DE2520556A1 - Verfahren zum selektiven entfernen von material von der oberflaeche eines werkstueckes - Google Patents

Verfahren zum selektiven entfernen von material von der oberflaeche eines werkstueckes

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DE2520556A1 DE19752520556 DE2520556A DE2520556A1 DE 2520556 A1 DE2520556 A1 DE 2520556A1 DE 19752520556 DE19752520556 DE 19752520556 DE 2520556 A DE2520556 A DE 2520556A DE 2520556 A1 DE2520556 A1 DE 2520556A1
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Description

BLUMOACH · \i\'il3V..:1 ■ EiERdEN · KRAMER
PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN
Postadresse Mündien: Palenlconsull 8 München 60 Rad'?ckc;lraße 43 Telefon (039) 83 36 03/88 36 04 Telex 05-212313 Postadresse Wiesbaden: Patentconsull 62 Wiebbaden Sonuciibcrgi'r Straße 43 Telefon (06121) 562943/501998 Telex 04-186237
WESTERN ELECTRIC COMTAKY
INCORPORATED
NEW YORK (N.Y.) 10007 USA
Verfahren zum selektiven Entfernen von Material von der Oberfläche eines Werkstückes.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum selektiven Entfernen von Material von der Oberfläche eines Werkstückes, welches mindestens eine Materialschicht mit unterschiedlichem Verhalten zu dem Rest des Werkstückes auXVeiat, mit folgenden Schritten! das Werkstück wird in eine Edelgas-Umgebung niedrigen Druckes verbracht,* das Edelgas wird im Sinne eines Plasmas ionisiert und eine Elektrode zur Beschleunigung der Ionen des Gasplamaü wird so angeordnet, daß ein Ionenstrom auf die Oberfläche des Werkstückes auftrifft.
Das Versprüh-Ätzverfahren zum selektiven Entfernen von Material von der Oberfläche von Unterlagen, insbesondere solche für mikroelektronische Vorrichtungen, wird bereits ausgedehnt benutzt. Die Praxis besteht tatsächlich in einer
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Unkohr des gut bekannten Verfahrens des Aufsprühens von Niederschlag und beinhaltet einfach eine Umkehr der Rollen, so daß daß zu ätzende Zielwerkstück die gewöhnliche Material-Quelle für das niederzuschlagende Material ersetzt. Das Ver-.sprühätzen hat zahlreiche Vorzüge und wird insbesondere zur Erzielung eines hohen Ausmasses an Schärfe als gut geeignet erachtet, wenn es für das Verfahren des selektiven Entfernens unter Verwendung von geeigneten Maskenschichten aus Material verwendet wird, welches dem Versprühätzen einen größeren Widerstand entgegensetzt und daher das darunter liegende Material schützt. Im Speziellen beinhaltet das Versprühätzen im allgemeinen eine Partikel-oder Ionenstrahl, welcher senkrecht auf die Substratoberfläche auftrifft. Für viele Ätzkonfigurationen wird ein zufriedenjsteilendes Ergebnis mit relativ scharf definierten senkrechten Seitenwänden erzielt, wie diese von der Maskierungsschicht bestimmt werden, insbesondere wenn das zu entfernende Material ein Teil einer Schicht gleichförmiger Dicke ist oder über einer solchen liegt, und wenn das zu entfernende Teilstück eine Seitenoder Breitendimension aufweist, die groß im Verhältnis zu der Höhe bzw. Dicke ist. Da es in der Natur des Versprühätzverfahrens liegt, daß das versprühte Material sich wieder absetzt, besteht im Falle von Mustern mit engen, linienförmigen Breiten die Tendenz, daß sich als Folge hiervon richtige Stufen ausbilden.
