DE3828378A1 - Method for producing small openings in thin films - Google Patents

Method for producing small openings in thin films

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Abstract

The invention relates to a method for producing small openings in thin films, especially for producing contact windows on a mesa structure of a semiconductor component. In this case, only the mesa structure is coated very thinly with a radiation-sensitive layer which can then be selectively removed.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen kleiner Öffnungen in dünnen Schichten nach dem Oberbe­ griff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a method for manufacturing small openings in thin layers after the Oberbe handle of claim 1.

Derartige Verfahren werden insbesondere in der Halblei­ terindustrie benötigt zum Herstellen sogenannter Kon­ taktfenster. Diese dienen zum Anbringen eines metal­ lischen Kontaktes, z.B. einer metallischen Leiterbahn, an einer Halbleiterschicht und/oder an einem Halbleiter­ bereich, die von einer Isolierschicht, insbesondere ei­ ner Oxidschicht, z.B. SiO2, überdeckt sind. Zum Herstel­ len des Kontaktfensters wird ein fotolithographisches Verfahren angewandt, bei welchem auf die Isolierschicht zunächst eines strahlungsempfindliche Schicht, z.B. eine Schicht aus einem Fotolack, aufgebracht wird. Diese wird anschließend mit Hilfe einer Maske, welche ein Muster entsprechend dem herzustellenden Kontaktfenster enthält, bestrahlt, z.B. mit Licht. Nach einem anschließenden Entwicklungsvorgang entsteht in der Schicht eine Öff­ nung, die als Ätzmaske für die darunterliegende Isolier­ schicht (Oxidschicht) dient. Bei einem nun folgenden Ätzvorgang wird die Isolierschicht im Bereich der Öff­ nung entfernt, so daß eine darunter liegende Halbleiter­ schicht elektrisch kontaktiert werden kann. Dazu wird zunächst die strahlungsempfindliche Schicht entfernt und anschließend eine Metallisierung zumindest im Bereich des Kontaktfensters vorgenommen.Such methods are needed in particular in the semiconductor industry to manufacture so-called contact windows. These are used to attach a metallic contact, for example a metallic conductor track, to a semiconductor layer and / or to a semiconductor region, which are covered by an insulating layer, in particular an oxide layer, for example SiO 2 . To manufacture the contact window, a photolithographic method is used, in which a radiation-sensitive layer, for example a layer of a photoresist, is first applied to the insulating layer. This is then irradiated, for example with light, using a mask which contains a pattern corresponding to the contact window to be produced. After a subsequent development process, an opening is created in the layer, which serves as an etching mask for the underlying insulating layer (oxide layer). In a subsequent etching process, the insulating layer in the region of the opening is removed, so that an underlying semiconductor layer can be electrically contacted. For this purpose, the radiation-sensitive layer is first removed and then metallized, at least in the area of the contact window.

Ein derartiges Verfahren ist insbesondere für ebene so­ genannte planare Halbleiterstrukturen geeignet, bei denen eine Justiergenauigkeit (Toleranz) von ungefähr ±1-2 µm erforderlich ist. Bei einigen Anwendungen, z.B. bei der Herstellung spezieller Halbleiterlaser, ist es erforderlich, eine strukturierte (Halbleiter-)Oberfläche metallisch zu kontaktieren. Diese enthält nichtplanare Strukturen, die im folgenden auch als mesaförmige Struk­ turen bezeichnet werden, mit einem Oberflächenbereich, dessen Seitenlängen z.B. in einem Bereich von 1 µm bis 10 µm liegen. Es ist nun erforderlich, derartig kleine Oberflächenbereiche metallisch zu kontaktieren, insbe­ sondere bei sogenannten Pilz-, Mesa-, Ridge- sowie Dop­ pelgrabenstrukturen. Erfolgt diese Kontaktierung durch Fotolithographie mit Hilfe einer Maske, so sind auf die­ ser geometrische Strukturen erforderlich, deren Seiten­ längen ebenfalls im Bereich von 1 µm bis +10 µm liegen und deren Flächen denen der Kontaktfenster entsprechen. Außerdem sind in nachteiliger Weise sehr kosten- sowie arbeitsintensive Justiervorgänge erforderlich, um die Maskenstrukturen und die Oberflächenbereiche, z.B. ein Plateau eines Mesas, so auszurichten und mechanisch zu halten, daß auf dem beispielhaft erwähnten Plateau ein für ein Kontaktfenster geeigneter Bestrahlungs- und/oder Belichtungsvorgang vorgenommen werden kann.Such a method is especially so for level Suitable planar semiconductor structures suitable for which an adjustment accuracy (tolerance) of approximately ± 1-2 µm is required. In some applications, e.g. in the manufacture of special semiconductor lasers, it is required a structured (semiconductor) surface to contact metallic. This contains non-planar ones Structures that are also referred to below as mesa-shaped structures structures with a surface area, whose side lengths e.g. in a range from 1 µm to 10 µm. It is now necessary to be so small To contact surface areas metallic, esp especially with so-called mushroom, mesa, ridge and dop trench structures. This contact is made through Photolithography using a mask, so are on the geometric structures required, their sides  lengths are also in the range from 1 µm to +10 µm and their areas correspond to those of the contact window. In addition, they are disadvantageously very costly as well labor-intensive adjustment operations required to Mask structures and the surface areas, e.g. a Plateau of a mesa, so to align and mechanically keep that on the plateau mentioned as an example radiation and / or suitable for a contact window Exposure process can be made.

