DE19907621A1 - Ätzmaskierung - Google Patents

Abstract

Es wird eine Ätzmaskierung, insbesondere zur Strukturierung von Polymeren oder nichtleitenden Materialien in Plasmaätzprozessen vorgeschlagen, die mindestens eine Maskierschicht (10) auf mindestens einer Strukturierungsschicht (12) aufweist, und wobei zwischen der Maskierschicht (10) und der Strukturierungsschicht (12) zumindest eine elektrisch leitende Leitschicht (11) vorgesehen ist. Die Strukturierungsschicht (12) und die Maskierschicht (10) bestehen dabei insbesondere aus einem zumindest weitgehend elektrisch nichtleitenden Material, wie einem Photolack, einem organischen Polymer, Siliziumoxid oder einem Metalloxid. Die Leitscicht (11) besteht vorzugsweise aus einem Metall oder einer Metallegierung.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Ätzmaskierung, insbesondere zur Strukturierung elektrisch nichtleitender Materialien mit Plasmaätzprozessen, nach der Gattung des Hauptanspruches.

Die Verwendung von Lack-, Oxid- oder Metallschichten als Ätzmaskierungen bei Trockenätzprozessen bzw. Plasmaätzprozessen, insbesondere zur Strukturierung von Polymeren wie beispielsweise Photolacken, ist in der Mikromechanik und der Mikroelektronik vielfach bekannt. Dazu sei auf das Buch "Ätzverfahren für die Mikrotechnik" von Michael Köhler, Verlag Wiley-VCH, verwiesen.

Im einzelnen wird mit bekannten Ätzmasken und Strukturierungsverfahren auf einem Substrat zunächst eine Schicht aus einem im weiteren zu strukturierenden Material wie beispielsweise einem Photolack, einem Polymer oder einem Siliziumoxid abgeschieden. Auf dieser Schicht wird dann üblicherweise eine Maskierschicht aus einem Polymer, wie beispielsweise einem Photolack, oder einem oxidischen Material aufgebracht. Danach wird zunächst die Maskierschicht in an sich bekannter Weise photolithographisch strukturiert, um anschließend, beispielsweise über einen Plasmaätzprozeß, mit der so erzeugten Ätzmaskierung die darunter befindliche Schicht auf dem Substrat zu strukturieren. Abschließend wird die Ätzmaskierung auf der fertig strukturierten Schicht wieder entfernt.

Bei einem derartigen Strukturieren von beispielsweise organischen Schichten oder Siliziumoxidschichten auf einem isolierenden Substrat unter Verwendung einer Photolackmaske oder einer oxidischen Ätzmaskierung, sind jedoch vielfach lateral über das Substrat unterschiedliche Ätzraten zu beobachten. Dies gilt besonders für Plasmaätzprozesse mit einer zusätzlich anliegenden Substratelektrodenspannung. Infolge der daraus resultierenden unterschiedlichen Ätzzeiten muß das gesamte Substrat mit den aufgebrachten Schichten daher solange geätzt werden, bis auch an den Stellen mit geringer Ätzrate alle gewünschten Strukturen freigeätzt sind. Da überdies die erzielten Ätzprofile von der Ätzzeit abhängig sind, treten neben einer verlängerten Gesamtätzzeit auch lateral unterschiedliche und unerwünschte Ätzprofile über dem Substrat auf. Ein weiteres Problem bei der Bearbeitung von isolierenden Substraten oder zu strukturierenden Schichten in Plasmaätzprozessen ist außerdem eine gegenüber entsprechenden leitenden Schichten insgesamt deutlich verminderte Ätzrate.

Bei bekannten Plasmaätzanlagen auf Basis eines RIE- oder ECR-Plasmatrockenätzprozesses liegt das zu ätzende Substrat auf einer Elektrode auf, in die eine hochfrequente Wechselspannung bzw. Biasspannung (beispielsweise 13,56 MHz) eingekoppelt wird. Bei elektrisch isolierenden Substraten wird dabei das auftretende elektrische Feld stark geschwächt, da Freiräume zwischen der Elektrode und dem Substrat, Durchbiegungen des Substrates, insbesondere infolge eines Helium-Polsters zwischen dem Substrat und der Substratelektrode zur besseren Wärmeanbindung, Substratunebenheiten, das Substrat selbst und die darauf aufgebrachten Schichten als Dielektrikum wirken.

