DE3410023A1 - Verfahren und aetzmittel zum selektiven reaktiven ionenaetzen von aluminium und aluminiumlegierungen - Google Patents

Verfahren und aetzmittel zum selektiven reaktiven ionenaetzen von aluminium und aluminiumlegierungen

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DE3410023A1
DE3410023A1 DE19843410023 DE3410023A DE3410023A1 DE 3410023 A1 DE3410023 A1 DE 3410023A1 DE 19843410023 DE19843410023 DE 19843410023 DE 3410023 A DE3410023 A DE 3410023A DE 3410023 A1 DE3410023 A1 DE 3410023A1
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
    • C23F4/00—Processes for removing metallic material from surfaces, not provided for in group C23F1/00 or C23F3/00
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
    • H01L21/321—After treatment
    • H01L21/3213—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer
    • H01L21/32133—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only
    • H01L21/32135—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only by vapour etching only
    • H01L21/32136—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only by vapour etching only using plasmas

Description

Verfahren und Ätzmittel zum selektiven reaktiven Ionenätzen von Aluminium und Aluminiumlegierungen
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf die Herstellung von Halbleiteranordnungen und insbesondere auf eine Plasmaätztechnik zum selektiven reaktiven Ionenätzen von reinem Aluminium sowie Silizium und Kupfer enthaltenden Aluminiumlegierungen in der Gegenwart einer Ätzmaske, von Silizium oder Siliziumoxiden.
Die Herstellung von Halbleiteranordnungen und des zugehörigen DUnnfilmschaltungsaufbaus erfordert gewöhnlich ein Ätzen bestimmter die Anordnung bildender Schichten. Typisch wird die zu ätzende Fläche durch ein Material wie Photoresist maskiert, wobei die Maske ein Muster von Linien und Flächen bildet, die die zu ätzende Schicht freilegen. Bei früheren Verfahren wurde das Ätzen nach einem naßchemischen Verfahren durchgeführt, bei dem das Ätzmittel, typisch oxidierende Mineral säuren, die freigelegte Oberfläche berührte.
Neuere Verfahren zum Ätzen von Aluminiummetallisierungen verwendeten Gasplasmas, insbesondere aus der gesättigten Halogenkarbon-
gruppe gewählte Chlorbasisgases die einige der unerwünschten Wirkungen der nassen Chemikalien beseitigen. Jedoch war bei beiden Verfahrenstypen das Ätzen grundsätzlich isotrop. Außerdem waren herkömmliche Plasmas ungeeignet, Kupferrückstände nach dem Ätzen einer Kupfer enthaltenden binären oder ternären Aluminiumlegierung quantitativ zu beseitigen. Beim isotropen Ätzen schreitet das beliebige Ätzen mit gleichmäßiger Geschwindigkeit in allen Richtungen fort. Wenn die zu ätzende Oberfläche entfernt wird, findet die Ätzwirkung nicht nur vertikal in die Oberfläche hinein, sondern auch horizontal zur Kante der durch das Ätzen geschaffenen Vertiefung hin statt. So erfährt die zu ätzende Fläche eine Unterschneidung, bei der das Material nicht nur vertikal in Ausrichtung zur Kante der öffnung in der Photoresistmaske geätzt wird, sondern der Ätzbereich erstreckt sich auch unterhalb der Photoresistmaske. Typisch reicht dieses Unterschneiden horizontal im wesentlichen ebenso weit wie das vertikale Ätzen.
Da die Entwicklung zur Miniaturiesierung andauert, wird eine Maßstabsverringerung zu Mikron- und Submikronabmessungen erforderlich. Dies stellt strenge Anforderungen an die Ätzpro'file mit unbedeutender Unterschneidung. Eine Art des Plasmaätzens, gewöhnlich als selektives reaktives Ionenätzen (RIE) bezeichnet, ergibt ein anisotropes Ätzen als Ergebnis von Richtungseffekten, die ein isotropes Ätzen unterdrücken. Das reaktive Ionenätzen kombiniert durch energetische Ionen erzielte physikalische Impulsabgabe-Kaskadewechselwirkungen (Zerstäubungsätzen) mit chemischen Reaktionen, die normalerweise beim herkömmlichen Plasmaätzen durch hochreaktive neutrale Atome oder freie Radikale beobachtet werden. Die energetischen Ionen werden durch den Plasmadunkel raum angrenzend an das Plättchen in einer Richtung senkrecht zur Plättchenoberfläche beschleunigt. Die während des reaktiven Ionenätzens angewandten relativ niedrigen Drücke im Bereich von einigen Zehntel Pa bis 13 Pa eliminieren im wesentlichen Streukollisionen vor dem
vertikalen Auftreffen des Ions auf der Plättchenoberfläche, Dies sichert, daß die Zerstäubungsätzkomponente des RIE anisotrop ist, wodurch eine vertikale Ätzwand auf einer Ebene erreicht wird, die derjenigen eng angenähert ist, die durch die Resistkante vor dem Ätzvorgang festgelegt ist.
