DE69229141T2

DE69229141T2 - Ätzmethode für Siliciumverbindung-Schicht und Verfahren zur Herstellung eines Gegenstandes unter Verwendung dieser Methode

Info

Publication number: DE69229141T2
Application number: DE69229141T
Authority: DE
Inventors: Masami Kasamoto; Shuji Koyama; Makoto Shibata
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1991-02-20
Filing date: 1992-02-19
Publication date: 2000-01-27
Anticipated expiration: 2012-02-20
Also published as: EP0500069A2; JPH0590221A; US5374332A; US5574487A; EP0500069A3; ATE180102T1; DE69229141D1; EP0500069B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ätzen einer Siliziumverbindungsschicht und ein Verfahren zur Ausbildung eines Gegenstandes unter Verwendung dieses Verfahrens, und insbesondere ein Verfahren zum Ätzen einer Schicht aus Siliziumoxid, Siliziumnitrid oder Siliziumkarbid, welche zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen wie integrierte Schaltungen, usw.., Leitungsschaltplatinen und Substrate der Erwärmungsvorrichtungen für einen Aufzeichnungskopf zur Verwendung in einem Aufzeichnungssystem zur Aufzeichnung unter Verwendung von Wärmeenergie geeignet sind, und ein Verfahren zur Ausbildung eines Gegenstandes unter Verwendung dieses Verfahrens.

