DE2340442A1

DE2340442A1 - Verfahren zur herstellung von halbleiterelementen

Info

Publication number: DE2340442A1
Application number: DE19732340442
Authority: DE
Inventors: Haruhiko Abe
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1973-08-03
Filing date: 1973-08-09
Publication date: 1975-02-20
Also published as: GB1398019A; US3880684A; FR2240526A1; DE2340442C2; FR2240526B1

Description

ME-135 (193-^-1177)
1A-55O

MITSUBISHI DENKI KiBUSHIII KAISHA, Tokyo , Japan

Verfahren zur Herstellung von Halbleiterelementen

Die Erfindung "betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Halbleiterelementen durch Ätzung von mindestens zwei Membranen aus Siliciumverbindungen, welche auf dem Silieiumsubstrat ausgebildet wurden.

Bisher wurde das Ätzen von Siliciumdioxid (SiOp) und Siliciumnitrid (Si,F.) oder einer polykristallinen Siliciummembran selektiv mit einem Ätzmittel, wie Plußsäure oder Phosphorsäure oder dgl., durchgeführt. Im folgenden soll das herkömmliche Ätzverfahren unter Verwendung einer Ätzlösung zum Ätzen von zwei verschiedenen Siliciumverbindungsmembranen auf einem Siliciumsubstrat (Silieiumdioxidmembran, Siliciumnitridmembran oder polykristalline Siliciummembran) erläutert werden.

Wie Pig. 1 zeigt, wird auf einem Siliciumsubstrat 1 eine Silieiumdioxidmembran 2 ausgebildet und sodann wird durch Dampfphasenreaktion hierauf eine Siliciumnitridmembran 3 vorbestimmter Dicke gebildet.

Um nun die SoLiciumnitridmembran 5 mit Phosphorsäure zu ätzen, wird eine Schutzschicht mit einer Silieiumdioxidmembran 4 aufgebracht. Das beschichtete Produkt wird in eine Phosphorsäurelösung während einer vorbestimmten Zeit

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getaucht, um lokal die Siliciumnitridmembran 3^!'zu entfernen. Darüber hinaus wird zur Entfernung des Bereichs 5 der Siliciumoxidmembran 2 auf dem Siliciumsubstrat das Produkt in Flußsäure getaucht. In diesem Fall werden jedoch auch diejenigen Bereiche der Siliciumdioxidmembran 2 weggeätzt, welche unterhalb der verbliebenen Siliciumnitridmembran liegen, wie in Fig. 5 gezeigt. Hierbei kommt es somit zu einer Hinterschneidung. Wenn das Halbleiterelement mit einem elektrischen Anschluß wie einer Aluminiummembran versehen wird, so ist ein normaler Betrieb aufgrund falscher Verbindung unmöglich. Es ist daher äußerst wichtig, für die Herstellung von integrierten Schaltungen aus Halbleitern dieses durch das Hinterschneiden hervorgerufene Problem zu beseitigen.

Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterelementes zu schaffen, bei dem das Hinterschneiden vermieden wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man das Ätzen mit Hilfe eines Gasplasmas einer verdampfbaren Fluorverbindung durchführt.

Man kann hiermit verschiedene Membranen ätzen, z. B. Siliciumdioxidmembranen (SiOp), Siliciumnitridmembranen (Si-N.) oder polykristalline Siliciummembranen. Auf diese Weise werden die Membranen ohne Hinterschneidung in einer Stufe geätzt. Man kann bei der Herstellung des Gasplasmas eine Mischung eines Inertgases und eines Dampfes einer Fluorverbindung einsetzen. Als Inertgas kann Argongas dienen. Der Gasdruck kann 0,3 - 0,8 Torr betragen.