Wenn daher die örtlichen Verhältnisse des zu bemusternden
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Materials auf einer Unterlage, typischerweise ein Halbleiterkörper, darunter liegende Schichten mit unterschiedlichen Dicken aufweist, so daß die unterliegende Schicht Stufen von einer Ebene zu einer andern aufweist, und auch im Falle von Mustern mit engen linienförmigen Breiten, wird bei dem gewöhnlichen Versprühätzverfahren das darüber liegende Material nicht vollständig aus den inneren Ecken des Musters entfernt. Infolgedessen weichen nachfolgende Niederschläge und weiteres Materialentfernen von dem gewünschten Ausmaß an Musterschärfe als Folge eines solchen ungenauen Ätzverfahrens ab.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der eingangs angegebenen Art so auszugestalten, daß auch im Falle von mit Stufen versehenen Mustern und von linienförmigen Mustern ein vollständiges, scharf begrenztes Entfernen von Material ermöglicht wird.
Die gestellte Aufgabe wird aufgrund der Maßnahmen des Hauptanspruches gelöst, der in seinem Kennzeichen folgende weiteren Schritte aufweist: es wird eine relative Änderung der Winkelbeziehung zwischen Oberfläche des Werkstückes und Achse des Ionenstromes während des Entfernens von Material durchgeführt und es wird ein feldfreier Bereich in der Nähe der Oberfläche des Werkstückes geschaffen, wobei sich die Ionen des Stromes iiqwesentlichen auf geraden Bahnen zur Oberfläche bewegen.
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Die Erfindiang wird anhand der Zeichnung besprochen. Dabei zeigt:
Fig. 1 einen Querschnitt durch den Oberflächenbereich eines Siliciumhalbleiterkörpers mit einem stufenförmigen Metallfilm darauf, in schematischer Darstellung;
Fig. 2 eine Vorrichtung zur Durchführung
des Sprühätzverfahrens gemäß Erfindung, in vereinfachter schematischer Darstellung und
Fig. 3 eine vergrößerte Einzelheit aus Fig. 2, und zwar einen rotierenden und oszillierenden Werkstückhalter.
Gemäß der dargestellten Ausführungsform der Erfindung wird ein Werkstück, beispielsweise ein Halbleiterplättchen, in einem geeigneten Halter einer Sprühätzvorrichtung gehalten, so daß die zu ätzende Oberfläche zu dem Ionenstrahl hin gerichtet ist. Während der Anlage des Strahls wird der Halter, in welchem das Plättchen gehalten wird, relativ zu der Strahlrichtung geschwenkt und um eine Achse senkrecht zur Ebene des Plättchens gedreht. Ferner wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein feldfreier Bereich neben der Oberfläche des Plättchens verwendet, so daß sich die Strahlpartikel in geraden Linien fortbewegen und mit einem Einfallwinkel auf die Plättchenoberfläche treffen, der im wesentlichen von
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dem Winkel zwischen der Strahlachse und der Oberfläche des ELättchens bestimmt wird.
Eine andere Form der Bewegung kann dem Plättchen durch Oszillieren des Trägergliedes erteilt werden, welches sich durch eine Vorrichtung aus Welle und Haitor gemäß einem Bogen bewegt, der den Ionenstrahl durchquert. Dadurch wird weiterhin der Bereich des Einfallwinkels des Strahles auf die Oberfläche des Plättchens variiert. In einem typischen Fall können die geometrischen Orte der Einfallwinkel innerhalb eines Kegels oder umgekehrten Kegels bestimmt werden, dessen Spitze auf der Plättchenoberfläche ist.
Als Folge dieses Verfahrens der Anlage des Versprühstrahls auf die ELättchenoberflache werden die vertikalen Teile der unmaskierten Schicht einem Strahl ausgesetzt, der von der Seite mit unterschiedlichen Winkeln und nicht einfach von der oberen horizontalen Fläche auftrifft. Als Ergebnis wird ein vollständiges Entfernen von Material aus den inneren Ecken des Musters erzielt.