Alternativ zu diesem fotolithographischen Verfahren ist es möglich, die Bestrahlungs- und/oder Ätzvorgänge mit Hilfe von Elektronen- und/oder Ionenstrahlverfahren durchzuführen. Derartige Verfahren sind aber in nachtei­ liger Weise ebenfalls sehr kosten- sowie arbeitsinten­ siv.It is an alternative to this photolithographic process it is possible to use the irradiation and / or etching processes Using electron and / or ion beam processes perform. However, such methods are disadvantageous liger way also very costly and labor intensive siv.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein gat­ tungsgemäßes Verfahren anzugeben, das in kostengünstiger und zuverlässiger Weise insbesondere eine metallische Kontaktierung mesaförmiger Strukturen ermöglicht.The invention is therefore based on the object of a gat appropriate method to specify that in less expensive and more reliably a metallic one in particular Mesa-shaped structures can be contacted.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale. Vor­ teilhafte Ausgestaltung und/oder Weiterbildungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.This problem is solved by the in the characteristic Part of claim 1 specified features. Before partial configuration and / or further training are the dependent claims.

Ein erster Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der Bestrahlungsvorgang ganzflächig ohne Maske vorgenommen werden kann oder mit einer Maske, die bezüglich des Pla­ teaus relativ grobe Strukturen besitzt, welche lediglich grob justiert werden müssen. A first advantage of the invention is that the Irradiation process carried out over the entire surface without a mask can be or with a mask that relates to the pla teaus has relatively rough structures, which only have to be roughly adjusted.  

Ein zweiter Vorteil besteht darin, daß der Bestrahlungs­ vorgang selbstausrichtend ist, d.h. Strahlungsquelle, eine möglicherweise vorhandene Maske sowie das zu be­ strahlende Plateau müssen nicht oder nur sehr grob (un­ genau) zueinander justiert werden.A second advantage is that the radiation process is self-aligning, i.e. Radiation source, a possibly existing mask and that to be radiant plateau do not have to or only very roughly (un exactly) to each other.

Ein dritter Vorteil besteht darin, daß der Bestrahlungs- sowie der Metallisierungsvorgang berührungslos erfol­ gen, so daß bei den mechanisch empfindlichen Mesastruk­ turen eine Beschädigung vermieden wird.A third advantage is that the radiation as well as the metallization process without contact gene, so that the mechanically sensitive mesastruk damage is avoided.

Mit diesen Vorteilen ist ein kostengünstiges und zuver­ lässiges Herstellungsverfahren möglich, insbesondere bei einer industriellen Massenfertigung.With these advantages is an inexpensive and verver casual manufacturing process possible, especially for an industrial mass production.

