DE3037876C2

DE3037876C2 -

Info

Publication number: DE3037876C2
Application number: DE3037876A
Authority: DE
Inventors: Haruhiko Takarazuka Hyogo Jp Abe; Hiroshi Kawanishi Hyogo Jp Harada; Yoji Nishinomiya Hyogo Jp Mashiko; Sotoji Osaka Jp Asai; Kazuo Amagasaki Hyogo Jp Mizuguchi; Sumio Tokio/Tokyo Jp Nomoto
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1979-10-09
Filing date: 1980-10-07
Publication date: 1989-08-24
Also published as: JPS5655571A; US4314874A; DE3037876A1; JPS6059994B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines feinen Leitermusters aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, bei welchem die Oberfläche eines Substrats mit einem Film aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung überzogen wird.

Ein derartiges Verfahren ist aus der US-PS 40 98 637 bekannt. Bei dem aus der US-PS 40 98 673 bekannten Verfahren zur Herstellung eines ebenen Leitungssystems für eine integrierte Halbleiterschaltung wird ferner auf der Oberfläche einer Aluminiumfilmschicht bzw. einer Aluminiumlegierungsfilmschicht unter Verwendung einer Photomaske auf bestimmten Bereichen eine Maske aus Al₂O₃ gebildet. Anschließend wird die Aluminiumschicht mit Hilfe einer wäßrigen Lösung oxidiert, wobei dann nach der Oxidation die unterhalb der Al₂O₃-Maskenschicht befindlichen Aluminiumschichtbereiche im wesentlichen unbeeinflußt erhalten bleiben. Die außerhalb dieser maskierten Bereiche in Folge der Oxidation gebildete poröse Oxidschicht wird nicht entfernt.

Aus der US-PS 40 93 503 ist ein Verfahren zur Herstellung eines feinen Musters einer Metalleiterschicht bekannt, bei dem unter Zuhilfenahme einer Photomaske in ausgewählte Bereiche eines auf einem Substrat befindlichen Metallfilms Ionen implantiert werden. Aufgrund dieser Implantation und der damit verbundenen Erhöhung des Ätzwiderstandes werden in einem nachfolgenden Ätzprozeß im wesentlichen nur die nicht-implantierten Bereiche weggeätzt, wobei die implantierten Bereiche der Metallschicht die Funktion von Leiterbahnen übernehmen.

Aus der DE-AS 20 46 833 ist ein Verfahren zur Herstellung elektrisch isolierter Halbleiterzonen bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren wird eine Ionenimplantation zur Halbleiterbehandlung derart vorgenommen, daß die Oberfläche des Halbleiterkörpers unter Verwendung einer Maske mit Ionen der Elemente Stickstoff, Sauerstoff oder Kohlenstoff bombardiert wird. Nach der Implantation der Ionen erfolgt eine Erwärmung, um eine chemische Reaktion zur Bildung einer dielektrischen Schicht hervorzurufen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 das Leitermuster ohne die Verwendung von Photomasken herzustellen.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dadurch gelöst, daß

- ausgewählte Bereiche des Aluminium- oder Aluminiumlegierungsfilms mit einem Sauerstoffionenstrahl zur Bildung von mit Sauerstoffionen implantierten Bereichen bestrahlt werden, und
- daß unter Verwendung dieser implantierten Bereiche als Maske der Film mittels eines Plasmaätzverfahrens derart geätzt wird, daß die nicht implantierten Zonen des Films vollständig weggeätzt werden und die unter den implantierten Bereichen befindlichen Zonen des Films im wesentlichen unbeeinflußt erhalten bleiben.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den Unteransprüchen.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung anhand der Figuren der Zeichnung im einzelnen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein die Beziehung zwischen Ätztiefe und Ätzzeit darstellendes Diagramm wenn ein Aluminiumfilm mit einer Plasmaätztechnik weggeätzt wird;

Fig. 2 eine Schnittdarstellung einer Halbleitervorrichtung, bei der die Oberfläche des Aluminiumfilms mit einer Aluminiumdioxidfilmschicht bedeckt ist;

Fig. 3a bis 3c Folgeschnittbilder zur Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrensablaufs.

