DE2117199C3

DE2117199C3 - Verfahren zur Herstellung geätzter Muster in dünnen Schichten mit definierten Kantenprofilen

Info

Publication number: DE2117199C3
Application number: DE2117199A
Authority: DE
Inventors: Heinz Dipl.-Phys.Dr. 2000 Hamburg Dimigen
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1971-04-08
Filing date: 1971-04-08
Publication date: 1974-08-22
Also published as: JPS5123265B1; NL7204499A; DE2117199B2; CA966085A; DE2117199A1; FR2132745A1; GB1383848A; FR2132745B1; IT960866B; US3839177A

Description

55 Arbeitsgas eingestellt werden.

Wird als Ätzmaske eine Photolackmaske verwendet und soll die Ätzrate für diese Maske wesentlich kleiner als die Ätzrate für die zu ätzende Schicht

. sein, so ist es gemäß einer weiteren Ausgestaltung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstel- 60 des beschriebenen Verfahrens zweckmäßig, im Arlung geätzter Muster in dünnen Schichten mit Hilfe beitsraum befindliche reaktive Gase möglichst stark von Ätzung durch lonenbeschuß mittels Kathoden- zu gettern. Hierzu ist vorteilhafterweise in der Vorzerstimbung unter Verwendung einer Ätzmaske. richtung zur Durchführung des beschriebenen Ver-

Solche Verfahren sind bereits bekannt und finden fahrens eine Auftreffplatte aus geeignetem Material, Anwendung m der Dünnsehichtteehnologie, um z. B. 6_S z. B. aus Titan oder Zirkon, vorgesehen. Diese Aufbei der Herstellung von Festkörperschaltungen treffplatte dient bei dem beschriebenen Verfahren durch geeignete Verfahren in dünne Schichten ge- gleichzeitig als Träger für die durch lonenbeschuß wünschte Muster einzuätzen. Es ist auch bereits be- zu ätzenden Substrate.

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Die mit dem beschriebenen Verfahren erzielbaren Vorteile bestehen somit insbesondere darin, daß sich in dünnen Schichten Muster mit definierten Kantenprofilen leicht und reproduzierbar herstellen lassen, wobei lediglich der Ätzmaske das gewünschte Kantenprofil gegeben zu werden braucht, das sich dann Jn der zu ätzenden Schicht abbildet.

Im folgenden sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. I eine Schichtenfolge Photolack, zu ätzendes Material, Trägermaterial,

Fig. 1 a ein geätztes Profil nach Fig. 1,

Fig. 2 eine Schichtenfolge gemäß Fig. 1, bei der jedoch der PbotoJack einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur von etwa 12O⁰C unterworfen worden ist,

F i g. 2 a ein geätztes Profil nach F i g. 2,

Fig. 3 eine Schichtcnfolge gemäß Fig. 1, bei der jedoch der Photolack einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur von etwa 250 ' C unterworfen worden ist,

F i g. 3 a ein geätztes Profil nach F i g. 3,

Fig. 3 b ein geätztes Profil nach Fig. 3, die Ätzrate für den Photolack ist hier größer als die Ätzrate für das zu ätzende Material, und

Fig. 3c ein geätztes Profil ipch Fig. 3, die Ätzrate für den Photolack ist hier kleiner als die Ätzrate für das zu ätzende Material.

Die Fig. 1 und 1 a zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel. In Fig. 1 ist eine Schichtfolge aus einer das gewünschte Muster bildend, aus Photolack bestehenden Ätzmaske 1, einer zu ätzenden dünnen SiO.,-Schicht 2 und einer Trägerschicht 3 dargestellt. Die Ätzmaske 1 und die zu ätzende dünne Schicht 2 haben die gleiche Dicke von etwa 1 μΐη.

