DE3940820C2 - Verfahren zur Behandlung von Werkstücken durch reaktives Ionenätzen - Google Patents
Verfahren zur Behandlung von Werkstücken durch reaktives IonenätzenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von
Werkstücken, beispielsweise von flachen Werkstücken in
Form von Substraten, vorzugsweise von Halbleitersubstra
ten, durch reaktives Ionenätzen unter Verwendung einer
Lackmaske oder anderen Mitteln zur Abdeckung von Substra
ten, von Schichten aus Al-Legierungen und TiW.
Die genannten Schichten finden Verwendung als Bestandtei
le mikroelektronischer Schaltkreise. Aus ihnen werden
insbesondere Leiterbahnen hergestellt. Zur Strukturierung
dieser Schichten wird heute überwiegend das reaktive Io
nenätzen eingesetzt (Reactive Ion Etching, Kurzform: RIE)
sowie das sogenannte Plasmaätzen (Plasma Etching, Kurz
form: PE).
Bei diesen Verfahren ist es erforderlich, hohe Ätzraten
zusammen mit hoher Selektivität gegenüber der Isolations
schicht und gegenüber der Maske sowie hohe Maßhaltigkeit
zu erreichen. Die Isolationsschicht ist meist eine Sili
ziumdioxidschicht. Hohe Maßhaltigkeit erfordert hohe Ani
sotropie, das heißt insbesondere hohe Ätzraten in verti
kaler Richtung 6 und niedrige Ätzraten in lateraler Rich
tung 7, siehe Fig. 1 und 2, der Ätzung.
Die Fig. 1 und 2 sind lediglich Anschauungsbilder, um
die Problematik der Selektivität, Anisotropie und Überät
zung zu veranschaulichen. Der Einfachheit halber wird le
diglich eine zu ätzende Schicht 11 gezeigt. Bei der Er
findung werden, wie weiter unten noch erläutert werden
wird, zwei oder mehrere Schichten, z. B. eine obenliegen
de Schicht und eine untenliegende Schicht geätzt, die auf
einer Isolationsschicht angebracht sind.
Die gewünschte, spätere Struktur der Schicht wird durch
eine Lackmaske, üblicherweise bestehend aus einem Foto
lack, definiert. Das heißt, die zu erhaltenden Bereiche
der Schicht sind vom Fotolack abgedeckt, während die
durch die Ätzung zu entfernenden vom Fotolack frei sind.
In der Regel soll die Form exakt in der zu strukturieren
den Schicht reproduziert werden, was erfordert, daß der
Ätzprozeß nur in den nicht an der Lackmaske abgedeckten
Bereichen der Schicht (Fig. 1), nicht aber unterhalb der
Lackmaske (Fig. 2) stattfindet. In Fig. 2 sind die Be
reiche unterhalb der Lackmaske mit 1, 2 bezeichnet.
Besonders kritisch ist die sogenannte "Überätzphase", in
der die zu strukturierende Schicht durchbrochen und größ
tenteils entfernt ist. Hierbei liegt ein Teil des isolie
renden Materials, siehe 3 in der Fig. 2, frei und ist
somit dem Ätzprozeß ausgesetzt. Verlangt wird in der Re
gel, daß das isolierende Material 3 möglichst wenig ange
griffen wird. Das heißt, der Ätzprozeß muß möglichst se
lektiv sein.
Problematisch ist ferner, daß in der Überätzphase weniger
Ätzgas verbraucht wird. Hierdurch wird die Konzentration
reaktiver Spezies des Ätzgases höher. Dies bewirkt wie
derum, daß die Seitenwände 41 des geätzten Grabens 12
stärker angegriffen werden. Hierdurch entstehen in der
Regel unerwünschte, da in der Querrichtung verringerte
Profile der Leiterbahnen.
Es ist bekannt, daß Aluminium bei hochintegrierten Schal
tungen als Leiterbahnmaterial verwendet wird. Zur Verbes
serung der technologischen Eigenschaften ist dem Alumini
um noch in geringen Mengen Silizium und Kupfer oder Titan
beigemengt. Die Al-Schichten mit Dicken im Bereich von
0,5 bis 1,5 Mikrometer werden meist durch Sputtern er
zeugt. Sie befinden sich im allgemeinen auf einer SiO2-
Isolationsschicht. Die Al-Ätzung muß deshalb selektiv zu
SiO2 erfolgen. Näheres hierzu siehe beispielsweise Wid
mann, Mader, Friedrich "Technologie hochintegrierter
Schaltungen", Springer-Verlag, 1988, Seite 218 ff.
