DE2432719A1 - Verfahren zum erzeugen von feinen strukturen aus aufdampfbaren materialien auf einer unterlage - Google Patents

Verfahren zum erzeugen von feinen strukturen aus aufdampfbaren materialien auf einer unterlage

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Description

SIEMENS AKTIENGESELISCHAPT München, 8.7.1974 Berlin und München Witteisbacherplatz 2
VPA 74/7098
Verfahren zum Erzeugen von feinen Strukturen aus aufdampfbaren Materialien auf einer Unterlage
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen von feinen Strukturen auf einer Unterlage, bei dem auf die Unterlage eine ätzfeste Maske aufgebracht wird und anschließend die Oberfläche durch Bedecken mit wenigstens einem Ätzmittel geätzt wird.
Verfahren der eingangs genannten Art sind bekannt. Solche Verfahren werden bei der Herstellung hochintegrierter Halbleiterschaltungen mit feinen Strukturen, die in der Größenordnung von 1 /um sind, angewandt. Bei solchen Schaltungen stellt bekanntlich die Ätzung der einzelnen Schichten eines der größten Probleme dar» Diese Verfahren führen zu seitlichen Unterätzungen unter die Ätzmaskenkanten (meist aus Fotolack) und damit zu einem Maßverlust gegenüber den Ätzmaskenstrukturen. Die Unterätzung ist etwa ebenso groß wie die Diske der zu ätzenden Aluminiumeohioht. Weitere Nachteile dieser Verfahren bestehen darin, daß die Böschung der geätzten Leiterbahnstrukturen im oberen Teil meist senkrecht verlaufen und daß die Ränder der Leiterbahnen häufig gezackt sind. Ionenätzverfahren weisen die genannten Nachteile dieser Verfahren ;. nicht auf; sie sind aber mit einer Reihe anderer Probleme, wie z.B. der Schädigung der Halbleiteroberfläche oder der Schwierigkeit des Fotolackablösens, behaftet.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, welches die Nachteile der vorstehend genannten Verfahren vermeidet.
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Ed/Hth
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Die Aufgabe wird dadurch, gelöst, daß erfindungsgemäß eine ätzfeste Maske aufgebracht wird, die eine zu der gewünschten feinen Struktur komplementäre Struktur aufweist, daß nach dem Ätzen die entstandene Oberfläche bedampft oder bestäubt wird, wobei die Bedampfungszeit oder die Bestäubungszeit dadurch begrenzt ist, daß die entstehenden, aufgedampften oder aufgestäubten Schichten über der Maske und die Schichten in den maskenfreien Teilen nicht zusammenwachsen dürfen und daß nach dem Bedampfen die ätzfeste Maske mit der darauf befindlichen aufgedampften Schicht abgehoben wird. Vorzugsweise werden Metalle oder Metallegierungen, aufgedampft.
In vielen Fällen tritt das Problem auf, daß die Unterlage nicht ätzbar ist oder nicht geätzt werden darf. In solchen Fällen wird das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft so erweitert, daß vor dem Aufbringen der ätzfesten Maske auf der Oberfläche der Unterlage eine Hilfsschicht vorgebbarer Schichtdicke aus ätzbarem Material, vorzugsweise durch Aufdampfen, erzeugt wird, daß nach dem Aufbringen der ätzfesten Maske, die entstandene Oberfläche mit einem Ätzmittel solange geätzt wird, bis die Hilfsschicht in den maskenfreien Teilen seitlich weggeätzt ist und daß anschließend die Oberfläche bedampft wird. Vorzugsweise besteht die Hilfsschicht aus Metall oder einer Metallegierung. In speziellen Fällen kann auch, die oberste ätzbare Schicht einer geschichteten Unterlage als Hilfsschicht dienen. In solchen Fällen kann das zusätzliche Aufbringen einer Hilfsschicht unterbleiben.
Die nach dem Abheben der Ätzmaske verbleibenden Teile der Hilfsschicht können störend sein. Für- diesen Fall wird das erfindungsgemäße Verfahren ao erweitert, daß die Hilfsschicht durch das Ätzmittel stärker angegriffen wird, als die aufgedampfte Schicht und daß nach dem Abheben der ätzfesten Maske die entstandene Oberfläche mit dem Ätzmittel solange überätzt wird, bis die Hilfsschicht weggeätzt ist.