Stand der Technik

Auf dem Gebiet von Gegenständen wie Halbleitervorrichtungen wie integrierte Schaltungen, usw., Leitungsschaltplatinen oder Substrate der Erwärmungsvorrichtungen für einen Aufzeichnungskopf, ist es eine übliche Vorgehensweise, bei der Herstellung von kleineren und exakteren Gegenständen wie Halbleitervorrichtungen, Leitungsschaltplatinen und Substraten der Erwärmungsvorrichtungen für einen Aufzeichnungskopf eine Vielschichtmetallisierungstechnik zu verwenden.
Gemäß der Vielschichtmetallisierungstechnik werden gewöhnlich eine untere und eine obere Metallisierung bereitgestellt, und es wird eine Isolationsschicht zwischen diesen Metallisierungen bereitgestellt, damit eine elektrische Isolierung zwischen diesen Metallisierungen erhalten bleibt.
Typischerweise aus SiO&sub2; bestehendes Siliziumoxid, typischerweise aus Si&sub3;N&sub4; bestehendes Siliziumnitrid und typischerweise aus SiC bestehendes Siliziumkarbid sind als Isolationsschicht oder Schutzschicht zwischen der oberen und der unteren Metallisierung weit verbreitet. Die Siliziumverbindungen wie Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumkarbid, usw. sind vor allem nicht nur für den Herstellungsvorgang der vorstehend angeführten Gegenstände geeignet, sondern auch für eine Schutzschicht unter dem Gesichtspunkt einer thermischen und chemischen Stabilität weit verbreitet.
Falls erforderlich, wird die Schicht aus einer wie vorstehend beschriebenen Siliziumverbindung zur Ausbildung von Durchgangslöchern usw. geätzt. Damit eine steigende Nachfrage nach einem Ätzvorgang mit einer genaueren und dichteren Struktur befriedigt wird, ist nunmehr ein hoch geeignetes Trockenätzverfahren erwünscht.
Als Ätzgase bei Trockenätzverfahren für Siliziumverbindungsschichten wie Siliziumoxid (nachstehend als SiO&sub2; bezeichnet), Siliziumnitrid (nachstehend als Si&sub3;N&sub4; bezeichnet) oder Siliziumkarbid (nachstehend als SiC bezeichnet) sind Fluorkohlenwasserstoffgase wie CF&sub4;, CF&sub4; + H&sub2;, C&sub2;F&sub6;, C&sub3;F&sub8;, CHF&sub3; usw. bekannt. Ein Mischgas aus CHF&sub3; + C&sub2;F&sub6; weist vor allem eine höhere Ätzrate und einen breiteren Bereich für die Auswahl des Verhältnisses von positivem Resistlack und Si auf, und ist zum Ätzen einer Siliziumverbindungsschicht höchst geeignet. Insbesondere für eine SiO&sub2;-Schicht kann mit einem Gasdurchflußverhältnis (CHF&sub3;/C&sub2;F&sub6;) im Bereich von 0,1 bis 0,9 eine sehr gute Einheitlichkeit des Ätzvorgangs erreicht werden. Diese Bedingung wird auch auf den Ätzvorgang von anderen Siliziumverbindungen angewendet und ist bei der Herstellung von Halbleitervorrichtungen weit verbreitet. D. h., wenn ein Ätzvorgang in einer Ätzgasatmosphäre durchgeführt wird, bei der der Anteil von C&sub2;F&sub6; größer als der von CHF&sub3; ist, kann eine gute Einheitlichkeit des Ätzvorgangs bei einer befriedigenden Ätzrate für kommerzielle Zwecke erreicht werden.
Es zeigt sich jedoch, daß beim Ätzen einer Siliziumverbindungsschicht mit einem Mischgas aus CHF&sub3; + C&sub2;F&sub6; bei einem höheren Anteil von C&sub2;F&sub6; und sofern die untere Schicht aus Al oder einer Al-Legierung besteht, beispielsweise Al-Si, Al-Si-Cu, usw., sich Al-Reaktionsprodukte beispielsweise an Kontaktlöchern abscheiden, was zu den nachstehend beschriebenen widrigen Auswirkungen auf die Vorrichtungen führt:
(1) Die abgeschiedenen Al-Reaktionsprodukte schwächen die Anhaftung an eine nachfolgend darauf auszubildende obere Schicht, was oftmals zu Fehlern der Halbleitervorrichtungen führt.
(2) Bei Mehrfachschichten bilden die abgeschiedenen Al-Reaktionsprodukte manchmal Inhomogenitäten in der Schicht aus, was zu Fehlern bei den Halbleitervorrichtungen führt.
(3) Die abgeschiedenen Al-Reaktionprodukte, beispielsweise Aluminiumfluorid, verringern manchmal die Isolation zwischen benachbarten Elektroden, was zu einem Leckstrom zwischen den Elektroden führt.
(4) Wenn bei dem Verfahren zur Herstellung eines Substrates der Erwärmungsvorrichtungen für einen Aufzeichnungskopf einer derartigen Bauart, die Wärmeenergie zur Veränderung eines Flüssigkeitszustandes und zum Ausstoß der Flüssigkeit durch die Zustandsveränderung verwendet, ein Mischgas verwendet wird, verschlechtern die abgeschiedenen Al-Reaktionsprodukte auf der erwärmenden Oberfläche des Substrates der Erwärmungsvorrichtung manchmal die thermische Einheitlichkeit der erwärmenden Oberfläche, was Schwankungen bei der Erzeugung von Blasen in der Flüssigkeit und somit eine Verschlechterung der Stabilität des Flüssigkeitsausstoßes verursacht.
Wenn eine Siliziumverbindungsschicht mit einem Mischgas aus CHF&sub3; und C&sub2;F&sub6; bei einem höheren Anteil von CHF&sub3; geätzt wird, ist es möglich, die Ausbildung von Al-Reaktionsprodukten wie Aluminiumfluorid usw. zu unterdrücken, im Gegensatz zu dem Fall des C&sub2;F&sub6;-reichen Mischgases. Dabei wird jedoch leichter eine Polymerisationsschicht aus CF&sub2;-Monomeren ausgebildet, und es tritt manchmal ein anderes Problem wie die Verringerung der Ätzrate usw. auf.
Daher ist ein kommerziell anwendbares neues Ätzverfahren erwünscht, das die vorstehend beschriebenen Probleme lösen kann und eine Siliziumverbindungsschicht mit einem Mischgas aus CHF&sub3; und C&sub2;F&sub6; ätzen kann.
Die Druckschrift "Journal of Physics D / Applied Physics", Bd. 20, Nr. 7, Juli 1987, S. 851 bis S. 857, befaßt sich mit dem Plasmaätzen von SiO&sub2; auf einem Aluminiumsubstrat. Es wird die Existenz von metallischen Atomen in der geätzten Oberfläche erwähnt.
Überdies offenbart die Druckschrift "Journal of Vacuum Science and Technology B", Bd. 7. Nr. 1. Jan./Feb. 1989, S. 24 bis S. 34, ein Ätzverfahren für SiO&sub2; auf Si in einem Ätzgas aus C&sub2;F&sub6; und CHF&sub3;, wobei das Verhältnis der Gasdurchflußraten von CHF&sub3; zu C&sub2;F&sub6; weniger als 1 beträgt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Ätzen eine Siliziumverbindungsschicht anzugeben, welches zur Lösung der vorstehend beschriebenen Probleme und zur kommerziellen Anwendung geeignet ist, und ein Verfahren zur Herstellung eines Gegenstandes unter Verwendung dieses Verfahrens.
Erfindungsgemäß wird die vorstehend beschriebene Aufgabe durch ein Ätzverfahren gelöst, bei dem ein gewünschter Bereich einer auf einer Unterschicht bereitgestellten und zwischen einer Anodenelektrode und einer Kathodenelektrode angeordneten Siliziumverbindungsschicht zur Freilegung zumindest eines Teils der Unterschicht geätzt wird, bei dem Verfahren wird die Siliziumverbindungsschicht unter einem Ätzdruck von 40 bis 120 Pa geätzt, während eine Leistung von 150 bis 500 W zwischen den Elektroden umgesetzt wird, wobei die Kathodenelektrode und die Anodenelektrode voneinander um 4,0 bis 7,0 mm beabstandet sind, die Siliziumverbindungsschicht Silizium und zumindest Sauerstoff, Stickstoff oder Kohlenstoff aufweist, die Unterschicht aus Al-Metall oder einer Al beinhaltenden Legierung ausgebildet wurde, und die Siliziumverbindungsschicht bei einem Verhältnis der Gasdurchflußraten von CHF&sub3;-Gas zu C&sub2;F&sub6;-Gas geätzt wird, das zwischen 1 und 6 liegt.
Die Erfindung stellt ein Ätzverfahren für eine Siliziumverbindungsschicht mit einem breiten Bereich des Auswahlverhältnisses der Siliziumverbindung, Si, Resistlack, usw., und bei einer hohen Ätzrate der Siliziumverbindung bereit, welches die vorstehend angeführten Probleme wie Abscheidung von Al-Reaktionsprodukten oder Ausbildung einer Polymerisationsschicht löst, und ein Verfahren zur Ausbildung eines Gegenstandes unter Verwendung des Verfahrens.

