SE517275C2 - Sätt vid våtetsning av ett substrat - Google Patents

Description

25 30 35 517 275 2 Vid våta etsmetoder, och även vid vissa torra ets- metoder, såsom plasmaetsning, har de materialupplösande ytreaktionerna, som är avsedda att enbart ske på de fri- lagda partierna av substratet, också en viss tendens att ske i periferin av de frilagda partierna, och även under etsskyddsskiktet, och därmed ge upphov till s k underets- ning. Denna underetsning begränsar möjligheterna att framställa smala och djupa strukturer, t ex för att pla- cera ledare nära varandra. En ökad varaktighet av etsför- loppet ger visserligen ett ökat djup hos de etsade struk- turerna, men leder samtidigt också till en ökad tendens till underetsning.

US-A-4 877 480 beskriver ett förfarande för etsning av ett substrat genom avverkning medelst laserljus. För kylning av substratet under bestràlningen är detta ned- sänkt i en vätska med en etsande förmåga som aktiveras genom bestràlningen. Under etsförloppet bistàs således laserljusets avverkande etsverkan av vätskans material- upplösande etsverkan. Enligt uppgift möjliggörs etsning av mindre strukturer än normalt.

US-A-5 279 702 beskriver en teknik för kemisk våt- etsning av ett substrat. Substratet, som är belagt med ett mönstrat resistskikt, är nedsänkt i en spontant etsande etsvätska. Denna etsvätska innehåller ett passi- verande ämne som spontant bildar en etsskyddande förening på de frilagda partierna av substratet, varigenom dessa blir oreaktiva gentemot etsmedlet. Genom bestrålning av substratet vinkelrätt mot dess yta avlägsnas den ets- skyddande föreningen i bestràlningens riktning, så att etsningen kan fortgå i frilagda partier av substratet.

Den etsskyddande föreningen förhindrar dock fortsatt ets- ning vid de frilagda partiernas periferi, som skyddas från bestrålning av det ovanpåliggande etsskyddsskiktet.

Under etsförloppet bildas således en barriär på den etsande strukturens sidoväggar, varigenom underetsning minimeras. 10 15 20 25 30 35 517 275 3 En begränsning med ovanstående tekniker är att substratet måste bestrålas under hela etsförloppet för att möjliggöra etsning. Sådan bestrålning kan i många fall vara svår att åstadkomma.

Sammanfattning av uppfinningen Mot bakgrund härav har uppfinningen till ändamål att åstadkomma ett förbättrat sätt vid våtetsning, vilket undanröjer ovanstående nackdelar hos känd teknik.

Dessa och andra ändamål, som kommer att framgå av efterföljande beskrivning, har nu uppnåtts genom ett sätt av det slag som definieras i det efterföljande, själv- ständiga patentkravet 1. Föredragna utföringsformer defi- nieras i de osjälvständiga patentkraven.

Det uppfinningsenliga sättet baserar sig på insikten att ett passiverande ämne, som under etsningen bildar en etsskyddande förening, skall inrättas i omedelbar närhet av, men inte ovanpå, de partier som skall bortetsas. Det passiverande ämnet inrättas således på substratet att avgränsa det mönster som skall etsas i detsamma. Under etsningen av en struktur i substratets yta bringas det passiverande ämnet att bilda en etsskyddande förening som på substratet avgränsar mönstret, varigenom således en barriär av den etsskyddande föreningen automatiskt byggs upp på strukturens sidoväggar och förhindrar underets- I förhållande till känd teknik åstadkommes en i det att skyddet mot underetsning automatiskt lokaliseras där det behövs, ning. väsentlig förenkling vid etsningen, nämligen i direkt anslutning till de partier som skall bortetsas, utan behov av bestrålning eller motsvarande åtgärder. Därigenom möjliggörs på enkelt vis etsning av små strukturer med minimal underetsning.

Sättet enligt uppfinningen är tillämpligt vid både kemisk och elektrokemisk våtetsning, samt kombinationer av dessa.