Die Erfindung beruht auf der Verwendung eines kostengün­ stig und zuverlässig durchführbaren fotolithographischen Verfahrens und auf der Erkenntnis, daß die rheologischen Eigenschaften, z.B. Viskosität und/oder Oberflächenspan­ nung, des verwendeten strahlungsempfindlichen Gemisches, z.B. ein Fotolack, so einstellbar sind, daß erhabene kleine Strukturen, z.B. das Plateau eines Mesas, in zu­ verlässiger Weise mit einer wesentlich dünneren strah­ lungsempfindlichen Schicht beschichtet werden können als die umgebenden großflächigen oder grabenförmigen Berei­ che. Es ist dann möglich, den nachfolgenden Bestrah­ lungsvorgang so zu steuern oder zu regeln, daß dünne Bereiche auf dem beispielhaft erwähnten Plateau im we­ sentlichen vollständig durchstrahlt werden, während die­ ses auf den benachbarten dicker beschichteten Bereichen vermieden wird. Bei einem nachfolgenden Entwicklungsvor­ gang wird dann die durch Strahlung sensibilisierte Schicht entfernt und zwar vollständig, d.h. bis auf die darunterliegende (Oxid-) Schicht, an den dünn beschichte­ ten Bereichen, z.B. den Plateaus, und in nicht störender Weise teilweise an den daneben liegenden dick beschich­ teten Bereichen.The invention is based on the use of a cost-effective stig and reliably feasible photolithographic Procedure and on the knowledge that the rheological Properties, e.g. Viscosity and / or surface chip the radiation-sensitive mixture used, e.g. a photoresist so adjustable that sublime small structures, e.g. the plateau of a mesa, in too reliably with a much thinner beam can be coated as the surrounding large-scale or trench-shaped area che. It is then possible to use the subsequent irradiation control process so that thin Areas on the exemplary plateau mentioned in the we be completely irradiated during the on the neighboring thicker coated areas is avoided. In a subsequent development project  Then the radiation-sensitized one becomes Layer removed completely, i.e. except for the underlying (oxide) layer, on which thinly coated areas, e.g. the plateaus, and in not disturbing Partly coat on the adjacent thick areas.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungs­ beispielen näher erläutert unter Bezugnahme auf eine schematische Zeichnung. Bei der matrixförmigen Darstel­ lung der Figuren beziehen sich die mit Fig. 1 bis Fig. 5 bezeichneten waagerechten Reihen auf unterschiedliche Verfahrensschritte, während sich die mit a, b und c be­ zeichneten Spalten auf unterschiedliche (Mesa-) Strukturen beziehen. Dabei bezieht sich SpalteThe invention is explained below with reference to exemplary embodiments with reference to a schematic drawing. In the matrix-type depicting the figures refer to the lung with Fig. 1 to Fig. 5 designated horizontal rows in different process steps, while the a, b and c be recorded on different columns (mesa) structures relate. Column refers

  • a) auf die Herstellung einer sogenannten Pilz­ struktura) on the production of a so-called mushroom structure
  • b) auf die Herstellung einer sogenannten Ridge­ Strukturb) on the production of a so-called ridge structure
  • c) auf die Herstellung einer sogenannten Doppel­ grabenstruktur.c) on the production of a so-called double trench structure.

