DE2617483C2 - Verfahren zum Abtragen von Silicium und Aluminium durch Ionenätzung unter Feldeinwirkung - Google Patents

Verfahren zum Abtragen von Silicium und Aluminium durch Ionenätzung unter Feldeinwirkung

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DE2617483C2 DE19762617483 DE2617483A DE2617483C2 DE 2617483 C2 DE2617483 C2 DE 2617483C2 DE 19762617483 DE19762617483 DE 19762617483 DE 2617483 A DE2617483 A DE 2617483A DE 2617483 C2 DE2617483 C2 DE 2617483C2
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Description

Hochfrequente Kathodenzerstäubungsverfahren nutzen bekanntlich sowohl zum Niederschlagen als auch zum Abätzen von Schichten den Unterschied zwischen Elektronen- und Ionenbeweglichkeit aus (vgL z. B. die US-PS 36 17 463) Die Frequenz der angelegten Hochfrequenzspannung ist höher als die Plasmaionen-Resonanzfrequenz in der Glimmentladung, jedoch niedriger als die Plasmaelektronen-Resonanzfcequenz. In unmittelbarer Nachbarschaft der Elektroden befinden sich Dunkelräume mit abgesetzten lonenschichtungen. In grober Näherung tritt in der Glimmentladung ir" wesentlichen gleiches Potential auf, so daß sich die zwischen den Elektroden wirksame Potentialdifferenz im wesentlichen auf die Dunkelräume verteilt Weiterhin läßt sich sagen, daß die Glimmentladung kapazitiv über die Dunkelräume mii den Elektroden gekoppelt ist und höheres Potential als die Elektrodenoberflächen aufweist Daraus folgt, daß bei Schichtniederschlag durch Kathodenzerstäubung während des Teils einer Periode, in dem die Targetelektrode negativ vorgespannt ist, positive Ionen über den der Targetelektrode vorgelagerten Dunkelraum hinübergezogen werden, so daß die Ionen hierauf aufprallen. Diese Ionen schlagen dabei Atome aus der Targetoberfläche heraus, die sich dann auf Oberflächenbereiche in der Umgebung ablagern, speziell aber auf zu beschichtende Substrate, die in Targetnähe angebracht sind.
Während des Teils einer Periode, bei dem die eine abzuätzende Schicht tragende Elektrode negativ vorgespannt ist, werden positive Ionen wiederum über den der zu beaufschlagenden Elektrode benachbarten Dunkelraum herübergezogen, so daß die zu ätzende Schicht entsprechend abgetragen wird. Im zweiten Teil df r Periode werden Elektronen zu der abzuätzenden Schicht herübergezogen, so daß ein Ladungsaufbau neutralisiert wird. Durch das bekannte Variieren der Einstellungen der hochfrequenten Spannungsquelle, der Elektroden, des Elektrodenabstandes und der Elektrodenabmessung lassen sich jeweils Schichtniederschlag- oder -abtragung herbeiführen und auch die Wirkung optimieren.
Bei Herstellung von monolithisch integrierten Halbleiterschaltungen ist sowohl das Aufbringen einer Metallschicht aus Aluminium auf Oberflächenbereiche zur Erstellung des Leitungsmusters als auch die Abtragung einer Halbleiterschicht aus Silicium in bestimmten Oberflächenbereichen von wesentlicher Bedeutung. Aluminium hat als Beschichtungsmetall eine Reihe von Vorteilen, nämlich eine große Haftfähigkeit an den meisten dielektrischen Materialien und das Vermögen unmittelbar mit Silicium (und anderen Halbleitermaterialien) einen ohmschen Kontakt zu bilden, wobei es ohne übermäßigen Aufwand leicht niederzuschlagen ist. Nachteilig bei Aluminium als Leitermaterial ist jedoch, daß bei hohen Stromdichten Neigung zu Elektromigration besteht. Durch die Anwendung von Aiuminiumlegierungen, wie z. B. Aluminium-Kupfer, läßt sich dieses Problem bis zu einem gewissen Grade beheben. Aus diesem Grunde ist bei der Aluminiumbeschichtung ein jeweils ausreichender Leiterquerschnitt vorzusehen, der eine Leiterschichterwärmung ausschließt. In hochintegrierten Halbleiterschaltungen wird vorzugsweise eine Metallschichtdicke von 500 bis 3000 nm vorgesehen. Weiterhin werden bei hoher Integrationsdichte die Leiterzüge so nahe wie möglich zueinander angeordnet, so daß Zwischenräume, die im Bereich zwischen 1,25 μπι und 12,5 μιη liegen, nicht selten sind.