Als verdampfbare Fluorverbindungen kommen anorganische und insbesondere organische Fluorverbindungen in Frage. Es eignen sich Fluorkohlenwasserstoffe und insbesondere Perfluorkohlenwasserstoffe oder auch Fluorchlorkohlenwasser-

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stoffe und insbesondere Perfluorchlorkohlenwassarstoffe oder Pluorbromkohlenwasserstoffe oder Pluorjodkohlenwasserstoffe. Insbesondere kommen fluorierte und gegebenenfalls Chloratome, Bromatome und Jodatome aufweisende aliphatische Kohlenwasserstoffe oder aromatische Kohlenwasserstoffe oder araliphatisch^ Kohlenwasserstoffe in Präge. Diese können neben den Halogenatomen noch weitere Substituenten tragen, wie OH, NH₂COOH, CO, OR oder dgl. Insbesondere handelt es sich um organische Fluorverbindungen mit vorzugsweise 1-10, insbesondere 1-7 und speziell 1-4 Kohlenstoffatomen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Pig. 1 einen Schnitt durch ein Halbleiterelement für die Durchführung eines herkömmlichen Ätzverfahrens;

Pig. 2 einen Schnitt durch das Halbleiterelement gemäß Pig. 1, welches in herkömmlicher Weise teilweise geätzt wurde;

Pig. 3 einen Schnitt durch das Halbleiterelement gemäß Pig. 1, welches in herkömmlicher Weise geätzt wurde;

Pig. 4 einen Schnitt durch eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ;

Pig. 5 einen Schnitt durch ein Halbleiterelement, welches in erfindungsgemäßer Weise geätzt werden soll;

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Fig. 6 einen Schnitt durch das Halbleiterelement gemäß Pig. 5, welches in erfindungsgemäßer Weise geätzt wurde;

Fig. 7 einen Schnitt durch ein anderes Halbleiterelement, welches in erfindungsgemäßer Weise geätzt werden kann; und

Pig, 8 einen Schnitt durch das Halbleiterelement gemäß Pig. 7, welches in erfindungsgemäßer Weise geätzt wurde.

Im folgenden soll zur Erläuterung der Erfindung auf die Piguren 4, 5 und 6 Bezug genommen werden.

Pig. 5 zeigt einen Schnitt durch ein Halbleiterelement, welches durch Gasplasma geätzt werden kann und welches ein Siliciumsubstrat 1, eine Siliciumdioxidmembran 2, eine SiIiciumnitridmembran 3 und eine Resistmembran 7 bestehend aus einer Aluminiummembran oder aus einer Photoresistmembran umfaßt. Als Photoresistmembran 7 verwendet man am besten eine Membran, welche keine anorganischen Verunreinigungen enthält, wie Waycoat I.G.-Resist (Hunt Chemical Co., Ltd.) oder OMR-83 (Tokyo Oka Kogyo). Als Pluorverbindung wird ein Pluorkohlenwasserstoff oder ein Pluorchlorkohlenwasserstoff, wie CHClP₂, CCl₂P₃, CCC₃P, CClF₃, CP₄, C₃P₆ oder dgl. verwendet. Allgemein sind alle Preone verwendbar. Das Halbleiterelement 6 gemäß Pig. 5 wird in die Apparatur gemäß Pig. 4 zur Bildung von Gasplasma und zur Durchführung der Ätzung gegeben.

Fig. 4 zeigt eine Vorrichtung mit einem Plasmaerzeugungsrohr 9 aus Quartz und mit einem Siliconkautschuk-Dichtring

9 zur Aufrechterhaltung des Vakkums. Ferner ist eine Kappe

10 ebenfalls aus fiuartz vorgesehen, sowie ein Gaseinlei-

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tungsrohr 11, welchem Freon-Gas durch die Rohrleitung 12 und Inertgas wie Argon durch die Rohrleitung 13 zugeführt werden. Ein Gasmischer 14 zum Mischen des Inertgases und des Freongases ist vorgesehen.