Aufgrund der im Plasma vorhandenen Elektronen lädt sich die Substratoberfläche bzw. Schichtoberfläche bei elektrisch isolierenden Materialien zudem negativ gegenüber der Plasmakammer auf. Die so erzeugten Ladungen sind dabei nicht frei beweglich, so daß lokal unterschiedliche Potentiale auf der Substratoberfläche lokal unterschiedliche Biasspannungen bewirken, was letztlich Ursache für die erläuterten Inhomogenitäten ist.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Ätzmaskierung hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, daß durch die zusätzliche, als Äquipotentialfläche wirkende elektrisch leitende Leitschicht zwischen der eigentlichen Maskierschicht und der zu strukturierenden Strukturierungsschicht eine höhere Ätzrate und eine homogenere Ätzratenverteilung über dem Substrat erzielt wird, was gleichzeitig zu einer höheren Reproduzierbarkeit und Gleichmäßigkeit der Ätzprofile führt. Somit wird durch die erfindungsgemäße Ätzmaskierung der Gesamtätzprozeß verkürzt und die Durchlaufzeit beispielsweise in Plasmaätzanlagen erhöht. Zudem wird die Qualität der erzeugten Profile bzw. Ätzstrukturen auf den jeweiligen Substraten verbessert.

Die erfindungsgemäße Ätzmaskierung eignet sich dabei besonders für elektrisch nichtleitende oder schwachleitende Materialien d. h. Substrate und/oder Maskierschichten und/oder Strukturierungsschichten, die elektrisch weitgehend isolierend sind.

Besonders vorteilhaft kann die erfindungsgemäße Ätzmaskierung bei an sich bekannten Plasmaätzprozessen, insbesondere ECR- ("electron cyclotron resonance") oder RIE- Plasmatrockenätzprozessen ("reactive ion etching") eingesetzt werden, bei denen an einer Substratelektrode oder dem jeweiligen Substrat eine zusätzliche Substratspannung (Biasspannung) angelegt wird. Diese Substratspannung hat bei solchen Prozessen - neben der Ionendichte im Plasma - einen großen Einfluß auf die erzielte Ätzrate. Die erfindungsgemäße Leitschicht gewährleistet als Äquipotentialfläche in diesem Fall, daß lateral in der zu strukturierenden Schicht keine oder nur geringe Potentialunterschiede und somit auch keine Ätzratenunterschiede entstehen.

Weiterhin wird durch die erfindungsgemäße Leitschicht eine Schwächung der an dem Substrat bzw. den darauf befindlichen Schichten über die Substratelektrode anliegenden elektrischen Felder möglichst klein gehalten, so daß die Ätzraten insgesamt steigen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen.

So besteht die Leitschicht vorteilhaft aus einem Metall oder einer Metallegierung, wie insbesondere Kupfer, Chrom, Aluminium, Silber oder Gold, und hat vorteilhaft eine Dicke von 5 nm bis 2 µm, vorzugsweise von 100 nm bis 1 µm.

Weiterhin ist es sehr vorteilhaft, wenn das Substrat und/oder die über das Ätzverfahren zu strukturierende Strukturierungsschicht auf der der Ätzmaskierung abgewandten Seite mit einer zweiten Leitschicht versehen ist, die vorzugsweise ebenfalls eine Metallschicht ist. Die erste Leitschicht und/oder die zweite Leitschicht können überdies sehr vorteilhaft in an sich bekannter Weise mit einer Substratelektrode elektrisch leitend verbunden sein, über die beispielsweise eine hochfrequente Wechselspannung eingekoppelt wird, so daß die Leitschicht und die Substratelektrode auf gleichem Potential liegen.

Die erfindungsgemäße Maskierschicht kann insbesondere zur Strukturierung von Polymeren in Trockenätzprozessen und in der additiven Integrationstechnik zur Erzeugung optischer Strukturen eingesetzt werden.

Zeichnungen

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen die Fig. 1 bis 3 die Strukturierung einer Strukturierungsschicht auf einem Substrat mittels einer Ätzmaskierung in verschiedenen Verfahrensabschnitten.