Die Anwendung rein chemischer Ätzverfahren bringt gewisse Nachteile mit sich, die eine volle Ausnutzung der Halbleiterschichtfläche verhindern. Die üblichen bekannten Abtragungsverfahren mit Hilfe der Kathodenzerstäubung in chemisch reaktionsträger Atmosphäre sind in jeder Beziehung mit bedeutsamem Aufwand verbunden, da Aluminium nur sehr langsam, nämlich in einer Größenordnung von 1,5 nm/rnin. bei einer Energiestromdichte von etwa 0,2 W/cm2 abgetragen werden kann. Wird die Energiedichte gesteigert, so sind dieser
ίο Maßnahme infolge der damit einhergehenden Temperaturerhöhung Grenzen gesetzt, die letztlich durch die Schmelztemperatur des Aluminiums bedingt sind. Allerdings ergeben sich schon bei geringeren Temperaturen als der des Schmelzpunkts dadurch Schwierigkeiten, daß Masken aus organischen Stoffen auf den betreffenden Halbleiteroberflächen bereits bei relativ niedriger Temperatur beschädigt werden können.
Bei dem Verfahren nach der Erfindung wird während der Gasentladung in der angewandten Atmosphäre eine chemisch reaktionsfähige lonenart zwecks Beschüß der Aluminiumschicht freigesetzt, die eine chemische Reaktion an der Oberfläche der Aluminiumschicht herbeiführt, durch die eine flüchtige Verbindung gebildet wird. Diese chemische Reaktion führt zu einer hohen Ätzge-
schwindigkeit. Der Ätzvorgang ist jedoch richtungsgebunden, da die durch das elektrische Feld beschleunigten und zur chemischen Reaktion beitragenden Ionen eine laterale Abtragung und damit eine Maskenunterätzung der Aluminiumschicht ausschließen. Somit lassen sich bei selektivem, d. h. auf einem Bereich begrenztem Ionenbeschuß nahezu vertikale Seitenwände erzielen. Da viele komplexe und miteinander in Widerstreit liegende chemische Reaktionen im hochangeregten Plasma auftreten, stellt die angewandte Ionenätzung einen relativ komplizierten Vorgang dar.
Dies gilt entsprechend auch für die Ionenätzung von Silicium mittels des Verfahrens nach der Erfindung, die in der angegebenen Brom- oder Jodhaltigen Atmosphäre durchgeführt wird. Die in dieser Atmosphäre im Plasma enthaltenen Atome, Ionen oder Radikale befinden sich in einem hohen Reaktionsfähigkeitszustand, so daß sie chemisch mit freigelegten Oberflächenbereichen des Siliciums reagieren und dabei Siliciumbromid oder SiIiciumjodid bilden, die unter den im Entladungsraum herrschenden Druck- und Temperaturbedingungen als hinreichend flüchtige Verbindungen vorliegen, so daß sie — ebenso wie die Aluminium-Halogenverbindungen bei der oben beschriebenen Ionenätzung von Aluminium — durch das angeschlossene Evakuierungssystem
abgezogen werden können. Die erzielten Ätzgeschwindigkeiten liegen weit über der, die beim Ionenbeschuß in einer chemisch reaktionsträgen Atmosphäre erhalten werden. Da sich außerdem lediglich gasförmige Komponenten ergeben, kann auch kein Rückniederschlag eintreten, so daß eine Verunreinigung sowohl in den abgetragenen als auch in den anderen Oberflächenbereichen vermieden wird.