Kurzbeschreibung der Zeichnung

Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht eines Ätzgerätes für die erfindungsgemäße Verwendung.
Fig. 2 zeigt eine grafische Darstellung der Zusammenhänge zwischen dem Verhältnis der Gasdurchflußraten (CHF&sub3;/C&sub2;F&sub6;) und der SiO&sub2;-Ätzrate, der Einheitlichkeit des Ätzvorgangs oder der über REM bestimmten Menge an abgeschiedenen Al-Reaktionsprodukten.
Fig. 3 zeigt eine grafische Darstellung der Zusammenhänge zwischen dem Abstand der Elektroden und der SiO&sub2;-Ätzrate oder die Menge der über REM bestimmten abgeschiedenen Al-Reaktionsprodukte.
Fig. 4 zeigt eine grafische Darstellung der Zusammenhänge zwischen dem Druck und der SiO&sub2;-Ätzrate oder der Menge der über REM bestimmten abgeschiedenen Al-Reaktionsprodukte.
Die Fig. 5A bis 5E zeigen Schnittansichten zur Beschreibung eines Ausführungsbeispiel für die Herstellung eines Kontaktlochs unter Verwendung des erfindungsgemäßen Ätzverfahrens.
Die Fig. 6A bis 6I zeigen Schnittansichten zur Beschreibung der Herstellungsschritte für einen Tintenstrahlkopf unter Verwendung des erfindungsgemäßen Ätzverfahrens.
Fig. 7 zeigt eine perspektivische Ansicht des Substrats einer Erwärmungsvorrichtung im Herstellungsverlauf.
Fig. 8 zeigt eine perspektivische Ansicht des Substrates einer Erwärmungsvorrichtung.
Fig. 9 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Tintenstrahlkopfs.

Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

Die vorstehend beschriebene Aufgabe der Erfindung kann erreicht werden, indem ein Trockenätzvorgang unter derartigen Bedingungen erwirkt wird, wie einem Verhältnis der Gasdurchflußraten von CHF&sub3;-Gas zu C&sub2;F&sub6;-Gas (CHF&sub3;/C&sub2;F&sub6;) von 1 zu 6, die in den Ätzraum einzuführen sind, und einem Druck von 40 bis 120 Pa im Ätzraum während des Ätzvorgangs, sowie der zusätzlichen Bedingung eines Abstandes von 4,0 bis 7,0 mm zwischen der Kathodenelektrode und der Anodenelektrode im Ätzraum, während eine Leistung von 150 bis 500 W zwischen den Elektroden umgesetzt wird.
Das Verhältnis der Gasdurchflußraten von CHF&sub3;-Gas zu C&sub2;F&sub6;-Gas ist das Verhältnis des jeweils in den Ätzraum einzuführenden CHF&sub3;-Gases zu dem C&sub2;F&sub6;-Gas. Falls ein CHF&sub3;-Gas oder ein C&sub2;F&sub6;-Gas in den Ätzraum eingeführt wird, nachdem es mit einem Inertgas wie He-Gas, usw. oder einem H&sub2;-Gas verdünnt wurde, muß das Verhältnis der Gasdurchflußraten so sein, wie man es gemäß dem Verdünnungsgrad nach Umwandlung der verdünnten Gasdurchflußraten in Gasdurchflußraten von fast 100% CHF&sub3;-Gas bzw. C&sub2;F&sub6;-Gas erreicht.
Die bevorzugten Bedingungen für den Ätzvorgang sind ein Verhältnis der Gasdurchflußraten von CHF&sub3;-Gas zu C&sub2;F&sub6;-Gas (CHF&sub3;/C&sub2;F&sub6;) von 3 bis 6, ein Abstand zwischen der Kathodenelektrode und der Anodenelektrode von 4,0 bis 6,0 mm und einem Druck von 40 bis 100 Pa.
Bei dem erfindungsgemäßen Trockenätzverfahren kann ein Gerät zum reaktiven Ionenätzen, ein Gerät zum Plasmaätzen usw. verwendet werden.
Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht des Ätzgerätes zur erfindungsgemäßen Verwendung, wobei das Bezugszeichen 1 eine Anodenelektrode, 2 eine Kathodenelektrode, 3 einen Gaseinlaß, 4 eine Vakuumkammer, 5 den Abstand zwischen den Elektroden, 6 eine Vakuumpumpe und 7 eine Hochfrequenzspannungsquelle bezeichnet.
Die Anodenelektrode 1 ist mit Öffnungen 101 für die Gasausströmung versehen, und das durch den Gaseinlaß 3 eingeführte Gas wird in die Vakuumkammer 4 durch die Öffnungen 101 ausgeströmt. Die Hochfrequenzspannungsquelle 7 wird elektrisch an ein Ende der Kathodenelektrode 2 angeschlossen, während das andere Ende der Hochfrequenzspannungsquelle 7 auf Masse liegt. Die Anodenelektrode 1 liegt ebenfalls auf Masse. Durch Ansteuerung der Vakuumpumpe 6 wird die Vakuumkammer 4 auf einen gewünschten Druck gebracht und in diesem Zustand wird ein gewünschtes Gas durch den Gaseinlaß 3 in die Vakuumkammer 4 eingeführt, sowie die Hochfrequenzspannungsquelle 7 eingeschaltet, wodurch das durch die Öffnungen 101 in die Vakuumkammer 4 eingeführte Gas in ein Plasma umgewandelt wird. Wenn zu diesem Zeitpunkt ein zu ätzender Gegenstand auf der Kathodenelektrode 2 angeordnet wird, kann der Gegenstand geätzt werden.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die Öffnungen 101 an der Anodenelektrode 1 bereitgestellt, es ist aber nicht wesentlich das Gas in die Vakuumkammer 4 von der Anodenelektrode 1 ausströmen zu lassen. Es kann jedoch ein einheitlicherer Ätzvorgang ausgeführt werden, indem das Gas so gleichmäßig wie möglich auf einen zu ätzenden Gegenstand ausgeströmt wird, und daher ist die Bereitstellung von Öffnungen an der Anodenelektrode 1 zu bevorzugen, d. h., die gegenüberliegende Seite einer Elektrode an einem zu ätzenden Gegenstand, der auf einer anderen Elektrode angeordnet ist.
Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf ein Verfahren zum Ätzen einer typischen SiO&sub2;-Schicht näher beschrieben.
Erfindungsgemäß wird ein Schichtaufbau auf der Kathodenelektrode 2 als zu ätzender Gegenstand angeordnet, der nacheinander aufeinander gelegt ein Substrat aus Silizium oder Glas, eine Al-Schicht sowie eine SiO&sub2;-Schicht aufweist. Danach wird die Vakuumkammer 4 durch die Vakuumpumpe 6 auf ein Vakuum von 10 Pa oder weniger evakuiert und dann ein Mischgas aus CHF&sub3; + C&sub2;F&sub6; in die Vakuumkammer 4 durch den Gaseinlaß 3 für das Reaktionsgas eingelassen. Dann wird die Vakuumkammer 4 auf einem gewünschten Druck gehalten. Das eingeführte Mischgas aus CHF&sub3; + C&sub2;F&sub6; wird auf ein Verhältnis der Gasdurchflußraten von CHF&sub3; zu C&sub2;F&sub6; von 1 bis 6 eingestellt.
Erfindungsgemäß wird die Gaseinlaßrate und/oder die Pumpenevakuierungsrate zur Aufrechterhaltung des Drucks in der Vakuumkammer 4 auf 40 bis 120 Pa während des Ätzvorgangs gesteuert.