Zum Stand der Technik wird weiterhin hingewiesen auf ei
nen Aufsatz aus Semiconductor International, Mai 1987,
Seite 256 ff. mit dem Titel "RIE of Multilayer Metal In
terconnects for VLSI", auf einen Aufsatz aus J. Electro
chem. Soc.: SOLID-STATE SCIENCE AND TECHNOLOGY, Vol. 132,
No.3, Seite 730 ff., mit dem Titel "Selective Reactive
Ion Etching of TiW" und auf die US-Patentschrift 4468284
"PROCESS FOR ETCHING AN ALUMINIUM-COPPER ALLOY".
Bekannt ist schließlich ein Verfahren zum Plas
maätzen von Leitschichten auf Halbleitersubstraten
(JP 01-219 182 A), wobei die Leitschichten auf Ti-
oder W-Basis (z. B. Ti 10 W, 2-0,2 µm) unter ei
ner Al oder Al-Legierungsschicht (AlSi1 Cu2 oder Al
Cu2, 1 µm bis 1,2 µm) besteht, die mit einer Lack
maske abgedeckt sind und mit einer Gasmischung aus
SiCl4, BCl3 oder Chlorkohlenstoffgasen (CHCl3,
CCl4) mit SF6 sowie ggf. N2, He oder As geätzt
wird.
Die bekannten Verfahren zur Behandlung von Werkstücken,
beispielsweise von flachen Werkstücken in Form von
Substraten, vorzugsweise von Halbleitersubstraten, durch
reaktives Ionenätzen unter Verwendung einer Lackmaske
oder anderen Mitteln zur Abdeckung von Substraten, von
Doppelschichten, bestehend aus einer Al-Legierungsschicht
und einer TiW-Schicht weisen bestimmte Nachteile auf, die
nachfolgend erläutert werden sollen.
Bisher wird beim Stand der Technik bei der Ätzung solcher
Doppelschichten in zwei Schritten vorgegangen:
Zunächst wird die Al- oder Al-Legierungsschicht (obenlie
gende Schicht) mit chlorhaltigem Gas geätzt.
In einem zweiten Schritt wird mit fluorhaltigen Gasen die
untenliegende TiW-Schicht geätzt.
Dies ist notwendig, da mit fluorhaltigen Gasen Aluminium
nicht zu ätzen ist, siehe hierzu unter anderem Widmann,
Mader, Friedrich "Technologie hochintegrierter Schaltun
gen", Springer-Verlag, 1988, Seite 218, zweitletzter Ab
satz.
Üblicherweise werden Al und Al-Legierungen mit RIE unter
Verwendung von Cl2/CCl4, Cl2/BCl3/CCl4/He, oder anderen
Gasgemischen, die Chlor oder Chlorverbindungen enthalten,
geätzt.
TiW wird üblicherweise mit RIE unter Verwendung eines
CF4/O2 Gasgemisches geätzt.
Diese notwendigerweise zweistufige Methode des Standes
der Technik führt zu Problemen in Hinsicht auf die Ani
sotropie. Aus diesem Grund wird beim Stand der Technik
das chemische Verfahren gewechselt.
Zunächst wird mit chlorhaltigem Gas die Al- oder Al-
Legierungsschicht geätzt. Anschließend folgt die Ätzung
der TiW-Schicht mit fluorhaltigem Gas.
Damit ist der erhebliche Nachteil verbunden, daß beim
Wechsel vom ersten Verfahrensschritt zum zweiten Verfah
rensschritt der Reaktor gewechselt werden muß.
Besonders nachteilig ist der Wechsel vom ersten zum zwei
ten Verfahrensschritt und damit von einem zum anderen Re
aktorprinzip dann, wenn mit Einscheibenanlagen gearbeitet
werden soll. Der heutige Trend geht zu Einscheiben
anlagen, deshalb wird der bestehende Nachteil des Standes
der Technik in Zukunft noch gravierender.
Der Wechsel der Prozeßkammer beim Stand der Technik ist
unter anderem deshalb notwendig, weil Reste des CF4/O2-
Ätzprozesses für die TiW-Schicht den unter Verwendung von
Cl und Cl-Verbindungen enthaltenen Ätzgasgemischen be
triebenen Ätzprozeß für die Aluminiumlegierungsschicht
stören. (Passivierung durch Bildung von Al-Fluorid).
Außerdem ist beim Stand der Technik die Anisotropie der
beiden Prozeßschritte nicht einheitlich.
Hinzu kommt, daß die Selektivität zu SiO2 und zur Foto
lackmaske beim CF4/O2-Schritt gering ist.
Der Erfindung liegen folgende Aufgaben zugrunde:
Die geschilderten Nachteile des Standes der Technik sol
len vermieden werden. Beide Schichten, die Al-Legierungs
schicht und die TiW-Schicht, sollen in einer Prozeßkammer
geätzt werden und zwar in einem weitgehend einheitlichen
chemischen Verfahren.
