DE3140675A1 - Verfahren und gasgemisch zum aetzen von aluminium - Google Patents

Verfahren und gasgemisch zum aetzen von aluminium

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DE3140675A1 DE19813140675 DE3140675A DE3140675A1 DE 3140675 A1 DE3140675 A1 DE 3140675A1 DE 19813140675 DE19813140675 DE 19813140675 DE 3140675 A DE3140675 A DE 3140675A DE 3140675 A1 DE3140675 A1 DE 3140675A1
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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
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Description

PATENTANWÄLTE $ I 4 U U / Q
SCHIFF ν. FÜNER STREHL SCHÜHEL'-HOPF tBBINGHAUS FINCK
MARIAHILFPLATZ 2 & 1, MÖNCHEN 9O POSTADRESSE: POSTFACH 95 ι 16O, D-SOOO MÜNCHEN 95
ALSO PROFESS[ONA!. REPRESENTATIVES BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFFICE
• KARL UUDWIG SCHIFF" (19Ξ-4 — 197a)
DIPL. CHEM. OR. ALEXANDER V. FÜNER DIPL. ING- PETER STREHL DIPL. CHEM. DR. URSULA SCHÜBEL-HOPF DlPL. ING. DIETER EBBINSHAUS DR. ING. DIETER FINCK TELEFON (OB9) 48 2Ο64 TELEX 5-33 565 AURO D TELEGRAMMH AUROMARCPAT MÖNCHEN
Verfahren und Gasgemisch zum Ätzen von Aluminium
Die Erfindung bezieht sich auf Ätzverfahren und Ätzgase, insbesondere auf ein Verfahren und ein Gasgemisch zum Ätzen von Aluminium in einem umgebenden Plasma.
In einem planaren Plasmareaktor wird das zu behandelnde Material zwischen zwei Elektrodenplatten angeordnet, die mit hochfrequenter Energie gespeist werden, um das Reagensgas zu ionisieren und eine aktive Umgebung zur Durchführung des gewünschten Verfahrens zu bilden. Solche Reaktoren werden beispielsweise zum Ätzen von Silizium, Siliziumdioxyd, Siliziumnitrid, Aluminium und anderen Materialien bei der Herstellung von Halbleiter-Bauelementen verwendet.
Bisher werden Ätzprozesse bei verhältnismäßig niedrigen Drücken (z.B.13,3 bis 80 Pa. ) in Pianarreaktoren ausgeführt. Bei höheren Drücken ist es schwierig, ein stabiles und gleichmäßiges Plasma zu erzielen und aufrecht zu erhalten, wobei leicht.Über- oder Durchschläge in der Photoresist-Maske auftreten. Aluminium wird im allgemeinen in solchen Systemen mit verhältnismäßig geringer Geschwindigkeit geätzt, z.B. mit
1500 S/min, unter dem Begriff "Aluminium" »erden hier reines Aluminium und Aluminiumlegierungen verstanden, beispielsweise .eine Aluminium-Silizium-Legierung mit einem Siliziumgehalt von 2 %.
Aufgabe der Erfindung ist es. ein Verfahren und ein Gasgemisch der genannten Art anzugeben, mit denen es möglich ist, Aluminium anisotrop und schneller zu entfernen, als dies nach herkömmlichen Verfahren möglich ist, und zwar ohne Durch- und Überschläge des Photoresists. Dabei sollen höhere Drücke und Leistungsdichten als bei herkömmlichen Ätzverfahren in Plänarreaktoren angewendet werden.
Das erfindungsgemäße Gasgemisch enthält ein primäres Ätzgasgemisch mit BC, und Chlor oder CCl. und Chlor, und ein Sekundärgas wie beispielsweise CHCl, oder SiCl^ zur Steuerung des
anisotropen Charakters der Ätzung. Das zu ätzende Aluminium wird zwischen den Elektroden des Reaktors angeordnet, das primäre Ätzgas wird mit einem Druck in der Größenordnung von 2,7 bis 66.7 Pa eingelassen und das Sekundärgas wird mit einem Druck in der Größenordnung von 2,7bis 20 Pa zugeführt. Die Elektroden werden dann eingeschaltet, so daß das Gas ionisiert und im Bereich zwischen den Elektroden eine aktive Atmosphäre gebildet wird. Um zu verhindern, daß das Photoresist in der Nähe des Aluminiums durch- oder überschlägt, wird ein drittes Gas, beispielsweise Helium, mit einem Druck in der Größenordnung von 67 bis 350 Pa eingeleitet.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand des in der Zeichnung schematisch gezeigten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert.