Das in die Vakuumkammer 4 einzuführende Mischgas kann durch Mischung des CHF&sub3;-Gases mit dem C&sub2;F&sub6;-Gas vor der Einführung in die Vakuumkammer 4 oder durch Mischung des CHF&sub3;-Gases mit dem C&sub2;E&sub6;-Gas in der Vakuumkammer 4 oder in dem Rohr zu dem Gaseinlaß 3 hergestellt werden.
Erfindungsgemäß liegt der Abstand 5 zwischen der Anodenelektrode 1 und der Kathodenelektrode 2 in einem Bereich von 4,0 bis 7,0 mm.
Wenn das Verhältnis der Gasdurchflußraten (CHF&sub3;/C&sub2;F&sub6;) während des Ätzvorgangs 0,1 bis 0,9 beträgt, scheiden sich Al-Reaktionsprodukte von Al wie AlF&sub3; usw. um den geätzten SiO&sub2;-Abschnitt ab. Erfindungsgemäß kann die Abscheidung von Al-Reaktionsprodukten verringert werden, indem jeweils das Verhältnis der Gasdurchflußraten, der Abstand 5 zwischen den Elektroden und der Druck in der Vakuumkammer 4 auf spezifische vorstehend beschriebene Bereiche eingestellt werden.
Erfindungsgemäß beträgt die Gasdurchflußrate von CHF&sub3;-Gas genau soviel oder mehr wie die von C&sub2;F&sub6;-Gas, es wird aber keine Polymerisationsschicht aus CF&sub2;-Monomeren ausgebildet, da der Druck (Druck während des Ätzvorgangs) bzw. der Abstand zwischen den Elektroden während des Ätzvorgangs optimiert ist, und daher kann ein sehr wirkungsvoller und befriedigender Ätzvorgang ausgeführt werden.
Erfindungsgemäß hängt die zwischen den Elektroden umgesetzte Leistung von derartigen Bedingungen wie der Fläche des zu ätzenden Gegenstandes, der Gestalt des Ätzgerätes usw. ab, und kann daher nicht spezifiziert werden, sie wird aber auf 150 bis 500 W eingestellt, vorzugsweise auf 200 bis 400 W.
Da die Elektroden beispielsweise durch Plasmaentladung während des Ätzvorgangs erwärmt werden, ist es erfindungsgemäß bevorzugt, eine Kühleinrichtung bei den Elektroden bereitzustellen, damit ein unnötiges Ätzen der Elektroden oder Schwankungen bei den Ätzbedingungen vermieden werden, wodurch ein einheitlicher Ätzvorgang sichergestellt wird.
Nachstehend werden die Ursachen für die erfindungsgemäßen spezifischen Bereiche der Bedingungen für den Ätzvorgang unter Bezugnahme auf die Fig. 2 bis 4 beschrieben.
Fig. 2 zeigt eine grafische Darstellung der Zusammenhänge zwischen dem Verhältnis der Gasdurchflußraten (CHF&sub3;/C&sub2;F&sub6;) auf der Abszisse und der SiO&sub2;-Ätzrate, der Einheitlichkeit des Ätzvorgangs oder der über REM bestimmten Menge von abgeschiedenen Al-Reaktionsprodukten auf der Ordinate. Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß bei einem steigenden Verhältnis der Gasdurchflußraten (CHF&sub3;/C&sub2;F&sub6;) die SiO&sub2;-Ätzrate vermindert und die Ätzeinheitlichkeit verschlechtert wird, die Menge der abgeschiedenen Al-Reaktionsprodukte aber verringert wird, sofern das totale Durchflußvolumen von (CHF&sub3; + C&sub2;F&sub6;) 40 cm³/min. unter Normalbedingungen (SCCM), die Hochfrequenz-(HF)-Leistung 250 W, der Abstand zwischen den Elektroden 5 mm und der Druck während des Ätzvorgangs 80 Pa beträgt.
Fig. 3 zeigt eine grafische Darstellung der Zusammenhänge zwischen dem Abstand der Elektroden auf der Abszisse und der SiO&sub2;-Ätzrate oder die Menge der über REM bestimmten abgeschiedenen Al-Reaktionsprodukte auf der Ordinate. Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß mit abnehmendem Abstand zwischen den Elektroden die SiO&sub2;-Ätzrate zu- und die Menge abgeschiedener Al-Reaktionsprodukte abnimmt, sofern die Hochfrequenz-(HF)-Leistung 250 W, das Verhältnis der Gasdurchflußraten (CHF&sub3;/C&sub2;F&sub6;) 4 und der Druck während des Ätzvorgangs 80 Pa beträgt.
Fig. 4 zeigt eine grafische Darstellung der Zusammenhänge zwischen dem Druck während des Ätzvorgangs auf der Abszisse und der SiO&sub2;-Ätzrate oder der Menge der über REM bestimmten abgeschiedenen Al-Reaktionsprodukte auf der Ordinate. Aus Fig. 4 ist ersichtlich, daß, je niedriger der Druck während dem Ätzvorgang, oder mit anderen Worten, je höher das Vakuum ist, desto höher ist die SiO&sub2;-Ätzrate und desto kleiner ist die Menge abgeschiedener Al-Reaktionsprodukte, sofern die Hochfrequenz-(HF)-Leistung 250 W, das Verhältnis der Gasdurchflußraten (CHF&sub3;/C&sub2;F&sub6;) 4 und der Abstand zwischen den Elektroden 5 mm beträgt.
Wie aus den Fig. 2 bis 4 ersichtlich ist, haben das Verhältnis der Gasdurchlußraten von CHF&sub3;-Gas zu C&sub2;F&sub6;-Gas, der Druck während des Ätzvorgangs und der Abstand zwischen den Elektroden einen wichtigen Einfluß auf die Menge abgeschiedener Al-Reaktionsprodukte, die SiO&sub2;-Ätzrate und die Ätzeinheitlichkeit.
