DE3127765A1

DE3127765A1 - Plasma-aetzverfahren

Info

Publication number: DE3127765A1
Application number: DE19813127765
Authority: DE
Inventors: Christopher H. 95122 San Jose Calif. Galfo; Ashok L. 95035 Milpitas Calif. Nalamwar
Original assignee: Fairchild Camera and Instrument Corp
Current assignee: Fairchild Semiconductor Corp
Priority date: 1980-07-28
Filing date: 1981-07-14
Publication date: 1982-05-06
Also published as: JPS63125685A; GB2080737A; GB2080737B; JPS5812343B2; US4325984A; CA1151106A; US4325984B2; US4325984B1; FR2487382A1; NL8102678A; IT8168019A0; JPH0665753B2; FR2487382B1; NL192927B; NL192927C; IT1144820B; DE3127765C2; JPS5757874A

Description

FRIEDRICH B. FISCHER .:. . : 5000 KÖLN 50

Corporation

_r464 Ellis Street ^%; " '
Mountain View/California 94042 VStA F 0162

Plasma-Atzverfahren

'Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Gas-Plafima-Ätzung von Aluminium, und sie bezieht sich insbesondere auf ein Verfahren dieser Art, bei dem nach dem Ätzen auftretende Korrosion der plasrnaqeätzten Schicht verhütet wird.

Bei einem üblichen Verfahren zur ilorstol lunq von Halbleiterbauelementen wird eine dünne Al urn i ni uir.;;ch ich !; .iuf eine Schicht pus Siliziumdiox id , die nuf einor 5 i Ii r.iumsclicLi >c ausqobildot ist, aufgebracht. .Die Alumini uinr.rh i cht v.'ircl in qoei.qneter Wc:. ;·:.ο rnnsk irr t, z.B. durch Ko L or or. ι:'. t, und :.· i ο wird dann in einen chlor Lerten . P lar.mn qc-.vitr.i:, uin ei. π El cY. I rodon- oder .Leitunnsrnust^r >iu:.;,zub i Idon.

Nach diesem Vorfahren qevitzte Al uininiumi;ch ichton haben den 'Nachteil, daß ,ihre Abbi ldunq;;-.;i^nnu iqkei t zu v'jnr.chon übrin läßt, und zwar" infolge einer M i.!'.rokorro~ion dor Schicht, welche in Kursor .Zo.it auftritt, nachdem die Schicht der Luft ausgesetzt wurde. Für dnc, Ent::tcihon dicr.;or flikrokorrocion ^stehen i.ni wcscntl 1 eher, zwei Erklärungen zur Vor f üc^ur.ci. Din ■erste Erkl/irurif; rieht davon nun, d.">n wälirond r.n.\ Atzvcrl nhrn:· -. von der Fotorori rt'nar.l·.·- Chlor •■■■!K-orbi.ort win!, :··ο daP, Chtorverbindunqon qci-bildot v.'erdon. Wenn dier.n Vcrr. induntjen mit Feuchtigkeit enthaltender Luft Ln Berührung '-,ornmen, wird Chlorwasserr.toff (Sal-s'iurc) frei, welcher ri-Tin die durch Atzung freicoleqten Aluminiumfl'ichon 'angreift.

Gemäß der zweiten Erkl'irunqsmögl ichkeit, dio hinsichtlich der Schädlichkeit der beobachteter! Erscheinung noch gravierender sein kann, reagieren in den Vakuur. d^r Atzprozc::-söF n^f.:i)ildete Aluc.in lumch luritie mil: it· c!or LuIr 'HtIi, 1 t

Feuchtigkeit, so daß Chlorwasserstoff (Salzsäure) entsteht, der die verbleibende Aluminiumschicht angreift.

Die i.n der beschriebenen Weise auftretende Mikrokorrosion der Aluminiumschicht führt zu Diskontinuitäten in dem Leitungsmuster mit den entsprechenden nachteiligen Folgen für die Produktion und Funktion der hergestellten Halbleiterbauelemente.