Das Verfahren wird in einem Pianarreaktor 10 durchgeführt, dessen Gehäuse 11 eine Reakt ions kammer 12 umschließt«, das Gehäuse 11 ist mit einer nicht gezeigten Einlaßöffnung oder -tür
3H0675
versehen, durch die die Plättchen oder anderes zu ätzendes Material in die Kammer eingelegt oder aus dieser entnommen werden können. Der Pianarreaktor 10 enthält zwei planare Elektroden 13,14, die parallel und mit einem Abstand zueinander in der Kammer 12 angeordnet sind. Bei einer "bevorzugten Ausführungsform bestehen die Elektroden 13,14 aus kreisförmigen Platten mit einem Durchmesser in der Größenordnung von etwa 9 bis 11,5 cm; ihr Abstand liegt in der Größenordnung von etwa 1,2 bis 2,5 cm. Die Elektroden 13,14 werden von einem HF-Generator 16 erregt, der über Leitungen 17?18 mit den Elektroden 13,14 verbunden ist. Der HP-Generator 16 arbeitet mit einer geeigneten Frequenz, z.B. 13,56'MHz, seine Ausgangsleistung liegt in der Größenordnung von 50 bis 500 W; das erzeugte elektrische Feld ionisiert das Gas und bildet ein Plasma im Bereich zwischen den Elektroden 13,14. Während des Betriebs des Reaktors 10 werden die Elektroden 13,14 auf einer Temperatur zwischen 5 und 400C gehalten, und zwar durch ein Kühlmittel, das durch nicht gezeigte Kanäle in den Elektroden zirkuliert. Die obere Elektrode 14 ist elektrisch mit dem Reaktorgehäuse 11 verbunden und geerdet, die Elektrode 13 ist vom Gehäuse 11 isoliert.
An die Elektroden 13,14 kann von einer Gleichspannungsquelle 19 eine Gleichspannung angelegt werden, die parallel zum HF-Generator 16 geschaltet ist. Die von der Gleichspannungsquelle 19 erzeugte Vorspannung liegt in der Größenordnung von 150 V oder darunter; sie dient dazu, die Ätzung anisotroper zu machen, sowie dazu, den auf dem zu ätzenden Material verbleibenden Rest zu vermindern. Sie trägt außerdem dazu bei, den Photoresist unverletzt zu lassen.
Zwischen den Elektroden 13,14 wird das zu behandelnde Plättchen 21 angeordnet; es wird an der unteren Oberfläche der oberen Elektrode 14 befestigt. Das Plättchen 21 wird an der Elektrode 14 durch angelegten Unterdruck oder auf andere geeignete Weise gehalten. Der Kammer 12 wird über einen Verteiler 23 und eine Einlaßleitung 24 Gas zugeführt. Die untere
Elektrode 13 besteht aus einem porösen Material, so daß das Gas durch die Elektrode 13 in die Kammer 12 diffundiert. Bei Einleitung des Gases in dieser Weise ergibt sich eine schnellere und gleichförmigere Atzung des Aluminiums, als dies sonst möglich wäre. Eine Absaugpumpe 26 ist an eine Auslaßöffnung 27 angeschlossen, so daß das Gas aus der Reaktorkammer 12 entfernt und ein gewünschter Druck in der Kammer aufrecht erhalten "werden kann.
Das Reagensgas enthält ein Gemisch aus einem Primär-Ätzgasgemisch und einem Sekundärgas zur Steuerung des anisotropen Charakters der Ätzung. Das Gemisch enthält ein drittes Gas, um einen Durch- oder Überschlag des Photoresists zu verhindern. Wie in der Zeichnung gezeigt, werden die Gase aus einer Ätzgasquelle 31. einer Sekundärgasquelle 32 und einer dritten Gasquelle 33 zugeführt. Die Zufuhr der Gase in die Kammer 12 von den einzelnen Quellen wird durch Strömungs-Steuerventile 36,37 bzw. 38 gesteuert.
In einer bevorzugten Ausführungsform besteht das primäre Ätzgas aus einem Gemisch aus BCU mit einem Druck in der Größenordnung von 13.,3 bis 26,6 Pa und Chlorgas mit einem Druck in der Größenordnung von 13,3 bis 26,6 Pa .; das Sekundärgas besteht aus SiCl mit einem Druck in der Größenordnung von 25.3 bis 40 Pa. Ferner enthält das Gemisch Helium mit einem Druck in der Größenordnung von 93 Pa 2,5 Torr bzw. 332 Pa, das einen Durch- oc;er Überschlag des Photoresists verhindert. Das zu behandelnde Plättchen 21 wird in die Reaktorkammer 12 eingebracht und die Kammer 12 wird mittels der Absaugpumpe 26 evakuiert; darauf werden die Gase mit den gewünschten Drücken eingelassen. Gegebenenfalls die Gleich-Vorspannung und die HF-Spannung werden darauf an die Elektroden 13,14 angelegt, so daß das Gas ionisiert und ein Plasma aus einem aktiven Medium im Bereich zwischen den Elektroden 13,14 gebildet wird. Ist die gewünschte Aluminiummenge entfernt-,
so werden die Elektroden abgeschaltet, die Reagensgase werden aus der Kammer entfernt und das Plättchen 21 wird entnommen.