Diese Strukturen werden z.B. zur Herstellung von Halb­ leiterlasern benutzt. Dazu wird z.B. zunächst auf einem (Halbleiter-)Substrat 1 aus InP ganzflächig eine Halb­ leiterschichtenfolge, bestehend aus einer InGaAsP- Schicht 2 und einer InP-Schicht 3, aufgewachsen. Aus diesem Schichtaufbau werden dann die mit a, b, und c be­ zeichneten Strukturen 5 herausgeätzt und ganzflächig mit einer Isolierschicht 4, z.B. SiO2 überdeckt. Dabei hat das entstandene Plateau 6 eine Breite B (Seitenlänge), die im Bereich von 1 µm bis 10 µm liegt. Zum Herstellen eines Kontaktfensters auf dem Plateau 6 wird die Iso­ lierschicht 4 zunächst ganzflächig mit einem strah­ lungsempfindlichen Gemisch 7, z.B. einem derzeit in der Halbleitertechnologie üblichen Photolack, überzogen, z.B. mit Hilfe eines Tauch- oder Schleuderverfahrens. Dabei sind die rheologischen Eigenschaften des Gemisches 7 derart gewählt, daß auf dem Plateau 6 lediglich ein dünner strahlungsempfindlicher Bereich entsteht, während auf den lateral benachbarten Bereichen wesentlich dic­ kere, z.B. doppelt so dicke, strahlungsempfindliche Be­ reiche entstehen (Fig. 1a bis 1c). Eine derartige strah­ lungsempfindliche Schicht kann nun ganzflächig mit Strahlung, z.B. sichtbarem Licht, derart sensibilisiert werden, daß lediglich die dünnen Bereiche auf dem Pla­ teau 6 durchgängig, d.h. bis auf die Isolierschicht 4, sensibilisiert werden. Die lateral benachbarten Bereiche werden dagegen lediglich teilweise, z.B. bis zur halben Dicke, ganzflächig sensibilisiert. Bei dem Bestrahlungs­ vorgang kann es vorteilhaft sein, zusätzlich eine Maske 8, die aber sehr grobe Muster, z.B. ein Fenster mit der Weite W im Bereich von 10 µm bis 20 µm, besitzt, zu ver­ wenden (Fig. 2a bis 2c). Damit wird eine Bestrahlung auf unerwünschten Bereichen vermieden. Bei einem an­ schließenden Entwicklungsvorgang werden dann lediglich die dünnen sensibilisierten Bereiche oberhalb des Plate­ aus 6 bis auf die Isolierschicht 4 entfernt, während diese auf den übrigen Bereich geschützt bleibt. Durch einen nachfolgenden Ätzvorgang wird dann die Isolier­ schicht 4 lediglich im Bereich der Plateaus 6 entfernt, so daß dort die gewünschten Kontaktfenster entstehen (Fig. 3a bis 3c). Nach dem Entfernen des restlichen strahlungsempfindlichen Gemisches 7 (Fig. 4a bis 4c) er­ folgt dann z.B. eine ganzflächige Metallisierung 9, die aber lediglich im Bereich der Plateaus 6 zu einer elek­ trischen Kontaktierung der dort zugänglichen Halbleiter­ schichten führt.These structures are used, for example, to manufacture semiconductor lasers. For this purpose, for example, a semiconductor layer sequence consisting of an InGaAsP layer 2 and an InP layer 3 is first grown over the entire surface of a (semiconductor) substrate 1 made of InP. From this layer structure, the structures 5 marked with a, b, and c are then etched out and covered over the entire area with an insulating layer 4 , for example SiO 2 . The resulting plateau 6 has a width B (side length) which is in the range from 1 μm to 10 μm. To produce a contact window on the plateau 6 , the insulating layer 4 is first coated over the entire area with a radiation-sensitive mixture 7 , for example a photoresist currently used in semiconductor technology, for example with the aid of a dipping or spinning process. The rheological properties of the mixture 7 are chosen such that only a thin radiation-sensitive area is formed on the plateau 6 , while substantially thicker, for example twice as thick, radiation-sensitive areas arise on the laterally adjacent areas ( FIGS. 1a to 1c). Such a radiation-sensitive layer can now be sensitized over the entire area with radiation, for example visible light, in such a way that only the thin areas on the plateau 6 are continuous, that is, except for the insulating layer 4 . The laterally adjacent areas, on the other hand, are only partially sensitized over the entire area, for example up to half the thickness. In the irradiation process, it may be advantageous to use a mask 8 , but which has very rough patterns, for example a window with a width W in the range from 10 μm to 20 μm ( FIGS. 2a to 2c). This avoids radiation on undesired areas. In a subsequent development process, only the thin, sensitized areas above the plate from 6 are removed except for the insulating layer 4 , while this remains protected on the remaining area. The insulating layer 4 is then only removed in the area of the plateaus 6 by a subsequent etching process, so that the desired contact windows are formed there (FIGS . 3a to 3c). After removing the remaining radiation-sensitive mixture 7 ( Fig. 4a to 4c) it then follows, for example, a full-area metallization 9 , but which leads only in the area of the plateaus 6 to an electrical contacting of the semiconductor layers accessible there.

Alternativ zu der ganzflächigen Metallisierung (Fig. 5) ist auch eine selektive Metallisierung der Kontaktfen­ ster möglich. Dazu werden die Anordnungen entsprechend den Fig. 3a bis 3c zunächst ganzflächig metallisiert und dann ein sogenanntes "Lift-Off"-Verfahren angewandt. Da­ bei wird lediglich das Gemisch 7 und die darauf befind­ liche Metallschicht entfernt, während die Metallisierung des Plateaus 6 erhalten bleibt.As an alternative to the full-surface metallization ( FIG. 5), a selective metallization of the contact window is also possible. For this purpose, the arrangements according to FIGS . 3a to 3c are first metallized over the entire surface and then a so-called "lift-off" method is used. Since only the mixture 7 and the metal layer on it are removed, while the metallization of the plateau 6 is retained.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausfüh­ rungsbeispiele beschränkt, sondern sinngemäß auf weitere anwendbar. Beispielsweise ist es möglich, bei einer ge­ druckten Schaltung, z.B. einer Leiterplatte oder dem Leiterbahnmuster eines integrierten Schaltkreises (IC) nachträglich selektive Änderungen vorzunehmen. Dazu wird die Schaltung zunächst ganzflächig mit einem strahlungs­ empfindlichen Gemisch derart beschichtet, daß über den erhabenen metallischen Leiterbahnen lediglich eine dünne strahlungsempfindliche Schicht entsteht. Diese kann dann, gegebenenfalls mit Hilfe einer Maske, in der be­ schriebenen Weise bestrahlt und selektiv entfernt wer­ den, so daß eine nachfolgende (Korrektur-)Ätzung ermög­ licht wird.The invention is not based on the embodiment described Examples limited, but analogously to others applicable. For example, it is possible with a ge printed circuit, e.g. a circuit board or the Circuit pattern of an integrated circuit (IC) make selective changes afterwards. This will the circuit first over the entire area with a radiation sensitive mixture coated so that the raised metallic conductor tracks only a thin radiation-sensitive layer is formed. This can then, if necessary with the help of a mask, in the be irradiated in writing and selectively removed who the, so that a subsequent (correction) etching enables light becomes.

