DE2922791A1 - Verfahren zum trockenaetzen von aluminium und aluminiumlegierungen - Google Patents

Verfahren zum trockenaetzen von aluminium und aluminiumlegierungen

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    • C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
    • C23F4/00—Processes for removing metallic material from surfaces, not provided for in group C23F1/00 or C23F3/00

Description

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BEA-5907
BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines Musters auf aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen bestehenden Schichten bei der Herstellung von Halbleitervorrichtungen, magnetischen Vorrichtungen, dielektrischen Vorrichtungen u. dgl.
Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Erzeugung von Mustern auf Aluminium und Aluminiumlegierungen durch Trockenätzen.
Es ist bereits bekannt, dünne Schichten aus Aluminium, Al-Si-Legierungen, Al-Cu-Legierungen, Al-Cu-Si-Legierungen u. dgl. als Leiter-Verdrahtungsmaterialien in integrierten Schaltungen mit großen Abmessungen und als Metallisiermaterialien für mit akustischen Oberflächenwellen arbeitende Vorrichtungen einzusetzen. Um solche dünnen Metallschichten mit vorbestimmtem Muster auf einem Substrat auszubilden, sind normalerweise die folgenden Verfahrensstufen erforderlich:
Eine Stufe, in der eine Schicht aus Al oder einer Aluminiumlegierung abgeschieden wird, eine Stufe, in der ein Photoresist-Film auf die Schicht aus Aluminium oder der Aluminiumlegierung aufgetragen wird, eine Stufe des Trocknens dieses Photoresistfilms, die Stufe der Belichtung des Photoresistfilms mit Licht in einem vorbestimmten Muster, die Stufe, in der der belichtete Photoresistfilm entwickelt wird und die Stufe des Eintauchens des Substrats in eine Ätzlösung, um die aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehende Schicht aus dem nicht mit dem ' Photoresistfilm maskierten Bereich zu entfernen. Als Ätzlösung für Aluminium oder Aluminiumlegierungen wird gewöhnlich ein flüssiges Gemisch verwendet, das Phosphorsäure, Salpetersäure, Essigsäure und Wasser enthält. Bei dem Verfahren, bei dem das gesamte Substrat in eine solche Ätzlösung eingetaucht wird, um eine Schicht aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung aus einem vorbestimmten Bereich zu entfernen, ist es sehr
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schwierig, ein feines Muster auszubilden und eine Erhöhung der Dichte der Anordnung oder des Grades der Integration in der endgültig gebildeten Vorrichtung wird verhindert.
Als Möglichkeit zur Erzeugung einer dünnen Metallschicht mit einem feineren Muster wurde kürzlich ein Trockenätzverfahren entwickelt, bei dem Aluminium oder eine Aluminiumlegierung in einer Glimmentladungszone behandelt wird.
Als reaktives Gas zur Ausbildung der Atmosphäre für das Trockenätzen einer Schicht aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung wurden Bortrichlorid (BCl^) und Tetrachlorkohlenstoff (CCIa) bei dieser üblichen Trockenätzmethode angewendet. ¥enn Tetrachlorkohlenstoff verwendet wird, so wird eine relativ hohe Ätzrate für Al von etwa 120 bis etwa 150 nm/min erziel"^ aber die Differenz zwischen der Ätzrate des als Maske verwendeten Photoresistmaterials und der Ätzrate von Al oder der Al-Legierung oder zwischen Si als Substrat für die Schicht aus Al oder der Al-Legierung und dem Aluminium oder der Al-Legierung, d.h. die Selektivität der Ätzrate, ist gering. Unter der Annahme, daß das Verhältnis der Ätzrate für das Material A zu der Ätzrate für das Material B als A/B ausgedrückt wird, beträgt bei Verwendung von Tetrachlorkohlenstoff das Verhältnis für Al/Photoresistmaterial und Al/Si jeweils etwa 1. Um diesen Nachteil bei Verwendung von Tetrachlorkohlenstoff zu beseitigen, wurde ein Verfahren ausgearbeitet, bei dem eine winzige Menge an He dem Tetrachlorkohlenstoff zugesetzt wird, um die Selektivität zu verbessern. Selbst bei dieser Methode betragen die Verhältnisse für Al/Photoresistmaterial und Al/Si jeweils etwa 2, so daß dieses Verfahren immer noch unzureichend für die praktische Anwendung ist. Wenn Bortrichlorid verwendet wird, wird zwar die Selektivität gegenüber der Verwendung von Tetrachlorkohlenstoff verbessert und die Verhältnisse für Al/Photoresistmaterial und Al/Si betragen jeweils 3 und das Verhältnis für Al/SiOp beträgt etwa 10. Bei Vervjendung von Bortrichlorid beträgt jedoch die Ätzrate für Al nur 60 nm/ min und ist somit niedrig und die Zeit, die zum Ätzen einer
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aus Al oder einer Al-Legierung bestehenden Schicht einer Dicke von 1,0 Ms 1,5 um erforderlich ist, wie sie normalerweise als Verdrahtungsmaterial für eine Halbleitervorrichtung verwendet werden, beträgt etwa 17 bis etwa 25 Minuten.