Als Ergebnis ausführlicher Versuche und Untersuchungen über die individuellen Faktoren, die derartig wichtige Einflüsse ausüben, fand der Erfinder heraus, daß durch ein Einstellen der individuellen Faktoren auf spezifische vorstehend angeführte Bereiche eine unterschiedliche Ätzwirkung erreicht werden kann, und insbesondere, daß die Abscheidung von Al-Reaktionsprodukten durch ein Einstellen des Verhältnisses der Gasdurchflußraten auf 1,0 oder mehr, des Abstandes zwischen den Elektroden auf 7 mm oder weniger und des Drucks während des Ätzvorgangs auf -120 Pa oder weniger wirksam reduziert werden kann, und außerdem, daß die Abscheidung von Polymeren durch Einstellen des Verhältnisses der Gasdurchflußraten auf 6,0 oder weniger wirksam verhindert werden kann, daß ein einheitlicher Ätzvorgang über die gesamte Oberfläche eines zu ätzenden Gegenstandes durch Einstellen des Abstandes zwischen den Elektroden auf 4,0 mm oder mehr ausgeführt werden kann, und daß Plasma erzeugt sowie ein einheitlicher Ätzvorgang über die gesamte Oberfläche eines zu ätzenden Gegenstandes ausgeführt werden kann, indem der Druck während dem Ätzvorgang auf 40 Pa oder mehr eingestellt wird.
Als Schlußfolgerung aus der Gesamtbetrachtung dieser Ergebnisse fand der Erfinder heraus, daß das Ätzverfahren als synergetische Wirkung ein sehr stabiles und einheitliches Ätzen über die gesamte Oberfläche eines zu ätzenden Gegenstandes aufweisen kann, indem die individuellen Faktoren innerhalb der vorstehend angeführten spezifischen Bereiche eingestellt werden.
Erfindungsgemäß kann der Ätzvorgang ausgeführt werden, indem das Verhältnis der Gasdruchflußraten (CHF&sub3; + C&sub2;F&sub6;) bei 0,1 bis 0,9 gehalten wird, kurz bevor das Al oder die Al-Legierung unter der Siliziumverbindungsschicht wie beispielsweise einer SiO&sub2;-Schicht freigelegt wird, wodurch die Siliziumverbindungsschicht wie beispielsweise eine SiO&sub2;-Schicht geätzt wird, und danach das Verhältnis der Gasdurchflußraten auf 1 bis 6 verändert wird.
Auf diese Weise kann ein Abschnitt der SiO&sub2;-Schicht (der Abschnitt, bevor die Unterschicht aus Al oder Al-Legierung freigelegt wird) mit einem guten einheitlichen Ätzvorgang bei einer höheren Ätzrate geätzt werden, obwohl die Abscheidung von Al-Reaktionsprodukten hoch ist, woraufhin das erfindungsgemäße Ätzverfahren ausgeführt werden kann, und wodurch ein sehr befriedigender Ätzvorgang ohne die Abscheidung von Al-Reaktionsprodukten ausgeführt werden kann, selbst falls die Al- oder Al-Legierungsoberfläche freigelegt wird.
Erfindungsgemäß kann eine Abscheidung von Al-Reaktionsprodukten um den geätzten Abschnitt unterdrückt werden, indem ein Trockenätzvorgang für die Siliziumoxidschicht unter derartigen Bedingungen ausgeführt wird, wie einem Verhältnis der Gasdurchflußraten (CHF&sub3;/C&sub2;F&sub6;) von 1 bis 6, einem Abstand zwischen der Anodenelektrode und der Kathodenelektrode von 4,0 bis 7,0 mm und einem Druck während dem Ätzvorgang von 40 bis 120 Pa, weswegen die Anhaftung an die obere Schicht mit weniger Fehlern verbessert und der Herstellungsprozentsatz an unbefriedigenden Substraten für Erwärmungsvorrichtungen, Halbleitervorrichtungen usw. reduziert werden kann.
Erfindungsgemäß wird der Ätzvorgang einer Siliziumverbindungsschicht unter den vorstehend angeführten Bedingungen ausgeführt. Zur Erzeugung eines stabilen Plasma ist es wünschenswert, zur Erzeugung des Plasma in der Anfangsphase des Ätzvorgangs einen eher hohen Druck zu verwenden, und diesen dann allmählich zu verringern. Dabei ist es zu bevorzugen, die Plasmaerzeugung zu erleichtern, indem bei der Ersterzeugung des Plasma der Druck höher als bei der vorstehend angeführten Bedingung eingestellt wird.
Als Siliziumverbindungen zur erfindungsgemäßen Verwendung wurden Siliziumoxid, Siliziumnitrid und Siliziumkarbid soweit beispielhaft angegeben, die Erfindung ist jedoch nicht immer auf diese Werkstoffe begrenzt. Erfindungsgemäß kann eine beliebige, zumindest Sauerstoff, Stickstoff oder Kohlenstoff aufweisende Siliziumverbindung als zu ätzender Werkstoff verwendet werden, die empfänglich für einen befriedigenden Ätzvorgang unter den vorstehend angeführten Bedingungen ist, wobei die vorstehend angeführten Siliziumoxid, Siliziumnitrid und Siliziumkarbid die geeignetsten zu ätzenden Werkstoffe sind.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Beispielen näher beschrieben, welche für die Erfindung nicht von begrenzender Natur sind.

