DE19935495A1

DE19935495A1 - Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Vorrichtung

Info

Publication number: DE19935495A1
Application number: DE1999135495
Authority: DE
Inventors: Yoshihiro Koshido
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1998-08-20
Filing date: 1999-07-28
Publication date: 2000-03-02
Also published as: US6204190B1; JP3293564B2; JP2000068251A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Vorrichtung, das die folgenden Schritte umfaßt: Aufbringen eines Dünnfilms auf einem Substrat; Ätzen eines Abschnitts des Dünnfilms mittels eines reaktiven Ionenätzverfahrens, derart, daß ein Teil des Dünnfilms auf dem Substrat zurückbleibt; und Entfernen des zurückgebliebenen Dünnfilms durch ein physikalisches Ätzen unter Verwendung eines Inertgases.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Vorrichtung. Genauer gesagt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Vorrichtung wie z. B. einer integrierten Halbleiter schaltung, eines Halbleiter-Bauelements oder eines akustischen Oberflächenwellen- Bauelements (SAW-Bauelements).

Verschiedene elektronische Vorrichtungen umfassen ein bestimmtes Muster bildende Elektroden oder Metallisierungen auf einem Substrat. Zum Beispiel ist im Fall eines Oberflächenwellen-Bauelements eine Aluminiumelektrode auf einem piezoelektri schen Einkristallsubstrat durch reaktives Ionenätzen (RIE) ausgebildet. Genauer ge sagt wird, wie in den Fig. 1A und 1B gezeigt ist, die Oberfläche eines Elektroden films 2, der auf einem piezoelektrischen Einkristallsubstrat 11 vorgesehen ist, mit ei nem Photoresist 3 überzogen, und der Elektrodenfilm 2 wird selektiv unter Verwen dung eines Gases auf Chlorbasis wie z. B. Cl₂ oder BCl₃ und des ein bestimmtes Mu ster bildendes Photoresists 3 als Maske weggeätzt. Aber der Elektrodenfilm 2 wird nicht immer vollständig entfernt und wird manchmal auf dem Einkristallsubstrat 1 be dingt durch ungleiche Verteilungen der Filmdicke des Elektrodenfilms 2 oder einer heterogenen reaktiven Ionenätzrate auf der Oberfläche des Einkristallsubstrats 1 zu rückgelassen, wie in Fig. 1A gezeigt ist. Ein Rückstandsbeseitigungsvorgang, der "Nachätzen" (over-etching) genannt wird, wird deshalb unvermeidlich, um den Elek trodenfilm 2 vollständig zu entfernen, ohne daß irgendwelche Rückstände zurück bleiben. Eine Nachätzbehandlung von 5 bis 50% über der gesamten Ätzzeit unter den gleichen Ätzbedingungen wird bei dem Nachätzverfahren vorgesehen, wie in Fig. 1B gezeigt ist, wodurch das Einkristallsubstrat 1 geringfügig angeätzt wird.

Die Abschnitte, an denen der Elektrodenfilm 2 entfernt worden ist und an denen das Einkristallsubstrat 1 freigelegt worden ist, werden während der Nachätzzeit einem Chlorplasma ausgesetzt. Folglich wird das Einkristallsubstrat 1 beschädigt, so daß beschädigte Schichten 4 entstehen, wie in Fig. 2 gezeigt ist. Hierdurch werden die Charakteristiken des Oberflächenwellen-Bauelements verschlechtert.

Man hat allgemein angenommen, daß die Ursache für die Substratbeschädigung aufgrund des zuvor beschriebenen Nachätzens eine physikalische Beschädigung bedingt durch den Aufprall der Ionen ist, die mit dem Substrat während des reaktiven Ionenätzens kollidieren. Folglich ist die Substratbeschädigung aufgrund der Ionenir radiation durch die folgenden Methoden unterdrückt worden: (1) Reduzieren der Io nenirradiationsenergie; (2) Verbessern der Homogenität der Ionenätzrate; und (3) Erfassen des Ätzendzeitpunkts mit hoher Genauigkeit. Aber es war mit den her kömmlichen Methoden unmöglich, die Beschädigung des Substrats vollständig zu verhindern, obwohl diese durch deren Anwendung verringert werden konnte.