Die nicht von der Ätzmaske 1 bedeckten Teile der zu ätzenden Schicht 2 werden durch Hochfrequenz-SputUr-Älzung, d. h. Ätzung durch Ionenbeschuß mittels Kathodenzerstäubung, abgetragen. Dies geschieht in einer geeigneten Argon-Ionen erzeugenden Kathodenzerstäubungsanlage, vorzugsweise bei einem Druck von 10~² Torr. Die Energie der Argon-Ionenquelle beträgt dabei etwa 5 W/cm². Durch den Ionenstrahl werden in einer Zeit von etwa 15 Minuten mit etwa gleicher Geschwindigkeit die Ätzmaske 1 und die nicht von ihr bedeckten Teile der SiO₂-Schicht 2 abgetragen.

Nach Abschluß des Ätz-Vorganges hat der Schichtenaufbau die in Fig. la gezeigte Gestalt, d.h. die Ätzmaske ist vollständig und die zu ätzende Schicht an den von der Ätzmaske nicht bedeckt gewesenen Stellen bis sur Trägerschicht 3 abgetragen. Bei diesem Ätzvorgang, bei dem die Ätzmaske und das zu ätzende Material die gleiche Dicke hatten und die Abtragung mit etwa gleicher Geschwindigkeit erfolgte, hat sich das Kantenprofil 10 der Ätzmaske in dem stehengebliebenen Teil der SiO₂-Schicht 2 abgebildet.

Bei dem ersten beschriebenen Ausführungsbeispiel war das Kantenprofil ein einfacher senkrechter Übergang. Soll das erzeugte Kantenprofil einen anderen Verlauf haben, so muß vor dem Beginn des Ätzvorganges die Ätzmaske dieses Kantenprofil erhalten. Bei dem in den Fig. 2 und 2a dargestellten Ausführungsbeispiel geschieht dies dadurch, daß die hier ebenfalls verwendete Photolackmaske durch eine Wärmebehandlung bei einer Temperatur von etwa 120' C an ihren Kanten etwas verrondet wird, so daß steh das in Fig.2, die sonst weitgehend der Fig. I entspricht, gezeigte Kantenprofil20 ergibt.

Wird nun dieser Schtcbtenaufbau unter gleichen Voraussetzungen, d. h. gleicher Schichtendicke und gleichen Ätzraten der an Hand des ersten Ausfönrungsbeispiels beschriebenen Ätzung durch Ionenbeschuß mittels Kathodenzerstäubung unterworfen, so bildet sich auch in diesem Falle das Kantenyrofil

ίο der Ätzmaske in dem stehenbleibenden Teil Z der SiC-Schicht ab, die also d.:- gewünschte Kantenprofil erhält.

Wird ein noch stärker abgerundetes, z.B. ein unter 45° geneigtes Kantenprofil gewünscht, wie dies

»5 in dem dritten Ausfuhrungsbeispiel an Hand der Fig.3 und 3 a, die ebenfalls weitgehend den Fig. 1 und I a bzw. 2 und 2 a entsprechen, dargestellt ist, so wird die aus Photolack bestehende Ätzmaske 1 einer stärkeren Wärmebehandlung bei einer Tempera'ur von etwa 250 ' C ausgesetzt. Es bildet sich dann das in Fig. 3 dargestellt und mit 30 bezeichnete, stark verrundete Kantenprofil mit flachem Neigungswinkel. Fig. 3a zeigt das entsprechende Kantenprofil der geätzten SiO.,-Schicht 2. Aucl, bei diesem Aus-

führungsbeispiel wurde vorausgesetzt, daß die Dicke der Ätzmaske und der zu ätzenden Schicht gleich sind und beide mit annähernd gleicher Ätzgeschwindigkeit abgetragen werden.

Es ist jedoch möglich, eine Menge weiterer Kanten-

profile an der geätzten Schicht dadurch zu erreichen, daß man die Ätzmaske und die zu ätzende Schicht in ihrer Dicke unterschiedlich wählt und/oder die Ätzgeschwindigkeiten für die Ätzmaske und die zu ätzende Schicht unterschiedlich groß wähl!. Dabei kann die Ätzgeschwindigkeit für die Ätzmaske bzw. die zu ätzende Schicht bis zu 50mal größer sein als für die zu ätzende Schicht bzw. die Ätzmaske.

