DE2828762A1

DE2828762A1 - Verfahren zur herstellung geaetzter strukturen in kupferschichten

Info

Publication number: DE2828762A1
Application number: DE19782828762
Authority: DE
Inventors: Ursula Convertini
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1978-06-30
Filing date: 1978-06-30
Publication date: 1980-01-10

Description

Verfahren zur Herstellung geätzter
Strukturen in Kupferschichten Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung geätzter Strukturen in dünnen Kupferschichten durch chemische Naßätzung unter Verwendung einer Ätzmaske mit Hilfe einer Ätzlösung, die Schwefelsäure und eine Ammoniumsulfatverbindung enthält.
In der Dünnschicht-Technologie werden z.B. bei der Herstellung integrierter Schaltungen mehrlagige, sich kreuzende elektrisch leitende strukturierte Schichten ("Mehrlagen-Verdrahtungen") benötigt, deren Struktur durch Ätzung hergestellt wird und die ein Kantenprofil mit einem geringen Neigungswinkel aufweisen müssen, damit zur Isolierung der einzelnen Leiterbahnenschichten anschließend aufzubringende Isolierschichten die Leiterbahnen vollständig abdecken und nicht infolge Schattenwirkung an Leiterbahnenkanten mit steilem Neigungswinkel unzureichende Isolierungen an Kreuzungspunkten auftreten.
Leiterbahnen mit einem Kantenprofil mit flachem Neigungswinkel sind aber z.B. auch erforderlich, wenn Materialeig# schaften nicht nachteilig beeinflußt werden sollen. Dies trifft z.B. auf DUnnschicht-Magnetfeld-Sensoren zu, die aus einer auf einem Substrat aufgebrachten Folge geometrisch strukturierter Schichten bestehen, wobei zwei als elektrische Spule strukturierte und miteinander kontaktierte teiterbahnenschichten eine Schichtenfolge aus mindestens zwei dielektrischen Schichten, zwischen denen mindestens eine magnetische Schicht liegt, umgeben. Zur besseren Haftung der Leite~ahnen-, der dielektrischen- und der Magnetschichten ist es vorteilhaft, als Zwischenhaftschichten metallische Schichten, die aus z.B. Titan T, Chrom Cr, Nickelchrom NiCr, Nickel Ni oder Molybdän Mo bestehen können oder aber oxidische Schichten, z.B. aus TiOx oder CaOx , anzubringen.
Es hat sich nun gezeigt, daß keine guten magnetischen Eigenschaften realisiert werden können, wenn die Unterlage, auf der die Magnetschicht angebracht wird, rauh und insbesondere, wenn sie strukturiert ist. Es ist daher wichtig, daß die unter der Magnetschicht befindlichen Leiterbahnen keine Kanten mit steilen Neigungswinkeln aufweisen, sondern abgeflachte Kanten und einen möglichst geringen Neigungswinkel haben.
Um solche Leiterbahnenschichten, also Metallschichten, und hier insbesondere Kupferschichten, zu strukturieren, ist es bekannt, HF- und Fluorid-haltige Ätzmittel zu verwenden.
Diese greifen aber auch unter den zu ätzenden Kupferschick ten liegende oxidische oder metallische Materialien an.
Weiter ist es ebenfalls bekannt, solche Schichten, insbesondere Kupferschichten,mittels Ätzung zu strukturieren unter Verwendung einer Ätzlösung aus H202, H2S04 und Ammoniumperoxidsulfat (NH4)2S208 (vgl. Beckert-Klemm,Handbuch der metallographischen Ätzverfahren, VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig 1966).
Hier hat sich der Nachteil gezeigt, daß die Kanten der geätzten Struktur einmal zu steile Neigungswinkel und zum anderen vor allen Dingen nicht reproduzierbare Neigungswinkel aufweisen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ätzmittel zur Strukturierung von Kupferschi#chten zu schaffen, das es ermöglicht, reproduzierbare Profile mit flachen Neigungswinkeln der Kanten herzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Ätzlösung aus Ammoniumpersulfat (NH4)2S04 in wasseriger Lösung unter Zusatz von Schwefelsäure H2S04 und Wasserstoffperoxid H202 angewendet wird.
Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß eine Ätzlösung unter Verwendung dieser Komponenten nicht nur zu den erwünschten flachen Neigungswinkeln der Kanten der zu ätzenden Struktur führt, sondern daß ein definierter Kantenwinkel innerhalb einer sehr engen Toleranz hergestellt werden kann und darüberhinaus, daß dieser Neigungswinkel auch reproduzierbar darstellbar ist.
Als besonders vorteilhaft hat sich eine Ätzlösung folgender Zusammensetzung erwiesen: 20 g (NH4)2S04 in 100 ml wässeriger Lösung + 1 ml H2SO4 95#ig + 4 ml H202 30Sbig. Mit Hilfe dieser Ätzlösung kann ein Neigungswinkel von N 150 reproduzierbar an den Kanten der geätzten Struktur in einer Kupferschicht einer Dicke im Bereich von > 0,1zum, vorzugsweise von einigen /um Dicke eingestellt werden.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile liegen insbesondere darin, daß ein flacher Neigungswinkel von # 150 in dünnen Kupferschichten reproduzierbar eingestellt werden kann, und daß metallische und oxidische Schichten, die unter der zu strukturierenden Kupferschicht angebracht sind, von dem Ätzmittel nicht angegriffen werden.