Da die Lithographietechniken verbessert wurden, werden Linien-
en muster von Mikron- und Submikronabmessung in Photoresistbildern möglich. Um diese Muster auf den unterschiedlichen Substraten wirksam zu ätzen, benötigt man ein verläßliches und reproduzierbares anisotropes Ätzen. Naßchemische Verfahren eignen sich nicht zum wirksamen Ätzen bei diesen Abmessungen. Mit dem Bedarf an viel geringeren Abmessungen von Linienbreite und -abständen machte der sich aus dem Unterschneiden ergebende Mangel an Steuerung und Reproduzierbarkeit das isotrope Ätzen unannehmbar.
Das gegenwärtige trockene chemische Plasmaätzen und die reaktiven Ionenätztechniken verwenden herkömmliche chlorhaltige Plasmas. Obwohl diese Bortrichlorid/Chlor-Binärmischungen enthaltenden^! asmas anisotrop zu ätzen vermögen, lassen sie gewöhnlich einen Rückstand von nichtflüchtigen, Silizium und Kupfer enthaltenden Verbindungen zurück, wenn sie auf... die Musterung von Aluminium-Kupfer- oder Aluminium-Silizium-Kupfer-Schichten angewandt werden. Diese nichtflüchtigen Rückstände sind stark hygroskopisch, ein Zustand, der zu erheblicher und rascher Korrosion des gemusterten Metalls nach dem Ätzen führt. Dieser kupferreiche Rückstand kann auch elektrisch leitend sein, so daß er möglicherweise zu kurzgeschlossenen Anordnungen führt.
Ein anderes, mit sehr großen integrierten Siliziumschaltkreisen (VLSI) zusammenhängendes Problem ist das Erfordernis, eine vernünftig hohe Selektivität der Ätzgeschwindigkeit von AIuminiummetallisierungen im Vergleich mit der Ätzgeschwindigkeit von
darunterliegendem Silizium, Siliziumoxiden oder Photoresistätzmaskeniiaben, um' genügend Linienabmessungssteuerung während des Ätzens zur Bewahrung sowohl der metallisierten Verbindungen als auch der Unterschichten zu erreichen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine reaktive Plasmaionena'tztechnik zur Anwendung während der Halbleiterherstellung zu entwickeln, bei der ein hochwirksames Ätzen von Aluminiummetallisierungen mit einem hohen Grad von Selektivität, Sauberkeit und Abmessungssteuerung erreicht wird, ein hochgradig anisotropes Ätzen zur Schaffung im wesentlichen vertikaler Profile bei den in der metallisierten Schicht geätzten Musterteilen stattfindet und bei der der Abtragungsprozeß hauptsächlich durch physikalische und chemische Wechselwirkungen erfolgt, die eine vollständige Beseitigung nichtflüchtiger Materialien (z. B. Kupfer) von den geätzten Flächen sichern, so daß das Erfordernis einer nachfolgenden naßchemischen Behandlung entfällt.
Gegenstand der Erfindung, womit diese Aufgabe gelöst wird, ist ein Verfahren zum selektiven reaktiven Ionenätzen dünner Metallisierungsschichten aus Aluminium und Aluminiumlegierungen in Gegenwart einer Ätzmaske innerhalb einer Reaktionskammer, mit dem Kennzeichen, daß man die Metallisierungsschicht in der Reaktionskammer einem Gasplasma zum Ätzen aussetzt, das im wesentlichen aus einer quaternären Mischung von 40 bis 65 Vol.% Bortrichlor.id (fiClJ als Hauptbestandteil sowie 15 bis 30 Vol.% Chlor (Cl2), 10 bis 25 Vol.% Siliziumtetrafluorid (SiF4) und 2 bisjö Vol.% Sauerstoff. .(O2) als kleineren Bestandteilen besteht.