Für die anzuwendenden Masken lassen sich sämtliche hierfür bekannte Photolacke und andere dielektrische Materialien verwenden, die höchstens geringfügig durch die chemisch reaktionsfähigen Bestandteile des hochfrequent angeregten Plasmas der Brom- oder Jodhaltigen Atmosphäre angegriffen werden. Bei der Ionenätzung von Silicium bestehen die anzuwendenden
μ dielektrischen Maskenmaterialien bevorzugt aus Siliciumdioxid (S1O2) und Siliciumnitrid (SijN.4). Bei der Ionenätzung von Aluminium lassen sich auch Photolacke und keramische Substanzen, wie AbOj, als Maskenma-
terial günstig verwenden. In beiden Fällen ist die Maskenabnutzung unter obengenannten Voraussetzungen aber gering.
Ganz bedeutsam für die Anwendung der Verfahren nach der Erfindung ist, daß in der Gasentladungsatmo-Sphäre keine Fluoratome oder hiermit gebildete Radikale enthalten sind. Fluor führt nämlich zu einer erheblichen Schädigung der Masken. Beim Abtragen von Aluminium nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hat sich gezeigt, daß sich flüchtige Bestandteile aus Aluminium-Halogenverbindungen bilden, die sich durch das angeschlossene Evakuierungssystem abziehen lassen. Wie bereits erwähnt, herrschen im Gasentladungsraum Vorvakuumbedingungen vor, d. h. ein Druck im Bereich zwischen etwa 6,5 und 400 μbar; bei der Aluminiumabtragüng wird vorzugsweise ein Bereich von 6,5 bis 65 μbaΓ vorgesehen, wohingegen der Bereich bei der Siliciumabtragung zwischen 13,3 bis 53 μbar liegt. Wie ebenfalls bereits ausgeführt, kann das chemisch reaktionsfähige Gas zusammen mit einem chemisch reaktionsträgen Gas, wie Argon oder Helium, die Entladungsatmosphäre bilden.
Der hochfrequente Kathodenzerstäuber 10 enthält einen Entladungsraum mit der Trägerelektrode 12, auf der zu die ätzende Substrates angebracht sind. Der Gasentladungsraum selbst wird einerseits von einer aus Metall bestehenden Bodenplatte 16 und einer oberen Deckplatte 20 begrenzt, die einteilig mit der Seitenwand 18 oder ein getrenntes Bauteil sein kann. Vorzugsweise jedoch ist die obere Deckplatte 20 ein getrenntes Bauteil und besteht aus einem elektrischem Leitermaterial und wird von der Seitenwand 18 getragen. Versiegelungsringe 22 gewährleisten vakuumsichere Verschlüsse zwischen der Wand 18 und der Bodenplatte 16 einerseits und der oberen Deckplatte 20 andererseits. Sowohl die obere Deckplatte 20 als auch die Bodenplatte 16 liegen bei Betrieb elektrisch auf Erdpotential.
Die Trägerelektrode 12 bekannter Bauart enthält einen Elektrodenfuß 24 aus einem elektrischen Leitermaterial und einen Isolierzylinder 26 aus dielektrischem Material, um den Elektrodenfuß 24 sowohl zu halten als auch von der Bodenplatte 16 und von dem den Elektrodenfuß 24 umgebenden Abschirmzylinder 28 zu isolieren. Falls erforderlich, läßt sich der Elektrodenfuß 24 mit einem Kühlflüssigkeitssystem versehen, dessen wesentücher Bestandteil eine Röhre 29 ist, um hiermit die Kühlflüssigkeit aus dem hohlen Teil des Elektrodenfußes 24 abführen bzw. zuführen zu können. Wie durch die Pfeile 30 und 31 angedeutet, erfolgt die Zu- bzw. die Abfuhr der Kühlflüssigkeit über entsprechende Anschlußstellen. Falls erforderlich, kann die Trägerelektrouc 1H mit einem ilcizsysieni verseilen sein, indem Widerstandsheizdrähte im Bereich der Elektrodenrückseite angeordnet werden. Ein Aufheizen der Trägerelektrode 12 ist dann vorteilhaft, wenn Aluminium geätzt werden soll. Die Substrate S ruhen auf einer Glasplatte 32 oder einer Platte aus irgend einem anderen dielektrischen Material welche dann ihrerseits auf der Trägerelektrode 12 liegt
Ein Hochfrequenzgenerator 34 ist elektrisch mit dem Elektrodenfuß 24 über einen Kondensator 35 verbunden. Der Kondensator 35 verhindert daß ein Gleichstromanteil bei HF-Anregung in der Entladungsstrecke wirksam sein kann. Die Bodenplatte 16 sowie alle anderen elektrisch leitenden Oberflächen, die auf Erdpotential liegen, dienen als zweite Elektrode im Gasentladungsraum, der mit Hilfe der Vakuumpumpe 36 evakuiert wird. Die Gase werden dem Entladungsraum über die Einlaßstutzen 38 und 43 zugeführt. Eine jeweilige Regelung erfolgt über Ventile, die den Einlaßstutzen vorgeschaltet und andererseits mit den Gasvorratsbehältern 40 und 42 verbunden sind.