Claims (5)

1. Verfahren zum Herstellen kleiner Öffnungen in dünnen Schichten, insbesondere zum Herstellen von Kontaktfen­ stern bei Halbleiterbauelementen, dadurch gekennzeichnet,
  • - daß auf einem Substrat mindestens eine mesaförmige Struktur (5) erzeugt wird,
  • - daß zumindest die mesaförmige Struktur (5) be­ schichtet wird mit einem strahlungsempfindlichen Gemisch (7), dessen rheologische Eigenschaften der­ art gewählt sind, daß das Plateau (6) der Struktur (5) wesentlich dünner beschichtet wird als die um­ gebenden Bereiche,
  • - daß zumindest der auf dem Plateau (6) befindliche Bereich des Gemisches (7) durch Strahlung in seiner ganzen Dicke sensibilisiert wird, und
  • - daß durch einen nachfolgenden Entwicklungsvorgang zumindest der sensibilisierte Bereich auf dem Pla­ teau (6) entfernt wird.
1. A process for producing small openings in thin layers, in particular for producing contact windows in semiconductor components, characterized in that
  • - That at least one mesa-shaped structure ( 5 ) is produced on a substrate,
  • - That at least the mesa-shaped structure ( 5 ) be coated with a radiation-sensitive mixture ( 7 ), the rheological properties of which are chosen such that the plateau ( 6 ) of the structure ( 5 ) is coated much thinner than the surrounding areas,
  • - That at least the area of the mixture ( 7 ) located on the plateau ( 6 ) is sensitized by radiation in its entire thickness, and
  • - That at least the sensitized area on the plateau ( 6 ) is removed by a subsequent development process.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als strahlungsempfindliches Gemisch (7) ein licht­ empfindliches Gemisch verwendet wird.2. The method according to claim 1, characterized in that a light-sensitive mixture is used as the radiation-sensitive mixture ( 7 ). 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das strahlungsempfindliche Gemisch mit einer Schichtdicke, die außerhalb des Plateaus (6) mindestens zweimal so dick ist wie auf dem Plateau (6), aufgetragen wird.3. The method according to claim 1 or claim 2, characterized in that the radiation-sensitive mixture with a layer thickness which is at least twice as thick outside of the plateau ( 6 ) as on the plateau ( 6 ), is applied. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
  • - daß zumindest die mesaförmige Struktur (5) mit ei­ ner Oxidschicht (4) überdeckt wird,
  • - daß zumindest die Struktur (5) mit einem strah­ lungsempfindlichen Gemisch (7) derart beschichtet wird, daß deren Schichtdicke auf dem Plateau (6) wesentlich dünner ist als auf den umgebenden Berei­ chen,
  • - daß durch einen Bestrahlungs- und Entwicklungsvor­ gang das Gemisch (7) auf dem Plateau (6) vollstän­ dig entfernt wird,
  • - daß auf dem Plateau (6) die Oxidschicht durch einen Ätzvorgang entfernt wird derart, daß ein Kontakt­ fenster entsteht, und
  • - daß nach dem Entfernen des Gemisches (7) eine Me­ tallisierung zumindest im Bereich des Kontaktfen­ sters vorgenommen wird.
4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in
  • - That at least the mesa-shaped structure ( 5 ) is covered with an oxide layer ( 4 ),
  • - That at least the structure ( 5 ) is coated with a radiation-sensitive mixture ( 7 ) in such a way that its layer thickness on the plateau ( 6 ) is considerably thinner than on the surrounding areas,
  • - That the mixture ( 7 ) on the plateau ( 6 ) is completely removed dig by an irradiation and development process,
  • - That on the plateau ( 6 ) the oxide layer is removed by an etching process such that a contact window is formed, and
  • - That after removal of the mixture ( 7 ) Me tallization is made at least in the area of the Kontaktfen sters.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß während des Bestrahlungsvor­ ganges eine Maske (8), welche die Strahlung im wesentli­ chen auf den Bereich des Plateaus (6) beschränkt, ver­ wendet wird.5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that during the irradiation process a mask ( 8 ), which limits the radiation in Chen wesentli to the area of the plateau ( 6 ), is used ver.
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