Das Gesamtprinzip, auf dem die Erfindung basiert, läßt sich am besten anhand der Fig. 1 und 2 verstehen. In Fig. 1 ist der Zusammenhang zwischen Ätztiefe und Ätzdauer dargestellt, wenn als Ätzgas Kohlenstofftetrachlorid (CCl₄) verwendet wird. Aus Fig. 1 wird deutlich, daß bei einem Beginn des Ätzprozesses im Zeitpunkt 0 (nachfolgend als Anfangszeitpunkt bezeichnet) der tatsächliche Ätzvorgang des Aluminiumfilms erst im Zeitpunkt T ₀ (nachfolgend als tatsächlicher Anfangszeitpunkt bezeichnet) beginnt. Bei einem Aluminiumfilm mit 1 µm Dicke vergehen zwischen dem Zeitpunkt 0 und dem Zeitpunkt T ₀, wo der Ätzvorgang des Aluminiumfilms tatsächlich beginnt, beispielsweise 4 Minuten, während etwa 10 Minuten vergehen, bis im Zeitpunkt T ₁ die Ätzung beendet ist (nachfolgend als Endzeitpunkt bezeichnet).

Diese Ätzanfangsverzögerung wird durch einen Aluminiumdioxidfilm 5 auf der Oberfläche des Aluminiumfilms 3 hervorgerufen, der in Fig. 2 gezeigt ist. Die Zeitspanne zwischen Anfangszeitpunkt 0 und tatsächlichem Anfangszeitpunkt T ₀ wird benötigt, um zunächst den Aluminiumdioxidfilm 5 zu beseitigen. Dieser Aluminiumdioxidfilm bildet sich spontan durch Oxidation aus, wenn der Aluminiumfilm 3 der Atmosphäre ausgesetzt ist. Obgleich die Dicke des Aluminiumdioxidfilms im allgemeinen weniger als 3 nm beträgt, verzögert er die Ätzung des darunterliegenden Aluminiumfilms 3 beträchtlich.

Betrachtet man nun die Erfindung, so zeigt Fig. 3a einen auf einem Siliciumhalbleitersubstrat 1 ausgebildeten Siliciumdioxidfilm 2, auf dem ein Aluminiumfilm 3 abgelagert ist. Die Oberfläche des Aluminiumfilms 3 ist durch einen Aluminiumdioxidfilm 5 überzogen, dessen Dicke weniger als 3 nm beträgt.

Im Verfahrensschritt, der in der Fig. 3b gezeigt ist, wird durch Bestrahlung eines gewünschten Bereiches des Aluminiumfilms mit einem Sauerstoffionenstrahl 6 in diesem ein mit Sauerstoffionen implantierter Bereich ausgebildet. Der implantierte Sauerstoff reagiert mit dem Aluminiumfilm 3 derart, daß er letzteren in einen Aluminiumdioxidfilm 5 umwandelt, so daß die Dicke des Aluminiumdioxidfilms in dem Bereich, der durch den Sauerstoffionenstrahl bestrahlt worden ist, größer wird als die Dicke des übrigen Aluminiumdioxidfilms, was in Fig. 3b durch den implantierten Bereich 7 dargestellt ist.

Im Anschluß daran kann gemäß Darstellung der Fig. 3c der Aluminiumfilm 3 mittels eines Plasmaätzverfahrens in einer Gasatmosphäre von etwa Kohlenstofftetrachlorid (CCl₄) geätzt werden, wobei die verstärkte implantierte Zone 7 des Aluminiumdioxidfilms als Maske wirkt. Das heißt, da der Aluminiumdioxidfilm wesentlich langsamer weggeätzt wird, als der darunterliegende Aluminiumfilm, was aus der Fig. 1 hervorgeht, wirken die in bestimmten Bereichen verstärkten Zonen des Aluminiumdioxidfilms als Maske, so daß die nicht verstärkten oder nicht implantierten Zonen der Aluminiumdioxidschicht zusammen mit der darunterliegenden Aluminiumschicht vollständig weggeätzt sind, bevor die schützende Maske der verstärkten Aluminiumdioxidschicht beseitigt ist.

Die Dicke des implantierten Bereichs 7 bestimmt sich nach der Dicke des wegzuätzenden Aluminiumfilms 3. Wenn beispielsweise der Aluminiumfilm 3 eine Dicke von 1 µm hat, reicht eine Dicke von etwa 10 nm für den implantierten Bereich 7 aus.

Gemäß dem obengenannten Verfahren wird ein maskenbildender Film aus verstärkter Aluminiumdioxidschicht mit Hilfe eines Sauerstoffionenstrahls hergestellt, der durch eine magnetische Linse auf den Aluminiumfilm 3 fokussiert wird, wodurch sich sehr feine Muster leicht ausbilden lassen, ohne daß eine Photomaske benötigt wird.