Anhand der Fig. 2 soll ein Beispiel für die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ätzen einer Aluminiumschicht erläutert werden. Bei diesem Verfahren wird zunächst eine Maskenschicht 50 auf die Oberfläche der Aluminiumschicht 52 aufgebracht. Diese Aluminiumschicht 52 ist zuvor mittels irgend eines der bekannten Verfahren, wie Niederschlag aus der Dampfphase oder Kathodenzerstäubung auf die Substratoberfläche aufgetragen worden. Es versteht sich, daß, wenn auch im folgenden nur von Aluminium die Rede ist, ebensogut auch Aluminiumlegierungen mittels des Verfahrens nach der Erfindung in gleich vorieiihafier Weise abgetragen werden können. So läßt sich z. B. Kupfer in Anteilen von 1 bis 8% dem Aluminium für Leiterschichten für Halbleiterbauelemente zufügen, um so die Widerstandsfähigkeit gegenüber Elektromigration zu verstärken. Außerdem kann, in allerdings noch geringeren Anteilen, auch Silicium dem Aluminium zugefügt werden, um hiermit einer Siliciumverarmung bei Kontakten an oberflächennahen PN-Übergängen in Siliciumsubstraten vorzubeugen. Das Substrat kann ein übliches monokristallines Siliciumsubstrat 54 sein, das ggf. auch mit einer dielektrischen Schicht 56 überzogen ist. Bei der Herstellung monolithisch integrierter Halbleiterschaltungen enthält das Siüciumsubstrat 54 die verschiedensten aktiven und passiven Schaltungselemente, die allerdings in der Darstellung nach F i g. 2 nicht angedeutet sind, da sie die Übersichtlichkeit verringern würden. Die dielektrische Schicht 56 enthält durchgehende Öffnungen, über die Elektrodenkomakie zu den oben erwähnten aktiven und passiven Schaltungselementen im Siüciumsubstrat hergestellt werden können. Die Maskenschicht 50 läßt sich wie üblich mit Hilfe eines bekannten photolithographischen Verfahrens aufbringen, um das in die Aluminiumschicht 52 einzubringende Leitermuster vorzugeben. Die Maskenschicht 50 kann aus Photolack oder aus einem der dielektrischen Materialien SiOi, AI2O3 und S13N4 bestehen. Die Haupterfordernis zur Auswahl der Substanz für die Maskenschicht besteht darin, daß die Substanz Widerstandsfähigkeit gegenüber der chemisch reaktionsfähigen Atmosphäre im Entladungsraum aufweist.