Vorzugsweise ist das Gasplasma bei einem Druck zwischen 1,3 und 7,8 Pa.
Dieses Verfahren eignet sich zum gesteuerten und sauberen aniso-
tropen Ätzen, ivon reinem Aluminium und 2 Gew. % Si und 4 Gew. % Cu enthaltenden Aluminiummetallisierungen.
Gegenstand der Erfindung ist auch das Ätzmittel mit der angegebenen Zusammensetzung.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen und 5 bis 8 gekennzeichnet.
Während Clp-Plasmazersetzungsprodukte die zum Ätzen der Aluminiummetallisierungen verantwortlichen Stoffe sind, sind Sauerstoffzusätze zur Ätzmischung erforderlich, um ihre wirksamen Konzentrationen in der Gasphase anzuheben, wodurch höhre Durchschnittsmetallätzgeschwindigkeiten erreicht werden. Diese höheren Ätzgeschwindigkeiten werden nicht durch Steigerung der C^-Strömungsdurchsätze oder -teildrücke erreicht und daher nicht von einer gewöhnlich beobachten Abschrägung des geätzten Kanals oder Photoresistunterschneidung begleitet.
Der Zusatz von SiF* zur Ätzmischung liefert aktive fluorhaltige freie Radikale, die für die wirksame Beseitigung von Siliziumrückständen während des Ätzens binärer und ternärer Aluminiumlegierungen verantwortlich sind. Auch scheinen diese fluorhaltigen Radikale Kupferrückstände von unter kupferlegiertem Aluminium liegenden Basisschichten wegzustäuben und auch eine Photoresistpassivierung in situ während des Ätzens zu ergeben, wodurch die gewöhnlich während des Aluminiumätzens beobachteten Resisterosionsgeschwindigkeiten wesentlich verringert werden. Der letztere Vorteil beseitigt praktisch die Notwendigkeit von ähnlichen Resistbehandlungen nach dem Ätzen zum Unterdrücken einer Aluminiumkorrosion bei Kontakt mit der Atmosphäre.
Das Verfahren ist gegenüber Silizium, Siliziumoxiden und gewöhnlichen positiven Resistätzmasken hochgradig selektiv. Es liefert im wesentlichen vertikal geätzte Profile für Mustereinzelheiten im Bereich von Submikron bis zu einigen pm (typisch 1 bis 4 μηι). Diese Ätztechniken können sowohl mit schubweisen als auch mit kontinuierlichen Systemen zur Herstellung von Halbleiteranordnungen angewandt werden. Die oben angegebenen Beschränkungen hinsichtlich des Prozentsatzes der verschiedenen gasförmigen Bestandteile beziehen sich auf Abweichungen vom optimalen Ätzverhalten mit der Vierkomponenten-Gasmischung. Beispielsweise verringert die Steigerung der BClg-Strömungsdurchsätze bei Beibehaltung aller anderen Parameter auf Optimalwerten gewöhnlich die Durchschnittsätzgeschwihdigkeiten für die Metallisierung und steigert etwas die Resisterosionsgeschwindigkeiten. Eine Erhöhung des Strömungsdurchsatzes von Cl2 steigert bei Erhöhung der Durchschnittsätzgeschwindigkeiten für die Metallisierungen die Resisterosionsgeschwindigkeiten verringert die Anisotropie, steigert den Linienbreitenverlust und verringert die Basisschichtsauberkeit. Eine Erhöhung der SiF^-Strömungsdurchsätze verringert normalerweise die Durchschnittsätzgeschwindigkeiten für die Metallisierungen, während dabei die Resisterosionsgeschwindigkeiten verringert werden, die Anisotropie verbessert wird, der Linienbreitenverlust verringert wird und die Gesamtsauberkeit der Basisschicht verbessert wird. Eine Steigerung der Op-Strömungsdurchsätze bei im übrigen konstanten und optimalen Parameterwerten steigert, obwohl sie die Durchschnittsätzgeschwindigkeiten für die Metallisierungen erhöht, die Resisterosionsgeschwindigkeiten, verringert die Anisotropie, steigert den Linienbreitenverlust und verringert die Gesamtsauberkeit der Basisschicht.