Der vorstehend erläuterte Stand der Technik geht aus der japanischen Patentveröffentlichung 7315/77, der offengelegten japanischen Patentanmeldung 105272/76 und der offengelegten japanischen Patentanmeldung 36979/77 hervor.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Trockenätz-Verfahren zur Verfügung zu stellen, bei dem die vorstehend erläuterten, mit den üblichen Methoden verbundenen Nachteile beseitigt werden können und mit dessen Hilfe Aluminiumschichten und aus Aluminiumlegierungen bestehende Schichten in ausgezeichneter Selektivität und Ätzrate mit hoher praktischer Wirksamkeit geätzt werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit Hilfe eines Verfahrens zum Trocken^.tzen von Aluminium und Aluminiumlegierungen gelöst, bei d'iia Entladungen unter Verwendung eines Bortrichlorid enthaltenden Gases durchgeführt werden. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man ein Gas verwendet, welches außer Bortrichlorid mindestens eine Verbindung enthält, die'aus der Gruppe Freon und Sauerstoff ausgewählt ist.und mit Hilfe von Ionen oder Radikalen, die durch diese Entladungen erzeugt werden, ein Muster auf Aluminium oder der Aluminiumlegierung ausbildet.
Das erfindungsgemäße Trockenätzverfahren kann auf beliebige Arten von Aluminium und Aluminiumlegierungen angewendet werden, die bisher als Metallisiermaterialien für Halbleitervorrichtungen oder mit akustischen Oberflächenwellen arbeitende Vorrichtungen verwendet wurden.
Als Verbindung der Freongruppe können für die Zwecke der Erfindung beliebige Fluorkohlenstoffe bzw. Fluorkohlenwasser-
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stoffe der Freon-Gruppef wie "beispielsweise CF, , CpF,. „ C^Fg, C,Fg, CHF, und CCl2F^ verwendet werdenj besonders gute Ergebnisse werden jedoch erzielt, wenn CF/ eingesetzt wird»
Die Menge an Freon, die dem Bortrichlorid zugesetzt wird;, wird nachstehend anhand von CF- als Beispiel erläutert.
Die zugesetzte Menge an Freon wird auf einen Wert eingestellt, der nicht größer als 32 Volum-?^ bezogen auf Bortrichlorid ist (die Menge an Freon oder Sauerstoff, die dem Bortrichlorid zugesetzt wird, wird nachstehend in Volum-?^, bezogen auf Bortrichlorid, angegeben). Vorzugsweise wird dieser Wert des Freons auf 10 bis 28 Volum-^ eingestelltο Optimale Ergebnisse werden erzielt, wenn die zugesetzte Menge an Freon etwa 20 YolvM-% beträgt. Wenn die Menge an Freon mehr als 32 Volum-% beträgtj kann durch die Zugabe von Freon kein wesentlicher zusätzlicher Effekt erreicht werden und die Ätzrate für Al oder Aluminiumlegierungen wird drastisch vermindert. In diesem Fall können daher keine guten Ergebnisse erzielt werden« Selbst wenn die zugesetzte Menge an Freon sehr klein ist, kann entsprechend ein gewisser Effekt erreicht werden. Im Fall von CpFg oder C^Fn wird die zugesetzte Menge auf einen Wert von nicht mehr als etwa 14 bzw. nicht mehr als etwa 7 Volum-$ eingestellt.
