DE3037876C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines
feinen Leitermusters aus Aluminium oder einer
Aluminiumlegierung, bei welchem die Oberfläche eines
Substrats mit einem Film aus Aluminium oder aus einer
Aluminiumlegierung überzogen wird.
Ein derartiges Verfahren ist aus der US-PS 40 98 637
bekannt. Bei dem aus der US-PS 40 98 673 bekannten
Verfahren zur Herstellung eines ebenen Leitungssystems für
eine integrierte Halbleiterschaltung wird ferner auf der
Oberfläche einer Aluminiumfilmschicht bzw. einer
Aluminiumlegierungsfilmschicht unter Verwendung einer
Photomaske auf bestimmten Bereichen eine Maske aus
Al2O3 gebildet. Anschließend wird die Aluminiumschicht
mit Hilfe einer wäßrigen Lösung oxidiert, wobei dann nach
der Oxidation die unterhalb der Al2O3-Maskenschicht
befindlichen Aluminiumschichtbereiche im wesentlichen
unbeeinflußt erhalten bleiben. Die außerhalb dieser
maskierten Bereiche in Folge der Oxidation gebildete
poröse Oxidschicht wird nicht entfernt.
Aus der US-PS 40 93 503 ist ein Verfahren zur Herstellung
eines feinen Musters einer Metalleiterschicht bekannt, bei
dem unter Zuhilfenahme einer Photomaske in ausgewählte
Bereiche eines auf einem Substrat befindlichen Metallfilms
Ionen implantiert werden. Aufgrund dieser Implantation und
der damit verbundenen Erhöhung des Ätzwiderstandes werden
in einem nachfolgenden Ätzprozeß im wesentlichen nur die
nicht-implantierten Bereiche weggeätzt, wobei die
implantierten Bereiche der Metallschicht die Funktion von
Leiterbahnen übernehmen.
Aus der DE-AS 20 46 833 ist ein Verfahren zur Herstellung
elektrisch isolierter Halbleiterzonen bekannt. Bei diesem
bekannten Verfahren wird eine Ionenimplantation zur
Halbleiterbehandlung derart vorgenommen, daß die
Oberfläche des Halbleiterkörpers unter Verwendung einer
Maske mit Ionen der Elemente Stickstoff, Sauerstoff oder
Kohlenstoff bombardiert wird. Nach der Implantation der
Ionen erfolgt eine Erwärmung, um eine chemische Reaktion
zur Bildung einer dielektrischen Schicht hervorzurufen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem
Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 das
Leitermuster ohne die Verwendung von Photomasken
herzustellen.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dadurch gelöst, daß
- - ausgewählte Bereiche des Aluminium- oder Aluminiumlegierungsfilms mit einem Sauerstoffionenstrahl zur Bildung von mit Sauerstoffionen implantierten Bereichen bestrahlt werden, und
- - daß unter Verwendung dieser implantierten Bereiche als Maske der Film mittels eines Plasmaätzverfahrens derart geätzt wird, daß die nicht implantierten Zonen des Films vollständig weggeätzt werden und die unter den implantierten Bereichen befindlichen Zonen des Films im wesentlichen unbeeinflußt erhalten bleiben.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den
Unteransprüchen.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung anhand der Figuren der
Zeichnung im einzelnen näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 ein die Beziehung zwischen Ätztiefe und
Ätzzeit darstellendes Diagramm wenn ein
Aluminiumfilm mit einer Plasmaätztechnik
weggeätzt wird;
Fig. 2 eine Schnittdarstellung einer
Halbleitervorrichtung, bei der die
Oberfläche des Aluminiumfilms mit einer
Aluminiumdioxidfilmschicht bedeckt ist;
Fig. 3a bis 3c Folgeschnittbilder zur Darstellung des
erfindungsgemäßen Verfahrensablaufs.
Das Gesamtprinzip, auf dem die Erfindung basiert, läßt sich
am besten anhand der Fig. 1 und 2 verstehen. In Fig. 1 ist
der Zusammenhang zwischen Ätztiefe und Ätzdauer
dargestellt, wenn als Ätzgas Kohlenstofftetrachlorid
(CCl4) verwendet wird. Aus Fig. 1 wird deutlich, daß bei
einem Beginn des Ätzprozesses im Zeitpunkt 0 (nachfolgend
als Anfangszeitpunkt bezeichnet) der tatsächliche
Ätzvorgang des Aluminiumfilms erst im Zeitpunkt T 0
(nachfolgend als tatsächlicher Anfangszeitpunkt
bezeichnet) beginnt. Bei einem Aluminiumfilm mit 1 µm
Dicke vergehen zwischen dem Zeitpunkt 0 und dem Zeitpunkt
T 0, wo der Ätzvorgang des Aluminiumfilms tatsächlich
beginnt, beispielsweise 4 Minuten, während etwa 10 Minuten
vergehen, bis im Zeitpunkt T 1 die Ätzung beendet ist
(nachfolgend als Endzeitpunkt bezeichnet).