Es soll eine gleichmäßige Anisotropie beim Ätzen der bei
den Schichten erreicht werden. Weiterhin soll die Selek
tivität zur Fotolackmaske und zur Isolierschicht, die aus
SiO2 bestehen kann, erhöht werden. Schließlich soll eine
Überätzphase, die die Isolierschicht beschädigen könnte,
vermieden werden, indem der Ätzprozeß dann beendet wird,
wenn die Isolierschicht erreicht wird.
Das gesamte Ätzverfahren soll kostengünstiger durchführ
bar sein. Der apparative Aufwand für die Durchführung des
Ätzverfahrens soll gegenüber dem Stand der Technik ver
ringert werden.
Die gestellten Aufgaben werden erfindungsgemäß dadurch
gelöst, daß ein Schichtsystem, bestehend aus mindestens
einer Al-Legierungsschicht und mindestens einer TiW-
Schicht, das auf einer vorzugsweise aus thermischem SiO2
bestehenden Isolationsschicht angebracht ist, mit Ätzga
sen auf Cl-Basis einstufig geätzt wird, die folgende Kom
ponenten aufweisen: Cl2, SiCl4.
Weiterhin wird vorgeschlagen, daß ein Schichtsystem, be
stehend aus einer ersten TiW-Schicht, einer folgenden Al-
Legierungsschicht und einer zweiten TiW-Schicht, das auf
einer vorzugsweise aus thermischem SiO2 bestehenden Isola
tionsschicht angebracht ist, geätzt wird.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird vorgesehen,
daß z. B. eine obenliegende Al-Legierungsschicht und eine
untenliegende TiW-Schicht, die auf einer vorzugsweise aus
thermischem SiO2 bestehenden Isolationsschicht angebracht
sind, geätzt werden.
Die Ätzgasmischung auf Cl-Basis kann erweitert werden, so
daß sie folgende Komponenten aufweist: Cl2, SiCl4, He bzw.
Cl2, SiCl4, BCl3, He.
In einem Ausführungsbeispiel wird vorgesehen, daß die
obenliegende Schicht aus einer AlCu-Legierung besteht.
Im Rahmen eines weiteren Ausführungsbeispiels wird vorge
schlagen, daß die obenliegende Schicht aus einer AlSiCu-
Legierung besteht, wobei beispielsweise die Anteile der
Legierung wie folgt aufgeteilt sind: Si 1%, Cu 2%, Al
Rest.
Es ist auch möglich, daß die obenliegende Schicht aus ei
ner AlCu-Legierung und einer AlSiCu-Legierung besteht.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine Silizium
scheibe mit folgendem Schichtaufbau
- - eine gehärtete Fotolackmaske mit einer Schichtdicke von 2 µm,
- - eine Schicht von 1 µm Dicke, welche aus AlCu (2%) be steht, d. h. Cu-Anteil 2%, Rest Al,
- - eine Schicht von 0,2 µm Dicke, welche aus Ti (6%) W besteht, d. h. Ti-Anteil 6%, Rest W,
- - unterliegende Schicht, welche aus thermisch erzeugtem SiO2 besteht,
in einer Vorrichtung mit folgenden Verfahrensparametern geätzt:
100 SCCM SiCl4
100 SCCM SiCl4
25 SCCM Cl2
60 SCCM BCl3
80 SCCM He
Druck: 0,1 mbar
Elektrodenabstand: 50 mm
Elektrodendurchmesser: 240 mm
Temperatur der unteren Elektrode: 25°C
Temperatur der oberen Elektrode: 60°C
Temperatur des Vakuumrezipienten: 60°C
HF-Leistung (13,56 MHz): 250 W
dc-Spannung an der unteren Elektrode: 330 V
Druck: 0,1 mbar
Elektrodenabstand: 50 mm
Elektrodendurchmesser: 240 mm
Temperatur der unteren Elektrode: 25°C
Temperatur der oberen Elektrode: 60°C
Temperatur des Vakuumrezipienten: 60°C
HF-Leistung (13,56 MHz): 250 W
dc-Spannung an der unteren Elektrode: 330 V
In einem alternativen Verfahren wird mit folgenden Verfah
rensparametern geätzt:
100 SCCM SiCl4
24 SCCM Cl2
80 SCCM He
Druck: 0,16 mbar
Elektrodenabstand: 50 mm
Elektrodendurchmesser: 240 mm
Temperatur der unteren Elektrode: 35°C
Temperatur der oberen Elektrode: 60°C
Temperatur des Vakuumrezipienten: 50°C
HF-Leistung (13,56 MHz): 300 W
dc-Spannung an der unteren Elektrode: 360 V
100 SCCM SiCl4
24 SCCM Cl2
80 SCCM He
Druck: 0,16 mbar
Elektrodenabstand: 50 mm
Elektrodendurchmesser: 240 mm
Temperatur der unteren Elektrode: 35°C
Temperatur der oberen Elektrode: 60°C
Temperatur des Vakuumrezipienten: 50°C
HF-Leistung (13,56 MHz): 300 W
dc-Spannung an der unteren Elektrode: 360 V
Mit der Erfindung werden folgende Vorteile erzielt:
Die gestellten Aufgaben werden gelöst und die geschil
derten Nachteile des Standes der Technik werden vermie
den. Beide Schichten, die Al-Legierungsschicht und die
TiW-Schicht, werden in einer Prozeßkammer geätzt und zwar
in einem weitgehend einheitlichen chemischen Verfahren.