Bisherige Versuche zur Lösung des beschriebenen Problems waren nicht besonders erfolgreich. Bei einem ersten Verfahren zum Eiehoben der beschriebenen Schwierigkeiten wird die gesamte Halbleiterscheibe unmittelbar nach der chlorierten Plasma-Ätzung Ln Wasser abgeschreckt. Der Zweck dieser. Verfahrens ist, dc-n freien Ch [orwasser stoff so v/ei t zu verdünnen, daß der Korrosion vorgebeugt wird. Dieses Verfahren hat jedoch nicht den gewünschten Erfolg, da bereits extrem kurze Zeiten der Luftberührung des Bauelements ausreichen, um die Korrosion der Aluminiumschicht einzuleiten. Es ist daher praktisch unmöglich, die plasmageätzte Halbleiterscheibe aus dem Vakuum der Ätzkammer in ein geeignetes Wasserbad in einer Zeit zu bringen, die kurz genug ist, um die Korrosion zu verhüten.

Gemäß einem zwei.ten Vorschlag für ein Verfahren zur Lösung des Problems wird die Fotoresτstschicht nach Abschluß der Plar.maätzuriq und vor dem Herausnehmen der Halbleiterscheibe aus der Ätzkammer von der Aluminiumschicht entfernt. Der Zweck dieses Vorgehens ist, absorbiertes Chlor und Chlorverbindungen zu entfernen und auf diese Weise die Ausbildung von freiem Chlorwasserstoff zu verhindern. Ein solches Verfahren stellt jedoch nicht nur eine bloße Teillösung des Problems dar, da weiterhin Chlorwasserstoff durch Reaktionen von Aluminiumchlorid bzw. Alurniniumchloridhydrat gebildet wird, sondern es wird auch die Oberfläche der Aluminiumschicht in nachteiliger Weise freigelegt. Eine solche¹ Freilegung der

BAD ORIGINAL

Aluminiumschicht führt zu einer Vorwegnähme bestimmter nachfolgender Verf ahrensschritte bzw» hat die Folge, daß diese Schritte nicht mehr ausgeführt werden können= beispielsweise könnten naßchemische Atzprozesse, welche; vielfach nach der Plasmaätzung angewendet werden, nicht mehr ausgeführt werden»

Nach einem weiteren Verfahren, das i.n US-PS 4,073,669 beschrieben ist, werden Ij! s zu 15 Volumenprozent Ammoniak in das chlorierte Plasma eingebracht, das bei dem Ätzprozeß verwendet wird. Ammoniak verhindert die Bildung von Chlorwasserstoff dadurch,daß es sich mit in derÄ tzatmosphäre vorhandenem freien Chlor verbindet»

Gemäß der Erfindung ist demgegenüber vorgesehen, daß' unmittelbar nach der Atzung der Aluminiumschicht mit chloriertem Plasma die geätzte Aluminiumschicht vor der Luftberührung einem fluorierten passivierenden Plasma ausgesetzt wird» Dadurch, daß die geatzte Aluminiumschicht einem fluorierten Plasma ausgesetzt wird, wird die beschriebene Korrosion nach der Ätzung vermieden»

Die Anwendung der Erfindung auf die Plasma-Ätzung von Schichten aus Aluminium und Aluminiumlegierungen hat gegenüber den beschriebenen bisherigen Verfahren erhebliche Vorteile» Beispielsweise kann der Verfahrensschritt der Passivierung ohne besondere Schwierigkeiten in die automatische Folge der Verfahrensschritt der für die Plasmaätzunq genutzten Einrichtungen eingefügt werden, so daß keine weitere Kompilierung des Herstellungsverfahrens eintritt» Auch entfällt bei Anwendunn fluorierten Plasmas zur Passivierung die Notwendigkeit, Fotoresist von dem Haitaleiterbauelement zu entfernen» Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine wesentliche Verkürzung der Gesamtbearbeitungszeit des Halbleiterplättchens» Da der Fotoresistlack nicht entfernt wird, ergibt sich zusätzlich anschließend in vorteilhafter VJei.se die ϊΙ"ν·1 ichkc j. t, falls notwendig oder erwünscht, eine chemircho Naßätzum;

BAD ORIGINAL

J I Z / / b D

vorzunehrnr-n. Auch hat die Anwendunq von fluoriertem Plasma den dop>pettr>n Vorteil, daß nicht nur eine wirksame Passivierung des Aluminiums stattfindet, sondern es kann auch Silizium entfernt werden, das von der Ätzung von Aluminiurrt-iSiiiziumlegierungen zurückgeblieben sein kann. Ein v/eiterer Vorteil ist, daß durch den Fortfall der Möglichkeit von Korrosionserscheinungen nach der Ätzung keine weiteren Vorsichtsmaßnahmen nach Abschluß der Ätzung vorzunehmen sind, um die Richtigkeit und Genauigkeit der Abbildung sicherzustellen.

Bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen wird im Regelfall ein Leitungsmuster hergestellt, indem eine dünne Schicht aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, welche eine darunter befindliche Schicht des Halbleiterbauelements bedeckt, in geeigneter Weise geätzt wird. Die untere Schicht kann Siliziumdioxid oder SIl iziumnitrid sein. Das aus der Aluminiumschicht herauszuätzende Leitungsmunter wird durch eine maskierende Fotoresistschicht definiert, die derart über der Alumin i.umschicht ausgebildet ist, daß nur solche Gebiete geätzt werden, die von dem Fotoresist nicht maskiert sind. Um brauchbare Resultate zu erhalten, ist es erforderlich, daß der Ätzvorgang bis zu der Grenzschicht zwischen der Aluminiumschicht und der darunter befindlichen Schicht fortschreitet, ohne jedoch die Aluminiumschicht in unerwünschter Weise zu hinterschneiden. Dieses Ergebnis erhält man durch Plasmaätzung mit chloriertem Plasma.

Bei einem Alurninlurnätzveri ahren bekannter Art wird ein geeignetes chloriertes Ätzgas, z. B. Tetrachlorkohlenstoff (carbon tetrachloride), Ln eine Reaktionskammer eingebracht, die das .zu behandelnde Halbleiterbauelement enthält. Die Reaktionskarnmer wird durch eine mechanische Vakuumpumpe, welche die Kammer evakuiert, auf einem gewünschten niedrigen Druck gehalten. Durch Anlegen von Hochfrequenzenergie an in der Kammer untergebrachte Elektroden wird ein chloriertes Plasma hergestellt. Die erforderliche Leistung liegt im Regelfall

bei 10 bis 500 Watt» Die Ätzung dor Aluminiumsohicht durch das chlorierte Plasma beginnt mit dem Anlegen dor Hochfrequen?;-energie«

Erfindungsgemäß wird die Reaktionr.kammer unmittelbar nach der chlorierten Plasmaätsung der Aluminiumschicht von chloriertem Plasma evakuiert, und er, v/ird ein fluoriertes Gas in die Kammer eingebracht» Dann wird in geeigneter Weise Hochfrequenzenerg Le angelegt, um ein fluoriertes passivierondes Plasma zu erzeugen« Zwischen dem Verfahrcnr.r.chritt dor Atzung und der Behandlung des Halbleiterbauelemente mit dem Fluorierten passivlorendcn Plasma wird das Vakuum nicht unterbrochen β

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das fluorierte Gas, das im Anschluß an die chlorierte Plasmaätsung in die Reaktiqnskammer eingebracht wird, Schwefelhexafluorid (sulfur hexafluoride - SF,). Dabei witri ein Druck von etwa 200 Millitorr aufrechterhalten., Die Roaktionskammer wird auf Raumtemperatur gehalten, also etwa 20 ⁰C₀ Die Hochfrequenz-Stromstärke liegt bei ο tv/a 0,5 Ampere,, Vorzugsweise wird die Aluminiurnschicht dem fluorierten Plasma für die Dauer von etwa 1,5 min ausgesetzte Diese Zeitangebc ist jedoch keinesfalls einschränkend, da die Anwendung der Erfindung auch bei Zeiten über oder unter dem genannten Wert von 1,5 min mit Vorteil möglich ist»

Bei einem Laborexperiment wurden vier Testproben untersucht» DLe Probeteile waren mit einer β000 Angstrom starken Schicht einer Aluminium—S Ll Lsium-Legierunq (1,Γ· % Silizium) verschon, welche durch Zerstäubung (sputtering) au^r eine Schicht aus Siliziumoxid aufgebracht war= Teile dieser Proben wurden mit Fotoresist mit einer Stärke von 15000 Angstrür maskiert» Das Testmuster bestand aus 3,0 Mikrometer starken Linien= Jede der Proben wurde netrennt in einem Gasplasma geätzt, das Tetrachlorkohlenstoff, Chlorgas und Stickstoff enthielt, und