Die Ätzgeschwindigkeit kann durch Einstellung des Verhältnisses von Inertgas zu Freongas geregelt werden. Ferner kann hierdurch die Korrosionsfestigkeit der Photoresistmembran 7 verbessert werden. Es ist jedoch nicht immer erforderlich, dem Inertgas ein Freongas zuzusetzen. Vier Gaseinleitungsrohre 15 sind im gleichen Abstand voneinander (in Umfangsrichtung) und sich in Längsrichtung entlang der Innenwandung des Plasmaerzeugungsrohrs 8 erstreckend vorgesehen. Diese Gaseinleitungsrohre 15 weisen eine Vielzahl von Gasdiisen 16 auf. Aus diesen tritt die Gasmischung in das Plasmaerzeu&ungsrohr 8 ein. Eine Vakuumpumpe 16 ist ebenfalls vorgesehen. Um die Außenseite des Plasmaerzeugungsrohres 8 ist eine Elektrode zum Anlegen einer Hochfrequenzspannung in Spiralform gewunden und eine Hochfrequenzspannungsquelle in Form eines Hochfrequenzoszillators 18 ist angeschlossen. Der Hochfrequenzoszillator kann z. B. eine Frequenz von 13,56 MHz (möglicherweise 5-50 MHz) liefern, sowie mehrere zehn bis mehrere hundert Watt.

Eine Vielzahl von Halbleiterelementen 6 werden in ein Quartzschiffchen 19 gelegt und dieses wird in das Plasmaerzeugungsrohr 8 gegeben. Der Abstand zwischen den einzelnen Halbleiterelementen 6 beträgt vorzugsweise 5-15 mm. Nach der Einführung der Halbleiterelemente 6 in das Rohr 8 wird dieses durch die Kappe 10 verschlossen und die Vakuumpumpe 16 wird betätigt und die Luft wird aus dem Rohr 18 evakuiert, bis sich ein Druck von weniger als 10 Torr einstellt.

Nachdem dieser Druck erreicht ist, wird Freongas und Inertgas wie Argongas durch die Gasleitung 11 zum Gasmischer 14

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geführt und eine Gasmischung mit einem vorbestimmten Verhältnis der Partialdrucke wird mit konstanter Geschwindigkeit in das Plasmaerzeugungsrohr 8 geleitet.

Um einen stabilen Ätzbetrieb zu gewährleisten und um reproduzierbare elektrische Eigenschaften des Halbleiterelementes zu erhalten, ist es insbesondere bevorzugt, den Gasdruck auf 0,3 - 0,8 Torr zu halten. Die Strömungsgeschwindigkeit der Gasmischung liegt vorzugsweise bei 10 - 500 cm /min und insbesondere bei 100 cm /min.

Sodann wird der Hochfrequenzoszillator 18 betätigt und die Elektrode 17 wird durch eine beständige Hochfrequenzspannung beaufschlagt. Hierbei bildet sich ein Plasma aus und die von dem Plasma umgebenen Halbleiterelemente 6 werden während einer vorbestimmten Zeitdauer geätzt. Venn. 24 Halbleiterelemente 6 in das Rohr auf einmal eingegeben werden, so dauert dieses Ätzen etwa 20 min.

Fig. 6 zeigt einen Schnitt durch die Doppelschichtstruktur aus Siliciumnitridmembran 3 und Siliciumdioxidmembran 2, welche bei diesem Ätzverfahren erhalten wird. Man erkennt klar aus Fig. 6, daß die zwei Membranen durch das Plasmaätzverfahren teilweise herausgeätzt werden. Die Seitenflächen der gebildeten Ausnehmung konvergieren in Richtung auf das Substrat. Dieses Ätzergebnis wird nach der herkömmlichen Langsamelektronenmethode (SEM-Methode) belegt. Dieses Ergebnis wird erhalten, da die Ätzgeschwindigkeit der Siliciumnitridmembran durch das Gasplasma größer ist als die Ätzgeschwindigkeit der Siliciumdioxidmembran 2. Wenn z. B. der Gasdruck des Freongases im Rohr 8 0,5 Torr beträgt, und wenn eine Hochfrequenzenergie von 400 Watt angelegt wird, so erreicht man eine Ätzleistung bei einer Siliciumnitridmembran 3 von ä;wa 500 S/min. Andererseits erreicht man bei einer polykristallinen Siliciummembran eine Ätzleistung von etwa 1000 S/min.

