DE2432719B2

DE2432719B2 - Verfahren zum erzeugen von feinen strukturen aus aufdampfbaren materialien auf einer unterlage und anwendung des verfahrens

Info

Publication number: DE2432719B2
Application number: DE19742432719
Authority: DE
Inventors: Dietrich Dr.-Ing. 8025 Unterh aching Widmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1974-07-08
Filing date: 1974-07-08
Publication date: 1977-06-02
Also published as: DE2432719A1; CA1066144A; BE831114A; FR2278159B1; US4108717A; GB1476284A; IT1039443B; FR2278159A1; JPS5133568A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen von Mikrostrukturen auf einer Unterlage, insbesondere für hochintegrierte Halbleiterschaltungen, bei dem auf die Unterlage eine Maske, die eine zu der gewünschten feinen Struktur komplementäre Struktur aufweist, aufgebracht wird, anschließend mit einem Ätzmittel das nur die Unterlage angreift, geätzt wird, dann bedampft oder bestäubt wird und danach die Maske entfernt wird und Anwendung des Verfahrens.

Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist bekannt und in der DT-OS 16 39455 beschrieben. Es handelt sich danach um ein Verfahren zum Herstellen von getrennten Kontakten an einem Halbleiterkörper, dessen Oberfläche mit einer Isolierschicht bedeckt ist. Es werden dabei die Isolierschicht an den Kontaktstellen entfernt und Vertiefungen in den Halbleiterkörper geätzt, derart, daß die Isolierschicht jeweils unterätzt wird. Dann wird durch Bedampfen Kontaktmaterial in die Vertiefungen eingebracht, jedoch nur in einer solchen Dicke, daß es sich nicht bis zur unterätzten Isolierschicht erstreckt Durch die seitliche Unterätzung, die etwa ebenso groß ist wie die vertikale Ätztiefe, entstehen beim Einbringen des Kontaktmaterials erhebliche Maßverluste gegenüber der Isolierschicht, die hier die Rolle der zur gewünschten feinen Struktur der Kontakte komplementären Maske einnimmt. Nimmt man, wie es für gewöhnlich der Fall ist, eine Dicke in der Größenordnung von 1 μπι für das aufgedampfte Kontaktmaterial an, so können dabei und werden es in der Regel auch, Maßverluste von derselben Größenordnung gegenüber den Masken auftreten. Strukturbreiten in der Größenordnung von 1 μπι. wie sie in der heutigen Halbleitertechnik angestrebt werden, lassen sich daher bei Dicken von der Größenordnung von 1 μπι nicht mit der notwendigen Sicherheit erreichen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß feine Strukturen ohne Maßverlust gegenüber Masken sicher herstellbar sind.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Dicke der aufgebrachten Schicht größer als die Ätztiefe t gewählt wird und der Aufdampfvorgang vor dem Zusammenwachsen der auf der Maske aufgebrachten Schicht und der in den geätzten Bereichen aufgebrachten Schicht beendet wird.

In vielen Fällen tritt das Problem auf, daß die Unterlage nicht ätzbar ist oder nicht geätzt werden darf. In solchen Fällen wird das erfindungsgemäße Verfahren nach Anspruch 3 so weitergebildet, daß vor dem Aufbringen der ätzfesten Maske auf der Oberfläche der Unterlage eine Hilfsschicht vorgebbarer Schichtdicke aus ätzbarem Material, vorzugsweise durch Aufdampfen, erzeugt wird, d?ß nach dem Aufbringen der ätzfesten Maske, die entstandene Oberfläche mit einem Ätzmittel so lange geätzt wird, bis die Hilfsschicht in den maskenfreien Teilen seitlich weggeätzt ist und daß anschließend die Oberfläche bedampft wird. Vorzugsweise besteht die Hilfsschicht aus Metall oder einer Metallegierung. In speziellen Fällen kann auch die oberste ätzbare Schicht einer geschichteten Unterlage als Hilfsschicht dienen. In solchen Fällen kann das zusätzliche AuPoringen einer Hilfsschicht unterbleiben.

Die nach dem Abheben der Ätzmaske verbleibenden Teile der Hilfsschicht können störend sein. Für diesen Fall wird das erfindungsgemäße Verfahren so erweitert, daß die Hilfsschicht durch das Ätzmittel stärker angegriffen wird, als die aufgedampfte Schicht und daß nach dem Abheben der ätzfesten Maske die entstandene Oberfläche mit dem Ätzmittel so lange überätzt wird, bis die Hilfsschicht weggeätzt ist.