Die zugesetzte Menge an Sauerstoff wird auf einen Wert von nicht mehr als 6„5 "Volum-56, vorzugsweise auf 2 bis 5,5 Volum-?S eingestellt. Die besten Ergebnisse werden erzielt, wenn Sauerstoff in einer Menge von etwa 4 Volum-?a zugegeben wird. Wie im Fall von Freon kann durch die Zugabe von Sauerstoff kein wesentlicher Effekt erzielt werden, wenn die zugesetzte Menge an Sauerstoff mehr als der obere Grenzwert, dh. mehr als 6,5 Volum-?S beträgt, und die Ätzrate gegenüber Aluminium oder Aluminiumlegierungen wird drastisch vermindert, so daß keine guten Ergebnisse erzielt werden können. Auch wenn die zugesetzte Menge an Sauerstoff sehr klein ist, kann in entsprechender Weise ein gewisser Effekt erreicht werden.
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Die vorstehend erläuterte Menge für das zugesetzte Preon oder den zugesetzten Sauerstoff "bezieht sich auf den Fall, wenn jeweils Freon oder Sauerstoff für sich dem Bortrichlorid zugesetzt wird. . Wenn sowohl Freon, als auch Sauerstoff gleichzeitig dem Bortrichlorid zugefügt werden, kann das Trockenätzen mit weiter verbesserter Selektivität durchgeführt werden. Im Fall dieser gleichzeitigen Zugabe können die zugesetzten Mengen an Freon und Sauerstoff die gleichen sein, wie sie vorstehend im Hinblick auf die einzelne Zugabe beschrieben wurden. Genauer ausgedrückt werden die Mengen an Freon und Sauerstoff, welche Bortrichlorid zugesetzt werden, auf Werte von nicht mehr als 32 Volum-?6 bzw. nicht mehr als 6,5 Volum-?b eingestellt. In diesem Fall beträgt die Menge eines Freons, beispielsweise CF^, vorzugsweise 10 bis 28 Volvm-% und insbesondere etwa 20 Volum-% und die Sauerstoffmenge beträgt vorzugsweise 2 bis 5,5 Volum-% und insbesondere etwa 4 Volum~$6. Wenn die zugesetzte Menge an Freon oder Sauerstoff mehr als 32 Volum-Sä (für Freon) bzw. mehr als 6,5 Volum-^ (bei Sauerstoff) beträgt, so kann durch die Zugabe von Freon oder Sauerstoff kein wesentlicher Effekt mehr erzielt v/erden.
Das vorstehend beschriebene Mischgas wird einer Behandlung durch Plasmaentladung unterworfen und das Aluminium oder die Aluminiumlegierung wird durch Ionen oder Radikale, welche durch diese Entladungsbehandlung erzeugt werden, mit einem Muster versehen. Dies kann gemäß der bekannten Verfahrensweisen für das Plasmaätzen unter Verwendung einer bekannten Ätzvorrichtung des Paralleldioden-Typs unter Verwendung von Plasma erfolgen, die normalerweise auf dem Halbleitergebiet eingesetzt wird. Es kann jede beliebige Ätzvorrichtung angewendet werden, so lange mit ihrer Hilfe das Ätzen unter Verwendung von Plasma durchgeführt wird. Mit Hilfe dieser bekannten Plasmaätzmethode kann ein vorbestimmtes Muster auf der aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehenden Schicht ausgebildet werden. Für die erfindungsgemäße Trockenätzmethode ist es kennzeichnend, daß für die Ausbildung eines vorbestimmten Musters auf einer Schicht aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gemäß
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dieser bekannten Plasmaätzmethode ein Mischgas der vorstehend definierten Zusammensetzung verwendet wird, wodurch die Ätzrate und die Selektivität der Ätzung der Schicht aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung in bemerkenswerter Weise verbessert \rerden können.
Der Gasdruck während des Trockenätzens kann auf einen üblicherweise angewendeten Wert eingestellt werden; in vielen Fällen können jedoch sehr gute Ergebnisse dann erzielt werden, wenn der Gasdruck um einen Wert von einigen Pa oder mehr über den üblichen Wert erhöht wird. Da jedoch der optimale Gasdruck in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Gases und der Hochfrequenz-Leistung der Zerstäubungsvorrichtung variiert, wird der optimale Gasdruck vorzugsweise entsprechend den tatsächlichen Bedingungen experimentell bestimmt. Wenn die Frequenz der Hochfrequenzquelle 13,56 MHz beträgt und der Elektrodenabstand in der Zerstäubungsvorrichtung 80 mm beträgt, so liegt der anwendbare Gasdruck im Bereich von 1 bis 150 Pa und der bevorzugte Gasdruck beträgt 20 bis 35 Pa.
