DE3779528T2

DE3779528T2 - Plasma-aetzverfahren unter verwendung eines zweischichtigen musters.

Info

Publication number: DE3779528T2
Application number: DE8787402028T
Authority: DE
Inventors: James M Cleeves; James G Heard; Zoilo C H Tan
Original assignee: Fairchild Semiconductor Corp
Current assignee: Fairchild Semiconductor Corp
Priority date: 1986-09-11
Filing date: 1987-09-11
Publication date: 1993-01-21
Anticipated expiration: 2007-09-12
Also published as: EP0260201A3; EP0260201A2; EP0260201B1; JPS63114214A; DE3779528D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich generell auf das Gebiet der Halbleiterherstellung und insbesondere auf ein Verfahren für das Plasma-Ätzen unter Verwendung einer Doppelschichtmaske, um sehr kleine Geometrien auf einem Halbleitersubstrat zu begrenzen.
Mit dem zunehmenden Drang, die Komponentendichte zu vergrößern, wird es immer mehr nötig, in der Lage zu sein, sehr kleine Geometrien auf der Oberfläche eines Halbleitersubstrats zu definieren. Um solche kleinen Geometrien zu bilden, ist es höchst wünschenswert, sehr dünne Photolackschichten zu verwenden, die für eine präzise Reproduktion des projektierten Maskenmusters sorgen. Die Bildauflösung und Definition gehen verloren, wenn die Dicke der Photolackschicht zunimmt.
Die Möglichkeit, sehr dünne Photolackschichten zu verwenden, ist jedoch begrenzt durch die Notwendigkeit, eine Photolackschicht vorzusehen, die hinreichend dick ist, dem Ätzen der darunterliegenden Schicht zu widerstehen, welche durch die Photolackmaske bemustert wird. Insbesondere erfordert das Plasma-Ätzen oft eine relativ dicke Photolackschicht, da es sich um einen relativ langwierigen Prozeß handelt und viele Ätzgase das Photolackmaterial direkt angreifen. Aus diesem Grunde sind die Photolackschichten, die als Masken bei Plasma-Ätzprozessen eingesetzt werden, oft zu dick, um Submikrongeometrien zu ermöglichen, wie dies häufig erwünscht ist.
Aus den obigen Gründen wäre es wünschenswert, Verfahren zu schaffen, welche die Vorteile einer dünnen Photolackschicht, d.h. hohe Bildauflösung, Definition und Kontrolle, mit der Möglichkeit kombinieren, den relativ harten Bedingungen standzuhalten, die beim Plasma-Ätzen herrschen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird dieses Problem durch die in Patentanspruch 1 bzw. 7 angegebenen Merkmale angesprochen.
Es ist festzuhalten, daß EP-A-2 185 ein Verfahren für das Plasma-Ätzen einer primären Schicht, bestehend aus einer Al-Cu-Si-Legierung, gebildet auf einem Halbleitersubstrat, offenbart. Das bekannte Verfahren umfaßt die Schritte der Bildung einer Chrom-Metall-Bildschicht über der Primärschicht, wobei die Chromschicht eine Dicke aufweist, die hinreicht, dem nachfolgenden Plasma-Ätzen der Primärschicht zu widerstehen, Bilden einer Photolackschicht über der Chromschicht, photolitographischem Bemustern der Photolackschicht zur Bildung einer ersten Maske, Ätzen der Chromschicht durch die erste Maske zur Bildung einer zweiten Maske und Plasma-Ätzen der primären Schicht durch die zweite Maske hindurch unter Bedingungen, welche die primäre Schicht vorzugsweise gegenüber der Chromschicht ätzen.
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 zeigt ein konventionelles Halbleitersubstrat mit einer primären Schicht, einer Metallbildschicht und einer Photolackschicht, die nacheinander über seiner Oberfläche gebildet werden,
Fig. 2 illustriert die Struktur nach Fig. 1, wobei die Photolack- oder Photoresistschicht bemustert worden ist,
Fig. 3 zeigt die Struktur nach Fig. 2, wobei die Metallbildschicht unter Verwendung der Photoresistschicht als Maske bemustert worden ist,
Fig. 4 zeigt die Struktur nach Fig. 3, wobei die Primärschicht bemustert worden ist unter Verwendung der metallischen Bildschicht als eine Maske.
Unter genereller Bezugnahme auf Fig. 1 bis 4 werden spezifische Verfahren beschrieben für die Herstellung von Halbleiterkomponenten gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung.
