DE3828379A1 - Method for producing small openings in thin films - Google Patents
Method for producing small openings in thin filmsInfo
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Abstract
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 im allgemeinen ein fotoli thographisches Verfahren angewandt, bei welchem auf die Isolierschicht zunächst eine strahlungsempfindliche Schicht, z.B. eine Schicht aus einem Fotolack, aufge bracht wird. Diese wird anschließend mit Hilfe einer Maske, welche ein Muster entsprechend dem herzustellen den Kontaktfenster enthält, bestrahlt, z.B. mit Licht. Nach einem anschließenden Entwicklungsvorgang entsteht in der Schicht eine Öffnung, die als Ätzmaske für die darunterliegende Isolierschicht (Oxidschicht) dient. Bei einem nun folgenden Ätzvorgang wird die Isolierschicht im Bereich der Öffnung entfernt, so daß eine darunter liegende Halbleiterschicht elektrisch kontaktiert werden kann. Dazu wir 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 generally 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. To do this, we first remove the radiation-sensitive layer and then carry out a metallization, 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 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 Fotolithograhie 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 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 alle Bearbeitungsvorgänge ganzflächig ohne Maske vorgenommen werden können oder mit einer Maske, die bezüglich des Plateaus relativ grobe Strukturen besitzt, welche ledig lich grob justiert werden müssen. A first advantage of the invention is that all Machining operations carried out over the entire surface without a mask or with a mask that relates to the Plateaus has relatively rough structures, which are single roughly adjusted.
Ein zweiter Vorteil besteht darin, daß ein selbstaus richtendes Verfahren verwendet wird, d.h., es kann vor zugsweise eine ganzflächig wirkende Plasmaätzquelle ver wendet werden. Eine möglicherweise vorhandene Maske so wie das zu bestrahlende Plateau müssen nicht oder nur sehr grob (ungenau) zueinander justiert werden.A second advantage is that a self directing procedure is used, i.e. it can before preferably a ver all-round plasma etching source be applied. A possibly existing mask like this like the plateau to be irradiated do not or only have to can be adjusted very roughly (imprecisely) to each other.
Ein dritter Vorteil besteht darin, daß alle Ätzvorgänge sowie der Metallisierungsvorgang berührungslos erfol gen, so daß bei den mechanisch empfindlichen Mesastruk turen eine Beschädigung vermieden wird.A third advantage is that all etchings 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 Erkenntnis, daß die rheolo gischen Eigenschaften, z.B. Viskosität und/oder Oberflä chenspannung, des verwendeten polymerisierbaren Gemi sches, z.B. eines derzeit in der Halbleitertechnologie üblichen Fotolackes, so einstellbar sind, daß erhabene kleine Strukturen, z.B. das Plateau eines Mesas, in zu verlässiger Weise mit einer wesentlich dünneren Schicht beschichtet werden können als die umgebenden großflächi gen oder grabenförmigen Bereiche. Es ist dann möglich, den nachfolgenden Plasmaätzvorgang so zu steuern oder zu regeln, daß die dünnen Bereiche auf dem beispielhaft erwähn ten Plateau im wesentlichen vollständig abgeätzt werden, während dieses auf den benachbarten dicker beschichteten Bereichen vermieden wird. Auf diese Weise werden nur die dünn beschichteten Bereiche, z.B. auf dem Plateau, ent fernt und zwar vollständig, d.h. bis auf die darunter liegende (Oxid-)Schicht. Auf den danebenliegenden groß flächigen Bereichen verbleibt eine dünnere, aber schüt zende Gemischschicht, so daß ein nachfolgender naßchemi scher und/oder Plasmaätzvorgang lediglich im Bereich des Plateaus angreift.The invention is based on the knowledge that the rheolo properties, e.g. Viscosity and / or surface voltage, the polymerizable mixture used nice, e.g. one currently in semiconductor technology usual photoresist, are adjustable so that sublime small structures, e.g. the plateau of a mesa, in too reliably with a much thinner layer can be coated as the surrounding large area trench-like areas. It is then possible to control or close the subsequent plasma etching process regulate that the thin areas mentioned on the example essentially completely etched off the plateau, while this was coated on the neighboring thicker one Areas is avoided. This way only the thinly coated areas, e.g. on the plateau, ent remotely and completely, i.e. except for the one below lying (oxide) layer. Large on the adjacent one flat areas remains a thinner, but schüt zende mixture layer, so that a subsequent wet chemical shear and / or plasma etching only in the area of Attacks plateaus.
