DE3016736A1 - Verfahren zum herstellen geaetzter strukturen in siliziumoxidschichten - Google Patents

Description

• Verfahren zum Herstellen geätzter Strukturen in Silizium-
• oxidschichten durch reaktives Swutterätzen.
• Die vorliegende Patentanmeldung betrifft ein Verfahren zum Herstellen geätzter Strukturen in auf Substraten befindlichen Siliziumoxidschichten (so$2) durch reaktives Sputterätzen unter Verwendung einer Ätzmaske aus Polymethylmetacrylat (PMMA) und Tetrafluorkohlenstoff (CF4) als reaktives Gas.
• Zur Herstellung hochintegrierter MOS-Schaltungen werden in der Ätztechnik anisotrope Ätzverfahren eingesetzt, um eine maßhaltige Strukturtibertragung zu gewährleisten.
• Ein solches anisotropes Ätzverfahren ist aus den Chemical Abstracts, Vol. 85, 1976, page 562, linke Spalte, tekannt.
• Dabei werden Strukturen in polykristallinen Siliziumschichten in der Größenordnung von 10 /um durch reaktives Sputterätzen mit einer Mischung aus gasförmigem Sauerstoff und Tetrafluorkohlenstoff (CF4 = Freon) untersucht, wobei als Ätzmasken Filme aus fotoempfindlichen Lacken verwendet werden. Das Ätzprofil der in den polykristalli nen Siliziumschichten erzeugten Strukturen ist dabei weitgehend abhängig von der Dicke der Siliziumschicht sowie von der eingespeisten Hochfrequenzleistung.
• Weitere Einzelheiten über das reaktive Sputterätzen sind einem Aufsatz von Lehmann und Widmer aus dem J. Vac. Sci.
• Technol. Vol. 15, No. 2, März/April 1978, S. 319 - 326, zu entnehmen. Dabei werden als Ätzmasken ebenfalls Fotolacke verwendet.
• Sollen die Strukturen im PMMA-Lack durch Elektronenlithographieverfahren (in der Größenordnung von 1 erzeugt werden, so ist ein anisotropes Ätzverfahren (Trockenätzen) der unter dem PMMA Lack liegenden relativ dicken Siliziumoxidschichten wegen der schlechten Ätzratenselektivität von PMMA gegenüber dem Oxid bislang nicht durchführbar.
• Man hat deshalb die Strukturen auf naß chemischem Wege erzeugt. Dabei erhält man Unterätzungen in der Größenordnung der vorliegenden Schichtdicke, welche insbesondere bei großen Schichtdicken des Oxids eine exakte Strukturübertragung unmöglich machen. Außerdem treten beim Naßätzen Schwierigkeiten in Bezug auf die Lackhaftung von PMMA auf dem Oxid auf. Befindet sich unter dem Oxid eine Aluminiumschicht (Zweilagenmetallisierung), so muß beim Ätzen mit gepufferter Flußsäure der Ätzendpunkt genau eingehalten werden, da sonst die Aluminiumschicht und eventuell auch die darunter liegenden Schichten von der Ätzlösung angegriffen werden.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen reproduzierbaren Ätzprozess für 0,5 bis 1,5 /um dicke Siliziumoxidschichten von elektronenstrahlgeschriebenen integrierten Schaltungen anzugeben, wobei unter Verwendung einer PMMA-Ätzmaske kein lateraler Maßverlust der Kanten auftritt. Außerdem soll gewährleistet sein, daß die Lackhaftung des PMMA auf dem Oxid während des Ätzprozesses nicht verschlechtert wird und die darunter liegenden Schichten nicht verändert werden.
• Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art durch reaktives Sputterätzen mit Tetrafluorkohlenstoff dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß als Reaktionsgas eine Mischung aus Tetrafluorkohlenstoff (CF4) und Wasserstoff (H2) verwendet wird, wobei der Gasfluß QH =16 bis 20 sccm (1 sccm = 0.0127 Torr . liter/sec) bei einem Gasfluß QCF4 von 25 bis 30 sccm beträgt und daß beim Ätzen der Druck p im Rezipienten auf einen Bereich von 40 bis 50 mTorr und die eingespeiste Hochfrequenzleistung auf maximal 0,35 Watt/cm2 eingestellt wird.
• Gemäß einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel nach der Lehre der Erfindung wird der Gasfluß QH auf 18 sccm, der Gasfluß QCF auf 27 sccm, der Druck p auf 45 mTorr und die HF-Leistung auf 0,33 W/cm2 eingestellt.
• Es liegt im Rahmen des Erfindungsgedankens, den Ätzprozeß in einem Plattenreaktor mit quarzbedeckten Elektroden durchzufUhren.
• Durch die Konstanthaltung der Ätzparameter HF-Leistung, Gasdruck und -zusammensetzung in relativ engen Grenzen verläuft der Ätzvorgang stark anisotrop, wobei die Oxidflanken nahezu 90° sind. Während des Ätzens rauht die EMMA-Lackoberfläche etwas auf, was aber den Ätzprozeß nicht beeinträchtigt. Innerhalb der Meßgenauigkeit von etwa 0,2 /um pro Kante wurde kein lateraler Maßverlust gefunden.
• Weitere Einzelheiten des erfindungsgemäßen Verfahrens sind aus den in den Figuren 1 und 2 abgebildeten Kurvendiagrammen entnehmbar. Dabei zeigt die Figur 1 die Abahängigkeit der Ätzraten in nm von PMMA und SiO2 als Funktion des H2-Gasflusses und die Figur 2 die Abhangigkeit der Ätzraten in nm von PMMA und Silo2 als Funktion des Gesamtdruckes.
• Die Figur 3 zeigt im Schnittbild die Zeichnung einer REM-Aufnahme (, Raster-Elektronen-Mikroskop) einer geätzten 3-Schichtanordnung: PMMA, SiO2, Metall in 16 000-facher Vergrößerung.
• Figur 1 zeigt die Abhängigkeit der Ätzraten von PMMA und SiO2vom Gasfluß QH2 bei QCF4 = 27 sccm. Der optimale Wert (siehe Pfeil 1,) ist QH2 = 18 sccm. Für kleinere Werte nimmt die Selektivität rasch ab. Für QH2 >20 sccm setzt polymere Abscheidung auf den Elektroden ein.
• Figur 2a Ebenso empfindlich ist die Druckabhängigkeit.
• Hier ist p = 45 mTorr optimal (siehe Pfeil 2). Für größere und kleinere Werte von p nimmt die Selektivität ab. Die eingespeiste HF-Leistung ist auf Werte <0,35 W/cm2 zu beschränken, da sonst die PMMA Maske während des Ätzens sehr rauh und an den Kanten wellig wird. Für QCF = 27 sccm, QH = 18 sccm, Pges = 45 mTorr und 100 W (= 0,332W/cm2) ist die Selektivität von PMMA zu gesputtertem oder thermischem SiO2 gleich 6. Das heißt, beim Ätzen einer 1,2 µm dicken SlO2-Schicht werden von der PMMA-Schicht, deren Anfangsdicke hier ca. 0,9 /um war nur 0,2 /um abgetragen.
• Figur 3 zeigt eine geätzte Oxidschicht 10 (d = 1,2 /um) auf einer etwa 1,1 /um dicken, aus Aluminium/Silizium/Titan bestehenden Metallisierung 11. Der Ätzvorgang verläuft stark anisotrop. Die Oxidflanken (siehe Pfeil 12) sind nahezu 900. Während des Ätzens rauht die PMMA-Lackoberfläche 13 etwas auf, was aber den Prozeß nicht beeinträchtigt. Innerhalb der Meßgenauigkeit von etwa 0,2 /um pro Kante wurde kein lateraler Maßverlust gefunden. Befindet sich unter dem Oxid 10 eine Aluminiumschicht 14 (wie in dem in Figur 3 gezeigten Beispiel), so bildet diese einen automatischen Stop für die Oxidätzung. Die Rauhigkeit der Aluminiumschicht 14 ist durch die Schichtherstellung und nicht durch das Ätzen bedingt. Nach Beendigung des Ätzvorganges kann die PMMA-Maske 13 in Sauerstoff-Plasma in derselben Anlage innerhalb weniger Minuten entfernt werden.
• Das Verfahren nach der Lehre der Erfindung wird insbesondere verwendet für Kontaktlochätzungen in 0,5 bis 1,5 /um dicken Si02-Schichten für elektronenstrahlge- schriebene integrierte MOS-Schaltungen.
• 4 Patentansprüche 3 Figuren

