DE2727788A1 - Plasma-aetzverfahren und mit diesem verfahren hergestellte vorrichtung - Google Patents

Plasma-aetzverfahren und mit diesem verfahren hergestellte vorrichtung

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Description

GONTHlW M. PAVlP PHN.8462.
e< U.V. Philips' GloellampeirfoM*· 3 18.1.1977-
Akten Nr :
KLAM/EVH.
Plasma-Aetzverfahren und mit diesem Verfahren hergestellte Vorrichtung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren
zur Herstellung einer Vorrichtung bei dem ein Körper einer Aetzbehandlung ausgesetzt wird, wobei Teile einer zu ätzenden Oberfläche des Körpers mit einer Photolackmaske versehen werden und die nicht von der Maske bedeckten Teile der Oberfläche in einem Plasma, das in einer Gasatmosphäre niederen Druckes aufrechterhalten wird, zum Erhalten eines Aetzmusters mit gewünschten Abmessungen geätzt werden, und auf eine Vorrichtung hergestellt mit Hilfe des Verfahrens.
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PHN. 8462. 18.1.77.
Ein Verfahren der eingangs erwähnten Art ist bekannt aus der US-PS 3 795 557 und wird beispielsweise angewendet bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen. Das Plasma-Aetzverfahren hat den bekannten Nassätzverfahren gegenüber den Vorteil, dass das Unterätzen des Körpers unter die Maskenränder und zwangsläufig auch der durch die Unterätzung bestimmte Verlauf des Aetzprofils vermieden werden kann.
Sowohl beim Plasma-Aetzverfahren, bei dem keine Unterätzung aufzutreten braucht, wie beim Nassätzverfahren bei dem ein kreisförmiges Aetzprofil auftritt, kann das
Aetzprofil am oberen Rand einen rechten Winkel aufweisen. Die Bildung eines rechten Winkels am oberen Rand des Aetzmusters hat den Nachteil, dass bei einem folgenden Aufbringen von Schichten, aus denen z.B. Leiterbahnen gebildet werden sollen, an den scharfen Kanten' Unterbrechungen u. dgl. auftreten können.
Mit der Erfindung wird unter anderem beabsichtigt, den erwähnten Nachteil wenigstens in erheblichem Masse zu vermeiden.
Die Erfindung stützt sich unter anderen auf den
Gedanken, dass in einem Plasma-Aetzverfahren Aetzmuster mit gleichmässig schrägen Kanten erhalten werden können, wenn die Aetzmaske von ihren Oeffnungen aus schneller geätzt wird als der zu ätzende Körper. 25
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PHN. 8^62. 18.1.77.
Das eingangs erwähnte Verfahren ist nach der Erfindung deshalb dadurch gekennzeichnet, dass die Abmessungen der mit der Photolackmaske zu versehenden Oberflächenteile so gewählt werden, dass sie die gewünschten Abmessungen des zu erhaltenden Musters um die Breite eines gleichmässigen Streifens übertreffen, dass die Reaktionsbedingungen unter welchen das Plasma-Aetzen stattfindet, derart gewählt werden, dass die Photolackmaske in lateraler Richtung schneller als die unbedeckten Teile der Oberfläche des Körpers durch das Plasma angegriffen wird und dass das Aetzen bis zum Erreichen der gewünschten Abmessungen des Aetzmusters fortgestetzt wird.
Es kann gezeigt werden, dass das Aetzprofil mit dem erfindungsgemässen Verfahren keine rechten Winkel an den Rändern des Aetzmusters aufweist, sondern dass der
Sinus des Winkels ^* den die schräge Kante des Aetzprofils mit der Oberfläche bildet, gleich dem Verhältnis der Aetzrate des Körpers und der lateralen Aetzrate der Maske ist, Es hat sich gezeigt, dass der letztgenannte Winkel sich an der Oberfläche relativ rasch einstellt, wobei das schräge Aetzprofil nach unten kreisförmig ausläuft.
Lässt sich eine Schicht des Körpers selektiv in bezug auf ein darunterliegendes Substrat ätzen, so breitet sich das schräge Profil nach dem Durchätzen der Schicht auf die ganze Schichtdicke aus.
