DE3037876A1 - Verfahren zum herstellen eines feinen musters aus einem aluminiumfilm - Google Patents

Verfahren zum herstellen eines feinen musters aus einem aluminiumfilm

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Description

Verfahren zum Herstellen eines feinen Musters aus einem Aluminiumfilm
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ausbildung eines Aluminium- oder Aluminiumlegierungs-Films in Gestalt eines feinen Musters ohne Verwendung eines Photowiderstandes.
Bei bisher üblichen Techniken wurde ein Aluminiumfilm gewöhnlich für Elektroden oder Leitungsverbindungen von Halbleitervorrichtungen wie integrierten Schaltungen von großem Ausmaß (nachfolgend als LSI bezeichnet) - verwendet.
In Figur 1 ist ein Ausschnitt eines Querschnittes durch eine LSI gezeigt, anhand' dessen das bisher übliche Verfahren bei der Herstellung des Aluminiumfilms in der gewünschten Mustergestaltung gezeigt ist. Ein Siliciumdioxidfilm 2 wird auf einem Halbleitersubstrat 1 ausgebildet, und auf diesen Siliciumdioxidfilm wird durch Aufdampfen ein Aluminiumfilm 3 niedergeschlagen. In der in Fig. 1a gezeigten ersten Stufe wird auf dem Aluminiumfilm 3 in dem gewünschten Muster durch Photoablagerungstechnik ein Photowider-.standsfilm 4 ausgebildet. In der in Fig. 1b gezeigten zweiten Stufe wird der Aluminiumfilm 3 stellenweise entfernt, so daß das gewünschte Muster entsteht. Dabei schützt der Photowiderstandsfilm 4 gewisse Bereiche des Aluminiumfilms 3 gegen das Wegätzen.
Bei diesem bekannten Verfahren sind mehrere Schritte erforderlich, wie das Ausbilden eines Photowiderstandsfilms, dessen ausgewählte Belichtung, das Entwickeln der belichteten Bereiche, das Aushärten und die Beseitigung des Widerstandsfilms. Weil die Präzision des feinen Aluminiummusters von der Genauigkeit der oben beschriebenen Schritte abhängt sowie von dem während der Entwicklung des Photowiderstandes 4 erzielten Kontrastes, ist. die Präzision dieses bekannten Verfahrens begrenzt, Darüber hinaus
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ist eine Verminderung der Produktivität durch unvoll-
ständige Beseitigung des Photowiderstandes bedingt.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, das Verfahren zur Ausbildung eines feinen Musters aus einem Aluminium- oder Aluminiumlegierungsfilm zu verbessern, in dem kein Photowiderstand benötigt wird, so daß dadurch der ProduktionsVorgang vereinfacht wird.
Dieses Ziel wird gemäß den Merkmalen des Hauptanspruches im Prinzip dadurch gelöst, daß der auf der Oberfläche, eines Substrats befindliche Aluminium- oder Aluminiumlegierungsfilm mit einem Sauerstoffionenstrahl in der durch das Muster bedingten ausgewählten Weise bestrahlt und der Film anschließend unter Ausnutzung des mit Ionen implantierten Bereiches als Maske plasmageätzt wird.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Figuren der Zeichnung im einzelnen näher erläutert. Es zeigen:
Figuren 1a und 1b Schnittbilder durch Halbleitervorrichtungen, bei denen die herkömmliche Ätztechnik eines Aluminiumfilms dargestellt wird;
Figur 2 ein die Beziehung zwischen Ätztiefe und Ätzzeit darstellendes Diagramm, wenn der Aluminiumfilm mit einer Plasmaätztechnik weggeätzt wird;
Figur 3 eine Schnittdarstellung einer Halbleitervorrichtung, bei der die Oberfläche des Aluminiumfilms mit einer Aluminiumdioxidfilmschicht bedeckt ist;
Figuren 4a bis 4c Folgeschnittbilder zur Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrensablaufs. .
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Das Grundprinzip, auf dem die Erfindung basiert, läßt sich am besten anhand der Figuren 2 und 3 verstehen. In Fig. ist der Zusammenhang zwischen Ätztiefe und Ätzdauer dargestellt, wenn als Ätzgas Kohlenstofftetrachlorid (CCl.) verwendet wird. Aus Fig. 2 wird deutlich, daß bei einem Beginn des Ätzprozesses im Zeitpunkt O (nachfolgend als Anfangszeitpunkt bezeichnet) der tatsächliche Ätzvorgang des Aluminiumfilms erst im Zeitpunkt T (nachfolgend als tatsächlicher Anfangszeitpunkt bezeichnet) beginnt. Folglich wurde anmelderseits durch Versuche bestimmt, daß die zwischen dem Anfangszeitpunkt O und dem tatsächlichen Anfangszeitpunkt T liegende Zeitspanne einen erheblichen Teil der gesamten, für den Ätzvorgang benötigten Zeit einnimmt. Bei einem Aluminiumfilm von 1 μπι Dicke vergehen zwischen dem Zeitpunkt O und dem Zeitpunkt T , wo der Ätzvorgang des Aluminiumfilms tatsächlich beginnt, beispielsweise 4 Minuten, während etwa 10 Minuten vergehen, bis im Zeitpunkt T1 die Ätzung beendet ist (a ifolgend als Endzeitpunkt bezeichnet).
Diese Ätzanfangsverzögerung wird durch einen Aluminiumdioxidfilm 5 auf der Oberfläche des Aluminiumfilms 3 hervorgerufen, der in Fig. 3 gezeigt ist. Die Zeitspanne zwischen Anfangszeitpunkt 0 und tatsächlichem Anfangszeitpunkt T wird benötigt, um zunächst den Aluminiumdioxidfilm 5 zvL beseitigen. Dieser Aluminiumdioxidfilm bildet sich spontan durch Oxydation aus, wenn der Aluminiumfilm 3 der Atmosphäre ausgesetzt ist. Obgleich die Dicke des Aluminiumdioxidfilms im allgemeinen weniger als 30 A beträgt, verzögert er die Ätzung des darunterliegenden Aluminiumfilms 3 beträchtlich.
Betrachtet man nun die Erfindung, so zeigt Fig. 4a einen auf einem Siliciumhalbleitersubstrat 1 ausgebildeten Siliciumdioxidfilm 2, auf dem ein Aluminiumfilm 3 abgelagert ist. Die Oberfläche des Aluminiumfilms 3 ist durch
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einen Aluminiumdioxidfilm 5 überzogen, dessen Dicke weniger als 30 S beträgt.
Im nächsten Verfahrensschritt, der-in der Fig. 4b 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. 4b durch den implantierten Bereich 7 dargestellt ist.
Im Anschluß daran kann gemäß Darstellung der Fig. 4c der Aluminiumfilm 3 mittels eines Plasmaätzverfahrens in einer Gasatmosphäre von etwa Kohlenstofftetrachlorid (CCi.) 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. 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 μιτι hat, reicht eine Dicke von etwa 100 S für den implantierten Bereich 7 aus.
Gemäß dem obengenannten Verfahren, wird ein maskenbildender Film aus verstärkter Aluminiumdioxidschicht mit Hilfe eines
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Sauerstoffionenstrahls hergestellt, der durch eine magnetische Linse auf den Äluminiumfilm 3 fokussiert wird, wodurch sich sehr feine Muster leicht ausbilden lassen, ohne daß ein Photowiderstand benötigt wird.
Der maskenbildende, übrigbleibende Aluminiumdioxidfilm 7, der in Fig. 4c zu sehen ist, kann leicht durch eine Ätzflüssigkeit, wie Phosphorsäure oder Chromsäure, zu jeder beliebigen Zeit beseitigt werden, z. B. nach dem Ätzen des Aluminiumfilms 3 oder nach Anbringen eines Kontaktloches, durch das eine Elektrode herausgeleitet wird, nachdem ein Schutzfilm angebracht worden ist.
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-SiIicium-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 Aluminiumoder Aluminierung-Legierungs-Films benötigen.
Darüber hinaus wurde in der vorangehenden Beschreibung erläutert, wie 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 (BrCl-) oder Trichloräthylen (Cl2HCl3). Vom Ätzgas wird nur verlangt, daß es in der Lage ist, einen Aluminium- oder Aluminium-Legierungs-Film mit ausreichend hoher Geschwindigkeit im Vergleich zu seiner Ätz- oder Eindringgeschwindigkeit in einen Aluminiumdioxidfilm zu ätzen.
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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 5 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 50 S haben, womit erreicht wird, daß die für den letzten PlasmaätzVorgang erforderliche Zeit abgekürzt wird.
Es wird also, zusammengefaßt, auf der Oberfläche eines Substrats zunächst ein dünner Äluminiumfilm ausgebildet. Ausgewählte Zonen dieses Aluminiumfilms werden mit einem Sauerstoffionenstrahl bestrahlt, wodurch implantierte Bereiche ausgebildet werden. Die Oberfläche wird dann im Plasmaätzverfahren behandelt, wobei die mit Sauerstoffionen implantierten Bereiche als Maske wirken, die die Beseitigung der darunterliegenden Aluminiumfilmzonen verhindern.
1 3OQ17,/0 70 6