Es wird eine hohe und gleichmäßige Anisotropie beim Ätzen
der beiden Schichten erreicht. Die Selektivität zur Foto
lackmaske und zur Isolierschicht wird erhöht.
Der Ätzprozeß wird dann beendet, wenn die Isolierschicht
erreicht wird. Die Isolierschicht wird also weitgehend
geschont.
Das gesamte Ätzverfahren und der apparative Aufwand für
seine Durchführung sind kostengünstiger als bei ver
gleichbaren Verfahren und Vorrichtungen des Standes der
Technik.
Einzelheiten der Erfindung, der Aufgabenstellung und der
Vorteile sind der folgenden Beschreibung von Ausführungs
beispielen der Erfindung zu entnehmen.
Diese Ausführungsbeispiele werden anhand von vier Figuren
erläutert. Hierbei dienen die Fig. 1 und 2 zur Be
schreibung der beim Stand der Technik auftretenden Nach
teile hinsichtlich
der Anisotropie, Selektivität und des Überätzens, während
Fig. 4 eine schematische Darstellung des Schichtsystems
ist, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt
wurde.
Fig. 1 zeigt ein Schichtsystem in ungeätztem Zustand.
Fig. 2 zeigt das Schichtsystem nach Fig. 1 in geätztem
Zustand.
Fig. 3 zeigt eine Vorrichtung zur Durchführung der
erfindungsgemäßen Verfahren.
Fig. 4 zeigt ein nach den erfindungsgemäßen Verfahren
hergestelltes Schichtsystem.
Anhand der Fig. 1 und 2 soll die Problematik der
Anisotropie, Selektivität und des Überätzens beschrieben
werden. Aus Vereinfachungsgründen wird in den Fig.
1 und 2 lediglich eine zu ätzende Schicht 11 dargestellt.
Die Erfindung befasst sich hingegen, wie weiter unten
erläutert werden wird, mit einer Doppelschicht (oder
auch Dreifach- oder Mehrfachschicht), bestehend aus einer
Schicht aus einer AlCu-Legierung 42 (obenliegende Schicht)
und einer Schicht aus einer TiW-Legierung 43 (untenliegen
de Schicht), siehe hierzu Fig. 4.
Die gewünschte, spätere Struktur der zu ätzenden Schicht
11 wird durch eine Lackmaske 4, üblicherweise bestehend
aus einem Fotolack, definiert.
Das heißt, die zu erhaltenden Bereiche 9, 10 der Schicht
11 sind vom Fotolack 4 abgedeckt, während die durch die
Ätzung zu entfernenden vom Fotolack frei sind. Das zu
entfernende Material trägt die Bezugsziffer 12, es wird
durch die Seitenwände 41 begrenzt.
In der Regel soll die Form exakt in der zu strukturieren
den Schicht 11 reproduziert werden, was erfordert, daß
der Ätzprozess nur in den nicht an der Lackmaske abge
deckten Bereichen 12 der Schicht (Fig. 1), nicht aber
unterhalb der Lackmaske (Fig. 2) stattfindet.
In Fig. 2 sind die Bereiche unterhalb der Lackmaske
mit 1, 2 bezeichnet.
Besonders kritisch ist die sogenannte "Überätzphase",
in der die zu strukturierende Schicht durchbrochen und
größtenteils entfernt ist (siehe Fig. 2). Hierbei liegt
ein Teil des Isoliermaterials, beziehungsweise Isolations
schicht, siehe 3 in Fig. 2, frei und ist somit dem
Ätzprozess ausgesetzt. Verlangt wird in der Regel, daß
die Isolationsschicht 3 möglichst wenig angegriffen wird.
Das heißt, der Ätzprozess muß möglichst selektiv sein,
und zwar in Hinsicht auf die Lackmaske 4 und die Isola
tionsschicht 3. Das Isoliermaterial kann beispielsweise
SiO2 sein.