Die vorliegende Erfindung ist auf ein Verfahren ausgerichtet, das das oben genannte Problem lösen kann und die Beschädigung des Substrats durch das reaktive Ionen ätzen bei der Herstellung einer elektronischen Vorrichtung verringern kann.

Das Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Vorrichtung umfaßt die folgenden Schritte: Aufbringen eines Dünnfilms auf einem Einkristallsubstrat oder einem Einkri stallfilm oder auf einem triaxial oder uniaxial ausgerichteten Film; Ätzen eines Ab schnitts des Dünnfilms mittels eines reaktiven Ionenätzverfahrens derart, daß ein Teil des Dünnfilms zurückbleibt; und Entfernen des zurückgebliebenen Dünnfilms durch ein physikalisches Ätzen unter Verwendung eines Inertgases als das Hauptgas.

Bei dem Verfahren wird vorzugsweise ein Gas auf Chlorbasis für das reaktive Io nenätzen verwendet, und das physikalische Ätzen wird vorzugsweise durch Ionen fräsen (Ion Milling) durchgeführt.

Außerdem weist der nach dem reaktiven Ionenätzen zurückgebliebene Dünnfilm vor zugsweise eine Filmdicke im Bereich von etwa 0,5 nm bis etwa 1000 nm, bevorzugt von etwa 1-500 nm auf.

Zum Zwecke der Veranschaulichung der Erfindung werden in den Zeichnungen meh rere derzeit bevorzugte Ausführungsformen gezeigt, wobei es aber selbstverständlich ist, daß die Erfindung nicht auf die gezeigten exakten Anordnungen und Einrichtun gen beschränkt ist. Es zeigen:

Fig. 1A und 1B Querschnittansichten, die die reaktiven Ionenätzschritte darstellen, bei denen auf herkömmliche Weise ein Gas auf Chlorbasis verwendet wird,

Fig. 2 eine Querschnittansicht eines Substrats, das durch Nachätzen beschä digt ist,

Fig. 3A bis 3E Querschnittansichten, die die elektrodenbildenden Schritte gemäß ei nem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulichen.

Der Erfinder der vorliegenden Erfindung hat durch Studien herausgefunden, daß die Beschädigung des Substrats nicht nur einfach durch eine physikalische Beschädi gung aufgrund des Aufprallens der Ionen auf dem Substrat bewirkt wird, sondern durch eine Diffusion von Chlorarten (Ionen, Atome, Moleküle oder Chlorradikale) in das Substrat bewirkt wird. Gemäß der Studie geht man davon aus, daß das Chlor in das Substrat diffundiert, indem die Oberfläche des Substrats während des reaktiven Ionenätzens den Chlor-Ionen ausgesetzt ist und dieses die Kristallinität des Substrats zerstört oder beeinträchtigt. Als eine Folge davon wird bewirkt, daß sich verschiede ne Eigenschaften, die sich aufgrund einer hohen Kristallinität einstellten, wie z. B. piezoelektrische Eigenschaften, dielektrische Eigenschaften, pyroelektrische Eigen schaften, Halbleitereigenschaften, magnetische Eigenschaften und dergleichen, ver schlechtern.

Das Verfahren zur Herstellung der elektronischen Vorrichtung gemäß der vorliegen den Erfindung basiert auf den Erkenntnissen, die von dem Erfinder der vorliegenden Erfindung herausgefunden wurden. Das Verfahren umfaßt die folgenden Schritte:
Ätzen eines Dünnfilms, der auf einem Einkristallsubstrat oder einem Einkristallfilm oder einem triaxial ausgerichteten Film oder einem uniaxial ausgerichteten Film auf gebracht ist, durch ein reaktives Ionenätzen derart, daß ein Teil des Dünnfilms zu rückgelassen wird; und Entfernen des restlichen Dünnfilms durch ein physikalisches Ätzen unter Verwendung eines Inertgases als das Hauptgas. Funktionale Einkristall materialien wie z. B. piezoelektrische Substanzen, dielektrische Substanzen, pyro elektrische Substanzen, Halbleitersubstanzen und magnetische Substanzen werden je nach Art der elektronischen Vorrichtung geeigneterweise für das Einkristallsubstrat oder den Einkristallfilm oder den triaxial ausgerichteten Film oder den uniaxial ausge richteten Film verwendet.