Claims (4)

1. Patentansprüche.

   a Verfahren zum Herstellen geätzter Strukturen in auf Substraten befindlichen Siliziumoxidschichten (SiO2) durch reaktives Sputterätzen unter Verwendung einer Ätzen maske aus Polymethylmetacrylat (PMMA) und Tetrafluorkohlenstoff (CF4) als reaktives Gas, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß als Reaktionsgas eine Mischung aus Tetrafluorkohlenstoff (CF4) und Wasserstoff (H2) verwendet wird, wobei der Gasfluß ph 16 bis 20 sccm (= Standard ccm/min) bei einem Gasfluß QC2 von 25 bis 30 sccm beträgt und daß beim Ätzen der Dru#k p im Rezipienten auf einen Bereich von 40 bis 50 mTorr und die eingespeiste Hochfrequenzleistung auf maximal 0,35 Watt/cm2 eingestellt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Gasfluß QH auf 18 sccm, der Gasfluß QCF auf 27 so cm, der Druck pguf 45 mTorr und die HF-Leistung auf 0,33 W/cm2 eingestellt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß der Ätzprozeß in einem Parallelplattenreaktor mit quarzbedeckten Elektroden durchgeführt wird.
4. 4. Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3 zur Herstellung von Kontaktlochätzungen in 0,5 bis 1,5 /um dicken Si02-Schichten für elektronenstrahlgeschriebene integrierte Schaltungen.