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 und b 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 referring to a and b be recorded on different columns (Mesa) structures. Column refers
- a) auf die Herstellung einer sogenannten Pilz struktur,a) on the production of a so-called mushroom structure,
- b) auf die Herstellung einer sogenannten Ridge Struktur.b) on the production of a so-called ridge 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 eine InGaAsP-Schicht 2 und einer InP-Schicht 3, aufgewachsen. Aus diesem Schichtaufbau werden dann die mit a und b bezeichneten Strukturen 5 herausgeätzt und ganzflächig mit einer Iso lierschicht 4, z.B. SiO2 überdeckt. Dabei hat das ent standene Plateau 6 eine Breite B (Seitenlänge), die im Bereich von 2 µm bis 10 µm liegt. Zum Herstellen eines Kontaktfensters auf dem Plateau 6 wird die Isolier schicht 4 zunächst ganzflächig mit einem polymerisier barem Gemisch 7, z.B. einem derzeit in der Halblei tertechnologie 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 Be reich entsteht, während auf den lateral benachbarten Be reichen wesentlich dickere, z.B. doppelt so dicke, Be reiche entstehen (Fig. 1a, b). Eine derartige Schicht kann nun ganzflächig abgeätzt werden, z.B. mit einem O2- Plasma, daß lediglich die dünnen Bereiche auf dem Pla teau 6 durchgängig, d.h. bis auf die Isolierschicht 4, abgetragen werden. Die lateral benachbarten Bereiche werden dagegen lediglich teilweise, z.B. bis zur halben Dicke, ganzflächig abgetragen (Fig. 2a, b). Bei dem Plasmaätzvorgang kann es vorteilhaft sein, zusätzlich eine Maske, die aber sehr grobe Muster, z.B. ein Fenster mit der Weite im Bereich von 10 µm bis 20 µm, besitzt, zu verwenden. Damit wird ein Abätzen auf unerwünschten Bereichen vermieden. Durch einen nachfolgenden naßchemi schen oder Plasma-Ätzvorgang, z.B. mit einem CF4-Plasma, wird dann die Isolierschicht 4 lediglich im Bereich der Plateaus 6 entfernt, so daß dort die gewünschten Kon taktfenster entstehen (Fig. 3a, b). Nach dem Entfernen des restlichen Gemisches 7 (Fig. 4a, b) erfolgt dann z.B. eine ganzflächige Metallisierung 8, die aber ledig lich im Bereich der Plateaus 6 zu einer elektrischen Kontaktierung der dort zugänglichen Halbleiterschichten 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 designated with a and b 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 2 μm to 10 μm. To produce a contact window on the plateau 6 , the insulating layer 4 is first coated over the entire surface with a polymerizable 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 selected such that only a thin loading area is formed on the plateau 6 , while on the laterally adjacent loading areas much thicker, for example twice as thick, areas are formed ( FIGS. 1a, b). Such a layer can now be etched off over the entire surface, for example with an O 2 plasma, so that only the thin areas on the plateau 6 are removed continuously, ie down to the insulating layer 4 . The laterally adjacent areas, on the other hand, are only partially removed over the entire area, for example up to half the thickness ( FIGS. 2a, b). In the plasma etching process it can be advantageous to additionally use a mask which, however, has very rough patterns, for example a window with a width in the range from 10 μm to 20 μm. This avoids etching on undesired areas. By a subsequent wet chemical or plasma etching process, for example with a CF 4 plasma, the insulating layer 4 is then only removed in the area of the plateaus 6 , so that the desired contact window is formed there ( Fig. 3a, b). After removal of the remaining mixture 7 ( FIGS. 4a, b), for example, a full-area metallization 8 then takes place, but this leads only in the area of the plateaus 6 to 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, b zunächst ganzflächig metallisiert und dann ein sogenanntes "Lift-Off"-Verfahren angewandt. Dabei wird lediglich das Gemisch 7 und die darauf befindliche 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, b are first metallized over the entire surface and then a so-called "lift-off" method is used. Only the mixture 7 and the metal layer thereon 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 polymeri sierbaren Gemisch derart beschichtet, daß über den erha benen metallischen Leiterbahnen lediglich eine dünne Schicht entsteht. Diese kann dann, gegebenenfalls mit Hilfe einer Maske, in der beschriebenen Weise selektiv entfernt werden, so daß eine nachfolgende (Korrektur-)- Ätzung ermöglicht wird.The invention is not limited to the exemplary embodiments described, but can be applied analogously to others. For example, it is possible to make selective changes to a printed circuit, such as a circuit board or the circuit pattern of an integrated circuit (IC) . For this purpose, the circuit is first coated over the entire surface with a polymerizable mixture such that only a thin layer is formed over the metallic conductors obtained. This can then, optionally with the aid of a mask, be selectively removed in the manner described, so that subsequent (correction) etching is made possible.
Claims (4)
- - daß auf einem Substrat mindestens eine mesaförmige Struktur (5) erzeugt wird,
- - daß zumindest die mesaförmige Struktur (5) be schichtet wird mit einem polymerisierbaren Gemisch (7), dessen rheologische Eigenschaften derart ge wählt sind, daß das Plateau (6) der Struktur (5) wesentlich dünner beschichtet wird als die um gebenden Bereiche, und
- - daß das Gemisch (7) zumindest auf dem Plateau (6) abgeätzt wird.
- - 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 polymerizable 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, and
- - That the mixture ( 7 ) is etched off at least on the plateau ( 6 ).
- - daß zumindest die mesaförmige Struktur (5) mit ei ner Oxidschicht (4) überdeckt wird,
- - daß zumindest die Struktur (5) mit einem Gemisch (7) derart beschichtet wird, daß deren Schichtdicke auf dem Plateau (6) wesentlich dünner ist als auf den umgebenden Bereichen,
- - daß durch einen Plasmaätzvorgang das Gemisch (7) auf dem Plateau (6) vollständig 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.
- - 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 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 by a plasma etching 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.
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Philips techn. Rdsch., 1979, Bd. 38, Nr. 7/8, S. 203-214 * |
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