Die in den Entladungsraum eingebrachten Siliciumsubstrate 5 werden der chemisch reaktionsfähigen Atmosphäre mit einem Gasanteil an CCI4, HCl, CBr4, HBr oder CJ4 ausgesetzt. Die Gasentladungsatmosphäre besitzt einen relativ niedrigen Druck, vorzugsweise im Bereich von 6,5 bis 65 μυάι. Die GäSenuauungSäimuSphäre kann zu 100% aus einem der angegebenen Gase bestehen oder dieses nur zu einem gewissen Anteil enthalten, wobei der übrige Teil der Atmosphäre dann aus einem chemischreaktionsträgen Gas besteht Vorzugsweise ist der Partialdruck eines der genannten Chloride oder Bromide nicht geringer als 10%. Ein bevorzugter Partialdruckbereich für den reaktionsfähigen Gasanteil liegt zwischen 10 bis 85%; wobei besonders vorteilhaft ein Partialdruck von 20% ist
Ganz allgemein gilt, daß bei Ausführung des Verfahrens nach der Erfindung der Trägerelektrode 12 eine ausreichend hohe Leistung zugeführt wird, so daß die Substrattemperatur den Dampfdruck des Aluminiumchlorids, Aluminiumbromids oder Aluminiumjodids oberhalb ihrer jeweiligen Sublimationsdrücke zu halten vermag, wie noch weiter ausgeführt wird. Die Energie-
stromdichte liegt im allgemeinen im Bereich zwischen 0,1 bis 2 W pro cm2, jedoch vorzugsweise im Bereich zwischen 0,2 bis 0,4 W pro cm2 an der abzutragenden Aluminiumoberfläche. Während des Abtragungsvorgangs werden die Trägerelektrode 12 und die auf ihr angeordneten Substrate S mit positiven Ionen beschossen. Bei diesem Vorgang reagieren die reaktionsfreudigen Ionen außerdem noch mit den nichtmaskierten Bereichen der Aluminiumschicht 52.
In unmittelbarer Nachbarschaft der Substrate kornmen hochangeregte Chlor-, Brom-, Jod- oder Komplexionen hiervon vor, je nach der Natur des angewandten Gases. Aluminium und die Chlor-, Brom- oder Jodionen reagieren so miteinander, daß sich Aluminiumchlorid, Aluminiumbromid oder Aluminiumjodid bildet. Da der Dampfdruck dieser speziellen Verbindungen ihre jeweiligen Sublimationsdrücke übersteigt, verdampfen die so gebildeten Verbindungen in die Gasatmosphäre und werden damit wie üblich abgezogen. Dies hat zur Folge, daß die beireffenden Oberflächenbereiche relativ frei von Substanzen sind, die sonst die Ionenbeschußwirkung verhindern könnten. Dies bedeutet, daß die erzielte lonenätzgeschwindigkeit sehr hoch ist. Weiterhin wird der Vorteil erhalten, daß, wie in F i g. 2 angedeutet, die sich ergebenden Seitenwände 58 der durchgehenden öffnungen in der Aluminiumschicht 52 im wesentlichen senkrecht sind.
Ätzgeschwindigkeiten in der Größenordnung von 600 nm/min. lassen sich unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei Aluminiumschichten erzielen, wobei der Druck der Gasentladungsatmosphäre 26,5 μbar beträft, die Atmosphäre selbst aus 80% Argon und 20% CCI4 besieht und die Energiestromdichte 0,4 W/cm2 an der Aluminiumoberfiäche beträgt.
Anhand der F i g. 3, 4 und 5 soll nun die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Abtragen von Silicium im einzelnen erläutert werden. Auch hier wird zuvor eine Maskenschicht 50 auf ein Siliciumsubstrat 54 aufgetragen. Es versteht sich, daß das Siliciumsubstrat 54 verschiedene aktive und passive Schaltungselemente enthalten kann. Die Maskenschicht 50 besteht vorzugsweise aus S1O2 oder S13N4 oder aus einer aus zwei oder mehr verschiedenen Materialien zusammengesetzten Schicht. Eine vielfach verwendete Schichtzusammensetzung besteht aus einer unteren, relativ dünnen Schicht
53 aus S1O2 und einer darüberliegenden Schicht 55 aus S13N4. Eine Photolackschicht 57 wird auf die Maskenschicht 50 aufgetragen, belichtet und entwickelt, um ein mit Muster mit öffnungen 62 für die ins Siliciumsubstrat
54 einzubringende Löcher und/oder Ausnehmungen zu bilden. Die freiliegenden Bereiche der Maskenschicht 50 werden mit Hilfe eines üblichen bekannten Abtragungsverfahrens entfernt, ebenso wie die Photolackschicht 57 (F i g. 4). Das so maskierte Siliciumsubstrat 54 wird dann auf die Trägerelektrode 12 im Entladungsraum gebracht Die anzuwendende Brom- oder Jod-haltige Atmosphäre wird in den Gasentladungsraum 10 eingelassen und der Hochfrequenzgenerator 34 eingeschaltet Bei der dann einsetzenden Entladung werden die freigelegten Oberflächenbereiche des Siliciumsubstrats 54 durch die chemisch reaktionsfähigen Ionen beschossen, die mit dem Silicium reagieren und Ausnehmungen 60 bilden, deren Seitenwände im wesentlichen senkrecht verlaufen, so daß sich keine Maskenunterätzung feststellen läßt Die die Siliciumsubstrate 54 tragende Trä- gerelektrode 12 wird beheizt, um den Abzug der entstehenden Silicium-Halogenverbindungen mit Hilfe des angeschlossenen Evakuierungssystems zu gewährleisten, weil ihr jeweiliger Siedepunkt relativ hoch ist; er ist für SiBr4 !530C und für SiJ4 2900C.