I allmänhet appliceras ett etsskyddsskikt på sub- stratet före etsningen. Därvid är det föredraget att etsskyddsskiktet appliceras på substratet i mönstret för 10 15 20 25 30 35 517 275 4 avgränsning av minst ett frilagt parti av substratet, och att det passiverande ämnet inrättas vid periferin av det frilagda partiet så att den etsskyddande föreningen ute- slutande bildas vid denna periferi. Detta ästadkommes, enligt ett föredraget utförande, genom att det passive- rande ämnet införlivas i det etsskyddsmaterial som seder- mera anbringas pà substratet för bildande av etsskydds- skiktet. Därmed lokaliseras automatiskt det passiverande ämnet till periferin av substratets frilagda parti i sam- band med att mönstret bildas i etsskyddsskiktet. Under etsförloppet läcker det passiverande ämnet, eller en aktiv substans hos detta, ut ur etsskyddsskiktet och bildar den etsskyddande föreningen vid periferin av substratets frilagda parti. Enligt ett annat föredraget utförande appliceras minst ett avlämningsskikt inne- hàllande det passiverande ämnet pà substratet innan ets- skyddsskiktet bildas pà detsamma. Avlämningsskiktet kan därmed ges en sammansättning och en tjocklek som åstad- kommer en önskad lokal koncentration av det passiverande ämnet, eller en aktiv substans hos detta, vid det fri- lagda partiets periferi.

Enligt ett ytterligare föredraget utförande reagerar det passiverande ämnets aktiva substans med en komponent som under etsningen befinner sig invid substratets yta, för bildande av den etsskyddande föreningen. Denna kompo- nent kan vara upptagen i etsmedlet eller bildas vid ets- ningen av substratet, exempelvis genom frisättning av joner fràn substratet. I båda fallen garanteras att den bildade etsskyddande föreningen avgränsar det mönster som skall etsas pà substratet.

Kort beskrivning av ritningen Uppfinningen och dess fördelar kommer att beskrivas närmare i det följande under hänvisning till den bifoga- de, schematiska ritningen som i exemplifierande syfte visar för närvarande föredragna utföringsformer. l0 15 20 25 30 35 517 275 5 Fig 1-3 år delsektionsvyer av ett substrat för åskådliggörande av ett sätt vid etsning enligt en första utföringsform av uppfinningen, och Fig 4 är en delsektionsvy av ett substrat för åskåd- liggörande ett sätt vid etsning enligt en andra utfö- ringsform av uppfinningen.

Beskrivning av utföringsformer av uppfinningen En första utföringsform av uppfinningen kommer nu att beskrivas i anslutning till fig 1-3.

I fig 1 visas en del av ett substrat l som skall etsas. I ett första steg appliceras ett etsskyddsmate- rial, t ex en fotoresist, på substratets yta för bildande av ett etsskyddsskikt 2. Detta etsskyddsskikt 2 har som syfte att skydda det underliggande substratet 1 mot ets- ning. I ett efterföljande friläggningssteg avlägsnas valda partier av etsskyddsskiktet 2 på något i och för sig känt vis, så att substratet 1 blottläggs i ett givet mönster, såsom framgår av fig 2. De sålunda frilagda partierna 3 av substratet 1 tillåts sedan att reagera med ett etsmedel 4 i ett efterföljande etsningsteg, såsom visas i fig 3.

Vid etsningssteget enligt fig 3 appliceras etsmedlet 4 i form av en elektrolyt, vilken drivs elektrokemiskt och/eller kemiskt att etsa substratet 1. Vid elektro- kemisk etsning omfattar elektrolyten 4 vanligen ett neutralt salt, som ej förmår reagera etsande med substra- tet 1, eller en syra eller en bas. Elektrolyten 4 kan även innehålla en kemiskt oxiderande komponent som i sig förmår reagera etsande med substratet 1. Vid kemisk ets- ning innehåller elektrolyten 4 en förhållandevis hög halt av en sådan kemiskt oxiderande komponent.

I det visade utföringsexemplet år ett passiverande ämne (ej visat) upptaget i etsskyddsskiktet 2. Detta passiverande ämne bildar under etsningssteget en ets- skyddande förening på substratet 1. Under etsningssteget lämnar det passiverande ämnet eller en aktiv substans hos detta etsskyddsskiktet 2, såsom indikeras med pilarna A i 10 15 20 25 30 35 517 275 6 fig 3, för att med en invid substratet l befintlig kompo- nent bilda en svär- eller olöslig etsskyddande förening.