Beispiel 1

Die Fig. 5A bis 5E zeigen Schritte zur Ausbildung eines Kontaktlochs unter Verwendung einer SiO&sub2;-Dünnschicht und aufeinanderfolgende Schritte der elektrischen Verbindung einer ersten Al-Dünnschicht (Elektrode) mit einer zweiten Al-Dünnschicht (Elektrode) bei der Herstellung eines Substrates für eine Erwärmungsvorrichtung oder einer integrierten Schaltung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bei den Fig. 5A bis 5E bezeichnet das Bezugszeichen 8 eine isolierende Schicht, 9 eine erste Al-Dünnschicht, 10 eine SiO&sub2;-Schicht, 11 den Photoresistlack OFPR-800 (ein von Tokyo Oka K. K., Japan, hergestelltes Produkt) und 12 eine zweite Al-Dünnschicht.
Nachstehend werden die Schritte zur Ausbildung eines Kontaktlochs und der elektrischen Verbindung einer Elektrode an die andere beschrieben.
Eine erste Al-Dünnschicht 9 und eine SiO&sub2;-Schicht 10 werden nacheinander aufeinander auf einer isolierenden Schicht 8 durch einen Sputtervorgang oder dergleichen ausgebildet (Schritt A: Fig. 5A). Danach wird ein Photoresistlack 11 auf die SiO&sub2;-Schicht 10 aufgebracht und dann belichtet sowie entwickelt, damit eine Struktur mit einer gewünschten Gestalt ausgebildet wird (Schritt B: Fig. 5B). Sodann wird die SiO&sub2;-Schicht 10 mit einem Mischgas aus CHF&sub3; + C&sub2;F&sub6; durch das erfindungsgemäße Ätzverfahren unter Verwendung des strukturierten Resistlacks 11' als Maske geätzt, wodurch ein Kontaktloch ausgebildet wird (Schritt C: Fig. 5C), wobei die Bedingungen für den Ätzvorgang eine Hochfrequenz-(HF)-Leistung von 250 W, ein Verhältnis der Gasdurchflußraten von 4, ein Abstand zwischen den Elektroden von 5 mm und ein Druck während dem Ätzvorgang von 80 Pa sind. Daraufhin wird der verbleibende Resistlack 11' durch Veraschung entfernt (Schritt D: Fig. 5D).
Schließlich wird darauf durch einen Sputtervorgang eine zweite Al-Dünnschicht 12 ausgebildet, wodurch die elektrische Verbindung zwischen der ersten Al-Schicht 9 (Elektrode)und der zweiten Al-Schicht 12 (Elektrode) vervollständigt wird (Schritt E: Fig. 5E).
Durch Strukturierung der zweiten Al-Dünnschicht 12 in einer gewünschten Struktur über Photolithografie kann, falls gewünscht, ein Vielschichtmetallisierungsaufbau ausgebildet werden.
In Schritt C wird die SiO&sub2;-Dünnschicht 10 mit einer Ätzrate von etwa 200 nm/min. (2000 Å/min.) geätzt und die Abscheidung von Al-Reaktionsprodukten durch REM untersucht. Es wurden überhaupt keine Al-Reaktionsprodukte entdeckt und ein einheitlicher Ätzvorgang erreicht, ohne daß hierin angeführte Probleme auftraten.

Beispiel 2

Der Ätzvorgang wird in der gleichen Weise wie bei Beispiel 1 ausgeführt, außer daß Gase wie He, O&sub2;, usw. zusätzlich dem Mischgas aus CHF&sub3; + C&sub2;F&sub6; hinzugefügt werden, wodurch die SiO&sub2;-Schicht genauso wirksam geätzt werden kann, wie bei Beispiel 1.
Wenn das CHF&sub3;-Gas und das C&sub2;F&sub6;-Gas mit He verdünnt in den Ätzraum eingeführt werden, kann ein ähnlich guter Ätzvorgang erreicht werden.

Beispiel 3

Der gleiche, wie bei Beispiel 1 verwendete Gegenstand wird stufenweise geätzt, d. h. in zwei Stufen. Bei der ersten Stufe wird ein einheitlicher Ätzvorgang einer hohen SiO&sub2;-Ätzrate mit einem Verhältnis der Gasdurchflußraten (CHF&sub3;/C&sub2;F&sub6;) von 0,1 zu 0,9 ausgeführt, und in der zweiten Stufe wird ein Ätzvorgang mit einer geringeren Abscheidung von Al-Reaktionprodukten unter den gleichen Bedingungen wie bei Beispiel 1 ausgeführt. Dabei zeigte sich, daß die SiO&sub2;-Schicht ebenso wirksam wie bei Beispiel 1 geätzt werden kann.

Beispiel 4

Der Ätzvorgang wird auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 ausgeführt, außer, daß die erste Al-Dünnschicht 9 (Elektrode) durch eine Dünnschicht aus einer Al-Legierung ersetzt wird. Es zeigte sich, daß die SiO&sub2;-Schicht ebenso wirkungsvoll wie bei Beispiel 1 geätzt werden kann.