Sollen in den erhaltenen Ausnehmungen eingesenkte dielektrische Isolationszonen gebildet werden, dann wird das Siliciumsubstrat 54 einer oxidierenden Atmosphäre ausgesetzt, um freiliegendes Silicium mit Sauerstoff reagieren zu lassen, wobei die Maskenschicht 50 eine Oxidation der bedeckten Oberflächenbereiche verhindert.
Neben den oben beschriebenen Ausführungen des Verfahrens nach der Erfindung können nach dem Siliciumabtragungsverfahren auch vorgegebene Bereiche einer polykristallinen Siliciumschicht abgetragen werden, um entsprechende Leiterzüge auf einem Substrat zu bilden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

1 Patentansprüche:
1. Verfahren zum Abtragen von Silicium mit Hilfe einer aus Photolack oder dielektrischem Material bestehenden Maske durch Ionenätzung unter Feldeinwirkung, bei dem die abzutragenden Siliciumoberflächenbereiche einer hochfrequenten Kathodenzerstäubung unter Einwirkung eines Plasmas in einer mittels eines Trägergases zugeführten, chemisch reaktionsfähigen halogenhaltigen Atmosphäre bei Bildung flüchtiger Silicium-Halogenverbindungen unterworfen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die abzutragenden Siliciumoberflächenbereiche mittels eines Plasmas abgetragen werden, dem eine der Halogenverbindungen is CBr4, HBr und CJ4 zugeführt wird.
2. Verfahren zum Abtragen von Aluminium mit Hilfe einer aus Photolack oder dielektrischem Material bestehenden Maske durch Ionenätzung unter Feldeinwirkung, bei dem die abzutragenden Aluminiumoberflächenbereiche einer hochfrequenten Kathodenzerstäubung unter Einwirkung eines Plasmas in einer mittels eines Trägergases zugeführten, chemisch reaktionsfähigen halogenhaltigen Atmosphäre bei Bildung flüchtiger Aluminium-Halogenverbindüngen unterworfen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die abzutragenden Aluminiumoberflächenbereiche mittels eines Plasmas abgetragen werden, dem eine der Halogenverbindungen CCl4, HCl, CBr4, HBr und C]4 zugeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Trägergas ein Edelgas, insbesondere Helium oder Argon, mit einem Partialdruck zwischen 10 und 85% des Gesamtdrucks verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gesamtdruck zwischen 6,5 und 40 μbar verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine Glimmernladung ein Plasma erzeugt wird, bei dem die Energiestromdichte direkt an der abzutragenden Silicium- bzw. Aluminiumoberfläche zwischen 0,1 bis 2 W/cm2 beträgt.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gesamtdruck von 27 μbar und eine Atmosphäre mit 80% Argon und 20% CCl4 verwendet sowie ein Plasma mit einer Energiestromdichte von 0,4 W/cm2 an der abzutragenden Aluminiumoberfläche erzeugt wird.
7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Maske eine zusammengesetzte Schicht aus einer auf der Siliciumoberfläche in enger Berührung liegenden Siliciumdioxidschicht und einer darüber liegenden Siliciumnitridschicht verwendet wird.