Nach der Studie des Erfinders wird die vorliegende Erfindung vorzugsweise bei ei nem Oberflächenwellen-Bauelement verwendet, das ein piezoelektrisches Substrat oder einen piezoelektrischen Film aufweist, die aus einem Material wie z. B. LiTaO₃, LiNbO₃, Li₂B₄O₇, Quarz oder La₃Ga₅SiO₁₄ (Langasit) hergestellt sind. Und zwar des halb, weil diese Materialien empfänglich sind für die Chlordiffusion durch das reaktive Ionenätzverfahren, was zu einer Verschlechterung der piezoelektrischen Eigen schaften führt.

Das Plasma eines auf Chlor basierenden Gases wird normalerweise für das reaktive Ionenätzen verwendet. Das Gas auf Chlorbasis, wie es hier verwendet wird, bezieht sich auf ein Gas, das Chlor enthält, z. B. ein Gas, das zumindest eines aus der Grup pe von Cl₂, BCl₃, SiCl₄, CCl₄, CClF₃, CHClF₂, CCl₂F₂, CHCl₂F, CHCl₃, CCl₃F und CH₂Cl₂ enthält.

Ein Dünnfilm, der auf dem Einkristallsubstrat oder dem Einkristallfilm oder auf dem triaxial oder uniaxial ausgerichteten Film ausgebildet ist, kann ein leitendes Material oder ein Halbleiter sein und mindestens ein Element enthalten, das zum reaktiven Ionenätzen mit einem Gas auf Chlorbasis in der Lage ist, wobei Beispiele davon mindestens ein Element aus der Gruppe von Al, Cu, Ti, Cr, Ga, As, Se, Nb, Ru, In, Sn, Sb, Ta oder Au enthalten.

Da ein Teil des Dünnfilms bei dem reaktiven Ionenätzen des Dünnfilms gemäß der vorliegenden Erfindung zurückgelassen wird, wird der Einkristalldünnfilm oder der gleichen nicht den Ionen ausgesetzt, wodurch verhindert wird, daß der Einkristallfilm oder dergleichen beschädigt wird. Spuren des zurückgebliebenen Dünnfilms werden dann durch ein physikalisches Ätzen unter Verwendung eines Inertgases als Haupt gas entfernt.

Ein Beispiel für das physikalische Ätzen unter Verwendung eines Inertgases ist das Ionenfräsen. Das Ionenfräsen bezieht sich auf ein physikalisches Ätzen, bei dem Io nen des Inertgases mit einem Objekt kollidieren, um die Oberflächensubstanzen auf dem Objekt wegzuschnipsen ("Sputtern"), ohne daß dies von irgendwelchen chemi schen Reaktionen begleitet ist. Folglich kann das für das Ionenfräsen verwendete Gas ein oder mehrere Elemente aus der Gruppe von Ar, Kr, Xe und Ne enthalten. Aber ein kleiner Betrag an einem Gas auf Chlorbasis kann dem Inertgas hinzugefügt werden, um ein reaktives Ionenätzen (RIE) oder ein Ionenstrahlätzen vorzusehen. Der Betrag an dem Gas auf Chlorbasis sollte so klein sein, daß keine Probleme der Verschlechterung der Charakteristiken des Einkristallsubstrats und des Einkristall films bewirkt werden.