Nachteilige Polymerisationsreaktionen, die den Ätzprozeß stören könnten, sind praktisch ebenso wie Ablagerungen organischer Schichten, die als unerwünschte Masken auf demzu ätzenden Werkstück wirken könnten,
aufgrund des Ausschlusses jeglicher Kohlenstoff: enthalteBder Reagenzien in der gasförmigen Ätzmischung beseitigt'.
Eine geeignete Vorrichtung zur Verwendung bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wurde bereits in der US-PS 4 298 443 beschrieben, doch ist sie nicht auf die darin beschriebenen geometrischen Einzelheiten beschränkt. Beispielsweise kann die vielflächige Kathode innerhalb einer leitenden vieleckseitigen Kammer (wie z. B. einer vierseitigen Kammer) statt in einer zylindrischen Kammer angeordnet werden.
Bei der Durchführung bringt man auf den zu ätzenden Substraten, die typisch Unterschichten aus entweder thermisch gewachsenen Siliziumoxiden oder CVD-Phosphorsilikatglas haben, eine mit einem positiven Photoresist gemusterte Schicht aus reinem Aluminium oder Metallisierungen aus Aluminiumlegierungen mit Silizium und Kupfer auf und ordnet die Substrate auf einer temperaturgesteuerten vielflächigen "Kathode" an, die bei 40 - 50 0C gehalten wird und mit einer Hochfrequenzquelle über eine kapazitive Kopplung verbunden ist. Die diese einschließende Kammer, die die vielflächige Kathode aufnimniu, wird gewöhnlich auf Erdpotential gehalten. Die Reaktionskammer wird auf einen Basisdruck von angenähert 13 Pa mit Hilfe von cryogenischen und turbomolekularen Pumpen evakuiert, wonach die quaternäre Ätzmischung eingeführt wird. Wenn der geeignete Druck des Ätzgases, gewöhnlich im Bereich von 0,13 bis 7,8 Pa, erhalten ist, setzt man die HF-Entladung in Gang und man beginnt mit der Ätzreaktion und läßt sie vollständig ablaufen. Der Ätzendpunkt des gewünschten Ätzvorganges läßt sich visuell oder mittels Laserinterferometrie oder durch charakteristische Chemielumineszenzemissionen bestimmen. Um eine quantitative Beseitigung irgendeines metallischen oder nichtmetallischen Rückstandes zu sichern, läßt man die Entladung noch jenseits dieses Punktes für eine bestimmte^eitdauer, die gewöhnlich als überätzzeitdauer bezeichnet wird, weitergehen. Wenn diese
- ίο -
abgelaufen ist, unterbricht man die Entladung und die Gasströmung und bringt das System durch Pumpen auf den Basisdruck.
Nach der Entnahme der Plättchen werden die Anordnungsmuster, für die die Breite der Linien und Abstände vor dem Ätzen gemessen wurde, nach Beseitigung des Photoresists wieder untersucht, um die Abmessungssteuerung während des Ätzens zu bestimmen. Diese Vergleichsmessungen liefern Daten hinsichtlich der Ätzauflösung, die sich mit diesem Verfahren erreichen läßt. In anderen Versuchen wurden die Profile nach dem Ätzen, jedoch vor der Entfernung des Photoresists, durch Spalten der Probe und deren Prüfung mit einem Abtastelektronenmikroskop untersucht. Das Elektronenmikroskop und zugehörige Röntgenstrahlendispersionseinrichtungen wurden auch für die überprüfung der Sauberkeit der Basisschicht verwendet. Für den letzteren Zweck wurden Gesamtvergrößerungen im Bereich von 20 000 bis 35 000 X verwendet.
lie
hstrom
3/min)		 BCl3
Druck
(Pa)		 C12
Durchstrom
(NcmVmin)		 C12
Druck
(Pa)		 SiF4
Durchstrom
(Ncm'/min)		 SiF4
Druck
(Pa)		 °2
Durchstrom
(Non3/min)		 °2
Druck
(Pa)		 Gesamt-
druck
(Pa)		 HF-Leistung
(W)		 Gleichstrom
vorspannung
(V)		 Metallätz-
geschw.