Die Verbesserung der Ätzrate und Selektivität gemäß der Erfindung wurde veranschaulicht. Wenn eine Zerstäubung in Freon-Gas nach der Beendigung des Trockenätzvorgangs durchgeführt wird, kann eine sehr hohe Wirksamkeit der Korrosionsverhinderung von Aluminium oder Aluminiumlegierungen erreicht werden. Beim Ätzen von Aluminium oder Aluminiumlegierungen unter Verwendung eines chlorierten Gases, wie CCl^ oder BCl-,, wird häufig wegen des an der Oberfläche des Aluminiums oder der Substratoberfläche abgeschiedenen Cl die Korrosion von Al oder Aluminiumlegierungen, die zwingend vermieden werden sollte, verursacht. Um diese unerwünschte Korrosion zu verhindern, hat man bisher die Zerstäubung in Sauerstoff und Wasserwäsche durchgeführt, dabei konnte jedoch keine zufriedenstellende Wirkung erzielt werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann eine zufriedenstellende Wirkung der Verhütung der Korrosion von Aluminium oder Aluminiumlegierungen erreicht werden, wenn nach der Beendigung des Trockenätzens die Zuführung des Bortrichlorids unterbrochen
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wird, während nur noch Fr eon zugeführt wird, und danach eine Zerstäubungsreinigung in Freon durchgeführt v/ird, das Material in eine schwach alkalische wässrige Lösung eingetaucht und die Wasserwäsche durchgeführt wird. Als schwach alkalische wässrige Lösung kann beispielsweise wässriges Ammoniak oder eine wässrige Lösung von Hydrazin verwendet werden. Gute Ergebnisse werden erzielt, wenn die Zerstäubungsreinigung in Freon während etwa einer Minute durchgeführt wird.
Nach der Beendigung der vorstehend erwähnten Zerstäubungsreinigung können weitere Verfahrensstufen angewendet werden, in denen eine Zerstäubung in gasförmigem' Ammoniak während 3 bis 5 Minuten und danach eine Zerstäubung in He-oder Ar-Gasplasma während 2 bis 5 Minuten vorgenommen wird, welche die vorstehend erläuterte Naßwäsche ersetzen. In diesem Fall kann eine Antikorrosionswirkung erzielt v/erden, die vergleichbar der mit Hilfe der vorstehend beschriebenen Verfahrensweise erreichten Antikorrosionswirkung oder dieser noch überlegen ist und das Ätzverfahren kann vollständig in einer trockenen Verfahrensweise durchgeführt werden. Das vorstehend beschriebene Zerstäuben in gasförmigem Ammoniak kann weggelassen werden. Der vollständigste Antikorrosionseffekt kann aber erreicht werden, wenn das Zerstäuben in gasförmigem Ammoniak durchgeführt wird.
Die Antikorrosionsbehandlung einschließlich des vorstehend erwähnten Zerstäubungsreinigungsvorgangs in Freongas ist auch beim Trockenätzen von Aluminium, Alurainiumlegierungen o. dgl. unter Verwendung von CCl^ wirksam, das etwa 5 Volum-?£ CF^ enthält.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen beschrieben.
In diesen Zeichnungen ist Figur 1 eine graphische Darstellung, die den Zusammenhang zwischen der Ätzrate und der Strömungsrate von CFr beim Trockenätzen unter Verwendung von BCl^ zeigt, das zugesetztes CFr enthält.
Figur 2 ist eine graphische Darstellung, die den Zusammenhang zwischen der Ätzrate und der Strömungsrate von Cv, beim Trocken-
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ätzen mi"fc Hilfe von BCl^ mit einem Gehalt an zugesetztem Op darstellt.
Figur 3 ist eine graphische Darstellung, welche die Abhängigkeit des Verhältnisses der Ätzrate für Al von dem Gasdruck zeigt.