Wählt man bei einem Schichtenaufbau entsprechend der F i g. 3 eine höhere Ätzgeschwindigkeit für

die Ätzmaske 1 als für die zu ätzende Schicht 2, so ist, bei sonst gleicher Dicke beider Schichien, die Ätzmaske bereits vollständig abgetragen, wenn die nicht von der Ätzmaske bedeckten Teile der zu ätzenden Schicht noch nicht vollständig abgetragen sind, d. h., die zu ätzende Schicht 2 erhält den in Fi g. 3 b dargestellten Verlauf.

Wählt man dagegen die Ätzgeschwindigkeit für die zu ätzende Schicht höher als die Ätzgeschwindigkeit für die Ätzmaske, so ergibt sich, wieder ausgehend von dem Schichtenaufbau nach F i g. 3, nach der Ätzung die in Fig. 3c dargestellte Ausbildung der zu ätzenden Schicht. Da die nicht bedeckten Teile der zu ätzenden Schicht bereits vor der Ätzmaske vollständig abgetragen sind, verbleibt ein Rest der Ätzmaske 1, der dann durch eines der üblichen Verfahren entfernt werden muß.

Ein uen beiden letzten Ausführungsbeispielen entsprechendes Kantenprofil läßt sich auch dadurch erreichen, daß bei gleichen (oder auch verschiedenen)

Ätzgeschwindigkeiten für die Ätzmaske und für die

zu ätzende Schicht die Dicken der Ätzmaske und der zu ätzenden Schicht unterschiedlich gewählt werden.

Das Vprhältnis zwischen den Ätzgeschwindig-

keiten für die Ätzmaske und die zu ätzende Schicht kann durch die Zugabe eines oder mehrerer reaktiver Gase zu dem in der Kathodenzerstäubungsanlage verwendeten inerten Arbeitsgas eingestellt werden. Dabei ist es zweckmäßig, den Partialdruck des oder

der reaktiven Gase durch ein Massenspektrometer zu überwachen und gegebenenfalls zu regeln.

1st es erwünscht, die Ätzgeschwindigkeit für eine aus einem Photolack bestehende Ätzmaske so niedrig wie möglich zu halten, ohne dabei die Ätzgeschwindigkeit für die vorzugsweise aus SiO₂ bestehende zu ätzende Schicht herabzusetzen, no ist es zweckmäßig, in der Kathodcnzerstäubungsanlage eine AuftrefT-platte aus einem Material zu verwenden, das die im Arbeitsraum befindlichen reaktiven Gase möglichst stark gettert.
Solche Materialien sind Titan und Zirkon.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2

könnt (französisohe Patentschrift 1508463 und i. ZuPatentansprüche: satz zu dieser französischen Potcntscbrirt 03425),

die Ätzmaske, wie üblich, durch einen Phoiolackfilm

U Verfahren zur Herstellung geätzter Muster zu bilden, der das gewünschte Muster durch einen in dünnen Schiebten mit Hilfe von Ätzungen δ photolithograpbischen Prozeß erhält und die Abdurcb lonenbescbuß mittels Katbodenzerstäu- ätzung der durch den Photolackfilm nicht abgedeckbung unter Verwendung einer Ätzmaske, da- ten Teile der zu ätzenden Schicht durch eine Ätzung durch gekennzeichnet, daß der Ätz- durch lonenbeschuß mittels Kathodenzerstäubung maske (I) ein definiertes Karttenprofil gegeben vorzunehmen.

wird und daß die Ätzmaske (I) und die zu u Nach diesem bekannten Verfahren lassen steh