(nm/min)		 Resistätz-
geschw.
(nm/min)		 Grundschicht
(Reinheit)
IN A LUM INIUM
1 8 475 -200 96,8 28,8 rein
1
2,34
2,28
3,78
3,78
3,48		 SO
50
50
30
50
20		 0,69
1,3
1,01
0,74
1,33
1,12		 15 0,95 5 0,17 3,5
3,5
4,7
4,7
5,2		 800
800
800
800
1060		 -217
-228
-200
-175
-260		 193,4
225,1
112,7
223,9
71,0		 68,9
77,5
22,3		 Il
π
Il
Il
UMINIUM/SILIZIUM (2 1)
1 20
0,83 20
1,1 20
0,87 10
1,05 10
0,76 20
0,78 20
1,15 15
1,09 30
1,05 25
1,08 15
1,08 15
1,11 15
0,82 15
3, 78 20
3, 7 20
3, 3 20
CVl 71 20
2, 58 25
3, ,77 20
3, 79 20
3, Lf) 20
3, ,29 20
3, ,17 20
3, ,46 20
3, ,46 20
3, ,48 20
N) ,6 20
I U M /S
(Vl ,76 20
tv) ,61 20
(Vl ,46 20
2 ,38 23
2 ,32 26
N) ,78 23
N) ,77 23
2 ,75 23
2 ,78 23
N) ,65 23
2 ,26 23
2 ,48 20
2 ,48 20
2 ,93 23
2 ,76 23
1,09
0,79
0,85
0,92
1,15
1,16
1,14
1,15
1,11
0,92
0,8
0,8
1,22
1,16
(2 1) / K U P F E R
15 15 20 20 20 10 10 10 10 15 20 20 20 10 10
0,88 5
0,93 5
1,24 5
0,52 5
0,49 5
0,86 7
0,86 S
0,99 5
1,22 5
1,46 5
0,93 5
0,93 5
0,95 5
0,69 5
E R (4 υ
0,73 6
0,81 6
0,89 5
0,84 5
0,79 5
0,57 5
0,59 6
0,57 7
0,57 5
0,82 5
0,9 5
0,9 5
0,89 5
0,62 6,5
0,62 6,5
0,22
0,13
0,18
0,14
0,14
0,17
0,11
0,19
0,18
0,17
0,15
0,15
0,17
0,1
0,15
0,16
0,11
0,09
0,06
0,15
0,2
0,22
0,15
0,16
0,09
0,13
0,13
0,22
0,21
5,2
5,2
5,2
3,9
3,9
5,2
5,2
5,2
5,2
5,2
5,2
5,2
5,2
3,9
4,3
4,3
.3,9
3,9
3,9
4,3
4,3
4,3
4,3
4,3
3,9
3,9
3,9
4,6
4,3
1060 1060 1060 1060 1060 1060 1060 1060 1060 1060 1200 1050 1060 800
1060 1060 1060 1060 1060 1060 1060 1060 1060 1060 1060 1060 900 1060 1060
-260 -240 -240 -250 -255 -270 -260 -260 -240 -250 -270 -240 -260 -260
-270
-270
-270
-270
-300
-260
-260
-260
-260
-260
-280
-280
-250
-270
-270
116, 6
120, 0
122, 5
94, 0
164, 8
130, 9
116, 0
114, ,3
122, ,5
111, ,1
118, ,1
109, ,6
78, ,2
82. ,6
94 ,0
98 ,7
70 ,1
74 ,3
80 ,4
80 ,1
87 ,7
141 ,7
80 ,1
75 ,9
74 ,7
84 ,5
149 ,8
108 ,3
92 ,8
46,4 48,1 52,3
49,7 46,9
45,7 37,8 29,1 35,3
36,2 28,8 30,1 30,3 29,0 21,7 30,9 48,8 21,7 30,5 24,1 43,3
36,3 27,3
rein
einige Teilchen'' rein ί ; !
einige Teilchen :, rein ' . , ; einige Teilchen
rein
einige Teilchen
rein
einige Teilchen einige Teilchen
rein
einige Teilchen
Die Tabelle zeigt die Ätzergebnisse, die mit den erwähnten quaternären Gasmischungen erhalten wurden. Wie angegeben, reichen die Durchschnittsätzgeschwindigkeiten von etwa 80.bis 150 nm/min für Silizium oder Silizium und Kupfer enthaltende Aluminiumlegierungen, während'die Durchschnittsätzgeschwindigkeiten für reines Aluminium im Bereich von 70 bis 220 nm/min beobachtet wurden. Entsprechende Ätzgeschwindigkeitsselektivitäten von Metallisierung/Photoresist ("Shipley AZ 1470") im Bereich von 2 bis 3,5 wurden aufgenommen.