Die Erfindung wird nachstehend ausführlich unter Bezugnahme auf die folgenden Beispiele beschrieben.
Beispiel 1
Bortrichlorid (BCl^) wurde in einer Strömungsrate von 50 ml/ min in eine Paralleldioden-Ätzvorrichtung eingeleitet, in der Hochfrequenzplasma angewendet wurde. Tetrafluorkohlenstoff (CFr) wurde gleichzeitig in variierender Strömungsrate zugeleitet und die Ätzraten für Aluminium, eine Aluminiumlegierung mit einem Gehalt an 2 Gewichts-% Si und 4 Gewichts-% Cu, Si, SiOp und ein positiv arbeitenden Photoresist (AZ-135OJ der Shipley Co., USA) die jeweils auf einer Hochfrequenzelektrode angeordnet wurden, wurden gemessen. Der Gasdruck betrug 21 Pa (0,16 Torr), die Hochfrequenzleistung betrug 200 ¥, die Frequenz betrug 13,56 MHz und der Elektrodenabstand betrug 80 mm.
Die Ergebnisse der Messung sind in Figur 1 gezeigt. In Figur sind außerdem Ergebnisse dargestellt, die erhalten wurden wenn CpFg oder C^FQ zum Ätzen von Aluminium als Freon verwendet wurden. In Figur 1 ist auf der Ordinate die Ätzrate (nm/sec) und auf der Abscisse die Strömungsrate (ml/min) des Freons angegeben. Die Kurven 1, 2, 3 und 4 zeigen Ergebnisse, die für Aluminium und die Al-Si-Cu-Legierung, Si, den Photoresist bzw. SiOp erhalten wurden. In jedem Fall wurde CF^ als Freon verwendet. Die Kurven 5 und 6 zeigen Ergebnisse, die beim Ätzen von Aluminium unter Verwendung von CpFg bzw. C-Fg als Fr eon erhalten wurden.
Wie aus den in Figur 1 gezeigten Ergebnissen ersichtlich ist, sind die Ätzraten für Aluminium und die Al-Si-Cu-Legierung, die durch Trockenätzen in einem Mischgas aus BCl^, zugeführt
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in einer Strömungsrate von 50 ml/min, und CF^, zugeführt in einer Strömungsrate von 10 ml/min (20 Volura-%). erreicht werden, etwa dreimal so hoch wie die Ätzraten, die durch das Trockenätzen in BCl, für sich erzielt werden. Genauer gesagt wird das Ätzen von Aluminium oder Aluminiumlegierungen einer Dicke von 1 um innerhalb von 6 bis 8 Minuten beendet, wenn das Trockenätzen in dem Mischgas durchgeführt wird. Darüber hinaus sind die Ätzrsten für SiOp, das Photoresistmaterial und Si praktisch nicht unterschiedlich, gleichgültig ob das Trockenätzen in dem Mischgas oder in BCl, allein durchgeführt wird. Beim Trockenätzen in dem Mischgas wird daher die Selektivität gegenüber der Selektivität verbessert, die beim Trockenätzen in BCl, erreichbar ist und die Verhältnisse Al/SiO2, Al/Photoresistmaterial und Al/Si betragen etwa 18, etwa 5 bzw. etwa
Wenn die zugesetzte Menge an CF^ mehr als 32 Volum-% beträgt (16 ml/min), so werden die Ätzraten für Aluminium und Aluminiumlegierungen drastisch vermindert und durch die Zugabe von CF» können keine wesentlichen Wirkungen erreicht werden. Auch wenn die zugesetzte Menge an Freon klein ist, kann in entsprechender Weise ein gewisser Effekt erzielt v/erden.
Der Fall, in welchem CF^ als Freon verwendet wird (Kurve 1) ist vorteilhaft gegenüber dem Fall, in welchem CpFg (Kurve 5) oder C^Fg (Kurve 6) als Freon verwendet werden, weil die maximale Ätzrate höher ist und die Änderung der Ätzrate bei Änderungen der Strömungsrate des Freons merklich vermindert wird» Es ist daher ersichtlich, daß bei Verwendung von CF^ als Freon besonders gute Ergebnisse erzielt werden können.