Ausführungsbeispiele

Die Fig. 1 zeigt ein Substrat 13, das beispielsweise aus Silizium oder Siliziumdioxid besteht, auf dem eine zu strukturierende Strukturierungsschicht 12 aus einem Polymer, wie beispielsweise einem an sich bekannten Photolack, abgeschieden ist. Alternativ besteht die Strukturierungsschicht 12 beispielsweise aus einem Siliziumoxid wie SiO₂. Die Strukturierungsschicht 12 hat eine typische Dicke von 1 bis 25 µm. Der sie in diesem Beispiel bildende Photolack wurde bei einer Temperatur von ca. 200°C ausgeheizt oder auf eine andere, an sich bekannte Weise ausgehärtet. Auf der Strukturierungsschicht 12 befindet sich weiter eine elektrisch leitende Leitschicht 11 aus Kupfer mit einer Dicke von 5 nm bis 2 µm, insbesondere von 500 nm. Auf der Leitschicht 11 ist schließlich eine Maskierschicht 10 vorgesehen, die aus einem an sich bekannten Photolack mit einer typischen Dicke von ca. 1,5 µm besteht.

Die Fig. 2 zeigt, wie im ersten Verfahrensschritt die Maskierschicht 10 zunächst über ein an sich bekanntes photolithographisches Strukturierungsverfahren strukturiert wird, so daß sie im weiteren als Ätzmaske für die Strukturierung der Leitschicht 11 und der Strukturierungsschicht 12 dient. Anschließend erfolgt dann eine naßchemische Ätzung der Leitschicht 11 über einen an sich bekannten Ätzprozeß. Alternativ kann die Ätzung der Leitschicht aber auch in bekannter Weise über einen Plasmaätzprozeß ausgeführt werden.

Nachfolgend wird gemäß Fig. 3 über einen an sich bekannten ECR- ("electron cyclotron resonance") oder RIE- Plasmatrockenätzprozeß ("reactive ion etching"), beispielsweise in einem Sauerstoffplasma, eine Strukturierung der Strukturierungsschicht 12 vorgenommen, wobei die Struktur der Maskierschicht 10 in die Strukturierungsschicht 12 übertragen wird.

Nach Abschluß der Strukturierung der Strukturierungsschicht 12 werden schließlich die Maskierschicht 10 und die Leitschicht 11 wieder entfernt. Dieses Entfernen erfolgt beispielsweise naßchemisch unter Verwendung einer wäßrigen HNO₃-Lösung.

Es sei im übrigen darauf hingewiesen, daß die Strukturierungsschicht 12 und das Substrat 13 auch eine Einheit bilden können d. h. der obere Teilbereich des Substrates 13 bildet die eigentliche Strukturierungsschicht 12.

Claims (8)

1. Ätzmaskierung, insbesondere zur Strukturierung von Polymeren oder nichtleitenden Materialien in Plasmaätzprozessen, mit mindestens einer Maskierschicht (10) auf mindestens einer Strukturierungsschicht (12), dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Maskierschicht (10) und der Strukturierungsschicht (12) zumindest eine elektrisch leitende Leitschicht (11) vorgesehen ist.

2. Ätzmaskierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitschicht (11) aus einem Metall oder einer Metallegierung, insbesondere aus Kupfer, Chrom Aluminium, Silber oder Gold, besteht.

3. Ätzmaskierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strukturierungsschicht (12) und die Maskierschicht (10) aus einem zumindest weitgehend elektrisch nichtleitenden Material, insbesondere einem Photolack, einem organischen Polymer, einem Siliziumoxid oder einem Metalloxid bestehen.

4. Ätzmaskierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitschicht (11) eine Dicke von 5 nm bis 2 µm, insbesondere von 100 nm bis 1 µm hat.

5. Ätzmaskierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strukturierungsschicht (12) auf einem Substrat (13), insbesondere einem elektrisch zumindest weitgehend isolierenden Substrat (13), angeordnet ist.

6. Ätzmaskierung nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (13) und/oder die Strukturierungsschicht (12) auf der der Ätzmaskierung abgewandten Seite mit einer zweiten Leitschicht versehen ist.

7. Ätzmaskierung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Leitschicht eine Metallschicht ist.

8. Ätzmaskierung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitschicht (11) mit einer Substratelektrode und/oder mit der zweiten Leitschicht elektrisch verbunden ist.