Wie beschrieben, ist in den Fig. 1 und 2 die Maske
mit 4 bezeichnet. 5 ist eine Ausnehmung in der Maske.
Mit den Pfeilen 6 ist die vertikale Ätzrichtung bezeich
net. Die Pfeile 7 stellen die lateralen Ätzrichtungen
dar.
Der Prozess kann vorteilhafterweise in jedem RIE-Reaktor
durchgeführt werden. Hierunter werden Reaktoren zur
Erzeugung von Plasma verstanden, bei denen die zu ätzenden
Substrate, üblicherweise Halbleiterscheiben, in elek
trischem Kontakt mit einer Elektrode stehen. Diese Elek
trode wird mit einer hochfrequenten Spannung beaufschlagt.
Mit der Hochfrequenzspannung wird das Plasma erzeugt.
Der an Hochfrequenzspannung liegenden Elektrode 15 liegt
eine geerdete Elektrode 16 gegenüber. Die Fläche der
geerdeten Elektrode ist deutlich größer als die Fläche
der an der Hochfrequenzspannung liegenden Elektrode.
Da die obere Elektrode 16 und der Rezipient 8 geerdet
sind, bilden elektrisch gesehen die Innenwand des
Rezipienten und die obere Elektrode eine gemeinsame
wirksame obere Elektrodenfläche. In diesem Sinne ist
der oben wiedergegebene Satz, daß die Fläche der geerdeten
Elektrode deutlich größer als die Fläche der an Hochfre
quenzspannung liegenden Elektrode ist, zu verstehen.
Eine bevorzugte Reaktoranordnung ist in Fig. 3 darge
stellt und wird im folgenden erläutert.
Ein Vakuumrezipient 8, der über die Leitung 37 geerdet
ist, mit einer Abpumpöffnung 13 und einem UV-durchlässigen
Schauglas 14 ist mit einer unteren Elektrode 15 und mit
einer oberen Elektrode 16 ausgestattet, die beide
scheibenförmig ausgebildet sind. Der Pfeil 21 bezeichnet
die abströmenden Abgase.
Die Elektroden stehen sich planparallel gegenüber. Beide
Elektroden sind gegenüber dem Vakuumrezipienten 8 elek
trisch isoliert. Beide Elektroden können
mit Hilfe durch sie hindurchströmender Flüssigkeiten
temperiert werden.
Hierzu ist die obere Elektrode mit einem Zulauf 17 für
die die Temperatur einstellende Flüssigkeit und mit einem
Ablauf 18 für diese Flüssigkeit versehen. Die Pfeile
19 und 20 bezeichnen die zuströmende, beziehungsweise
abströmende Flüssigkeit.
Die untere Elektrode weist ebenfalls einen Zulauf 22
und einen Ablauf 23 für eine die Temperatur einstellende
Flüssigkeit auf. Die einströmende Flüssigkeit wird durch
den Pfeil 24 bezeichnet, die abströmende Flüssigkeit
durch den Pfeil 25. Die untere Elektrode 15 steht in
Kontakt mit dem zu ätzenden Substrat 26 und wird während
des Ätzprozesses mit einer Hochfrequenzspannung gespeist.
Die Zuleitung für die Hochfrequenzspannung ist mit 27
bezeichnet.
Die obere Elektrode 16 ist in der Regel geerdet. Die
Erdungsleitung trägt die Bezugsziffer 28.
Die obere Elektrode kann in einem weiteren Ausführungs
beispiel ebenfalls mit einer Hochfrequenzspannung gespeist
werden.
Das Prozessgasgemisch wird durch eine Bohrung 29 entspre
chend dem Pfeil 30 in die obere Elektrode hineingeführt
und durch eine Anzahl von Öffnungen, insbesondere in
Form einer Gasdusche, an der dem Substrat zugewandten
Seite der Elektrode in den Reaktionsraum 31 hineinge
lassen. Die Öffnungen der Gasdusche, die in ihrer Gesamt
heit mit 32 bezeichnet ist,
sind schematisch durch Pfeile dargestellt. Eine dieser
Öffnungen, beziehungsweise Pfeile, trägt die Bezugsziffer
33.
Der Abstand 34 zwischen der oberen und unteren Elektrode
kann durch Verschieben der oberen Elektrode 16 innerhalb
der Schiebedurchführung 35 auf einen vorbestimmten Wert
eingestellt werden.
Zur Prozessüberwachung ist die Anordnung mit einem
Detektor 36 ausgerüstet, der die Intensität des von einem
optischen Linienfilters 38 transmittierten Lichts über
die Prozessdauer hinweg vermißt. Das Messgerät ist mit
40 bezeichnet.