Beispiel 2
Eine Aluminiumlegierung, die 2 Gewichts-% Si und 4 Gewichts-% Cu enthielt und die auf einem Si-Plättchen mit einem Durchmesser von 76 mm angeordnet war, wurde der Trockenätzung durch Plasma bei einer Hochfrequenzleistung von 0,3 W/cm in einem Mischgas aus Bortrichlorid (BCl,), zugeführt in einer Strömungsrate von 50 ml/min.und Tetrafluorkohlenstoff (CF^),
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zugeführt in einer Strömungsrate von 10 ml/min,unterworfen. Für den Ätzvorgang wurde ein positiv arbeitender Photoresist (AZ-135OJ) einer Dicke von 0,9 um als Maske verwendet. Als Ätzvorrichtung wurde eine übliche Dioden-Zerstäubungsvorrichtung eingesetzt und der Gasdruck betrug 20 Pa. Die Dicke der Schicht aus Aluminiumlegierung betrug 1 um und das Ätzen der Al-Si-Cu-Legierung war in etwa 7 Minuten abgeschlossen. Sofort nach der Beendigung des Ätzens wurde die Zuführung des gasförmigen BCl^ unterbrochen, während nur noch CF^-Gas zugeleitet wurde, und die Zerstäubungsreinigung wurde in einem Plasma aus CF^-Gas 1 Minute lang durchgeführt. Die Probe wurde an die Luft herausgenommen und in schwach alkalische konzentrierte wässrige Ammoniaklösung oder eine wässrige Lösung von Hydrazin während etwa 30 Sekunden eingetaucht. An der so behandelten Al-Si-Cu-Legierungsschicht der Probe wurde keine Korrosion beobachtet.
Beispiel 3
Bortrichlorid (BCl^) wurde in einer Strömungsrate von 50 ml/ min in eine Paralleldioden-Ätzvorrichtung, die unter Verwendung von Hochfrequenzplasma arbeitete, eingeleitet. Gleichzeitig wurde Sauerstoff (O2) in variierender Strömungsrate zugeleitet. Aluminium, eine 2 Gewichts-% Si und 4 Gewichts-% Cu enthaltende Aluminiumlegierung, Si, SiOp und ein positiv arbeitender Photoresist (AZ 135OJ), die jeweils auf einer Hochfrequenzelektrode angeordnet waren, wurden geätzt und die entsprechenden Ätzraten "wurden gemessen. Der Gasdruck betrug 20 PA, die Radiofrequenzleistung betrug 200 ¥, die Frequenz betrug 13,56 MHz und der Elektrodenabstand betrug 80 mm.
Die Ergebnisse der Messung sind in Figur 2 dargestellt. In Figur 2 gibt die Ordinate die Ätzrate (nm/min) an und die Abszisse zeigt die Strömungsrate (ml/min) des Sauerstoffes an. Die Kurven 11, 12, 13 und 14 zeigen Ergebnisse, die jeweils für Aluminium und die Al-Si-Cu-Legierung, Si, das Photoresistmaterial "bzw» SiO2 erhalten wurden»
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Wie aus den in Figur 2 dargestellten Ergebnissen klar ersichtlich ist, sind die für Aluminium und die Al-Si-Cu-Legierung erreichten Ätzraten etwa 5 mal so hoch, wie die Ätzraten, die durch Trockenätzen nur in BCl7, erreicht werden können, wenn das Trockenätzen in einem Mischgas aus BCl^, das in einer Strömungsrate von 50 ml/min zugeleitet wird, und Op, das in einer Strömungsrate von 2 ml/min zugeleitet wird (4 Volum-% O2)'erfolgt. Dabei betragen speziell die Äizr at en für Aluminium und Aluminiumlegierung 340 nm/min und das Ätzen von Aluminium und der Aluminiumlegierung in einer Dicke von 1 um ist in 3 bis 5 Minuten vervollständigt.
Darüber hinaus wird die Selektivität in diesem Fall gegenüber der Selektivität verbessert, die durch Trockenätzen in BCl, allein erreicht wird und die Verhältnisse Al/SiO2, Al/Photoresistmaterial und Al/Si betragen etwa 27, etwa 3,4 bzw. etwa 5,7.
Wenn die zugesetzte Menge an Sauerstoff mehr als 6,5 Volum-Sa beträgt (etwa 3,3 ml/min), werden die Ätzraten für Aluminium und Aluminiumlegierung drastisch vermindert und durch die Zugabe von Sauerstoff kann kein wesentlicher Effekt erzielt werden. Auch wenn die zugesetzte Menge an Sauerstoff sehr gering ist, kann ein entsprechender, gewisser Effekt erreicht werden.