Da eine Beschädigung des Substrats durch das reaktive Ionenätzen allgemein als eine physikalische Beschädigung bedingt durch die Ionenkollision angesehen wurde, war man der Meinung, daß das Entfernen des Dünnfilms auf dem ganzen Substrat durch das Verwenden eines physikalischen Ätzverfahrens wie z. B. Ionenfräsen bei dem letzten Schritt die Beschädigung des Substrats vergrößerte. Aber die Beschädi gung des Substrats durch das reaktive Ionenätzen wird eigentlich durch eine chemi sche Beschädigung hervorgerufen. Folglich erlaubt es das Entfernen des letzten Dünnfilms durch das physikalische Ätzen, daß der Dünnfilm komplett entfernt werden kann, ohne daß das Substrat beschädigt wird, wodurch die Charakteristiken der elektronischen Vorrichtung verbessert werden.

Die bevorzugte Dicke des Dünnfilms, der nach dem reaktiven Ionenätzen zurückge lassen wird, liegt in dem Bereich von etwa 0,5 nm bis etwa 1000 nm. Wenn die Tar getdicke dünner als etwa 0,5 nm ist, kann der Dünnfilm aufgrund der Verteilung der reaktiven Ionenätzrate Löcher bekommen, während dann, wenn die Dicke größer als etwa 1000 nm ist, die Bearbeitungszeit für den physikalischen Ätzvorgang zu lang werden kann.

Im folgenden wird nun ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung genauer unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei das Ober flächenwellen-Bauelement als ein Beispiel verwendet wird. Wie in Fig. 3A gezeigt ist, wird ein Elektrodenfilm 12, der aus Al hergestellt ist, das 1 Massenanteil (1 Gew.-%) Cu enthält (im folgenden Al-1 Gew.-% Cu genannt), durch Sputtern auf ein LiTiO₃- Substrat 11, das einen Durchmesser von drei Inch aufweist, derart aufgebracht, daß der Elektrodenfilm 12 eine Filmdicke von 100 nm aufweist. Dann wird ein Photoresist auf dem Elektrodenfilm 12 aufgetragen, der aus Al-1 Gew.-% Cu besteht, wie in Fig. 3B gezeigt ist, um ein Photoresistmuster 13 mit einer Linienstärke (L/S) von 0,5 µm und einer Filmdicke von 1 µm durch ein Photolithographie-Verfahren zu bilden.

Der Elektrodenfilm 12 wird danach dem reaktiven Ionenätzen unterzogen, wie in Fig. 3C gezeigt ist, wobei das Photoresistmuster 13 als eine Maske verwendet wird. Der Elektrodenfilm 12 wird teilweise durch das Verwenden des reaktiven Ionenätzens entfernt, so daß 20 nm Filmdicke zurückgelassen werden. Das reaktive Ionenätzen wird mit einem Parallelplatten-RIE-Apparat unter Verwendung eines gemischten Ga ses mit einer Zusammensetzung aus (BCl₃ + Cl₂ + N₂) durchgeführt. Es ist selbstver ständlich, daß ICP, ECR oder Helicon anstelle des Parallelplatten-RIE-Apparats ver wendet werden können.

Da das LiTaO₃-Substrat 11 mit dem Elektrodenfilm 12 bedeckt ist und während des reaktiven Ionenätzens nicht offen daliegt, wird das LiTaO₃-Substrat 11 nicht dem Chlorplasma ausgesetzt, während das reaktive Ionenätzen mit einem gemischten Gas vorgesehen wird, das das Gas auf Chlorbasis erhält, so daß die Platte nicht be schädigt wird.

Nach dem vollständigen Absaugen des gemischten Gases aus (BCl₃ + Cl₂ + N₂) aus der Kammer des RIE-Apparates und bevor das LiTaO₃-Substrat 11 der Luft ausge setzt wird, wird es einem Ar-Ionenfräsen unterzogen, um den Elektrodenfilm 12 bis zu dem Grad des geringfügigen Nachätzens zu entfernen, wie in Fig. 3D gezeigt ist. Das Ar-Ionenfräsen wird durch ein Ionenschauerverfahren unter Verwendung einer ECR-Plasmaquelle durchgeführt. Natürlich können auch andere hochdichte Plas maquellen verwendet werden. Ein Ionenzugverfahren (ion pull-in method), bei dem eine HF-Vorspannung (RF bias) oder eine Gleichstromvormagnetisierung (DC bias) an dem Substrat angelegt wird, kann anstelle des Ionenschauerverfahrens verwen det werden. Die Nachätzzeit wurde auf 30% der gesamten Ionenfräszeit festgesetzt.

