NL193618C - Werkwijze voor het verhinderen van corrosie na etsen van een film van aluminium of aluminiumlegering. - Google Patents

Description

4* 1 193618 , Werkwijze voor het verhinderen van corrosie na etsen van een film van aluminium of aluminium- legering - De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het verhinderen van corrosie na etsen van een film 5 van aluminium of aluminiumlegering, welke film geëtst is in een reactiekamer waarin zich een gechloreerd plasma bevindt, waarna een passiveringsstap wordt uitgevoerd met een gefluoreerd plasma.

Een dergelijke werkwijze is bekend uit een artikel van T.Y. Fok in ’’The Electrochemical Society”, vol. 80-1, blz. 301-303 (1980), getiteld "Plasma etching of aluminium films using CC14". Volgens de in dit artikel voorgestelde werkwijze wordt een film na te zijn geëtst in gechloreerd plasma blootgesteld aan een 10 plasma gevormd uit een gefluoreerd gas en daarna gespoeld in rokend salpeterzuur. De eerste stap waarbij de geëtste film wordt blootgesteld aan gefluoreerd plasma wordt aangeduid met een tijdelijke passivering.

De gevormde tijdelijke passiveringslaag wordt bij spoeling met rokend salpeterzuur omgezet in een effectieve, blijvende passiveringslaag.

Het is gebleken dat de bekende werkwijzen voor het verhinderen van corrosie van een film van 15 aluminium of van een aluminiumlegering, na etsen met een gechloreerd plasma, niet afdoende zijn. Het is daarom een doel van de uitvinding om een verbetering op de bekende werkwijzen te verschaffen.

Verrassenderwijs is thans gevonden dat corrosie van een film van aluminium of van een aluminiumlegering na etsen met een gechloreerd plasma, beter kan worden voorkomen wanneer het gechloreerde plasma geheel verwijderd is voordat een gefluoreerd plasma wordt binnengeleid voor het uitvoeren van een 20 passiveringsstap. De bekende uitvoering, waarbij het gechloreerde plasma geleidelijk wordt vervangen door een passiveringsplasma, geeft een zodanige vermenging van beide plasma’s, dat er chloorverbindingen aanwezig blijven tijdens de passiveringsstap, waardoor corrosie minder goed verhinderd wordt.

De uitvinding betref derhalfve een werkwijze van het in de aanhef vermelde type welke wordt gekenmerkt doordat 25 a. het gechloreerde plasma uit de reactiekamer wordt verwijderd; b. gefluoreerd gas in de kamer wordt geleid, terwijl in de reactiekamer een vacuüm in stand wordt gehouden; c. een geschikt RF vermogen op de kamer wordt aangelegd om een gefluoreerd plasma voor het passiveren van de geëtste aluminiumfilm te creëren.

30 Ten aanzien van het optreden van corrosie na etsen van een film van aluminium of aluminiumlegering kan nog het volgende worden opgemerkt.

Volgens een typerende werkwijze voor het vervaardigen van een halfgeleider voorwerp, wordt een dunne aluminiumfilm afgezet op een siliciumdioxidelaag, welke gevormd is over een siliciumwafelsubstraat. De aluminiumfilm wordt van een fotoresistmasker voorzien en vervolgens in een gechloreerd plasma geëtst, 35 teneinde een elektrode of geleiderpatroon te vormen.

Op deze wijze geëtste aluminiumfilms lijden aan een verlies van beeldkwaliteit als gevolg van micro-corrossie van de film, die binnen een korte tijdsperiode na het blootstellen van de film aan lucht optreedt.

Men denkt dat er twee mechanismen zijn volgens welke dergelijke micro-corrossie optreedt. Volgens één mechanisme werd chloor geabsorbeerd door het fotoresistmasker gedurende het etsprocédé en worden 40 chloorverbindingen gevormd. Deze verbindingen geven bij contact met vochtige lucht, vrij waterstofchloride af, dat vervolgens de door het esten blootgelegde aluminiumoppervlakken aantast.

Volgens een tweede en misschien schadelijker mechanisme, reageren in het vacuüm van het etsprocédé gevormde aluminiumchloride met in de lucht aanwezige vocht onder vorming van waterstofchloride, dat de achtergebleven aluminiumfilm aantast.

45 Micro-corrosie van de aluminiumfilm door de bovenbeschreven mechanismen leidt tot discontinuïteiten in het geleiderpatroon en heeft derhalve een nadelige invloed op de productopbrengst.