ätzende Schicht (2) mit einem definierten Ätz- jedoch in der zu ätzenden Schicht nur MuMer mit

ratenverhältras zwischen 1:50 und 50:1 abge- steilen Kanten ausbilden. Dies ist dann von Nachteil, tragen werden. wenn auf die geätzte Schicht eine dünne magnetische

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- Schicht aufgebracht wird, da deren magnetische kennzeichnet, daß für die Ätzmaske (1) und für »5 Eigenschaften stark von dem Kantenprofil abhängen, die zu ätzende Schicht (2) jeweils definierte Es ist daher, insbesondere auch bei der Herstel-Schicbtdicken gewählt werden. lung von integrierten Schaltungen mit Mehrlagen-

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- verdrahtung, wünschenswert, daß die Kanten der gekennzeichnet, daß als Ätzmaske (1) eine an sich ätzten dünnen Schicht nicht steil verlaufen, sondern bekannte Photolackmaskc verwendet wird. 20 ein gewünschtes, definiertes Profil, z. B. eine Neigung

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch ge- von 45^e, aufweisen, da beim Aufbringen weiterer kennzeichnet, daß zur Bildung der Ätzmaske (1) Schichten auf die geätzte Schicht an zu steilen Kan-Photolack in einer durch das gewünschte Kanten- ten die aufgebrachte weitere Schicht eine zu geringe profil gegebenen Dicke aufgetragen wird. Dicke aufweist.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, da- 25 Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein durch gekennzeichnet, daß das definierte Kanten- Verfahren der eingangs genannten Art so zu verbesprofil der Photolackmaske (1) nach dem Ent- sern, daß sich geätzte Schichten mit definierten Kanwicklungsvorgang durch eine Wärmebehandlung tenprofilen herstellen lassen. Diese Aufgabe wird erbei geeigneter Temperatur erzeugt wird. findungsgemäß dadurch gelöst, daß der Ätzmaske

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 30 ein definiertes Kantenprofil gegeben wird und daß bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ätzrate die Ätzmaske und das zu ätzende Material mit für die Photolackmaske (1) oder die zu ätzende einem definierten Ätzratenverhältnis 1:50 und 50:1 Schicht (2) durch Zugabe eines oder mehrerer abgetragen werden.

reaktiver Gase zu dem beim S; utter-Ätzen ver- Dadurch ist es in vorteilhafter Weise möglich, das

sendeten inerten Arbeitsgas eingestellt wird. 35 Kantenprofil der Ätzmaske in gewünschter Weise in

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch ge- der _zu ätzenden Schicht abzubilden. Es ist auch kennzeichnet, daß der Partialdruck des oder der zweckmäßig, für die Ätzmaske und für die zu reaktiven Gase durch ein Massenspektrometer ätzende Schicht jeweils definierte Schichtdicken zu kontrolliert und gegebenenfalls geregelt wird. wählen, d.h. die Schichtdicken ν a variieren und je

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 40 _nach gewünschter Abbildung für die Ätzmaske die bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Arbeits- gleiche oder eine geringere oder eine größere Schichtraum befindliche reaktive Gase möglichst stark dicke als für die zu ätzende Schicht zu wählen,
gegettert werden. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des beschric-

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfah- benen Verfahrens wird als Ätzmaske eine Photorens nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, ₄₅ lackschicht verwendet, der, nachdem sie durch das daß eine Auftreffplatte (3) bestehend aus einem übliche photolithographische Verfahren das in der zur Getterung reaktiver Gase geeigneten Mate- _zu ätzenden Schicht abzubildende Muster erhalten nal, z. B. Titan oder Zirkon, vorgesehen ist. hat, leicht durch eine Wärmebehandlung bei einer

geeigneten Temperatur das gewünschte, definierte 5» Kantenprofil gegeben werden kann.

Vorteilhafterweise können die Ätzraten für die Ätzmaske und für die zu ätzende Schicht durch Zugabe eines oder mehrerer reaktiver Gase zu dem

beim Ätzen durch lonenbeschuß verwendeten inerten