8. Verfahren nach den Ansprüchen 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Plasma mit einer Energiestromdichte zwischen 0,3 und 0,7 W/cm2 an der abzutragenden Aluminiumoberfläche erzeugt sowie eine Argon und CCl4 enthaltende Atmosphäre zugeführt wird, bei der der Partialdruck von CCU 33% des Gesamtdrucks und der Partialdruck von Argon 67% beträgt.
9. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zum Herstellen von monolithisch integrierten Halbleiterschaltungen.
Die Erfindung betrifft Verfahren, wie sie den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 2 angegeben sind.
Verfahren zum Abtragen von Silicium nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sind aus der US-PS 36 15 956 und aus der DE-OS 24 49 731 bekannt Ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 2 angegebenen Art ist aus der US-PS 36 15 956 bekannt
Vor allem beim Herstellen von monolithisch integrierten Halbleiterschaltungen ist es erforderlich. Silicium und Aluminium jeweils in durch Masken vorgegebenen Oberflächenbereichen abzutragen.
Mit dem o.a. bekannten Verfahren können Bereiche abgeätzt werden, die von vertikalen Seitenwänden begrenzt werden. Bei dem Verfahren nach der DE-OS 24 49 731 werden nun fluorhaltige Gase als chemisch reaktionfähige Atmosphäre und Masken aus Aluminium verwendet. Dieses Verfahren kann also nicht zum Abtragen von Aluminium verwendet werden. In der US-PS 36 15 956 ist allerdings ein Verfahren beschrieben, bei dem als chemisch reaktionsfähige Atmosphäre elementares Chlor und Photolackmasken verwendet werden, um Bereiciie von Silicium und Bereiche von Aluminium abzutragen. Jedoch wird bei diesem Verfahren nur eine kleine Abtragungsgeschwindigkeit erreicht.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren turn Ionenätzen, insbesondere für die Anwendung beim Herstellen von integrierten Halbleiterschaltungen, zu schaffen, das es ermöglicht, die gleichen, chemisch reaktionsfähigen Gase für die Plasmaatmosphäre und die gleichen Materialien für die Masken zum lonenätzen von Silicium und von Aluminium zu verwenden, von vertikalen Seitenwänden begrenzte Abätzbereiche zu erhalten und dabei mit hohen Abtragungsgeschwindigkeiten zu ätzen.
Ausgehend von den im Oberbegriff des Patentanspruchsl und2angegebenenundausdenUS-PS36 15 956 bekannten Verfahren, löst die Erfindung diese Aufgabe durch die Verwendung des im kennzeichnenden Teil der Patentansprüche 1 und 2 angegebenen Plasmen.
Die Verwendung von fluorfreien Halogenverbindungen für die Plasmaatmosphäre zeigt ganz entschiedene Vorteile gegenüber der Anwendung von elementares Halogen enthaltenden, reaktionsfähigen Gasen, deren Handhabung in der Praxis nicht unproblematisch ist. Elementares Halogen ist sehr reaktionsfreudig, so daß spezielle Vorkehrungen erforderlich sind, den hierdurch bedingten Konsequenzen zu begegnen.
Bei dem Verfahren zum Abtragen von Silicium nach der Erfindung erhält man auch den Vorteil, daß gegenüber den Verfahren, bei denen chemisch reagierende Ätzlösungen verwendet werden (Naßätzung), keine Ätzvorzugsrichtung aufgrund der jeweils vorhandenen Kristallorientierung an zu ätzenden Oberflächen wirksam ist.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Verfahren nach der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
In einigen Ausführungsbeispielen werden die Verfahren nach der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 teilweise im Querschnitt den Aufriß eines zum lonenätzen verwendeten hochfrequenten Kathodenzerstäubers,
Fig.2 einen Querschnittsausschnitt aus Halbleiterschaltungselementen mit Aluminiummetallisierung, die teilweise durch lonenätzen abgetragen ist,
F i g. 3, 4 und 5 Querschnittsausschnitte aus einem Siliciumsubstrat, jeweils nach Anwendung eines von unterschiedlichen Verfahrensschritten.