Bei dem verhältnismäßig hohen, beim Ätzen verwendeten Druck ist es möglich, eine größere Leistungsdichte anzuwenden, als dies bisher bei Pianarreaktoren möglich war. Dies resultiert in einer schnelleren Entfernung des Aluminiums, als nach dem bekannten Verfahren- Bei Elektroden mit einem Durchmesser von etwa 90 bis 114 mm und einer Erregungsleistung 50 bis 400 ¥ werden gute Ergebnisse erzielt- Das Aluminium wird mit einer Geschwindigkeit in der Größenordnung von 5.0Q0 bis 50.000 S/min, entfernt, während nach dem bekannten Verfahren die Geschwindigkeit nur etwa 1-500 S/min, betrug.
Die durch die Erfindung erzielte wesentliche Erhöhung der Ätzgeschwindigkeit ermöglicht es, Plättchen auf individueller Basis zu behandeln, statt chargenweise. Beispielsweise kann etwa innerhalb einer Minute ein ein-Mikron-starker Aluminiumfilm aus einem 7,5-cm-Plattchen entfernt werden, das mit einem Muster aus einem positivem Photoresist (AZ-1350) beschichtet . ist.
Die erfindungsgemäß angewendete Kombination der Gase ist wesentlich. Das Primärgasgemisch bestimmt die Ätzgeschwindigkeit, d.h. die Geschwindigkeit, mit der das Aluminium entfernt wird. Das Sekundärgas steuert den anisotropen Charakter oder die Richtung der Ätzung und verhindert Unterschneidungen des Photoresists. Das dritte Gas ist ein guter Wärmeleiter und trägt dazu bei, eine Verschlechterung des Photoresists zu verhindern. Ein bevorzugtes Gasgemisch enthält ein Primärgasgemisch aus BCl^ mit einem Druck in der Größenordnung von 20 Pa und Chlorgas mit einem Druck in der Größenordnung von 20,6 Pa. Das Sekundärgas besteht aus SiCl, mit einem Druck in der Größenordnung von 28 Pa und ein drittes Gas besteht aus Helium mit einem Druck von 147 Pa. Das Gasgemisch kann jedoch auch andere Gase enthalten. Beispielsweise läßt sich als Primär-Ätzgas ein Gemisch aus CCl^ und Chlorgas und als Sekundärgas GH Cl und/oder CCl^ verwenden.
31406'
— Jo —
Das erfindungsgemaße Ätzverfahren und das erfindungsgemäße Gasgemisch haben eine Anzahl wichtiger Eigenschaften und Vorteile. Die Erzeugung eines stabilen, gleichförmigen Plasmas mit höherem Druck und bei höheren Leistungspegeln beschleunigen die Ätzung gegenüber den bisherigen Vorgehen in Planarreaktoren wesentlich. Wegen dieser Geschwindigkeitserhöhung können Plättchen statt chargenweise individuell behandelt werden. Die Verwendung eines hohen Druckes zusammen mit einer hohen Leistung hält die Anzahl von Gegenständen hoher Energie auf einem Minimum, während ein sehr hoher Stand reaktiver Gegenstände erzielt wird. Zusätzlich kann die Anisotropie oder Richtbarkeit der Ätzung gesteuert, sowie eine Unterschneidung und Verschlechterung des Photoresists auf ein Minimum herabgedrückt werden
Leerseite

Claims (14)

  1. . r>A'.'ET-. TANWÄt I E
    SCHIFF ν. FÜNER STREHL SCHÜBEL-HOPF EBBINGHAUS FINCK
    MARIAHILFPLATZ 2 & 3. MlJNCHEN SO POSTADRESSE: POSTFACH 95 O1 60, D-BOOO MÜNCHEN 95
    ALSO PROFESSIONAL REPRESENTATIVES "~3" BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFFICE
    • KARL LUDWIG SCHIFF (1964-1978)
    DIPL. CHEM. DR. ALEXANDER V. FÜNER
    DIPL. ING. PETER STREHL
    DIPL. CHEM. DR. URSULA SCHÜBEL-HOPF
    DIPL. ING. DIETER EBBINGHAUS
    DR. ING. DIETER FINCK
    TELEFON <Ο8β) 4Β2ΟΒ4 TELEX 5-23 565 AURO D TELEGRAMME AUROMARCPAT MÜNCHEN
    DEA-24021
    Patentansprüche
    Verfahren zum Ätzen von Aluminium in einem Reaktor (10) mit einer Kammer (12) und zwei im Abstand voneinander angeordneten,.insgesamt planaren Elektroden (13s 14), dadurch gekennzeichnet , daß das Aluminium zwischen den Elektroden (13,14) in der Reaktorkammer angeordnet wird, daß ein primäres Ätzgasgemisch in die Kammer mit einem Druck in der Größenordnung von ' 18 "bis 60 Pa eingelassen wird, daß ein Sekundärgas mit
    einem Druck in der Größenordnung von 25 bis 40 Pa in die Kammer eingelassen wird, um die Anisotropie der Ätzung zu steuern, wobei das Primärgasgemisch und das Sekundärgas gleichzeitig in der Kammer anwesend sind, und daß die Elektroden erregt werden, um das Gas zu ionisieren und zwischen den Elektroden eine aktive Atmosphäre . zu bilden.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeich net, daß das primäre Ätzgasgemisch BCl3 mit einem Druck in der Größenordnung von 9 bis 26 Pa und
    Chlorgas mit einem Druck in der Größenordnung von 9 bis 33 Pa enthält.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß das Sekundärgas SiCl. ist.