In het verleden gedane pogingen om het bovenbeschreven probleem op te lossen hebben niet volledig succes opgeleverd. Volgens een zo'n als remedie voorgestelde methode wordt de gehele halfgeleiderwafel onmiddellijk na het etsen in gechloreerd plasma in water afgeschrokken. Het doel van die methode is om 50 het vrije waterstofchloride in voldoende mate te verdunnen om corrosie te verhinderen. Deze methode is onbevredigend omdat slechts extreem korte perioden van blootstelling aan lucht vereist zijn om corrosie van de aluminiumfilm te induceren. Het is derhalve praktisch onmogelijk om de in plasma geëtste wafel uit het vacuüm van de etskamer naar een geschikt waterbad te verwijderen in een voldoende korte tijdsperiode om corrosie te verhinderen.

55 Volgens een tweede procedure voor het oplossen van genoemd probleem, wordt de fotoresistlaag van de aluminiumfilm verwijderd nadat het etsen in plasma voltooid is en voordat de wafel uit de etskamer wordt verwijderd. Het doel van die methode is om geabsorbeerd chloor en chloorverbindingen te verwijderen en «*·_ 193618 2 aldus de vorming van vrij waterstofchloride te verhinderen. Niet alleen is deze methode slechts een * gedeeltelijke oplossing voor het probleem omdat de vorming van waterstofchloride door reacties van aluminiumchloride voortschrijdt, maar met deze werkwijze wordt ook het oppervlak van de aluminiumfilm blootgelegd. Door blootlegging van de aluminiumfilm wordt gebruik van bepaalde daaropvolgende 5 verwerkingstrappen uitgesloten. Zo zouden natte chemische etsprocedures, die na het in plasma-etsen worden gebruikt, bijvoorbeeld niet langer gebruikt kunnen worden.

Volgens weer een andere methode, welke beschreven is in het Amerikaanse octrooischrift 4.073.669, wordt tot aan 15 vol.% ammoniak opgenomen in het gechloreerde plasma, dat in het etsprocédé wordt gebruikt. De ammoniak verhindert de vorming van waterstofchloride door met in de etsatmosfeer aanwezig 10 vrij chloor te combineren.

Volgens de uitvinding wordt het in gechloreerd plasma etsen van aluminiumfilm onmiddellijk gevolgd door het blootstellen van de geëtste aluminiumfilm aan een gefluoreerd passiveringsplasma, voordat hij aan de lucht wordt blootgesteld. Blootstelling van de geëtste aluminiumfilm aan een gefluoreerd plasma verhindert corrosie na het etsen.

15 Toepassing van de uitvinding op het in plasma etsen van films van aluminium of aluminiumlegering heeft verschillende belangrijke voordelen ten opzichte van de bovenbeschreven bekende methoden. De passiveringstrap kan bijvoorbeeld gemakkelijk worden opgenomen in het automatische processchema van de apparatuur voor het etsen in plasma en betekent derhalve geen vergroting van de ingewikkeldheid van het proces. Ook wordt door het gebruik van een gefluoreerd passiveringsplasma de noodzaak voor 20 verwijdering van fotoresist van het halfgeleider voorwerp geëlimineerd. Hierdoor wordt de totale verwerkingstijd voor de wafel aanzienlijk verminderd. Omdat de fotoresist niet wordt verwijderd, staat dit proces bovendien toe, dat daarna de gewenste of vereiste natte chemische etsing wordt uitgevoerd. Verder dient het gefluoreerde plasma het tweeledige doel van niet alleen passivering van het aluminium, maar ook verwijdering van silicium dat bij het etsen van aluminiumsiliciumlegeringen achtergebleven kan zijn. Weer 25 een ander voordeel is dat door eliminatie van de mogelijkheid van corrosie na het etsen, geen verdere voorzorgen getroffen behoeven te worden na het etsen om beeldkwaliteit te verzekeren.

Een typerende trap in de vervaardiging van halfgeleidervoorwerpen is de vorming van een geleider-patroon door een dunne laag van aluminium of aluminiumlegering welke een daaronder gelegen laag van het halfgeleidervoorwerp bedekt, te etsen. De onderliggende laag kan siliciumdioxide of siliciumnitride zijn.

30 Het uit de aluminiumfilm te etsen geleiderpatroon wordt gedefinieerd door een fotoresistmaskerlaag welke zodanig over de aluminiumfilm is gevormd, dat slechts niet door de fotoresist gemaskeerde gebieden geëtst zullen worden. Voor bevredigende resultaten is vereist dat de etsing voorts reikt tot het grensvlak tussen de aluminiumlaag en de daaronder gelegen laag zonder dat de aluminiumlaag te zeer wordt ondersneden.

Etsen in gechloreerd plasma leidt tot dit resultaat.