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Vorzugsweise wird das Verfahren für die Herstellung von Elektrodenstrukturen und / oder Leiterbahnstrukturen auf Halbleiterkörpern,insbesondere hochintegrierte Halbleiter-Schaltungen vorzugsweise in MOS-Technik bzw. ifllS-Seehiuk verwendet.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus weiteren Unteransprüchen hervor.
Das erfindungsgemäße Verfahren und seine Erweiterungen zeichnen sich durch folgende Vorteile gegenüber denen des Standes der Technik aus:
a) Es tritt kein durch Unterätzung hervorgerufener Maßverlust gegenüber der Ätzmaske aufβ Dadurch wird eine hohe Genauigkeit und gute Reproduzierbarkeit der zu erzeugenden Strukturen erreicht.
b) Die einzelnen Verfahrenssehritte sind insofern unkritisch, als die einzelnen Parameterp wie Z0B0 die Di&tee der Hilfsschicht oder die Unterätzung nicht sehr genau eingehalten werden müssen.
c) Durch die in a) und b) genannten Vorteile wird eine hohe Ausbeute, beispielsweise bei hochintegrierten Halbleiterschaltungen, erreicht.
d) Das Abheben der Ätzmaske mit herkömmlichen Methoden ist problemlos, da die dazu erforderlichen überhängenden Kanten infolge der seitlichen Unterätzung der Ätzmaske vorhanden sind.
e) Es können Spalte zwischen Leiterbahnen oder Elektroden mit Spaltbreiten von der Größenordnung von weniger als 1 /um hergestellt werden, ohne daß ätzfeste Masken mit
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mit 1 /um-Strukturen verwendet werden müssen. Dies bedeutet, Erhöhung der Packungsdichte von integrierten Halbleiterschaltungen "bei hoher Ausbeute. Weiter wird ein großer Fortschritt bei der Herstellung von ladungsgekoppelten Ladungsverschiebeelementen (CCD) erreicht. Um bei CCD's gute Übertragungseigenschaften zu erreichen müssen die Spalte zwischen den Elektroden kleiner als ca, 3 /um sein. Dies kann bei herkömmlichen Ätzverfahren nicht erreicht werden.
Die Erfindung wird anhand nachstehender Figuren erläutert.
Fig. 1 bis Fig. 4 zeigen schematisch entstandene Zwischenstufen nach einzelnen Schritten des erfindungsgemäßen Verfahrens im Querschnitt. Fig. 5 bis Fig. 11 zeigen schematisch im Querschnitt entstandene Zwischenstufen bei der Herstellung von Leiterbahnstrukturen nach einzelnen Schritt« eines erweiterten Verfahrens. Fig. 12 zeigt im Querschnitt Leiterbahnen auf einem Halbleiterköper mit einem Abstand von ca. 1 /um.
In Fig. 1 ist im Querschnitt gezeichnet, auf der Oberfläche der Unterlage 1 die Ätzmaske 2, ζ.B in Form von Fotolackstrukturen, aufgebracht. Diese Oberfläche wird mit wenigstem einem Ätzmittel, das daB Material der Unterlage angreift überätzt. Es entstehen dabei an den Ätzmaskenkanten Unterätzungen s von der Größe der Ätztiefe t. Die nach dem Überätzen entstandene Oberflächenstruktur zeigt Fig. 2. Diese Figur wird mittels einer DampfstrahlqueHe (Bestäubungsquell^ mit aufdampfbarem (aufstäubbarem) Material bedampft (bestäubt), so daß die in Fig. 3 dargestellten Schichten 3 und 4 entstehen. Selbstverständlich können mehrere Lagen aus aufdampfbarem (aufstäubbarem) Material aufgedampft (aufgestäubt) werden, so daß die Schichten 5 und 4 geschieh' sind. Als Bedampfungsquellen können die in der Vakuum-Techn: verwendeten Einrichtungen angewandt werden. Beim Bedampfen
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ist darauf zu achten, daß die Schichten 3 und 4 nicht zusammenwachsen. Dies ist jedoch kein Problem, da man lediglich darauf zu achten hat, daß nicht zu lange bedampft wird und dadurch zu dicke Schichten entstehen. Ein Vielfaches der Ätztiefe t ist auch bei nicht senkrechter Bedampfung realisierbar. Nach dem Bedampfen wird die Ätzmaske mit den Schichten 4 in einem für die Ätzmaske wirksamen Ätz- oder Lösungsmittel abgehoben und es entsteht die in Fig. 4 dargestellte Endstufe. Die entstandene Struktur ist komplementär zur Ätzmaskenstruktur, d.h. es entstehen dort Schiohten aus aufdampfbarem Material, wo d Ätzmaske Durchbrüche aufweist.