Anhand der Zeichnung wird ein Ausfiihmlngsbeispiel der Erfindung dargestellt und ihre Wirkungsweise erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine mit der Ätzlösung gemäß der Erfindung geätzte Leiterbahn auf einem Substrat; Fig. 2 im Schnitt einen Dönnschicht-Magnetfeld-Sensor mit Leiterbahnen mit flachem Neigungswinkel.
Fig. 1 zeigt eine mit der Ätzlösung gemäß der Erfindung strukturierte Leiterbahnenschicht L aus Kupfer auf einem Substrat S aus thermisch oxidiertem Silicium. Die Kupfer schicht kann im Rahmen fachmännischen Handelns auf beliebige Art auf dem Substrat S angebracht werden, z.B.
durch Kathodenzerstäubung. Die in Fig. 1 dargestellte Schicht hat eine Schichtdicke von 3/um und zeigt einen Neigungswinkel von N 150.
Die zu strukturierende Kupferschicht wird zur chemischen Naßätzung mit einer Ätzmaske versehen, die mittels eines photolithographischen Prozesses hergestellt werden kann.
Die Ätzung der Struktur erfolgt bei Anwendung eines positiv arbeitenden Photolacks anschließend durch Öffnungen der gegen die Ätzlösung resistenten Photolackmaske.
Die Ätzlösung wurde durch Mischen der Komponenten in der folgenden Reihenfolge hergestellt: 20 g (NH4)2S04 in 100 ml wässeriger Lösung + 1 ml H2SO4 95#ig + 4 ml H202 30%ig. Die Ätzgeschwindigkeit liegt bei Raumtemperatur in der Größenordnung von 0,31um/min Als Ausführungsbeispiel zur Anwendung der erfindungsgemäßen Ätzlösung wird die Herstellung eines DUnnschicht-Magnetfeld-Sensors mit einer Magnetschicht M, zwei die Magnetschicht M umgebende dielektrische Schkhffien D1 und D2 und diese Schichtenfolge umgebende Leiterbahnenschichten L1 und L2 auf einem Substrat S (vgl. Fig. 2) beschrieben.
Auf das Substrat S wird zunächst eine Haftschidht H1 einer Dicke von~ 0,1/um aus z.B. Ca0 oder TiOX aufgex x bracht, z.B. durch Kathodenzerstäubung. Anschließend wird die erste Leiterbahnenschicht L1 aus Kupfer, z.B.
ebenfalls durch Kathodenzerstäubung, aufgebracht und zwar in einer Schichtdicke von 3/um. Bei dieser Schicht ist es wichtig, um die magnetischen Eigenschaften der zu einem späteren Verfahrens zeitpunkt aufzubringenden magnetischen Schicht M nicht nachteilig zu beeinflussen, daß die aus der Leiterbahnenschicht L1 zu ätzenden Leiterbahnen einen möglichst flachen Neigungswinkel haben.
Die aus der Leiterbahnenschicht L1 gebildeten Leiterbahnen werden in ihren Endbereichen so mit aus der zu einem späteren Zeitpunkt aufzubringenden und in Leiterbahnen zu strukturierenden Leiterbahnenschicht L 2 kontaktiert, daß sich eine elektrische Spule um die Magnetschicht M herum ergibt.
Zunächst wird also die Leiterbahnenschicht L1 mit der Ätzlösung gemäß der Erfindung geätzt, wobei sich reproduzierbar ein Kantenwinkel von -150 einstellt. Auf die auf diese Weise strukturierte Leiterbahnenschicht L1 wird anschließend eine weitere z.B. oxidische Haftschicht H2, z.B. aus TiOX, in einer Dicke von 0,1/um aufgebracht, anschließend w3Mbn die erste dielektrische Schicht D1 aus z.B. SiO2 inner Dicke von 10/um, darauf die Magnetschicht M aus z.B. NiFe in einer Dicke von 0,8/um, darauf die zweite dielektrische Schicht D2, z.B. aus SiO2, in einer Dicke von 10/um, darauf die dritte Haftschicht H3, z.B. aus TiOX, in einer Dicke von 0,1/um und darauf die zweite Leiterbahnenschicht L2 aus Kupfer einer Dicke von 5/um, die in ihren Endbereichen die erste Leiterbahnenschicht L1 kontaktiert, aufgebracht.
Dadurch, daß die unterhalb der Magnetschicht M liegende strukturierte Leiterbahnenschicht L1 keine steilen Neigungswinkel der Kanten des Profils aufweist, werden gute magnetische Eigenschaften der Magnetschicht M erreicht.
Alle Schichten können z.B. durch Kathodenzerstäubung aber auch mittels anderer dem Fachmann geläufiger Maß- nahmen aufgebracht werden, z.B. durch Aufdampfen.
Als Materialien, die von der Ätzlösung gemäß der Erfindung nicht angegriffen werden, können Metalle wie z.B. Ti, Cr, NiCr, Ni, Mo oder Oxide, wie z.B. TiOx, CaOx als Haftschichten und Oxide, wie z.B. SiO2, als dielektrische Schichten verwendet werden.

Claims

Patentansprüche: Verfahren zur Herstellung geätzter Strukturen in dünnen Kupferschichten durch chemische Naßätzung unter Verwendung einer Ätzmaske mit Hilfe einer Ätzlösung, die Schwefelsäure und eine Ammoniumsulfatverbindung enthält, dadurch gekennzeichnet, daß ei# Ätzlösung aus Ammoniumpersulfat (NH4)2S04 in wässeriger Lösung unter Zusatz von Schwefelsäure H2S04 und Wasserstoffperoxid H202 angewendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ätzlösung folgender Zusammensetzung angewendet wird: 20 g (NH4)2S04 in 100 ml wässeriger Lösung + 1 ml H2S04 95%ig + 4 ml H202 30%in.
3. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 2 bei Raumtemperatur zur Erzielung einer geätzten Struktur mit einem Neigungswinkel von N 150 in Kupferschichten einer Schichtdicke > 0,1/um.