Denna förening faller ut på periferin av det frilagda partiet 3 och bildar en lokal barriär 5 mot fortsatt ets- ning. Barriären 5 omfattar minst ett monolager av den etsskyddande föreningen i fysiskt kontakt med substratet l. Under etsningssteget sker således en gradvis och spon- tan uppbyggnad av barriären 5 på sidoväggarna 6 av den struktur som bildas i substratet l. Uppbyggnaden av barriären 5 sker väsentligen genom en självreglerande process. För det fall att etsmedlet 4 tenderar att lösa upp substratet 1 även under etsskyddsskiktet 2 kommer etsskyddsskiktets 2 exponerade yta mot etsmedlet 4 att öka, och det passiverande ämnet, eller dess aktiva sub- stans, kommer i ökad omfattning att lämna etsskyddsskik- tet 2 och reagera med ovannämnda komponent. Därmed ökar också bildandet av den etsskyddande föreningen.

Graden av barriärverkan vid periferin av substratets l frilagda parti 3 kan styras genom att man exempelvis ändrar etsskyddsmaterialets halt av det passiverande ämnet eller tjockleken av etsskyddsskiktet 2. Det kan också vara fördelaktigt att begränsa etsskyddsmaterialets halt av det passiverande ämnet så, att friläggningssteget kan genomföras med gängse metoder, såsom exponering och framkallning.

I det visade exemplet är substratet 1 av metall, typiskt Cu, Cr, Ag, Au, Ni, eller någon legering. I det visade exemplet används vidare ett etsskyddsskikt 2 som är bildat av ett organiskt etsskyddsmaterial, såsom flytande fotoresist. Det passiverade ämnet är i detta fall typiskt en jonförening som innehåller oorganiska anjoner, såsom I", Fy cl] Bry sz", SCN", CN' , S042", czof, Pofiycof' organiska etsskyddsmaterialet. Exempel på sådana passive- eller CrOf', och som kan inblandas i det rande ämnen är jonparsreagens, såsom tetrabutylammonium- jodid. Enligt ett ytterligare alternativ är det passive- säsom thioacetamid, rande ämnet en förening, som på annat ...w- ~.- ...u ..- av: za: nu .. vv. 10 15 20 25 30 35 517 275 " 7 sätt kan omvandlas till en lämplig anjon. Det passive- rande ämnet väljes lämpligen sà, att det, eller dess aktiva substans, t ex dess anjon, vid reaktion med en vid substratet 1 befintlig komponent bildar den svàrlösliga förening som faller ut pà substratet 1. Denna komponent kan vara katjoner som frisätts fràn det metalliska sub- stratet l under etsningen, eller vara en katjon som ingår, naturligt eller som tillsats, i etsmedlet 4. Det sistnämnda fallet medger användning av ett givet passive- rande ämne vid etsning av olika typer av substratmate- rial, eftersom det passiverande ämnet inte behöver samverka med substratmaterialet för att bilda den ets- skyddande föreningen.

Som exempel kan nämnas etsning av ett substrat l av koppar, eller en kopparlegering. Enligt ett tänkbart alternativ används ett passiverande ämne innehållande jodid som aktiv substans, t ex tetrabutylammoniumjodid.

Under etsningssteget lämnar jodidjoner etsskyddsskiktet 2 och reagerar med kopparjoner, vilka frisätts frán sub- stratet 1 under etsningen, för att bilda kopparjodid (CuI) som skyddar den etsande strukturens sidoväggar 6 mot fortsatt etsning. Enligt ett annat tänkbart alterna- tivt används kloridjoner som aktiv substans, vilka efter att lämnat etsskyddsskiktet 2 reagerar med silverjoner i etsmedlet 4 och bildar etsskyddande silverklorid (AgCl) som faller ut pà periferin av substratets l frilagda partier 3.

Det ovanstående är endast avsett att vara ett icke- begränsande exempel för àskàdliggörande av uppfinningen.

Det inses att det för varje givet substratmaterial finns många olika kombinationer av passiverande ämne och kompo- nent som kan bringas att bilda en lämplig etsskyddande förening. Enligt ett alternativ kan en katjon, i stället för en anjon, från det passiverande ämnet fungera som aktiv substans och bilda den svàrlösliga föreningen genom reaktion med den vid substratet befintliga komponenten.

Andra föreningar än jonföreningar kan också användas om 10 15 20 25 30 35 517 275 8 de är lösbara i etsskyddsmaterialet, t ex organiska föreningar med förmåga att, direkt eller via en aktiv substans, komplexbinda den vid substratet befintliga komponenten, exempelvis en anjon eller en katjon.