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Im allgemeinen beträgt das Verhältnis der Ätzleistung bei einer Siliciumnitridmembran zur Ätzleistung bei einer Siliciumdioxidmembran 2-3. Wenn somit das Plasma die Siliciumdioxidmembran 2 auf dem Siliciumsubstrat 1 ätzt, so wird gleichzeitig auch die Siliciumnitridmembran 3

auf der Siliciumoxidmembran 2 geätzt, so daß kein Hinterwie

schneiden/bei dem herkömmlichen Verfahren vorkommen kann.

Nachdem das Ätzen durch das Preongasplasma beendet ist, wird die korrosionsfeste Membran 7 entfernt. Die Entfernung der korrosionsfesten Membran 7 geschieht in herkömmlicher Weise durch chemische Lösung. Es ist jedoch auch möglich, die korrosionsfeste Membran 7 durch ein Sauerstoffgasplasma, welches im Plasmaerzeugungsapparat gemäß Pig. 5 erzeugt werden kann, zu entfernen. Bei einer derartigen Methode zur Entfernung der korrosionsfesten Membran 7 durch ein Sauerstoffgasplasma werden am besten 500 - 2000 cm /min Sauerstoffgas (insbesonder 1000 cm /min) unter einem Gasdruck von 1-5 Torr eingeführt und eine Hochfrequenzleistung aus einem Hochfrequenzoszillator 18 von vorzugsweise 300 Watt wird angelegt.

Im folgenden soll unter Bezugnahme auf die Figuren 7 und eine weitere AusfUhrungsform des erfindungsgemäßen Verfahrers erläutert werden.

Bei dem Halbleiterelement 20 gemäß Fig. 7 ist auf der Siliciumnitridmembran 3 eine polykristalline Siliciummembran 21 ausgebildet und auf dieser befindet sieh eine korrosionsfeste Membran 7. Daher befinden sich auf dem Siliciumsubstrat 3 Membranen aus Siliciumverbindungen. Die Halbleiterelemente 20 werden in die Plasmaerzeugungsapparatur gemäß Fig. 5 gegeben und durch das Gasplasma geätzt, wobei ein Ätzergebnis gemäß Fig. 8 erzielt wird. Die oberste Schicht wird am weitesten ausgeätzt, die mittlere Schicht

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etwas weniger und die unterste Schicht ist am engsten ausgeätzt. Auf diese Weise kommt eine schräge Ä'tzflache zustande.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich auch für andere Halbleiterelemente, sofern mindestens zwei Membranen aus Siliciumverbindungen auf einem Siliciumsubstrat vorliegen.

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE

1 Λ Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterelementes durch Ätzung von mindestens zwei Membranen aus Siliciumverbindungen, welche auf einem Siliciumsubstrat ausgebildet wurden, dadurch gekennzeichnet, daß man das Itzen mit Hilfe eines G-asplasmas einer verdampfbaren Fluorverbindung durchführt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranen aus Siliciumdioxid, Siliciumnitrid oder polykristallinem Silicium bestehen.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gasplasma aus einer Mischung eines Inertgases und eines Fluorkohlenwasserstoffs oder eines iTuorchlorkohlenwasserstoffes gebildet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gasplasma ein Inertgas wie Argon, Helium, Neon oder Krypton oder Xenon enthält.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasdruck und insbesondere der Druck der Gasmischung im Bereich von 0,3 - 0,8 Torr liegt.

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