Beispiel 4
Aluminium, eine 2 Gewichts-% Si und 4 Gewichts-!^ Cu enthaltende Aluminiumlegierung, Si, SiOp und ein positiv arbeitender Photoresist (AZ-135OJ) wurden der Trockenätzung in einem Mischgas aus Bortrichlorid (BCl7), das in einer Strömungsrate von 50 ml/min zugeführt wurde, und Sauerstoff, zugeführt in einer Strömungsrate von 2 ml/Min (4 Volum-%) unter variierendem Gasdruck und variierender Hochfrequenzleistung unterworfen und die erreichten Ätzraten wurden gemessen. Die Frequenz betrug 13,56 MHz und der Elektrodenabstand betrug 80 mm.
Wenn die Hochfrequenzleistung 200 W betrug, waren die Ätzraten für Al, SiOp bzw. das Photoresistmaterial jeweils 0 unter einem Mischgasdruck von 27 Pa (0,2 Torr). Bei einem Mischgasdruck von
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13 Pa (0,1 Torr) betrugen jedoch die Ätzraten für Aluminium und die Aluminiumlegierung 200 nm/min und die Ätzraten für das Photoresistmaterial 53 mn/min, für Si 12 nm/min und für SiO2 81 nm/min.
Wenn der Druck des Mischgases auf 20 Pa (0,15 Torr), eingestellt wurde, wurden Aluminium und die Aluminiumlegierung bei einer Hochfrequenzleistung von 160 W nicht geätzt und bei einer Hochfrequenzleistung von 250 W betrugen die Ätzraten für Aluminium und Aluminiumlegierung 400 nm/min und die Selektivitätswerte Al/SiO2, Al/Photoresistmaterial und Al/Si betrugen 26, 4,8 bzw. 2,1.
Beispiel 5 -
Bortrichlorid (BCl,) wurde in einer Strömungsrate von 50 ml/ min in eine Paralleldioden-Ätzvorrichtung, die unter Verwendung von Hochfrequenzplasma arbeitete, eingeleitet. Tetrafluorkohlenstoff (CF^) und Sauerstoff (O2) wurden gleichzeitig in Strömungsraten von 8,5 ml/min (17 Volum-S£ für CF^) und 2 ml/ min (4 Volum-50 für O2 zugeleitet. Aluminium, eine 2 Gewichts- % Si und 4 Gewichts-% Cu enthaltende Aluminiumlegierung, Si, SiO2 und ein positiv arbeitender Photoresist (AZ-1350J) wurden dem Trockenätzen unterworfen, bei dem die Hochfrequenzleistung auf 150 bis 250 V und der Mischgasdruck im Bereich von 20 bis 33 Pa eingestellt wurden, so daß eine Plasmaentladung ermöglicht wurde.
Die Ergebnisse der Messung des Selektivitätsverhaltens sind in Figur 3 gezeigt. Auf der Ordinate ist das Ätzratenverhältnis für Aluminium und Aluminiumlegierung angegeben und die Abszisse gibt den Druck (Pa) des Mischgases an. Die Kurven 21, 22 und 23 zeigen die Verhältnisse für Al/SiO2, Al/Si bzw. Al/Photoresistmaterial .
Wenn der Gasdruck 26,5 Pa beträgt, sind die Ätzraten für.Aluminium und Aluminiumlegierung etwa 140 nm/min, wie aber aus Figur 1 leicht ersichtlich ist, wird die Selektivität merklich verbessert. Die Ätzratenverhältnisse für Alr d.h., Al/Si00 Al/Photoresist und Al/Si betragen nämlich jeweils 65, 22 bzw.
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Wenn der Druck des Mischgases im Bereich von 22 bis 33 Pa (0,18 bis 0,25 Torr) liegt, sollte natürlich der Bereich der Hochfrequenzleistung, bei der Plasmaentladungen verursacht werden, begrenzt sein und das Verfahren wird beträchtlich durch die Ätzvorrichtung beeinflußt.