Anhand der Fig. 5 bis 10 wird als konkretes Beispiel die Herstellung von Aluminium-Leiterbahnstrukturen ohne Maßverlust gegenüber Ätzmasken eines erweiterten erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert. Im ersten Schritt wird auf die Unterlage, beispielsweise ein Substrat als Halbleitermaterial mit einer aufgewachsenen Siliziumdioxidschicht, eine vorzugswiese 0,1 bis 0,3 /um dicke Hilfsschicht aus einer Aluminium/Nicke1-Legierung mit ca..0,5 $> Sxckelgehalt aufgedampft. Pig. 5 zeigt die entstandene Zwischenstufe mit dem Substrat 5, der Siliziumdioxidschicht 6 und der aufgedampften Hilfsschicht 7. Auf diese Hilfsschicht 7 wird eine Fotolackstruktur 8 (siehe Fig. 6) mit feinsten Strukturen bis herab zu etwa 1 /um und von 0,5 bis 1 /um Dicke als Ätzmaske aufgebracht. Diese Fotolackstruktur (bevorzugter Fotolack: AZ 1350 der Firma Shipley) muß komplementär zur gewünschten Aluminium-Leiterbahnstruktur ausgebildet sein. Die entstandene Oberfläche wird z.B. in 60° C heißer konzentrierter Phosphorsäure geätzt. Dabei entsteht die in Fig. 7 im Querschnitt dargestellte Oberflächenstruktur mit den unterätzten Fotolackkanten. Diese Unterätzung entspricht etwa der Dicke der Hilfsschicht und beträgt demnach nur 0,1 bis 0,3 /um. Auf diese Struktur wird eine etwa 1 /um dicke Aluminiumschicht mittels einer Dampfstrahl-
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quelle aufgedampft, so daß die in Fig. 8 dargestellten Aluminiumschichten 9 und 10 entstehen. Anschließend werden der Fotolack und die darüber liegenden Schichten 10 abgelöst, so daß die in Fig. 9 dargestellte Zwischenstufe entsteht. Die Hilfsschicht 7 wird wieder mit dem ersten Ätzmitte! also 60° C heißer Phosphorsäure abgeätzt. Dabei wird von der Reinaluminiumstruktur weniger als 0,1 /um abgetragen (wegen der etwa 5mal geringeren Ätzrate von Reinaluminium gegenüber der angegebenen AL/üTiJ-Legierung im verwendeten Ätzmittel). Das in diesem Ausführungsbeispiel beschriebene Verfahren ist zwar aufwendiger als die üblichen Verfahren des Standes der Technik, aber die einzelnen Verfahrensschritte sind relativ unkritisch, so daß eine hohe Ausbeute erwartet werden kann. Z.B. können für die Schichtdicke der Hilfsschicht und für den Betrag der Unterätzung relativ große Toleranzen zugelassen werden.