Halbleiterkomponenten werden auf Silicium-Wafer-Substraten 10 (ein Abschnitt davon ist in Fig. 1 bis 4 dargestellt) hergestellt. Gewöhnlich weist der Wafer eine Vielzahl von Merkmalen (nicht illustriert) auf, die auf seiner oberen Oberfläche gebildet worden sind, einschließlich Transistoren, Widerständen, Kondensatoren und dergleichen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine primäre Schicht 12, bei der es sich um eine Aluminiumschicht handelt, über dem Substrat 10 unter Verwendung konventioneller Techniken gebildet. Die Primärschicht 12 wird bemustert unter Verwendung einer Doppelschichtmaske einschließlich einer metallischen bildgebenden Schicht 14 und einer Photoresist- oder Photolackschicht 16, die spezifisch der Absicht dient, für eine hohe Auflösung des Plasma-Ätzens der Primärschicht zu sorgen. Die Primärschicht 12 ist eine Aluminiumschicht, gebildet durch konventionelle Techniken, etwa Aufspottern oder Bedampfen. Üblicherweise wird die Aluminiumschicht eine Metallisierungsschicht sein, bestimmt für die Verdrahtung der verschiedenen Komponenten, die auf dem Substrat 10 gebildet sind.
Während die primäre Schicht 12 Aluminium ist, wird die bildgebende Schicht Chrom sein, typischerweise aufgebracht durch Aufspottern oder Bedampfen. Die Chromschicht 14 muß hinreichend dick sein, dem nachfolgenden Plasma-Ätzen der primären Schicht 12 standzuhalten, wie nachstehend erläutert. Dicken im Bereich von 0,01 bis 0,2 um (100 bis 2000 Å) und noch üblicher im Bereich von 0,05 bis 0,1 um (500 bis 1000 Å) sind geeignet.
Die Natur der Photolackschicht 16 hängt nicht ab von der Natur der primären Schicht 12, doch muß sie in der Lage sein, die darunterliegende bildgebende Metallschicht 14 zu schützen. Geeignete Photoresistmaterialien umfassen Photoresists, Elektronenstrahlresists und Röntgenstrahlenresists. Die Dicke dieser Resistschicht wird abhängen sowohl von der gewünschten Bildauflösung als auch von der Notwendigkeit, unregelmäßige Oberflächentopographien abzudecken. Bei planarisierten Oberflächen können Resistschichten von nicht mehr als 0,2 um verwendet werden, was geätzte Geometrien von 0,5 um und darunter ermöglicht. Im Falle von irregulären Oberflächentopographien finden Resistschichten mit einer Dicke im Bereich von etwa 1 bis 2 um Anwendung. Die Resistschichten werden aufgebracht mittels konventioneller Aufschleudertechniken bis zur gewünschten Dicke und nachfolgendem Aushärten.
Gemäß Fig. 2 wird die Resistschicht 16 bemustert mittels konventioneller Techniken, etwa Belichtung bei Photoresist, Elektronenstrahlbelichtung für Elektronenstrahlresists und Röntgenbelichtung für Röntgenstrahlenresists. Nach dem Belichten werden die Resists entwickelt, um die gewünschte Maske für das nachfolgende Ätzen der darunterliegenden bildgebenden Metallschicht 14 zu schaffen.
Nach der Bemusterung der Resistschicht 16 wird sie verwendet als eine Maske für das Ätzen der bildgebenden Metallschicht 14, wie in Fig. 3 dargestellt. Die bildgebende Chrom-Metall-Schicht 14 kann geätzt werden unter Verwendung konventioneller Naßätzmittel, wie einem cerinsauren ammoniumsulfatbasierten Ätzmittel, bei Raumtemperatur.
Nach dem Bemustern wird die bildgebende Metallschicht 14 verwendet als Maske für das Plasma-Ätzen der primären Schicht 12. Im Falle einer primären Aluminiumschicht 12 wird ein Chlorplasma, wie oben beschrieben, verwendet.
Nach dem Ätzen ergibt sich das Substrat, wie in Fig. 4 dargestellt, wobei die Resistschicht 16 während des Plasma-Ätzens der primären Schicht abgetragen worden ist. Falls erwünscht, kann die bildgebende Metallschicht 14 mittels konventioneller Techniken abgetragen werden. Die bildgebende Chromschicht kann abgetragen werden durch Naßätzen mit cerinsaurem ammoniumsulfatbasiertem Ätzmittel oder mit einem Sauerstoff.
Die Anwendung der vorliegenden Erfindung liefert ein hochauflösendes Plasma-Ätzen von Aluminium-Metallisierungsschichten.
Durch Verwenden einer Doppelschichtmaske einschließlich einer bildgebenden Metallschicht und einer Resistschicht können sehr dünne Resistschichten verwendet werden, um hohe Auflösung und Definition zu erreichen. Indem man dann das Photoresist verwendet zum Bemustern der bildgebenden Metallschicht wird eine Maske erreicht, die die hohe Auflösung eines dünnen Photoresists und die Dauerhaftigkeit eines Metalls kombiniert.