Vorzugsweise wird das Verfahren für die Herstellung

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von Elektrodenstrukturen und/oder Leiterbahnstrukturen auf Halbleiterkörpern verwendet

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus zusätzlichen Unteransprüchen hervo».

Das erfindungsgemäße Verfahren und seine Erweiterungen zeichnen sich durch folgende Vorteile gegenüber denen des Standes der Technik aus:

a) Es tritt kein durch Unterätzung hervorgerufener Maßverlust gegenüber der Atzmaske auf. Dadurch wird eine hohe Genauigkeit und gute Reproduzierbarkeit der zu erzeugenden Strukturen erreicht

b) Die einzelnen Verfahrensschritte sind insofern unkritisch, als die einzelnen Parameter, wie z. B. die Dicke der Hilfsschicht oder die Unterätzung, nicht sehr genau eingehalten werden müssen.

c) Durch die in a) und b) genannten Vorteile wird eine hohe Ausbeute, beispielsweise bei hochintegrierten Halbleiterschaltungen, erreicht

d) Das Abheben der Ätzmaske mil herkömmlichen Methoden ist problemlos, da die dazu erforderlichen überhängenden Kanten infolge der seitlichen Unterätzung der Ätzmaske vorhanden sind.

Die Erfindung wird an Hand nachstehender Figuren erläutert.

Fig. 1 bis 4 zeigen schematisch entstandene Zwischenstufen nach einzelnen Schritten des erfir·- dungsgemäßen Verfahrens im Querschnitt;

Fig.5 bis 10 zeigen schematisch im Querschnitt entstandene Zwischenstufen bei der Herste'hing von Leiterbahnstrukturen nach einzelnen Schritten eines erweiterten Verfahrens.

In Fig. 1 ist im Querschnitt gezeichnet, auf der Oberfläche der Unterlage 1 die Ätzmaske 2, z. B. in Form von Fotolackstrukturen, aufgebracht. Diese Oberfläche wird mit wenigstens einem Ätzmittel, das das Material der Unterlage angreift, überätzt. Es entstehen dabei an den Ätzmaskenkanten Unteratzungen s von der Größe der Ätztiefe t. Die nach dem Überätzen entstandene Oberflächenstruktur zeigt Fig. 2. Diese Figur wird mittels einer Dampfstrahlquelle (Bestäubungsquelle) mit aufdampfbarem (aufstäubbarem) Material bedampft (bestäubt), so daß die in F i g. 3 dargestellten Schichten 3 und 4 entstehen. Selbstverständlich können mehrere Lagen aus aufdampfbarem (aufstäubbarem) Material aufgedampft (aufgestäubt) werden, so daß die Schichten 3 und 4 geschichtet sind. Als Bedampfungsquellen können die in der Vakuumtechnik verwendeten Einrichtungen angewandt werden. Beim Bedampfen ist darauf zu achten, daß die Schichten 3 und 4 nicht zusammenwachsen. Dies ist jedoch kein Problem, da man lediglich darauf zu achten hat, daß nicht zu lange bedampft wird und dadurch zu dicke Schichten entstehen. Ein Vielfaches

der Ätztiefe rist auch bei nicht senkrechter Bedampfung realisierbar. Nach dem Bedampfen wird die Ätzmaske mit den Schichten 4 in einem für die Ätzmaske wirksamen Äiz- oder Lösungsmittel abgehoben und es entsteht die in Fig.4 dargestellte Endstufe. Die entstandene Struktur ist komplementär zur Ätzmaskenstrukiur, d. h. es entstehen dort Schichten aus aufdampfbarern Material, wo die Äizmaske Durchbrüche aufweist