BAD ORIGINAL

zwar über einen Zeitraum, v/elcher ausreichte, um die nicht maskierten Teile der Alurniniurn-Sliliziurn-Schicht zu entfernen. Entsprechend der nachfolgenden Zusammenstellung waren die sich der Ätzung anschließenden Bearbeitungsschritte für jede der vier Proben verschieden:

Probe Verfahrensschritte nach der Plasmaätzuna

A Die Probe wird der Luft ausgesetzt

(keine Plasmabehandlung nach der Ätzung)

B Die Probe wird über einen Zeitraum von

1,5 min einer fluorierten passivierenden Plasmaätzung unterworfen

C Die Probe wird über einen Zeitraum von

5,0 min einer fluorierten passivierenden Plasmaützung unterworfen

D Die Probe wird über einen Zeitraum von

5,0 min einem Stickstoffplasma ausgesetzt.

Nach Abschluß der obigen Verfahrensschritte wurden alle Proben zwanzig Stunden Inng der Umqcbungsluft ausgesetzt. Anschließend wurden nit Hilfe eines optischen Ilochleistungsmikroskops visuelle Untersuchungen der Proben vorgenommen. Die Proben A und D zeigten, daß Mikrokcrrosion eingetreten war und dementsprechend auch das Problem nicht dadurch hatte gelöst werden können, daß die Probe nach der Ätzung einen nicht reaktionsfähigen StLckstoffplasma (Fall D) ausgesetzt wurde. Die Proben gemäß B und C, also diejenigen Proben, die dem fluorierten Plasma ausnesetzt wurden, zeigten keine Mikrokorrosion. Nach anschließendem Entferner, des Fotoresist von den Probon B und C wurde festgestol.lt., dnß die Genauigkeit der Abbildung der 3,0 Mikrometer starken Aluminium-Silizium-Linien erholten war.

Claims

FRIEDRICH B. FISCHER

PATENTANWALT

5000 KQl₁N 50

SAARSTRASSE 71

Fairchild Camero and Instrument

Corporation

464 Ellis Street

Mountain View, California 94042, V St A

F 8162

Plasma-Ätzverfahren Ansprüche

(l.J Verfahren zur Verhütung nach dem Ätzen auftretender Korrosion von Schichten aus Aluminium oder Aluminium-Legierungen, welche unter Verwendung von chloriertem Plasma geätzt wurden,

dadurch gekennzeichnet, daß die geätzte Schicht einem fluorierten Plasma ausgesetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das fluorierte Plasma Schwefelhexafluorid (SF,.) ist»
3. Verfahren zur Verhütung nach dem Ätzen auftretender Korrosion von Schichten aus Aluminium oder Alurninium-Legierungen, welche in einer Reaktionskammer, die chloriertes Plasma enthält, geätzt wurden, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:

- Evakuieren der Reaktionskammer von chloriertem Plasma;

- bei Aufrechterhalten eines Vakuums in der Reaktionskammer Einführen eines fluorierten Gases in die Kammer;

- Anlegen von Hochfrequenzenergie an den Behandlungsraum zur Erzeugung eines fluorierten Plasmas zur Passivierung der geätzten Schicht aus Aluminium oder Aluminium-Legierung.
4„ Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das fluorierte Gas Schwefelhexafluorid (³F₅) enthält»

BAD ORiGlMAL
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

daß das fluorierte Gas Schwefelhexafluorid (SF,-) ist.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß Schwefelhexafluorid (SFg) derart in die Reaktionskammer eingebracht wird, daß ein Druck in der Kammer von etwa 200 Millitorr aufrechterhalten wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionskammer auf Raumtemperatur gehalten wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionskammer auf einer Temperatur von etwa 20 ⁰C gehalten wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochfrequenz-Stromstärke, die der Reaktionskammer zur fluorierten Plasmapassivierung zugeführt wird, etwa 0,5 Ampere beträgt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus Aluminium oder Aluminiumlegierung dem Schwefelhexafluorid (SF,.) für die Dauer von etwa 1,5 min ausgesetzt wird.