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Beim Aetzen von Schichten versteht man unter
gewünschten Abmessungen die Abmessungen am Fuss der geätzten Schicht. In dem erwähnten Falle, in dem eine Schicht der Dicke D des Körpers in bezug auf ein unterliegendes Substrat selektiv durchgeätzt wird, wird vorzugsweise die Breite b des erwähnten Streifens wenigstens gleich Dtg^ gewählt.
Die letztgenannte Bedingung deutet eine Streifenbreite an, mit der in einer minimalen Aetzzeit das erfindungsgemässe Verfahren unter Beibehalten der erwähnten Vorteile ausgeführt werden kann.
Dies gewährleistet einen nahezu konstanten Neigungswinkel über das gesamte Aetzprofil.
Es ist klar, dass die Photolackschicht nicht vor Beendigung des Aetzprozesses durchgeätzt sein darf.
Vorzugsweise wird die Dicke d der Photolackmaske wenigstens gleich dem Verhältnis der zweifachen Dicke D der zu ätzenden Schicht und dem Sinus des doppelten Neigungswinkels O^ gewählt.
Im allgemeinen wird am Ende des Aetzens noch eine Photolackmaske erheblicher Dicke auf der Oberfläche zurückbleiben.
Vorzugsweise wird nach dem Aetzen die verbleibende Photolackmaske in einem an den Aetzvorgang anschliessenden Arbeitsvorgang mittels einer Aenderung der Reaktionsbedingungen gelöst.
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Ein derartiger Lösungsvorgang lässt sich leicht und vollständig durchführen.
Für das erfindungsgemässe Verfahren können aus der Plasma-Technik bekannte Arbeitsweisen verwendet werden. So wird Photolack in einer Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre und eine zu ätzende Schicht, z.B. aus PoIysilicium oder Siliciumnitrid, ebenso in einer geeigneten, bzw. wenigstens ein Halogen enthaltenden Atmosphäre gelöst bzw. geätzt.
Vorzugsweise wird das Verhältnis der Aetzraten der Photolackmaske und des Körpers gesteuert durch das Verhältnis der Konzentrationen von Sauerstoff und wenigstens einem Halogen in der Gasatmosphäre.
Damit ist eine schnelle Regfelvng des Aetzraten-Verhältnisses möglich, die z.B. nützlich sein kann wenn eine nicht konstante Neigung des Aetzprofils gewünscht wird.
Vorzugsweise wird das Verhältnis der Aetzraten der Photolackmaske und des Körpers gesteuert durch Wahl der Temperatur des Plasmas.
Die Aktivierungsenergie des Lösens des Photolackes ist oft grosser als die des Aetzens. Durch eine Temperaturerhöhung kann man z.B. am Ende des Aetzverfahrens an der Oberfläche des Körpers noch eine gewisse Abrundung bekommen.
Die Erfindung wird mit den folgenden Beispielen an Hand der Zeichnung erläutert. Es zeigen
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ir -
Fig. 1 und 2 schematisch im Querschnitt einen Teil eines Halbleiterbauelementes in verschiedenen Phasen seiner Herstellung mit Hilfe des erfindungsgemässen Verfahrens,
Die Fig. 1 zeigt einen Körper 1, wobei Teile 5 einer zu ätzenden Oberfläche des Körpers mit einer Photolackmaske 6 versehen werden und die nicht von der Maske 6 bedeckten Teile 7 der Oberfläche in einem Plasma, das in einer Gasatmosphäre aufrechterhalten wird, geätzt werden. Durch ein solches Aetzverfahren kann ein Aetzmuster mit gewünschten Abmessungen erhalten werden.
Erfindungsgemäss werden die Abmessungen der mit der Photolackmaske 6 zu versehenden Oberflächenteile 5 so gewählt, dass sie die gewünschten Abmessungen des zu erhaltenden Musters um die Breite eines gleichmässigen Streifens 8 übertreffen (siehe Fig. 2).
Dabei werden die Reaktionsbedingungen, unter welchen das Plasma-Aetzverfahren stattfindet, derart gewählt, dass die Photolackmaske in lateraler Richtung schneller als die unbedeckten Teile der Oberfläche des Körpers 1 durch das Plasma angegriffen wird.
Das Aetzen wird fortgesetzt, bis die gewünschten Abmessungen des Aetzmusters erreicht sind.
Wenn dabei eine Schicht h der Dicke D des Körpers 1 in bezug auf ein darunterliegendes Substrat 2 selektiv geätzt wird, wird die Breite b des Streifens 8
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PHN. 8462.