An Hand der F i g. 5 bis 10 wird als konkretes Beispiel die Herstellung von Aluminium-Leiterbahnstrukturen ohne Maßverlust gegenüber Ätzmasken eines erweiterten erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert Im ersten Schritt wird auf die Unterlage, beispielsweise ein Substrat als Halbleitermaterial mit einer aufgewachsenen Siliziumdioxidschicht, eine vorzugsweise 0,1 bis 0,3 μΐη dicke Hilfsschicht aus einer Aluminium/Nickel-Legierung mit ca. 0,5% Nickelgehalt aufgedampft. Fig. 5 zeigt die entstandene Zwischenstufe mit dem Substrat 5, der Siliziumdioxidschicht 6 und der aufgedampften Hilfsschicht 7. Auf diese Hilfsschicht 7 wird eine Fotolackstruktur 8 (siehe F i g. 6) mit feinsten Strukturen bis herab zu etwa 1 μπι und von 0,5 bis 1 μιη Dicke als Ätzmaske aufgebrach·.. Diese Fotolackstruktur muß komplementär zur gewünschten Aluminium-Leiterbahnstruktur ausgebildet sein. Die entstandene Oberfläche wird z.B. in 6OC heißer konzentrierter Phosphorsäure geätzt. Dabei entsteht die in Fig. 7 im Querschnitt dargestellte Oberflächenstruktur mit den unterätzten Fotolackkanten. Diese Unterätzung entspricht etwa der Dicke der Hilfsschicht und beträgt demnach nur 0,1 bis 0.3 μπι. Auf diese Struktur wird eine etwa 1 μιτι dicke Aluminiumschicht mittels einer Dampfstrahlquelle aufgedampft, so daß die in Fig.8 dargestellten Aluminiumschichten 9 und 10 entstehen. Anschließend werden der Fotolack und die darüberliegenden Schichten 10 abgelöst, so daß die in Fig. 9 dargestellte Zwischenstufe entsteht. Die Hilfsschicht 7 wird wieder mit dem ersten Ätzmittel, also 60⁰C heißer Phosphorsäure abgeätzt. Dabei wird von der Rtinaluminiumstruktur weniger als 0,1 um abgetragen (wegen der etwa 5mal geringeren Ätzrate von Reinaluminium gegenüber der angegebenen Al/Ni-Legierung im verwendeten Ätzmittel). Das in diesem Ausführungsbeispiel beschriebene Verfahren ist. zwar aufwendiger als die üblichen Verfahren des Standes der Technik, aber die einzelnen Verfahrensschritte sind relativ unkritisch, so daß eine hohe Ausbeute erwartet werden kann. Zum Beispiel können für die Schichtdicke der Hilfsschicht und für den Betrag der Unterätzung relativ große Toleranzen zugelassen werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Erzeugen von Mikrostrukturen auf einer Unterlage, insbesondere für hochinte- ^ grierte Halbleiterschaltungen, bei dem auf die Unterlage eine Maske, die eine zu der gewünschten feinen Struktur komplementäre Struktur aufweist, aufgebracht wird, anschließend mit einem Ätzmittel, das nur die Unterlage angreift, geätzt wird, dann "o bedampft oder bestäubt wird und danach die Maske entfernt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der aufgebrachten Schicht größer als die Ätztiefe t gewählt wird und der Aufdampfvorgang vor dem Zusammenwachsen der auf der '5 Maske aufgebrachten Schicht und der in den geätzten Bereichen aufgebrachten Schicht beendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Metall oder weingstens eine Metallegierung aufgedampft werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Aufbringen der ätzfesten Maske auf der Oberfläche der Unterlage eine Hilfsschicht vorgebbarer Schichtdicke aus ²> itzbarem Material, vorzugsweise durch Aufdampfen oder Aufstäuben, erzeugt wird, daß nach dem Aufbringen der ätzfesten Maske die entstandene Oberfläche mit wenigstens einem Ätzmittel so lange geätzt wird, bis die Hilfsschicht in den maskenfreien Teilen weggeätzt ist und daß anschließend die Oberfläche bedampft wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsschicht aus wenigstens einem Metall oder einer Metallegierung besteht.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsschicht durch das Ätzmittel stärker angegriffen wird als die aufgedampfte Schicht und daß nach dem Abheben der ätzfesten Maske die entstandene Oberfläche mit dem Ätzmittel so lange überätzt wird, bis die Hilfsschicht weggeätzt ist.

6. Verfahren nach Anspruch 2, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Hilfsschicht eine 0,1 bis 0,3 μΐη dicke Aluminium/Nickel-Legierung mit etwa 0,5% Nickelgehalt aufgedampft wird, daß die Ätzmaske aus Fotolack besteht, daß als Ätzmittel 60° C heiße Phosphorsäure verwendet wird und daß Reinaluminium aufgedampft wird.

7. Verfahren nach Anspruch 2, 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Hilfsschicht eine etwa 1 μπι dicke Reinaluminiumschicht aufgedampft wird, daß die ätzfeste Maske aus Fotolack besteht, daß als erstes Ätzmittel 60°C heiße Phosphorsäure verwendet wird und daß eine Reinaluminiumschicht von vs 1 μπι Dicke aufgedampft wird.

8. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Herstellung von Elektrodenstrukturen und/oder Leiterbahnstrukturen auf Halbleiterkörpern. ^l<o