Der maskenbildende, übrigbleibende Aluminiumdioxidfilm 7, der in Fig. 3c zu sehen ist, kann leicht durch eine Ätzflüssigkeit, wie Phosphorsäure oder Chromsäure beseitigt werden.

Die vorangehende Beschreibung befaßt sich mit dem Ätzvorgang eines Aluminiumfilms, doch versteht es sich, daß die Erfindung ebenfalls bei Aluminiumlegierungen anwendbar ist, etwa bei einer Aluminium-Silicium-Legierung (Al-Si), einer Aluminium-Silicium-Kupfer-Legierung (Al-Si-Cu), einer Aluminium-Kupfer-Legierung (Al-Cu) einer Aluminium-Mangan-Legierung (Al-Mn) und dgl., und daß sie auch bei anderen Halbleitervorrichtungen wie diskreten Halbleiterelementen oder hybridintegrierten Schaltungen anwendbar ist, wenn diese ein sehr feines Muster eines Aluminium- oder Aluminiumlegierungsfilms benötigen.

Darüber hinaus wurde in der vorangehenden Beschreibung erläutert, daß der Aluminiumfilm durch ein Plasma in einer Kohlenstofftetrachlorid-Gasatmosphäre geätzt wurde, wobei es sich jedoch versteht, daß auch andere Ätzgase eingesetzt werden können, wie etwa Bromtrichlorid (BrCl₃) oder Trichloräthylen (Cl₂HCl₃). Vom Ätzgas wird nur verlangt, daß es in der Lage ist, einen Aluminium- oder Aluminiumlegierungsfilm mit ausreichend hoher Geschwindigkeit im Vergleich zu seiner Ätz- oder Eindringgeschwindigkeit in einen Aluminiumdioxidfilm zu ätzen.

Da bisher in der Beschreibung davon ausgegangen war, daß durch Reaktion zwischen Aluminiumfilm und atmosphärischem Sauerstoff auf dem Aluminiumfilm eine dünne Aluminiumdioxidfilmschicht auf natürlichem Wege ausgebildet war, soll hier noch erwähnt werden, daß es im Rahmen der Erfindung liegt, wenn die Behandlung an einem mit einer Aluminiumfilmschicht überzogenen Substrat erfolgt, bei dem die Ausbildung des dünnen Aluminiumdioxidfilms 45 dadurch verhindert wird, daß es in einer Vakuumkammer gehalten wird, in der dann auch die mustergemäße Bestrahlung und der Plasmaätzvorgang durchgeführt werden können. Sofern verhindert wird, daß sich der dünne Aluminiumdioxidfilm ausbildet, können dünnere ionenimplantierte Zonen 7 verwendet werden, die eine Dicke von nur etwa 5 nm haben, womit erreicht wird, daß die für den letzten Plasmaätzvorgang erforderliche Zeit abgekürzt wird.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines feinen Leitermusters aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung,

- bei welchem die Oberfläche eines Substrats mit einem Film aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung überzogen wird,

dadurch gekennzeichnet,

- daß ausgewählte Bereiche des Aluminium- oder Aluminiumlegierungsfilms mit einem Sauerstoffionenstrahl zur Bildung von mit Sauerstoffionen implantierten Bereichen bestrahlt werden, und
- daß unter Verwendung dieser implantierten Bereiche als Maske der Film mittels eines Plasmaätzverfahrens derart geätzt wird, daß die nicht implantierten Zonen des Films vollständig weggeätzt werden und die unter den implantierten Bereichen befindlichen Zonen des Films im wesentlichen unbeeinflußt erhalten bleiben.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Aluminiumfilm mit 1 µm dick ist und die Dicke der implantierten Zonen mehr als 10 nm beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Plasmaätzverfahren mit Kohlenstofftetrachlorid, Bromtrichlorid oder Äthylentrichlorid durchgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Aluminiumfilm vor der Sauerstoffionenimplantation zur Bildung eines dünnen Aluminiumdioxidfilms auf seiner gesamten Oberfläche der Atmosphäre ausgesetzt wird und daß in ausgewählte Bereiche Sauerstoffionen implantiert werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl das Überziehen der Oberfläche des Substrats mit einem Aluminiumfilm als auch die Sauerstoffionenimplantation in die ausgewählten Bereiche und das Plasmaätzen in derselben Vakuumkammer durchgeführt werden.