18.1.77. - ?-
wenigstens gleich D tg rO gewählt.^ ist der Neigungswinkel des gewünschten Aetzprofils.
Die Dicke d der Photolackmaske 6 wird wenigstens gleich dem Verhältnis der zweifachen Dicke D der zu ätzenden Schicht h und dem Sinus des doppelten Neigungswinkels ** gewählt.
Das Ergebnis des Aetzens ist in Fig. 2 dargestellt, in der mit 3 die schräge Kante bezeichnet ist, die einen Winkel "~* mit der Oberfläche einschliesst mit sin C^" = — , worin R die Aetzrate der Schicht, bzw. des Körpers und r = die Aetzrate der Photolackmaske bedeuten.
Das zum Aetzen verwendete Plasma wird auf übliche Weise dadurch erhalten, dass eine in einem Reaktor befindliche Gasatmosphäre niederen Druckes (0,27 - 6,65 mbar), einem kapazitiv oder induktiv erzeugten Hochfrequenzfeld ausgesetzt wird.
In den Reaktor strömt ein Gasgemisch, das Sauerstoff und Halogen und gegebenenfalls ein Trägergas wie Argon oder Stickstoff enthält. Sauerstoff und Halogen können als solche oder als Verbindungen wie
CF4, CClF3, C2F6, C3F8, C2ClF3
anwesend sein.
Das Verhältnis der Aetzraten der Photolackmaske und der Schicht bzw. des Körpers kann also durch das Verhältnis der Konzentrationen des Sauerstoffes und
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des Halogens im Reaktor gesteuert werden. Dies wird dadurch bewerkstelligt, dass man die reaktiven Gase über Nadelventile und Durchflussmesser im gewünschten Verhältnis in den Reaktor einströmen lässt. Vorher wird der Reaktor evakuiert auf einen Druck von etwa 0,133 mbar und der zu ätzende Körper mit der Photolackmaske bei etwa 2,66 mbar in einem Stickstoff-Plasma bis ca 120° C aufgeheizt.
Anschliessend wird wieder bis 0,133 mbar evakuiert, ein Gasgemisch von molekularem Sauerstoff und Tetrafluorkohlenstoff eingelassen und mit einer Leistung von ca 100 Watt bei ca 0,67 mbar geätzt.
Zur Herstellung eines Aetzmusters mit schrägen Kanten wird z.B. eine Schicht aus Polysilicium geätzt zum Erhalten von Leiterbahnen oder aus Siliciumnitrid zum Erhalten von Oeffnungen für die Kontaktierung darunterliegender Schichten.
In der folgenden Tabelle sind die Neigung der Aetzprofile zusammengestellt die erhalten werden beim Plasma-Aetzen von Polysilicium- und Siliciumnitridschichten, in Abhängigkeit der Verhältnisse der Gasmengen von Sauerstoff in Tetrafluorkohlenstoff.
- TABELLE ■*
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Λ1
TABELLE
Neigung der Aetzprofile
PHN. 8462. 18.1.77.
Verhältnis der
Gasflüsse Q^/Ο,Υ^ 		Polysilicium Siliciumnitrid
250/675 - 50°
300/600 65° 35°
375/550 30° 20°
^50/50O 10° -
Die genannten Schichten befanden sich auf einem Substrat aus einer mit einer Siliciumoxidschicht versehenen Siliciumscheibe.
Die Polysilicium- und Siliciumnitridschichten wurden selektiv in bezug auf die Siliciumoxidschicht (etwa 5 bis 20 mal rascher) geätzt. Bei den erwähnten Versuchen wurde eine Siliciumscheibe von 5 cm Durchmesser verwendet.
Erwünschtenfalls kann eine grosse Anzahl von Körpern, z.B. 30 oder mehr, gleichzeitig geätzt werden.
Ein Beispiel des Aetzens von Polysiliciumschichten mit einem Neigungswinkel ei, = 45° zeigen z.B. folgende Werte: D = 0,5 /um, b = 0,5 /«"Ί d = 1,0/um, R = ca 0,1 /um/min und r = ca 0, 15 /um/min.
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Bei Siliciumnitridschichten, die mit gleichem
Neigungswinkel geätzt werden, ist z.B. D = 0,1 /um, b = 0,1/um, d = 0,2 ,um, R = ca 0,035/Um/min und r = ca 0,05/um/min.
