichtung
geschaffen wird.
2. Verfahren nach Anspruch .1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Metallschicht auf dem Halbleitersubstrat aus Wolfram, Molybdän, Rhenium, Osmium, Iridium, Titan,
Vanadium, Niob, Tellur oder Ruthenium gebildet wird und . daß die nichtmaskierten Flächen der Metallschicht
fluoriert werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß 'die Metallschicht auf dem Halbleitersubstrat aus
Aluminium, Titan, Molybdän oder Tantal gebildet wird und daß die nichtmaskierten Flächen der Metallschicht
chloriert werden,
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht auf dem Halbleitersubstrat aus Gold,
Chrom, Eisen, Kobalt, Nickel oder Platin gebildet wird und daß die nichtmaskierten Flächen der Metallschicht in ein
Metallhalogenid in einem Halogenplasma überführt werden und daß das Metallhalogenid weggeätzt wird, indem das
Halbleitersubstrat in eine wässrige od.dgl. Lösung eingetaucht wird.
4098 22/0863
L e e r s e i t e
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| JP11746472A JPS5441870B2 (de) | 1972-11-22 | 1972-11-22 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8235 | Patent refused |