Ein Anstieg im Gesamtdruck bei sonst konstanten und optimalen Verfahrensparametern steigerte gewöhnlich die Durchschnittsätzgeschwindigkeit für die Metallisierungen, während sich die Selekti-
für vität gegenüber Photoresist verschlechterte, was auch die Anisotropie
und die Gesamtsauberkeit der Basisschicht galt.
Eine Steigerung der HF-Leistung erhöhte typisch die Resisterosionsgeschwindigkeiten relativ zu den Ätzgeschwindigkeiten der Metallisierungen, was zu ungünstigen Selektivitäten führte und den Linienbreitenverlust steigerte. Dieses Verhalten zeigte sich auch während der Steigerung der Gleichstrom-Verlagerungsspannung auf der die Plättchen tragenden vielflächigen Elektrode.
Das Ätzen erzeugte ein im wesentlichen vertikal (anisotrop) geätztes Profil mit 0,2 bis 0,4 Mm Linienbreitenverlust, der empfindlich von der Art und Verarbeitung der Resistätzmaske und der zum Erhalten einer sauberen Grundschicht erforderlichen Überätzung abhing. Typisch wurden die längeren überätzzeitdauern bei den 2 Gew. % Silizium und 4 Gew. % Kupfer enthaltenden ternären Aluminiumlegierungen angewandt.
Die folgenden sind besondere Beispiele der Bedingungen und des Materials, die befriedigende Ergebnisse bei Anwendung einer
Reaktionsvorrichtung lieferten, die allgemein in der US-PS 4 298 beschrieben ist.
Beispiel 1
Das zu ätzende Material war aufgestäubtes reines Aluminium. Die relativen Anteile der quaternären Gasmischung waren 61 % BCl3, 19 % Cl2, 17 % SiF4 und 3 % O2. Die Teildrücke waren 3,5 Pa für BCl3, 1,1 p.a für Cl2, 0,95 Pa für SiF4 und 0,17 Pa für O2- Bei einer HF-Leistung von 1060 W wurde das Metall mit 71 nm/min geätzt, wobei die Resistätzgeschwindigkeit 22,3 nm/min war. Die erhaltene Grundschicht war sauber.
Beispiel 2
Das zu ätzende Material war eine Elektronenstrahls aufgedampfte Legierung von Aluminium mit Silizium (2 %). Die relativen Anteile der quaternären Gasmischung waren 64 % BCl35 17 % Cl2, 15 % SiF4 und 4 % O9. Die Teil drücke waren 3,8 Pa für BCl-,. 0,99 Pa für Cl9, 0,88 Pa für SiF4 und 0,22 Pa für O2. Bei einer HF-Leistung von 1060 W wurde das Metall mit 116,6 nm/min geätzt, während die Resistätzgeschwindigkeit 46,4 nm/min war. Die erhaltene Grundschicht war sauber.
Beispiel 3
Das zu ätzende Material war eine aufgestäubte Legierung von Aluminium und Silizium (2 %). Die relativen Anteile der quaternären Gasmischung waren 61 % BCl3, 19 % Cl2, 17 % SiF4 und 3 % O2- Die Teildrücke waren 3,5 Pa für BCl3, 1,1 Pa für Cl2, 0,95 Pa für SiF4 und 0,17 Pa für O2. Bei einer HF-Leistung von 1060 W wurde das Metall mit 78,2 nm/min geätzt, während die Resistätzgeschwindigkeit 29,1 nm/min war. Die erhaltene Grundschicht war sauber.