Sicherheitshalber wird oft die Dicke d der Photolackmaske 2D um 30 bis 50$ grosser gewählt als —: -r^.
Ein nach dem Aetzen zurückbleibender Teil der Photolackmaske kann in einem hauptsächlich Sauerstoff enthaltenden Plasma rasch entfernt werden. Als Material der Photolackmaske können handelsübliche Photolacke verwendet werden und zwar positive sowie negative Photolacke, z.B. Waycoat Typ 3.
Die Reproduzierbarkeit des erfindungsgemässen Verfahrens ist ausgezeichnet.
Statt mit dem Verhältnis der Konzentrationen, bzw. der Strömungsmenge der Gase kann man das Aetzratenverhältnis auch mit der Temperatur steuern. Umgekehrt muss man zum Erhalten eines gleichen Aetzratenverhältnisses bei anderer Temperatur, die Konzentrationen bzw. die Strömungsmengen entsprechend anpassen.
Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die gegebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.
Mit dem Verfahren nach der Erfindung können z.B. MOS-Transistoren mit aus Polysilicium bestehenden Pforteelektroden hergestellt werden. Nebst Halbleiterbauelementen können auch piezoelektrische Bauelemente oder integrierte Magnetköpfe mit diesem Verfahren hergestellt werden.
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PHN. 8462. 18.1.77·
Ausser Körper, die aus einem Substrat und einer zu ätzenden Schicht bestehen, können auch homogene Körper z.B. zum Erhalten von Mesa's, geätzt werden. Dieses Verfahren eignet sich weiter zur Aetzung von Metallschichten.
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Leerseit

Claims (6)

  1. PHN. 8462. 18.1.77.
    PATENTANSPRUECHE
    ( I..) Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung, bei dem ein Körper einer Aetzbehandlung ausgesetzt wird, wobei Teile einer zu ätzenden Oberfläche des Körpers mit einer Photolackmaske versehen werden und die nicht von der Maske bedeckten Teile der Oberfläche in einem Plasma, das in einer Gasatmosphäre niederen Druckes aufrechterhalten wird, zum Erhalten eines Aetzmusters mit gewünschten Abmessungen, geätzt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Abmessungen der mit der Photolackmaske zu versehenden Oberflächenteile so gewählt werden, dass sie die gewünschten Abmessungen des zu erhaltenden Musters um die Breite eines gleichmässigen Streifens übertreffen, dass die ι Reaktionsbedingungen unter welchen das Plasma-Aetzverfahren stattfindet, derart gewählt werden, dass die Photolackmaske in lateraler Richtung schneller als die unbedeckten Teile der Oberfläche des Körpers durch das Plasma angegriffen wird und dass das Aetzen bis zum Erreichen der gewünschten Abmessungen des Aetzmusters fortgesetzt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schicht der Dicke D des Körpers in bezug auf ein darunterliegendes Substrat selektiv durchgeätzt und die Breite b des erwähnten Streifens wenigstens gleich Dtg Cv» gewählt wird, wobei et» den Winkel bedeutet, den die schräge Kante des Aetzprofils mit der Oberfläche bildet.
    709881/0833
    ORIGINAL INSPECTED
    PHN. 8k62. 2 18.1.77-
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke d der Photolackmaske wenigstens gleich dem Verhältnis der zweifachen Dicke D der zu ätzenden Schicht und dem Sinus des doppelten NeigungswinkelsoL gewählt wird.
  4. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Aetzen die verbleibende Photolackmaske in einem an den Aetzvorgang anschliessenden Arbeitsvorgang mittels einer Aenderung der Reaktionsbedingungen gelöst wird.
  5. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Aetzraten der Photolackmaske und des Körpers durch das Verhältnis der Konzentrationen von Sauerstoff und wenigstens einem Halogen in der Gasatmosphäre gesteuert wird.
  6. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Aetzraten der Photolackmaske und des Körpers durch Wahl der Temperatur des Plasmas gesteuert wird.
    7· Vorrichtung hergestellt mit Hilfe des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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DE2727788A 1976-07-02 1977-06-21 Verfahren zum Herstellen eines Musters in einer Oberflächenschicht eines scheibenförmigen Körpers Expired DE2727788C2 (de)

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