Die Aufgabe wird weiter unter Bezugnahme auf Fig. 1 erläutert. Der Querschnitt zeigt eine Siliciumhalbleiter.unterlage 11 mit einer Schicht 12 aus Siliciumdioxid, welche zwei unterschiedliche Dicken aufweist. Oberhalb der Siliciumdioxidschicht befindet sich ein Metallfilm 13, der teilweise durch eine Maskierungsschicht 14 abgedeckt ist, welche relativ
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dicht ist oder mindestens dem Sprühätzen mehr Widerstand . entgegensetzt, als die Metallschicht 13. Die Metallschicht 13 besitzt eine Dicke t, welche die Tiefe bestimmt, die von dem auf treffenden Strahl senkrecht zu der Halbleiteroberfläche entfernt werden soll. Im Bereich der Stufe 16 jedoch zwischen den unterschiedlichen Dicken der Siliciumdioxidschicht 12 weist der Metallfilm 13 jedoch eine Dicke t + h auf, d.h., die Dicke h muß zusätzlich zu der Dicke t entfernt werden. Wenn um dieses Metall in der zusätzlichen Dicke zu entfernen, das Sprühätzverfahren genügend lang fortgesetzt wird, kann das Ergebnis das unerwünschte Entfernen von anderem Metall einschließlich der Maskierschicht 14 selbst sin, so daß die darunter liegenden Schichten der Einwirkung des Sprühstrahls ausgesetzt werden.
Gemäß vorliegender Erfindung jedoch ist ein Verfahren vorgesehen, so daß der Ionenstrahl auf die Uhterlagenoberf lache mit unterschiedlichen Winkeln auftrifft, einschließlich wie diese durch die Pfeile 15 dargestellt sind, was bedeutet, daß der Strahl auf die vertikale Seitenwand des stufenförmigen TeilStücks auftrifft. Es wurde festgestellt, daß durch das Vorsehen eines Strahls, welcher gegen diese Seitenwand einfällt, die vertikalen Teilstücke der Stufe einschließlich der inneren Ecken des Materials vollständig entfernt werden kann, und zwar in einer Zeit, die mit der Entfernung einer gleichförmigen Metallschicht der Dicke t vergleichbar ist.
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In Übereinstimmung mit dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung gemäß Fig. 2 vorgesehen, welche eine gebräuchliche Vakuumkammer 21 aufweist, die ein Plasmaaufnahmerohr 22 beherbergt, welche eine Anode 23 und eine Kathode 24 an entgegengesetzten Enden aufweist. Das Aufnahmerohr besitzt eine einzelne Öffnung 27, über der sich ein Schirm 28 spannt, der von dem Aufnahmerohr 22 isoliert ist und elektrisch mit Erde verbunden ist. Der Schirm 28 arbeitet als Beschleunigungsgitter. Das Target v/eist ein oder mehrere Halbleiterplättchen auf, die in einem Halter 30 montiert sind, der oberhalb des Beschleunigungsgitters angeordnet ist und in einem Winkel relativ zur Richtung des Strahls geschwenkt wird, der aus der Röhrenöffnung 27 und durch das Beschleunigungsgitter 28 austritt. Der passende Schwenkwinkel reicht von wenigen Grad bis ungefähr 60° und zwar abhängig von der geometrischen Konfiguration des Husters, Der Halter 30 wird von einer drehbaren Welle 32 getragen, die über eine flexible Welle 34 mit einem Motor 33 in Verbindung steht. Die Welle 32 ist drehbar in einem Joch 31 gelagert, welche von Schwenklagern gehalten wird, so daß sie eine oszillierende Bewegung ausführen kann. Von dem Aufnahmerohr 22 entfernt angeordnet ist eine elektrische Abschirmung 29, die mit Erde verbunden ist und die wirkliche Abwesenheit eines elektrischen Feldes von dem Bereich in der Nähe des Targethalters 30 und oberhalb des Beschleunigungsgitters 28 sorgt. Daher wird in Übereinstimmung mit der Anordnung unter Verwendung eines ionisierbaren Gases, z.B. Argon, ein Plasma
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innerhalb des Aufnahmerohres 22 erzeugt. Ionen dieses Plasmas treten durch die öffnung 27 aus und gelangen durch das Beschleunigungsgitter 28 in den feldfreien Bereich, wo ihre Bewegung im wesentlichen gradlinig ist, und treffen schließlich auf die Oberfläche der Halbleiterplättchen-Targets auf.