Beispiel 4
Das zu ätzende Material war eine aufgestäubte Legierung von Aluminium/Silizium (2 %)/Kupfer (4 %). Die relativen Anteile der quaternären Gasmischung waren 58 % BCIo5 18 °/° CU., 21 % SiF, und 3 % O2- Die Teildrücke waren 2,5 Pa für BCl35 0,79 Pa für CU5 0,88 Pa für SiF4 und 0,11 Pa für 0,,. Bei einer HF-Leistung von 1060 W wurde das Metall mit 70,1 nm/min geätzt, während die Resistätzgeschwindigkeit 30,1 nm/min war. Die erhaltene Grundschicht war sauber.
Während die Erfindung in Verbindung mit einer bestimmten Gruppe von Vorrichtung mit vielflächiger Kathode beschrieben wurde, versteht sichidaß eine Auswahl von Reaktionsgefäßen, von denen einige im Handel erhältlich sind, befriedigend mit der erfindungsgemäßen Vierkomponenten-Ätzmischung verwendet werden kann. Verschiedene Ätzarten, einschließlich des Ätzens auf physikalischer Basis, wie z. B. ein reaktives Ionenstrahl ätzen oder reaktives Ionenfräsen, können mit den beschriebenen Vierkomponenten-Gasätzmischungen erreichbar sein.

Claims (8)

  1. Patentansprüche
    /i/ Verfahren zum selektiven reaktiven Ionenätzen dünner Metallisierungsschichten aus Aluminium und Aluminiumlegierungen in Gegenwart einer Ätzmaske innerhalb einer Reaktionskammer, dadu rch gekennzeichnet, daß man die Metallisierungsschicht in der Reaktionskammer einem Gasplasma zum Ätzen aussetzt, das im wesentlichen aus einer quaternären Mischung von 40 bis 65 VoI.% Bortrichlorid (BCl3) als Hauptbestandteil sowie 15 bis 30 Vol.% Chlor (Cl2), 10 bis 25 Vol.% Siliziumtetrafluorid (SiF4) und 2 bis 5 Vol.% Sauerstoff (O2) als kleineren Bestandteilen besteht.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gasplasma bei einem Druck zwischen 1,3 und 7,8 Pa ist.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ätzgas bei einem Druck zwischen 1,3 und 7,8 Pa ist und Hochfrequenzleistung dem Gasplasma mit einem Durchsatz von zwischen 0,075
    2 und 0,188 W/cm Leistungsdichte zugeführt wird.
  4. 4. Ätzmittel zum selektiven Ätzen reinen Aluminiummaterials nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es im wesentlichen aus einer quaternären Mischung von 40 bis 65 Vol.% Bortrichlorid (BCl3) als Hauptbestandteil sowie 0192-(Ser.Nr. 535929)-TF
    15 bis 30 Vol.Si Chlor (Cl2) 10 bis 25 Vol.% Siliziumtetrafl.uorid (SiF4) und 2 bis 5 Vol.% Sauerstoff (O2) als kleineren Bestandteilen besteht.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zum selektiven reaktiven Ionenätzen dünner Schichten aus aufgestäubtem Aluminium,
    dadurch gekennzeichnet,
    daB die quaternäre Gasplasmamischung im wesentlichen aus 61 Vol.%
    BCl3, 19 Vol.% Cl2, 17 Vol.% SiF4 und 3 Vol.% O2 besteht.
  6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zum selektiven
    reaktiven Ionenätzen dünner Schichten aus mittels Elektronenstrahls
    aufgedampften Aluminium/Silizium-Legierungen,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die quaternäre Gasplasmamischung im wesentlichen aus 64 Vol.% BCl3,
    17 Vol.% Cl2, 15 Vol.% SiF4 und 4 Vol.% O2 besteht.
  7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zum selektiven reaktiven Ionenätzen dünner Schichten aus einer aufgestäubten Aluminium/Silizium-Legierung,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die quaternäre Gasplasmamischung im wesentlichen aus 61 Vol.% BCl3,
    19 Vol.% Cl2, 17 Vol.% SiF4 und 3 Vol.% O2 besteht.
  8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zum selektiven reaktiven Ionenätzen dünner Schichten aus einer aufgestäubten Aluminium/Silizium/ Kupfer-Legierung,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die quaternäre Gasplasmamischung im wesentlichen aus 58 Vol.% BCl3,
    18 Vol.% Cl2, 21 Vol.% SiF4 und 3 Vol.% O2 besteht.
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