Claims

1. Ein Verfahren für das Plasma-Ätzen einer auf einem Halbleitersubstrat ausgebildeten primären Aluminiumschicht, welches Verfahren umfaßt:

Bilden einer Chrom-Metall-Bildschicht über der primären Aluminiumschicht, welche Chromschicht eine Dicke im Bereich von 0,01-0,2 um aufweist,

Bilden einer dünnen Resistschicht mit einer Dicke in der Größenordnung von 0,2 bis 2 um über der dünnen Metallschicht;

photolithographisches Mustern des Resists zur Ausbildung einer ersten Maske;

Ätzen der Chrom-Metallschicht durch die erste Maske zur Bildung einer zweiten Maske; und

Plasma-Ätzen der primären Schicht durch die zweite Maske unter Bedingungen, bei denen die Aluminiumschicht vorzugsweise gegenüber der Chromschicht geätzt wird.

2. Ein Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Resist ein Elektronenstrahlresist ist.

3. Ein Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Resist ein Röntgenstrahlresist ist.

4. Ein Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Chromschicht naßgeätzt wird mit einem cerinsauren Ammonium-Sulfat-basierten Ätzmittel bei Zimmertemperatur geätzt wird.

5. Ein Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Aluminiumschicht mit einem chlorierten Plasma geätzt wird.

6. Ein Verfahren für das Ätzen einer Aluminiumschicht auf ein Halbleitersubstrat, welches Verfahren umfaßt:

Bilden einer Schicht von Chrom mit einer Dicke im Bereich von 0,05 - 0,1 um über der Aluminiumschicht;

Bilden einer dünnen Resistschicht mit einer Dicke im Bereich von 0,2 - 2 um über der Chromschicht;

photolithographisches Mustern der Resistschicht zur Bildung einer ersten Maske;

Ätzen der Chromschicht mit einem cerinsauren Ammoniumsulfat-basierten Ätzmittel durch die erste Maske zur Bildung einer zweiten Maske;

und Plasma-Ätzen der Aluminiumschicht durch die zweite Maske mit einem chlorierten Plasma-Ätzmittel.

7. Ein Verfahren nach Anspruch 6, bei dem das Resist ein Elektronenstrahlresist ist.

8. Ein Verfahren nach Anspruch 6, bei dem das Resist ein Röntgenstrahlenresist ist.

9. Ein Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Chromschicht durch Sputtern oder Aufdampfen gebildet wird.