Aus den Studien des Erfinders wurde bestätigt, daß die physikalische Beschädigung an dem Teil, an dem der Elektrodenfilm 12 entfernt worden ist, die Vorrichtungsei genschaften nicht sehr beeinflußt. Folglich wird ein ausreichendes Nachätzen vorge sehen, wenn der restliche Elektrodenfilm 12 durch das Ionenfräsen entfernt wird, um die Reste des Elektrodenfilms 12 vollständig zu entfernen.

Eine Kammzahn-förmige Elektrode, die ein bestimmtes Muster des Elektrodenfilms 12 aufweist, wird, wie in Fig. 3E gezeigt ist, durch das Entfernen des Photoresistmu sters 13 mit einer Photoresistablöselösung erhalten. Dieses Substrat (Grundplatte) 11 wird abgeschnitten, zusammengebaut und verdrahtet, um das Oberflächenwellen- Bauelement zu erhalten.

Wie zuvor beschrieben worden ist, können gute Vorrichtungseigenschaften bei dem obigen Ausführungsbeispiel ungeachtet des Vorsehens einer ausreichenden Nachätzbehandlung durch das Ionenfräsen erhalten werden. Im Gegensatz dazu wird im Stand der Technik das Substrat mit dem Chlorplasma chemisch beschädigt, wenn ein Nachätzen von 30% vorgesehen wird, was zu ernsthaften Verschlechte rungen der Vorrichtungseigenschaften führt (wie z. B. ein Einfügungsverlust).

Es sind zwar bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung offenbart worden, aber es können verschiedene Arten von Durchführung der hier offenbarten Prinzipien als im Rahmen der nachfolgenden Ansprüche liegend erdacht werden. Deshalb ist es selbstverständlich, daß der Rahmen der Erfindung außer wüe in den Ansprüchen de finiert nicht eingeschränkt werden soll.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Vorrichtung, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
Aufbringen eines Dünnfilms auf einem Substrat;
Ätzen eines Abschnitts des Dünnfilms mittels eines reaktiven Ionenätzverfah rens derart, daß ein Teil des Dünnfilms auf dem Substrat zurückbleibt; und
Entfernen des zurückgebliebenen Dünnfilms durch eün physikalisches Ätzen unter Verwendung eines Inertgases.

2. Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das reaktive Ionenätzen mit einem Chlor ent haltenden Gas durchgeführt wird.

3. Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ionenätzen ein Ionenfräsen ist.

4. Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Dünnfilm nach dem reaktiven Ionenätzen eine Filmdicke in dem Bereich von etwa 0,5 nm bis etwa 1000 nm aufweist.

5. Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Dünnfilm nach dem reaktiven Ionenätzen eine Filmdicke in dem Bereich von etwa 1-500 nm aufweist.

6. Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das physikalische Ätzen ein Nachätzen umfaßt.

7. Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch den Schritt des Bildens ei ner Maske mit einem vorbestimmten Muster auf dem Dünnfilm, wobei der Ätz schritt und der Entfernungsschritt durch die Maske durchgeführt werden.

8. Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat ein piezoelektrisches Substrat ist.

9. Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Dünnfilm Alu minium umfaßt.

10. Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat Li TiO₃ umfaßt und das Ionenfräsen ein Ar-Ionenfräsen ist.

11. Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Vorrichtung ein akustisches Oberflächenwellen-Bauelement ist.

12. Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat ein Einkristallsubstrat oder -film ist.

13. Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat ein triaxial oder uniaxial ausge richteter Film ist.

14. Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das physikalische Ätzen ein Nachätzen umfaßt.

15. Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das physikalische Ätzen ein Ionenfräsen ist.

16. Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dünnfilm nach denn reaktiven Ionenätzen eine Filmdicke in dem Bereich von etwa 0,5 nm bis etwa 1000 nm aufweist.