In Fig. 3 ist die Vorrichtung zur Bewegung der Halbleiter-Plättchen innerhalb des Ionenstrahls im einzelnen gezeigt. Die Plättchen 38 sind, wie gezeigt, in dem Halter mit ihren zu ätzenden Oberflächen nach unten gerichtet plaziert. Der Halter 30 ist mit einer axialen Welle 32 verbunden, die drehbar in dem Joch 31 gelagert ist und mit dem Motor 33 über die flexible Welle 34 in Verbindung steht. Im Maße wie der Halter 30 aus der Ebene senkrecht zu der Achss des Ionenstrahls herausgeschwenkt wird, führt die Drehung des Halters 30 zu einem im wesentlichen ändernden Einfallswinkel des Ionenstrahls auf die Plättchenoberfläche. Zusätzlich wird mittels einer Schubstange 36 und eines Antriebsgliedes 37 das Joch um Schwenkachsen 35 hin und her bewegt, wodurch eine zusätzliche Änderung des Einfallwinkels des Ionenstrahls zustande kommt. Dadurch wird die Materialentfernung zusätzlich verbessert.
Die beschriebene Vorrichtung stellt eine Art und Weise der Durchführung des Verfahrens gemäß vorliegender Erfindung dar, welche das Bewegen eines Substrats, welches sprühgeätzt werden soll, innerhalb eines Ionenstrahls beinhaltet. Dem Fach-
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mann ist klar, daß die beschriebenen Verfahrensschritte
rudimentär und grundlegend sein können und im Hinblick auf
elegantere Durchführung zur Erzielung des gleichen allgemeinen Zwecks variiert werden können. Bedeutungsvoll für das
Verfahren nach der Erfindung ist aber die Anwendung des feldfreien Bereichs, um sicherzustellen, daß sich die bombardierenden Partikel gemäß geraden Linien bewegen, wenn sie sich dem Target nähernbzw. dieses erreichen, und dieses in Kombination mit einer relativen Winkelbewegung der Targetoberfläche mit Bezug auf die Ionenstrahlachse, so daß ein sich ändernder Winkel des Strahleinfalls erhalten wird. Ferner kann der feldfreie Bereich den weiteren vorteilhaften Effekt
aufweisen, daß keine Sekundärelektronen hierin beschleunigt werden, so daß gewisse Formen von Strahlenschäden an dem
Target vermieden werden, die sonst als Folge dieser Erscheinung auftreten könnten.
Die beschriebene und argestellte Ausführungsform kann als
ein Standardsprühsystem mit einer Triode für relative Niederspannung charakterisiert werden. Die Anode 23 ist relativ
zu Erde infolge der Betriebsspannungsquelle 26 positiv vorgespannt, so daß sich die Anordnung wie eine Ionenkanone
verhält. Die Ionen werden durch die öffnung 27 infolge der
Differenz zwischen dem Plasmapotential, erzeugt von der
Quelle 25, und der Kanonenvorspannung, erzeugt von der
Quelle 26, beschleunigt. In einer speziellen Ausführungsform wurde die Größe der Öffnung 27 des Aufnahmerohres auf
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max. 19,05 cm Durchmesser bei einer Gleichstromdichte von ungefähr 2 mA/cm unter Verwendung eines Plasmastroms von 6 A variiert. Auch wesentlich größere Kanonen erscheinen vollständig realisierbar zu sein. Daa Beschleunigungsgitter 28 bestand aus einem Schirm über der Öffnung 27, welcher negativ relativ zur Anode 23 vorgespannt war. Auch der Targetaufbau wurde mit Erde verbunden und war deshalb negativ relativ zur Anode 23 vorgespannt.