  4. φ Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennze ichn e t , daß das primäre Ätzgasgemisch ein Gemisch aus
    BCl-, und Chlorgas und/oder CCl. und Chlorgas sowie Kombinationen dieser Gase enthält.'
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sekundärgas aus SiCl^ und/oder CHCl^ und/
    oder CCl^ oder Kombinationen dieser Gase besteht*
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge ken η ze ichn e t , daß in die Kammer (12) ein drittes Gas eingelassen •wird, um die Integrität des Photoresists in der Nähe des
    Aluminiums zu bewahren.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Gas aus Helium mit einem Druck in
    der Größenordnung von etwa 94 bis etwa 334 Pa besteht.
  8. 8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas durch Diffusion durch eine der Elektroden (13) in den Bereich zwischen den Elektroden (13,14)
    eingeleitet wird.
  9. 9- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während des Ätzens eine GIeich-Vorspannung
    zwischen den Elektroden aufrecht erhalten wird.
  10. 10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet. daß der Durchmesser der Elektroden (13,14)
    zwischen etwa 89 und etwa 114 mm liegt, daß der Abstand
    zwischen den Elektroden etwa 12 bis etwa 25 mm beträgt,
    und daß die Elektroden mit einer Leistung zwischen etwa
    50 und etwa 400 ¥ erregt werden..
  11. 11. Verfahren zur Entfernung von Aluminium von einem mit einer Photoresistmaske versehenen Substrat (21) in einem Reaktor (10) mit einer Kammer (12) und zwei insgesamt planaren Elektroden (13, 14), dadurch g e kennzeichnet, daß das Substrat zwischen den Elektroden in der Reaktorkammer angeordnet wird, daß in die Kammer ein primäres Ätzgas aus einem Gemisch aus BCl, mit einem Druck von etwa 20 Pa und Chlor mit einem Druck von etwa 20,6 Pa eingelassen wird, daß SiCl. mit einem Druck in der Größenordnung von 25 bis 40 Pa in die Kammer eingelassen wird, um die Anisotropie, der Aluminiumentfernung zu steuern,· daß Helium mit einem Druck in der Größenordnung von etwa 93 bis etwa 146 Pa in die Kammer eingeleitet wird, um einen Durch- oder Überschlag des Photoresists zu verhindern, und daß die Elektroden erregt werden, um das zwischen ihnen befindliche Gas zu ionisieren.
  12. 12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß das Gas durch Diffusion durch eine der Elektroden (13) in den Bereich zwischen den Elektroden in die Kammer eingelassen wird.
  13. 13« Gasgemisch zum ätzen von Aluminium in einem Plasma, gekennzeichnet durch folgende Bestandteile: ein primäres Ätzgas aus einem Gemisch aus BCl7, mit einem Druck in der Größenordnung von 9/3 bis 33,2 Pa und Chlor mit einem Druck in der Größenordnung von 9,3 bis 33 2. Pa, und ein sekundäres Gas enthaltend SiCl* mit einem Druck in der Größenordnung von 25.,2 bis 40 Pa . zur Steuerung der Anisotropie der Ätzung.
  14. 14. Gasgemisch nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch ein drittes Gas, enthaltend Helium, mit einem Druck in der Größenordnung von etwa 93 bis etwa 133 Pa zur Bewahrung der Integrität des Photoresits in der Nähe des Aluminiums.
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