I fig 4 visas ett alternativt utförande av uppfinn- ingen. I detta utförande appliceras först ett eller flera avlämningsskikt 7 innehållande det passiverande ämnet pá substratet 1. Avlämningsskiktet 7 är företrädesvis tunt och applicerat direkt pà substratet 1. En tjocklek av ca 50-500 nm har visat sig ge tillfredsställande resultat.

Därefter appliceras ett etsskyddsmaterial, företrädesvis fritt fràn det passiverande ämnet, i ett etsskyddsskikt 2 på avlämningsskiktet 7, varpå valda partier av etsskydds- skiktet 2 och avlämningsskiktet 7 avlägsnas i ett fri- läggningsteg, pà något i och för sig känt vis, sä att substratet 1 blottläggs i ett givet mönster, säsom fram- gàr av fig 4.

Liksom i det första utföringsexemplet enligt fig 1-3 kommer det passiverande ämnet, eller en aktiv substans hos detta, att lokalt lämna avlämningsskiktet 7 och bilda den etsskyddande barriären 5 vid periferin av substratets 1 frilagda parti 3. Eftersom avlämningsskiktet 7 kan in- rättas med en valfri tjocklek och en valfri halt av det passiverande ämnet, kan frisättningen av det passiverande ämnet, eller dess aktiva substans, vid periferin av det frilagda partiet 3 styras till optimerade värden. Detta utförande medger, vid sidan av fördelarna med sättet enligt den första utföringsformen, säledes en ytterligare optimering av skyddet mot underetsning. Dessutom medger detta utförande större frihet i valet av passiverande ämne eftersom detta inte behöver vara lösligt i ets- skyddsskiktet 2.

Beroende pä valet av passiverande ämne, och dess koncentration i avlämningsskiktet 7, kan ett extra fri- läggningssteg, såsom plasmaetsning, möjligen krävas före etsningssteget för att helt frilägga substratet 1 enligt ett definierat mönster. 517 275 9 Det bör inses att uppfinningen inte är begränsad till ovanstående detaljerade beskrivning av för närva- rande föredragna utföringsformer, utan kan modifieras inom ramen för efterföljande patentkrav. Exempelvis är uppfinningen tillämpbar även vid etsning av icke- metalliska substrat.

Claims (7)

10 15 20 25 30 35 517 275 10 PATENTKRAV

1. Sätt vid vàtetsning av ett substrat (l), vid vilket ett etsmedel (4) stratet (1) appliceras för etsning av sub- i ett givet mönster, kännetecknat a'v att ett passiverande ämne inrättas pà substratet (1) att avgränsa mönstret, och att det passiverande ämnet under etsningen bringas att bilda en etsskyddande före- ning som pà substratet (1) avgränsar mönstret, varvid det passiverande ämnet innefattar en aktiv substans som rea- gerar med en komponent, (4), ningen, varvid etsmedlet (4) är en lösning, och varvid som under etsning är upptagen i etsmedlet för bildande av den etsskyddande före- den aktiva substansen omfattar i etsmedlet (4) lösliga joner, vilka bildar en i lösningen svàrlöslig eller olöslig förening med komponenten.

2. Sätt enligt krav 1, varvid ett etsskyddsskikt (2) före etsningen appliceras pà substratet (1) i mönstret för avgränsning av minst ett frilagt parti (3) av sub- stratet (1), och varvid det passiverande ämnet inrättas vid periferin av det frilagda partiet (3), så att den etsskyddande föreningen under etsningen uteslutande bildas vid periferin.

3. Sätt enligt krav 2, varvid minst ett avlämnings- skikt (7) pà substratet innehållande det passiverande ämnet appliceras (1), skall etsas, och varvid etsskyddsskiktet företrädesvis direkt pà den yta som (2) appliceras på nämnda minst ett avlämningsskikt (7).

4. Sätt enligt krav 3, varvid mönstret bildas i etsskyddsskiktet skikt (7)

5. Sätt enligt krav 2, varvid det passiverande ämnet (2) och i nämnda minst ett avlämnings- före appliceringen av etsmedlet (4). införlivas i ett etsskyddsmaterial som därefter anbringas pà substratet (1) för bildande av etsskyddsskiktet (2).

6. Sätt enligt krav 5, varvid mönstret bildas i ets- skyddsskiktet (2) före appliceringen av etsmedlet (4). 517 275 ll

7. Sätt enligt något av föregående patentkrav, var- vid komponenten bildas vid etsningen av substratet (1) , företrädesvis genom frisättning av joner från substratet (1).