35 In een conventioneel aluminiumetsingsproces wordt een geschikt gechloreerd etsgas zoals koolstoftetra-chloride geïntroduceerd in een reactiekamer welke het halfgeleidervoorwerp bevat. De reactiekamer wordt op een gewenste lage druk gehouden met behulp van een mechanische vacuümpomp, welke de kamer evacueert. Een gechloreerd plasma wordt in de reactiekamer gecreëerd door RF vermogen op in de kamer gemonteerde elektroden aan te leggen. Vermogens van 10-500 W zijn typerend. Het etsen van de 40 aluminiumfilm door het gechloreerde plasma begint wanneer het RF-vermogen wordt aangelegd.

Volgens de uitvinding wordt het gechloreerde plasma onmiddellijk na het in gechloreerd plasma etsen van de aluminiumfilm uit de reactiekamer verwijderd en wordt een gefluoreerd gas in de kamer geleid.

Geschikte RF-vermogens worden aangelegd om een gefluoreerd passiveringsplasma te creëren. Tussen de etstrap en de blootstelling van het halfgeleidervoorwerp aan het gefluoreerde passiveringsplasma wordt het 45 vacuüm niet gebroken.

Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding is het gefluoreerde gas, dat na het in gechloreerd plasma etsen in de reactiekamer wordt geleid, zwavelhexafluoride, SF6. Het SF6 wordt ingeleid om een druk van ongeveer 26,7 Pa (200 millitor) te verkrijgen. De reactorkamer wordt op kamertemperatuur, d.w.z. ongeveer 20°C gehouden. De RF-stroomsterkte is ongeveer 0,5 A. Uit proeven is gebleken, dat 50 blootstelling van de aluminiumfilm aan het gefluoreerde plasma gedurende ongeveer 1,5 minuten bevredigende resultaten geeft. Deze tijdsperiode beperkt echter op geen enkele wijze de uitvinding, die kan worden uitgevoerd met blootstellingstijden van zowel langer als korter dan 1,5 minuten.

VOORBEELD

55 In een laboratoriumproef werden vier proefmonsters onderzocht. Deze monsters bevatten een 800 nm dikke aluminiumsiliciumlegering (1,5% silicium) welke door sputteren was afgezet op een laag siliciumdioxide.

Secties van deze monsters werden van een fotoresistmasker met een dikte van 1500 nm voorzien. Het

Claims (2)

3 193618 0 t * proefpatroon bestond uit 3,9 pm brede lijnen. Elke van deze monsters werd afzonderlijk in een gasplasma dat koolstoftetrachloride, chloorgas in stikstof bevatte, geëtst gedurenden een voldoende tijdsperiode om de niet-gemaskerde aiuminiumsiliciumfilm te verwijderen. De na het etsen uitgevoerde verwerkingstrappen ' waren voor elk van de vier monsters verschillend zoals in de tabel is aangegeven. 5 TABEL Geval Na het in plasma etsen uitgevoerde trappen 10. Blootgesteld aan lucht (geen plasma na het etsen) • B Blootgesteld gedurende 1,5 minuten aan een gefluoreerd passiveringsplasma C Blootgesteld gedurende 5,0 minuten aan een gefluoreerd passiveringsplasma D Blootgesteld gedurende 5,0 minuten aan een stikstofplasma 15 Alle monsters werden gedurende 20 uur na voltooiing van de bovengenoemde trappen aan lucht blootgesteld. Vervolgens werden visuele waarnemingen verricht met behulp van een optische microscoop met hoog vermogen. Monsters van de gevallen A en D lieten zien dat de micro-corrosie had plaatsgevonden en dat het probleem niet opgelost was door blootstelling na het etsen aan het niet-reactieve stikstofplasma (geval 20 D). Monsters van B en C, d.w.z. de aan het gefluoreerde plasma blootgestelde monsters, vertoonden geen tekenen van micro-corrosie. Een daaropvolgende verwijdering van de fotoresist van de monsters B en C liet zien dat de beeldkwaliteit van de 3,0 pm brede aluminiumsiliciumlijnen behouden was gebleven. 25 Conclusies

1. Werkwijze voor het verhinderen van corrosie na etsen van een film van aluminium of aluminiumlegering, welke film geëtst is in een reactiekamer waarin zich een gechloreerd plasma bevindt, waarna een passive-ringsstap wordt uitgevoerd met een gefluoreerd plasma, met het kenmerk, dat 30 a. het gechloreerde plasma uit de reactiekamer wordt verwijderd; b. gefluoreerd gas in de kamer wordt geleid, terwijl in de reactiekamer een vacuüm in stand wordt gehouden; c. een geschikt RF vermogen op de kamer wordt aangelegd om een gefluoreerd plasma voor het passiveren van de geëtste aluminiumfilm te creëren.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het gefluoreerde gas zwavelhexafluoride omvat.