DE19762617483 1975-05-22 1976-04-22 Verfahren zum Abtragen von Silicium und Aluminium durch Ionenätzung unter Feldeinwirkung Expired DE2617483C2 (de)

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Families Citing this family (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4104086A (en) * 1977-08-15 1978-08-01 International Business Machines Corporation Method for forming isolated regions of silicon utilizing reactive ion etching
US4139442A (en) 1977-09-13 1979-02-13 International Business Machines Corporation Reactive ion etching method for producing deep dielectric isolation in silicon
US4172004A (en) * 1977-10-20 1979-10-23 International Business Machines Corporation Method for forming dense dry etched multi-level metallurgy with non-overlapped vias
JPS5494196A (en) * 1977-12-30 1979-07-25 Ibm Metallic layer removing method
US4196440A (en) * 1978-05-25 1980-04-01 International Business Machines Corporation Lateral PNP or NPN with a high gain
US4184909A (en) * 1978-08-21 1980-01-22 International Business Machines Corporation Method of forming thin film interconnection systems
JPS5582781A (en) * 1978-12-18 1980-06-21 Ibm Reactive ion etching lithography
US4341593A (en) * 1979-08-17 1982-07-27 Tokuda Seisakusyo, Ltd. Plasma etching method for aluminum-based films
DE3016736A1 (de) * 1980-04-30 1981-11-05 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Verfahren zum herstellen geaetzter strukturen in siliziumoxidschichten
JPS6056431B2 (ja) * 1980-10-09 1985-12-10 三菱電機株式会社 プラズマエツチング装置
DE3102647A1 (de) * 1981-01-27 1982-08-19 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Strukturierung von metalloxidmasken, insbesondere durch reaktives ionenstrahlaetzen
US4535531A (en) * 1982-03-22 1985-08-20 International Business Machines Corporation Method and resulting structure for selective multiple base width transistor structures
US4435898A (en) * 1982-03-22 1984-03-13 International Business Machines Corporation Method for making a base etched transistor integrated circuit
DE3215411A1 (de) * 1982-04-24 1983-10-27 Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt Verfahren zum herstellen von oeffnungen mit hilfe einer maske in einer auf einer unterlage befindlichen schicht
US4450042A (en) * 1982-07-06 1984-05-22 Texas Instruments Incorporated Plasma etch chemistry for anisotropic etching of silicon
US4439261A (en) * 1983-08-26 1984-03-27 International Business Machines Corporation Composite pallet
US4534816A (en) * 1984-06-22 1985-08-13 International Business Machines Corporation Single wafer plasma etch reactor
AT386316B (de) * 1985-11-11 1988-08-10 Voest Alpine Ag Plasmareaktor zum aetzen von leiterplatten
US4668338A (en) * 1985-12-30 1987-05-26 Applied Materials, Inc. Magnetron-enhanced plasma etching process
EP0295581A1 (de) * 1987-06-19 1988-12-21 Tegal Corporation Verfahren zum Plasmaätzen von Aluminium
DE4107006A1 (de) * 1991-03-05 1992-09-10 Siemens Ag Verfahren zum anisotropen trockenaetzen von aluminium bzw. aluminiumlegierungen enthaltenden leiterbahnebenen in integrierten halbleiterschaltungen
EP0535540A3 (en) * 1991-10-02 1994-10-19 Siemens Ag Etching process for aluminium-containing coatings
US5387556A (en) * 1993-02-24 1995-02-07 Applied Materials, Inc. Etching aluminum and its alloys using HC1, C1-containing etchant and N.sub.2
US5849641A (en) * 1997-03-19 1998-12-15 Lam Research Corporation Methods and apparatus for etching a conductive layer to improve yield

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3615956A (en) * 1969-03-27 1971-10-26 Signetics Corp Gas plasma vapor etching process
US3617463A (en) * 1969-06-18 1971-11-02 Ibm Apparatus and method for sputter etching
US3795557A (en) * 1972-05-12 1974-03-05 Lfe Corp Process and material for manufacturing semiconductor devices
DE2449731A1 (de) * 1973-12-03 1975-06-05 Hewlett Packard Co Aetzverfahren

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Publication number Publication date
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DE2617483A1 (de) 1976-12-09
FR2312114B1 (de) 1979-07-13

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