Wie aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich ist, kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren durch das Trockenätzen einer Schicht aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung unter Verwendung eines Mischgases, das hauptsächlich aus Bortrichlorid (BCl^) besteht und das eine geeignete Menge an Tetrafluorkohlenstoff (CF^) und/oder Sauerstoff (O2) enthält, das Selektivitätsproblem, das bei der üblichen Verfahrensweise auftritt, in bemerkenswerter Weise verbessert werden und dabei kann speziell das Ätzratenverhältnis für Al/Si auf etwa 16 erhöht v/erden. Auf diese Weise kann eine praktisch ausreichende Selektivität erzielt werden.
In der vorstehenden Beschreibung wurde vorwiegend auf eine Ausführungsform Bezug genommen, in der CF. als Freon verwendet wurde. Der durch die Zugabe von Freon erreichte Effekt kommt dadurch zustande, daß F in BCl, eingeführt wird, ein gewisser Effekt kann auch durch Zugabe von C2Fg oder C^FQ erreicht werden, diese Wirkung ist aber geringer als die durch Zugabe von CFa erreichte Wirkung, weil die Menge an F, die im Plasma erzeugt wird, relativ gering ist. Ein ähnlicher Effekt ist auch dann zu erreichen, wenn F2 oder HF anstelle von Freon eingesetzt werden.
Wenn darüber hinaus eine Zerstäubungsreinigung in CF»-Gas, das Waschen mit einer schwach alkalischen wässrigen Lösung und die Wasserwäsche durchgeführt werden, nachdem das Trockenätzen gemäß der Erfindung vorgenommen worden ist, so kann in wirksamer Weise eine vollständige Verhinderung der Korrosion von Schichten aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen erreicht werden, was bei der üblichen Verfahrensweise nicht möglich ist.
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Claims (1)

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    μ>«Υ £ N T A Ν WÄ u. Γ c.
    SCHIFF ν. FÜNER STREHL SCHÜ3EL-HOPF SBBINGHAUS FINCK
    MARIAHILFPLATZ 2*3, MÖNCHEN 9O POSTADRESSE: POSTFACH 95 O1 6O. D-8OOO MÖNCHEN 95
    Hitachi, Ltd.
    DEA-5907
    5. Juni 1979
    Verfahren zum Trockenätzen von Aluminium und Aluminiumlegierungen
    PATENTANSPRÜCHE
    /i Λ Verfahren zum Trockenätzen von Aluminium und Aluminiumlegierungen, bei dem Entladungen in einem Bortrichlorid enthaltenden Gas durchgeführt und das Aluminium und die Aluminiumlegierungen mit Hilfe der durch die Entladungen erzeugten Ionen oder Radikale mit einem Muster versehen werden, dadurch gekennzeichnet , daß man ein Gas verwendet, welches außer Bortrichlorid mindestens eine Verbindung aus der Gruppe Freon und Sauerstoff enthält.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Mischgas verwendet, das Bortrichlorid sowie Freon in. einer Menge bis zu 32 Volum-% enthält. '
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    ORIGINAL INSPECTED
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    3' Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß man ein Mischgas verwendet, das Bortrichlorid sowie Sauerstoff in einer Menge bis zu 6,5 Volum-% enthält.
    4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß man ein Mischgas verwendet, das Bortrichlorid sowie Freon in einer Menge bis zu 32 Volum-^ und Sauerstoff in einer Menge bis zu 6,5 Volum-?6 enthält.
    5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet , daß man ein Mischgas verwendet, dessen Gehalt an Freon 10 bis 28 Volum-?6 beträgt.
    6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Freongehalt des Mischgases etwa 20 Volum-90 beträgt.
    7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 4, dadurch g e k e η η zeichnet , daß man ein Mischgas verwendet, dessen Sauerstoffgehalt 2 bis 5,5 Volum-% beträgt.
    8. Verfahren nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet , daß man ein Mischgas verwendet, dessen Sauerstoffgehalt etwa 4 Volum-90 beträgt.
    9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2, 4, 5 oder 6,
    909849/0941
    2322791
    dadurch gekennzeichnet , daß als Freon
    vorliegt.
    10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet , daß man das Aluminium oder die Aluminiumlegierung nach der Entladungsbehandlung einer Zerstäubungsreinigung in Freon, der Alkaliwäsche und der Wasserwäsche unterwirft.
    9098 4 9/0941
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