Claims (6)

  1. MITSUBISHI DENKI KABUSHIKI KAISHA
    Tokyo / Japan
    Verfahren zum Herstellen eines feinen Musters aus einem
    Aluminiumfilm
    PATENTANSPRÜCHE
    '1/. Verfahren zur Herstellung eines feinen Musters einer Aluminiumfilmschicht, bei welchem die Oberfläche eines Substrats mit einem Aluminiumfilm überzogen wird,· dadurch gekennzeichnet, daß ausgewählte Bereiche der Aluminiumfilmschicht mit einem Sauerstoffionenstrahl zur Bildung von sauerstoffionen-implantierten Bereichen bestrahlt werden und unter Verwendung dieser implantierten Bereiche als Maske der Aluminrumfilm im Plasraaätzverfahren geätzt wird, wodurch die nicht implantierten Zonen des Aluminiumfilms beseitigt werden und die unter den implantierten Zonen befindlichen Aluminiumfilmbereiche im wesentlichen unbeeinflusst erhalten bleiben.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Aluminiumfilm etwa 1 um dick ist und die Dicke der implantierten Zonen mehr als 100 A beträgt.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Aluminiumlegierung im Aluminiumfilm enthalten ist.
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  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet/ daß das Plasmaätzverfahren mit Kohlenstofftetrachlorid, Bromtrichlorid oder Äthylentrichlorid durchgeführt wird.
  5. 5- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Aluminiumfilm vor der Sauerstoffionenbestrahlung zur Bildung eines dünnen Aluminiumdioxidfilms auf seiner gesamten Oberfläche der Atmosphäre ausgesetzt wird und daß durch die ausgewählte Bestrahlung verdickte Zonen des Aluminiumdioxidfilms gebildet werden.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die zonenmäßig ausgewählte Bestrahlung als auch das Plasmaätzen in derselben Vakuumkammer durchgeführt werden, nachdem die Oberfläche eines Substrats mit einem Aluminiumfilm beschichtet ist.
    130017/0 706
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EP0295581A1 (de) * 1987-06-19 1988-12-21 Tegal Corporation Verfahren zum Plasmaätzen von Aluminium

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