Diese Ätzanfangsverzögerung wird durch einen
Aluminiumdioxidfilm 5 auf der Oberfläche des
Aluminiumfilms 3 hervorgerufen, der in Fig. 2 gezeigt ist.
Die Zeitspanne zwischen Anfangszeitpunkt 0 und
tatsächlichem Anfangszeitpunkt T 0 wird benötigt, um
zunächst den Aluminiumdioxidfilm 5 zu beseitigen. Dieser
Aluminiumdioxidfilm bildet sich spontan durch Oxidation
aus, wenn der Aluminiumfilm 3 der Atmosphäre ausgesetzt
ist. Obgleich die Dicke des Aluminiumdioxidfilms im
allgemeinen weniger als 3 nm beträgt, verzögert er die
Ätzung des darunterliegenden Aluminiumfilms 3 beträchtlich.
Betrachtet man nun die Erfindung, so zeigt Fig. 3a einen
auf einem Siliciumhalbleitersubstrat 1 ausgebildeten
Siliciumdioxidfilm 2, auf dem ein Aluminiumfilm 3
abgelagert ist. Die Oberfläche des Aluminiumfilms 3 ist
durch einen Aluminiumdioxidfilm 5 überzogen, dessen Dicke
weniger als 3 nm beträgt.
Im Verfahrensschritt, der in der Fig. 3b gezeigt
ist, wird durch Bestrahlung eines gewünschten Bereiches
des Aluminiumfilms mit einem Sauerstoffionenstrahl 6 in
diesem ein mit Sauerstoffionen implantierter Bereich
ausgebildet. Der implantierte Sauerstoff reagiert mit dem
Aluminiumfilm 3 derart, daß er letzteren in einen
Aluminiumdioxidfilm 5 umwandelt, so daß die Dicke des
Aluminiumdioxidfilms in dem Bereich, der durch den
Sauerstoffionenstrahl bestrahlt worden ist, größer wird
als die Dicke des übrigen Aluminiumdioxidfilms, was in
Fig. 3b durch den implantierten Bereich 7 dargestellt ist.
Im Anschluß daran kann gemäß Darstellung der Fig. 3c der
Aluminiumfilm 3 mittels eines Plasmaätzverfahrens in einer
Gasatmosphäre von etwa Kohlenstofftetrachlorid (CCl4)
geätzt werden, wobei die verstärkte implantierte Zone 7
des Aluminiumdioxidfilms als Maske wirkt. Das heißt, da
der Aluminiumdioxidfilm wesentlich langsamer weggeätzt
wird, als der darunterliegende Aluminiumfilm, was aus der
Fig. 1 hervorgeht, wirken die in bestimmten Bereichen
verstärkten Zonen des Aluminiumdioxidfilms als Maske, so
daß die nicht verstärkten oder nicht implantierten Zonen
der Aluminiumdioxidschicht zusammen mit der
darunterliegenden Aluminiumschicht vollständig weggeätzt
sind, bevor die schützende Maske der verstärkten
Aluminiumdioxidschicht beseitigt ist.
Die Dicke des implantierten Bereichs 7 bestimmt sich nach
der Dicke des wegzuätzenden Aluminiumfilms 3. Wenn
beispielsweise der Aluminiumfilm 3 eine Dicke von 1 µm
hat, reicht eine Dicke von etwa 10 nm für den
implantierten Bereich 7 aus.
Gemäß dem obengenannten Verfahren wird ein
maskenbildender Film aus verstärkter
Aluminiumdioxidschicht mit Hilfe eines
Sauerstoffionenstrahls hergestellt, der durch eine
magnetische Linse auf den Aluminiumfilm 3 fokussiert wird,
wodurch sich sehr feine Muster leicht ausbilden lassen,
ohne daß eine Photomaske benötigt wird.