Als ein weiteres konkretes Anwendungsb"eispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Herstellung von Aluminium-Leiterbahnen mit 1 /um-Abstand z.B. für CCD's beschrieben. Es wird wie im vorstehend beschriebenen Beispiel vorgegangen, mit dem Unterschied, daß als Hilsschicht eine 1 /um dicke Reinaluminiumschicht aufgedampft wird. Die Unterätzung in Fig. ist dementsprechend etwa 1 /um. Nach dem Ätzen wird eine 1 /um dicke Reinaluminiumschicht aufgedampft und anschließend der Fotolack mit der darauf liegenden Aluminiumschicht, wie im vorstehenden Beispiel beschrieben, abgelöst. Ein anschließendes Ätzen kann unterbleiben. Die erreichte Endstufe ist im Querschnitt in Fig. 11 dargestellt. Die Aluminiumschichten 11 stellen die geätzte Hilfsschicht und die Aluminiumschichten 12 die aufgedampften Schichten dar. Hilfsschicht und aufgedampfte Schichten sind durch Spalte von etwa 1 /um Spaltenbreite voneinander getrennt. Diese Spaltbreiten können erzeugt werden, ohne daß im Fotolack 1 /um-Strukturen hergestellt werden müssen, !fach der in Fig. 11 dargestellten Endstufe ist der Abstand der Alianinium-Leiterbahnen überall
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etwa 1 /tun. Sollen an bestimmten Stellen größere Abstände realisiert weraen, so kann dies durch eine anschließend übliche fotolithografisch^ Technik erfolgen.
8 Patentansprüche
11 Figuren
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Claims (8)

  1. Patentansprüche
    . Verfahren zum Erzeugen von feinen Strukturen auf einer Unterlage, bei dem auf die Unterlage eine ätzfeste Maske aufgebracht wird und anschließend die Oberfläche durch Bedecken mit wenigstens einem Ätzmittel geätzt wird, dadurch gekennzeichnet , daß eiaa ätzfeste Maske aufgebracht wird, die eine zu der gewünschten feinen Struktur komplementären Struktur aufweist, daß nach dem Ätzen die entstandene Oberfläche bedampft oder bestäubt wird, wobei die Bedampfungszeit oder die Bestäubungszeit dadurch begrenzt ist, daß die entstehenden, aufgedampften oder aufgestäubten Schichten über die Maike und die Schichten in den maskenfreien Teilen nicht zusammenwachsen dürfen und daß nach dem Bedampfen die ätzfeste Maske mit der darauf befindlichen aufgedampften Schicht abgehoben wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Metall oder wenigstens eine Metallegierung aufgedampft werdene
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Aufbringen der ätzfesten Maske auf der Oberfläche der Unterlage eine Hilfsschicht vorgefebarer Schichtdicke aus ätzbarem Material, vorzugsweise durch Aufdampfen oder Aufstäuben, erzeugt wird, daß nach dem Aufbringen der ätzfesten Maske die entstandene Oberfläche mit wenigstens einem Ätzmittel solange geätzt wird, bis die luftschicht in den maskenfreien Teilen weggeätzt ist, und daß anschließend die Oberfläche bedampft wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichne daß die Hilfsschicht aus wenigstens einem Metall ofler einer Metallegierung besteht.
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  5. 5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Hilfssehicht durch das Ätzmittel stärker angegriffen wird als die aufgedampftenSehicht und daß nach dem Abheben der ätzfesten Maskendie entstandene oberfläche mit dem Ätzmittel solange überätzt wird, bis die Hilfsschicht weggeätzt ist.
  6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß das Verfahren für die Herstellung von Elektrodenstrukturen und/oder Leiterbahn-Strukturen auf Halbleiterkörpern, insbesondere hochintegrierten Halbleiterschaltungen vorzugsweise in MOS-Technik bzw. MIS-Technik verwendet wird.
  7. 7. Verfahren nach Ansprcuh 2, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet , daß als Hilfssohicht eine 0,1 bis 0,3 /um dicke Aluminium/Miokel-Legierung mit etwa 0,5 ^ Nickelgehalt aufgedampft wird, daß die Ätzmaske aus Fotolack besteht, daß alsÄtzmittel 60° G heiße Phosphorsäure verwendet wied und das Reinaluminium aufgedampft wird.
  8. 8. Verfahren nach Anspruch 2, 4 und 6, dadurch gekennzeichnet , daß als Hilfssohicht eine etwa 1 /Um dicke Heinaluminium-Schicht aufgedampft wird, daß die ätzfeste Maske aus fotolack besteht,, daß als erstes Ätzmittel 60° C heiße Phosphorsäure verwendet wird und daß eine Reinaluminium-Schi oht von 1 /um Dicke aufgedampft wird.
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