Wie zuvor erläutert, besteht eine wichtige Überlegung bei dem Verfahren gemäß Erfindung darin, daß die Targetoberfläche mit Bezug auf die Richtung oder Achse des Ionenstrahls winkelmäßjg bewegt wird. In der beschriebenen Ausführungsform wurde diese Bewegung durch Erteilung einer Bewegung in zahlreichen Formen an das Target erzielt, im vorliegenden Fall ein Halbleiterplättchen. Der gleiche Effekt kann dadurch erzielt werden, daß das Target festgehalten wird und die Bewegung dem Ionenstrahl erteilt wird. Eine derartige Anordnung kann mit Hilfe von Ablenkspulen oder Magneten gemäß an sich bekannten Techniken ausgeführt werden. Wem/größere Kompliziertheit zugelassen wird, können sowohl .das Target als auch der Strahl bewegt werden, um den gewünschten Winkelabtasteffekt zu erteilen, welcher die grundlegende Idee bei dem Verfahren gemäß Erfindung zur Sicherstellung vollständigen Entfernens von Stufenteilen von unmaskierten Schichten auf dem Werkstück darstellt. Demnach versteht es sich, daß zahlreiche Einrichtungen zur Durchführung des beanspruchten
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Verfahrens gemäß Erfindung von dem Fachmann angegeben werden können, die sämtlich unter den Schutzumfang der Ansprüche fallen. Obzwar sich die spezielle Beschreibung auf eine Halbleiterunterlage stützt, können auch Werkstücke anderer Materialien und Systeme benutzt werden, wenn sie sich zur Durchführung des Sprühverfahrens eignen.
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Claims (4)

  1. BLUMBACH · WESER · BERGEN · KRAMER
    PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN
    PosUi'J'·;,sr; München: Palenlconsult 8 München 60 Radeckestraße 43 Telefon (089) 88 3603/883604 Telex 05-212313 Postadresse;'.,[.!-itacien: Pdlentconsult 62 Wiesbaden Sonnenberger Straße 43 Telefon (06121) 062943/561998 Telex 04-186237
    WBSTLRI-I ELECTRIC COMPANY
    INCORPORATED
    NEW YORK (N.Y.) 1000 7 USA
    Patentansprüche
    ΛJ Verfahren zum selektiven Entfernen von Material von der Oberfläche eines Werkstücks, welches mindestens eine Materialschicht mit imterschiedlichem Verhalten zu dem Rest des Werkstückes aufweist, mit folgenden Schritten: das Werkstück wird in eine Edelgas-Umgebung niedrigen Druckes verbracht;
    das Edelgas wird im Sinne eines Plasmas ionisiert; eine Elektrode zur Beschleunigung der Ionen des Gasplasmas wird so angeordnet, daß ein Ionenstrom auf die Oberfläche des Werkstückes auftrifft,
    gekennzeichnet durch: es wird eine relative Änderung der Winkelbeziehung zwischen Oberfläche des Werkstückes und Achse des Ionenstromes während des Entfernens von Materiaydurchgeführt und es wird ein feldfreier Bereich in der Nähe der Oberfläche des Werkstückes geschaffen, wobei sich die Ionen des Stro-
    S09847/0893
    raes im wesentlichen auf geraden Bahnen zur Oberfläche bewegen.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung der Winkelbeziehung zwischen der Oberfläche des Werkstückes und der Achse des Ionenstromes folgende Schritte auf v/eist: derartige Anbringung des Werkstückes, daß dessen Oberfläche mit einem Winkel mit Bezug auf die Stromachse geschwenkt wird und
    ■ Drehen des Werkstückes in der Ebene der Oberfläche.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück in oszillierender Weise in einem Bogen quer zu dem Ionenstroni bewegt wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung der Winkelbeziehung zwischen der Oberfläche des Werkstückes und der Achse des Ionenstromes den Schritt der Ablenkung des Ionenstromes aufweist.
    509847/0893
    Leerseite
DE19752520556 1974-05-10 1975-05-09 Verfahren zum selektiven entfernen von material von der oberflaeche eines werkstueckes Withdrawn DE2520556A1 (de)

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