Mit einem Voltmeter 39 kann das negative Gleichspannungs
potential, das sich bei brennendem Plasma an der unteren
Elektrode 15 von selbst einstellt und die angelegte Hoch
frequenzspannung überlagert, gemessen werden. Die untere
Elektrode 15 weist also gegenüber dem Plasma eine negative
Vorspannung auf (DC-Bias).
Für die Qualität der Ätzung ist die Zusammensetzung des
Gasgemisches von entscheidender Bedeutung.
Erfindungsgemäß werden im vorliegenden Ausführungsbeispiel
Ätzgase eingesetzt, die die Komponenten Cl2 und SiCl4
umfassen. Gegebenenfalls können He oder N2 zugesetzt
werden.
In Fig. 4 ist die Maske aus Fotolack mit 44 bezeichnet.
Von oben nach unten gesehen, folgt der Maske eine
AlCu-Legierungsschicht. Es kann sich alternativ auch
um eine AlSiCu-Legierungsschicht handeln. Es ist weiterhin
möglich, eine Schicht bestehend aus einer AlCu-Legierung
und einer AlSiCu-Legierung einzusetzen. Diese obenliegende
Schicht trägt, wie dargelegt, die Bezugsziffer 42.
In vertikaler Richtung von oben nach unten gesehen folgt
die untenliegende Schicht 43. Sie besteht aus TiW.
Darunter liegt die Isolationsschicht 45, in vielen Fällen
bestehend aus SiO2, vorzugsweise thermischem SiO2.
Weiter in Richtung von oben nach unten gesehen, kann
sich eine weitere Schicht (nicht dargestellt), vorzugswei
se aus Si bestehend, anschließen.
Halbleitersubstrate mit dem Schichtaufbau nach Fig.
4 werden in einer Vorrichtung, wie sie anhand von Fig.
3 in ihrem Aufbau und in ihrer Wirkungsweise beschrieben
wurden, geätzt. Dabei werden die Substrate einem Plasma
ausgesetzt, das die Gasgemischkomponenten Cl2 und SiCl4
aufweist. Das Gasgemisch kann zusätzlich He oder N2
aufweisen.
Analog zu dem im Zusammenhang mit den Fig. 1 und 2
gesagten, ist beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4
in der Maske 44 eine Ausnehmung 46 vorgesehen. Mit 47
und 48 sind die in die Schicht 42, beziehungsweise 43,
zu ätzenden Gräben bezeichnet.
Die Schichten 42 und 43 bilden eine Doppelschicht. Sie
sind nach der Ätzung die elektronischen Funktionsschichten
oder Verdrahtungsschichten.
Das Schichtsystem nach Fig. 4 ist als Anschauungs- und
Erläuterungsmodell zu verstehen. In der Praxis gibt es
eine Vielzahl von eingesetzten Schichtsystemen, die von
diesem Modell abweichen.
Im folgenden sollen die Verfahren anhand zweier Ausfüh
rungsbeispiele ergänzend erläutert werden:
Eine Siliziumscheibe von 100 mm Durchmesser mit einem
Schichtaufbau nach Fig. 4, bestehend aus
- - einer gehärteten Fotolackmaske, Bezugsziffer 44, (das Material der Fotolackmaske entspricht dem Produkt der Firma Kalle mit der Produktbezeichnung AZ 1350 J) mit einer Schichtdicke von 2 MY-Meter,
- - einer Schicht, Bezugsziffer 42, von 1 MY-Meter Dicke, welche aus AlCu (2%) besteht, d. h. Cu-Anteil 2%, Rest Al,
- - einer Schicht, Bezugsziffer 43, von 0,2 MY-Meter Dicke, welche aus Ti (6%) W besteht, d. h. Ti-Anteil 6%, Rest W,
- - unterliegende Schicht, Bezugsziffer 45, welche aus thermisch erzeugtem SiO2 besteht,
wird in einer Vorrichtung nach
Fig.
3 mit folgenden
Verfahrensparametern geätzt:
100 SCCM SiCl4
100 SCCM SiCl4
25 SCCM Cl2
60 SCCM BCl3
80 SCCM He
Druck: 0,1 mbar
Elektrodenabstand: 50 mm
Elektrodendurchmesser: 240 mm
Temperatur der unteren Elektrode, Pos.
Druck: 0,1 mbar
Elektrodenabstand: 50 mm
Elektrodendurchmesser: 240 mm
Temperatur der unteren Elektrode, Pos.
15
: 25°C
Temperatur der oberen Elektrode, Pos.
Temperatur der oberen Elektrode, Pos.
16
: 60°C
Temperatur des Vakuumrezipienten, Pos.
Temperatur des Vakuumrezipienten, Pos.