Der maskenbildende, übrigbleibende Aluminiumdioxidfilm 7,
der in Fig. 3c zu sehen ist, kann leicht durch eine
Ätzflüssigkeit, wie Phosphorsäure oder Chromsäure
beseitigt werden.
Die vorangehende Beschreibung befaßt sich mit dem
Ätzvorgang eines Aluminiumfilms, doch versteht es sich,
daß die Erfindung ebenfalls bei Aluminiumlegierungen
anwendbar ist, etwa bei einer Aluminium-Silicium-Legierung
(Al-Si), einer Aluminium-Silicium-Kupfer-Legierung
(Al-Si-Cu), einer Aluminium-Kupfer-Legierung (Al-Cu) einer
Aluminium-Mangan-Legierung (Al-Mn) und dgl., und daß sie
auch bei anderen Halbleitervorrichtungen wie diskreten
Halbleiterelementen oder hybridintegrierten Schaltungen
anwendbar ist, wenn diese ein sehr feines Muster eines
Aluminium- oder Aluminiumlegierungsfilms benötigen.
Darüber hinaus wurde in der vorangehenden Beschreibung
erläutert, daß der Aluminiumfilm durch ein Plasma in einer
Kohlenstofftetrachlorid-Gasatmosphäre geätzt wurde, wobei
es sich jedoch versteht, daß auch andere Ätzgase
eingesetzt werden können, wie etwa Bromtrichlorid
(BrCl3) oder Trichloräthylen (Cl2HCl3). Vom Ätzgas
wird nur verlangt, daß es in der Lage ist, einen
Aluminium- oder Aluminiumlegierungsfilm mit ausreichend
hoher Geschwindigkeit im Vergleich zu seiner Ätz- oder
Eindringgeschwindigkeit in einen Aluminiumdioxidfilm zu
ätzen.
Da bisher in der Beschreibung davon ausgegangen war, daß
durch Reaktion zwischen Aluminiumfilm und atmosphärischem
Sauerstoff auf dem Aluminiumfilm eine dünne
Aluminiumdioxidfilmschicht auf natürlichem Wege
ausgebildet war, soll hier noch erwähnt werden, daß es im
Rahmen der Erfindung liegt, wenn die Behandlung an einem
mit einer Aluminiumfilmschicht überzogenen Substrat
erfolgt, bei dem die Ausbildung des dünnen
Aluminiumdioxidfilms 45 dadurch verhindert wird, daß es in
einer Vakuumkammer gehalten wird, in der dann auch die
mustergemäße Bestrahlung und der Plasmaätzvorgang
durchgeführt werden können. Sofern verhindert wird, daß
sich der dünne Aluminiumdioxidfilm ausbildet, können
dünnere ionenimplantierte Zonen 7 verwendet werden, die
eine Dicke von nur etwa 5 nm haben, womit erreicht wird,
daß die für den letzten Plasmaätzvorgang erforderliche
Zeit abgekürzt wird.
Claims (6)
1. Verfahren zur Herstellung eines feinen Leitermusters
aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung,
- - bei welchem die Oberfläche eines Substrats mit einem Film aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung überzogen wird,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß ausgewählte Bereiche des Aluminium- oder Aluminiumlegierungsfilms mit einem Sauerstoffionenstrahl zur Bildung von mit Sauerstoffionen implantierten Bereichen bestrahlt werden, und
- - daß unter Verwendung dieser implantierten Bereiche als Maske der Film mittels eines Plasmaätzverfahrens derart geätzt wird, daß die nicht implantierten Zonen des Films vollständig weggeätzt werden und die unter den implantierten Bereichen befindlichen Zonen des Films im wesentlichen unbeeinflußt erhalten bleiben.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Aluminiumfilm mit 1 µm dick ist und die Dicke
der implantierten Zonen mehr als 10 nm beträgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Plasmaätzverfahren mit Kohlenstofftetrachlorid,
Bromtrichlorid oder Äthylentrichlorid durchgeführt
wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Aluminiumfilm vor der Sauerstoffionenimplantation
zur Bildung eines dünnen Aluminiumdioxidfilms auf
seiner gesamten Oberfläche der Atmosphäre ausgesetzt
wird und daß in ausgewählte Bereiche Sauerstoffionen
implantiert werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
sowohl das Überziehen der Oberfläche des Substrats mit
einem Aluminiumfilm als auch die
Sauerstoffionenimplantation in die ausgewählten
Bereiche und das Plasmaätzen in derselben Vakuumkammer
durchgeführt werden.
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