8
: 60°C
HF-Leistung (13,56 MHz): 250 W
dc-Spannung an der unteren Elektrode
HF-Leistung (13,56 MHz): 250 W
dc-Spannung an der unteren Elektrode
15
: 330 V
Ätzdauer: 5 Minuten, 40 Sekunden
Ätzrate AlCu: 320 nm/min
Ätzrate TiW: 80 nm/min
Selektivität zur Fotolackmaske: 2,5
Selektivität zu SiO2
Ätzrate AlCu: 320 nm/min
Ätzrate TiW: 80 nm/min
Selektivität zur Fotolackmaske: 2,5
Selektivität zu SiO2
: 7
Profil: 90°
Ätzrateninhomogenität über die 100 mm-Scheibe: +/- 5%
Profil: 90°
Ätzrateninhomogenität über die 100 mm-Scheibe: +/- 5%
Die für das erste Beispiel präparierte Scheibe wurde
in der gleichen Vorrichtung mit folgenden Parametern
geätzt:
100 SCCM SiCl4
24 SCCM Cl2
80 SCCM He
Druck: 0,16 mbar
Elektrodenabstand: 50 mm
Elektrodendurchmesser: 240 mm
Temperatur der unteren Elektrode (15): 35°C
Temperatur der oberen Elektrode (16): 60°C
Temperatur des Vakuumrezipienten (8): 50°C
HF-Leistung (13,56 MHz): 300 W
dc-Spannung an der unteren Elektrode: 360 V
100 SCCM SiCl4
24 SCCM Cl2
80 SCCM He
Druck: 0,16 mbar
Elektrodenabstand: 50 mm
Elektrodendurchmesser: 240 mm
Temperatur der unteren Elektrode (15): 35°C
Temperatur der oberen Elektrode (16): 60°C
Temperatur des Vakuumrezipienten (8): 50°C
HF-Leistung (13,56 MHz): 300 W
dc-Spannung an der unteren Elektrode: 360 V
Ätzdauer: 4,5 min, dabei Ätzrate AlCu: 500 nm/min
Ti (6%): 100 nm/min
Selektivität zur Fotolackmaske: 2,5
Selektivität zum SiO2
Ti (6%): 100 nm/min
Selektivität zur Fotolackmaske: 2,5
Selektivität zum SiO2
: 7,5
Profil: 90°
Ätzrateninhomogenität: +/- 5%
Profil: 90°
Ätzrateninhomogenität: +/- 5%
Einer der wesentlichen Vorteile der Erfindung ist der
überraschende Effekt, daß mit einem Ätzgasgemisch aus
Cl2 und SiCl4 das Ätzen der Gräben 47 und 48 ohne Wechsel
des Reaktorprinzips durchgeführt werden kann, wobei eine
hohe Selektivität zur Isolationsschicht 45 und zur Maske
44 erreicht wird. Hinzu kommt der Vorteil einer hohen
Anisotropie innerhalb der Doppelschicht 42, 43.
1
Bereich
2
Bereich
3
Isoliermaterial, Isolationsschicht
4
Lackmaske, Fotolack
5
Ausnehmung
6
Pfeil, vertikale Richtung
7
Pfeil, laterale Richtung
8
Vakuumrezipient
9
zu erhaltender Bereich der Schicht
10
zu erhaltender Bereich der Schicht.
11
zu ätzende Schicht, zu struktuierende Schicht
12
Graben, zu entfernendes Material, Bereich
13
Abpumpöffnung
14
Schauglas
15
untere Elektrode
16
obere Elektrode
17
Zulauf
18
Ablauf
19
Pfeil
20
Pfeil
21
Pfeil
22
Zulauf
23
Ablauf
24
Pfeil
25
Pfeil
26
Substrat
27
Zuleitung
28
Leitung
29
Bohrung
30
Pfeil
31
Reaktionsraum
32
Gasdusche
33
Öffnung, Pfeil
34
Abstand
35
Schiebedurchführung
36
Detektor
37
Leitung
38
Linienfilter
39
Voltmesser
40
Meßgerät
41
Seitenwand
42
Schicht
43
Schicht
44
Maske
45
Isolationsschicht
46
Ausnehmung
47
Graben
48
Graben
Claims (10)
1. Verfahren zur Behandlung von Werkstücken, beispiels
weise von flachen Werkstücken in Form von Substraten,
vorzugsweise von Halbleitersubstraten, durch reaktives
Ionenätzen unter Verwendung einer Lackmaske oder ande
ren Mitteln zur Abdeckung von Substraten, von Schichten
aus Al-Legierungen und TiW, dadurch gekennzeichnet, daß
ein Schichtsystem, bestehend aus mindestens einer Al-
Legierungsschicht und mindestens einer TiW-Schicht, das
auf einer vorzugsweise aus thermischem SiO2 bestehenden
Isolationsschicht angebracht ist, mit Ätzgasen auf Cl-
Basis einstufig geätzt wird, die folgende Komponenten
aufweisen: Cl2, SiCl4.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
ein Schichtsystem, bestehend aus einer ersten TiW-
Schicht, einer folgenden Al-Legierungssschicht und ei
ner zweiten TiW-Schicht, das auf einer vorzugsweise aus
thermischem SiO2 bestehenden Isolationsschicht ange
bracht ist, geätzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
eine obenliegende Al-Legierungssschicht und eine unter
liegende TiW-Schicht, die auf einer vorzugsweise aus
thermischem SiO2 bestehenden Isolationsschicht ange
bracht sind, geätzt werden.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ätzgase auf
Cl-Basis folgende Komponenten aufweisen: Cl2, BCl3,
SiCl4, He.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ätzgase auf
Cl-Basis folgende Komponenten aufweisen: Cl2, SiCl4, He.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die obenliegende
Schicht aus einer AlCu-Legierung besteht.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die obenliegende
Schicht aus einer AlSiCu-Legierung besteht, wobei die
Anteile der Legierung wie folgt aufgeteilt sind: Si 1%,
Cu 2%, Al Rest.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die obenliegende
Schicht aus AlCu-Legierung und einer AlSiCu-Legierung
besteht.
9. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
eine Siliziumscheibe mit folgendem Schichtaufbau
100 SCCM SiCl4
25 SCCM Cl2
60 SCCM BCl3
80 SCCM He
Druck: 0,1 mbar
Elektrodenabstand: 50 mm
Elektrodendurchmesser: 240 mm
Temperatur der unteren Elektrode (15): 25°C
Temperatur der oberen Elektrode (16): 60°C
Temperatur des Vakuumrezipienten (8): 60°C
HF-Leistung (13,56 MHz): 250 W
dc-Spannung an der unteren Elektrode (15): 330 V
- 1. - einer gehärteten Fotolackmaske (44) mit einer Schichtdicke von 2 µm,
- 2. - einer Schicht (42) von 1 µm Dicke, welche aus AlCu (2%) besteht, d. h. Cu-Anteil 2%, Rest Al,
- 3. - einer Schicht (43) von 0,2 µm Dicke, welche aus Ti (6%) W besteht, d. h. Ti-Anteil 6%, Rest W,
- 4. - unterliegende Schicht (45), welche aus thermisch er zeugtem SiO2 besteht,
100 SCCM SiCl4
25 SCCM Cl2
60 SCCM BCl3
80 SCCM He
Druck: 0,1 mbar
Elektrodenabstand: 50 mm
Elektrodendurchmesser: 240 mm
Temperatur der unteren Elektrode (15): 25°C
Temperatur der oberen Elektrode (16): 60°C
Temperatur des Vakuumrezipienten (8): 60°C
HF-Leistung (13,56 MHz): 250 W
dc-Spannung an der unteren Elektrode (15): 330 V
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß
mit folgenden Verfahrensparametern geätzt wird:
100 SCCM SiCl4
24 SCCM Cl2
80 SCCM He
Druck: 0,16 mbar
Elektrodenabstand: 50 mm
Elektrodendurchmesser: 240 mm
Temperatur der unteren Elektrode (15): 35°C
Temperatur der oberen Elektrode (16): 60°C
Temperatur des Vakuumrezipienten (8): 50°C
HF-Leistung (13,56 MHz): 300 W
dc-Spannung an der unteren Elektrode (15): 360 V
100 SCCM SiCl4
24 SCCM Cl2
80 SCCM He
Druck: 0,16 mbar
Elektrodenabstand: 50 mm
Elektrodendurchmesser: 240 mm
Temperatur der unteren Elektrode (15): 35°C
Temperatur der oberen Elektrode (16): 60°C
Temperatur des Vakuumrezipienten (8): 50°C
HF-Leistung (13,56 MHz): 300 W
dc-Spannung an der unteren Elektrode (15): 360 V
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19893940820 DE3940820C2 (de) | 1989-12-11 | 1989-12-11 | Verfahren zur Behandlung von Werkstücken durch reaktives Ionenätzen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19893940820 DE3940820C2 (de) | 1989-12-11 | 1989-12-11 | Verfahren zur Behandlung von Werkstücken durch reaktives Ionenätzen |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3940820A1 DE3940820A1 (de) | 1991-06-13 |
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DE19893940820 Expired - Fee Related DE3940820C2 (de) | 1989-12-11 | 1989-12-11 | Verfahren zur Behandlung von Werkstücken durch reaktives Ionenätzen |
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DE (1) | DE3940820C2 (de) |
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