Beispiel 5

Ein Substrat für die Erwärmungsvorrichtung für einen Tintenstrahlkopf nach der Bauart zum Ausstoß einer Flüssigkeit durch Wärmeenergie wird unter Verwendung des erfindungsgemäßen Ätzverfahren hergestellt. Sodann wird ein Tintenstrahlkopf unter Verwendung des Substrates für die Erwärmungsvorrichtung hergestellt und die Eigenschaften des Kopfes untersucht.
Nachstehend wird ein Verfahren zur Herstellung eines Tintenstrahlkopfes unter Bezugnahme auf die Fig. 6A bis 6I beschrieben.
Eine ein Si-Substrat 601 und eine darauf gelagerte SiO&sub2;-Schicht 602 als isolierende Schicht aufweisende Grundlage 600 wird hergestellt (Fig. 6A), und danach wird eine HfB&sub2;-Schicht 603 als Widerstandsschicht auf der SiO&sub2;-Schicht 602 auf der Grundlage 600 ausgebildet (Fig. 6B). Sodann wird eine Al-Schicht 604 als leitender metallischer Werkstoff auf der HfB&sub2;-Schicht 603 ausgebildet (Fig. 6C). Die ausgebildeten Al-Schicht 604 und HfB&sub2;-Schicht 603 werden mit einer gewünschten Struktur durch Photolithografie geätzt und daraufhin die Al-Schicht teilweise durch einen Ätzvorgang zur Ausbildung einer gewünschten Aussparung 605 entfernt (Fig. 6D). Das Substrat für die Erwärmungsvorrichtung ist in dem in Fig. 6D gezeigten Zustand in Fig. 7 perspektivisch gezeigt. Die an der Aussparung 605 freigelegte HfB&sub2;-Schicht 603 wirkt als Wärme erzeugende Stelle, wenn die durch die Al-Schicht 604 ausgebildete Elektrode elektrisch aktiviert wird. Die Al-Schicht ist eine untere Metallisierung in der Metallisierungsmatrix.
Anschließend wird eine SiO&sub2;-Dünnschicht 606 sowohl als Schutzschicht als auch als isolierende Schicht auf dem in Fig. 6D (oder Fig. 7) gezeigten Substrat für die Erwärmungsvorrichtung ausgebildet (Fig. 6E). Danach wird eine Ta-Schicht 607 als Schutzschicht an der der Aussparung 605 entsprechenden Stelle ausgebildet (Fig. 6F), und die SiO&sub2;-Schicht wird örtlich zur Ausbildung eines Kontaktlochs 608 durch die SiO&sub2;-Schicht 606 geätzt (Fig. 6G). Der Ätzvorgang der SiO&sub2;-Schicht 606 wird unter den gleichen wie in Beispiel 1 gegebenen Bedingungen ausgeführt.
Nach der Ausbildung des Kontaktlochs 608 wird Al als leitender metallischer Werkstoff als obere Metallisierung ausgebildet, die die Metallisierungsmatrix bildet, und wird dann in einer gewünschten Gestalt zur Ausbildung einer Al-Metallisierung 609 strukturiert (Fig. 6H). Sodann ist es zu bevorzugen, einen organischen Harz wie Polyimid, usw. als Schutzschicht darauf bereitzustellen, falls erforderlich. Hierbei ist es wünschenswert, den organischen Harz an anderen Stellen als der erwärmenden Oberfläche 610 zur Verbesserung des thermischen Ansprechens bereitzustellen. Die perspektivische Ansicht des vollständigen in Fig. 6H gezeigten Substrats der Erwärmungsvorrichtung ist in Fig. 8 wiedergegeben. Wie dort gezeigt ist, sind die individuellen Erwärmungsvorrichtungen in der Metallisierungsmatrix.
Daraufhin wird ein Bedeckungselement 611 auf dem Substrat für die Erwärmungsvorrichtung bereitgestellt und ein Flüssigkeitskanal 612 und eine Entladungsöffnung 613 zur Vervollständigung des Tintenstrahlkopfes ausgebildet (Fig. 6I). Eine perspektivische Ansicht des vollständigen Kopfes ist in Fig. 9 gezeigt.
Wenn mit dem derart hergestellten Tintenstrahlkopf ein Aufzeichnungsvorgang ausgeführt wird, zeigt sich, daß die thermischen Schwankungen zwischen den individuellen Erwärmungsvorrichtungen erheblich geringer sind und die Ausbildung der Blasenerzeugung in einer Flüssigkeit sehr stabil ist. Die Lebensdauer des gemäß diesem Beispiel hergestellten Kopfes ist derart, daß sehr stabile Eigenschaften über eine lange Zeitdauer erhalten bleiben, ohne daß irgendein Abschälen der Schichten auftritt.

Beispiel 6

In der gleichen Weise wie gemäß Beispiel 1 wird ein Ätzvorgang ausgeführt, außer daß die SiO&sub2;-Schicht durch eine Si&sub3;N&sub4;-Schicht ersetzt wird, woraus sich ergibt, daß ein Ätzvorgang mit einer hohen Einheitlichkeit ohne irgendeine Abscheidung von Al-Reaktionsprodukten ausgeführt werden kann, wie bei Beispiel 1.

Beispiel 7

Ein Substrat für eine Erwärmungsvorrichtung wird in der gleichen Weise wie gemäß Beispiel 5 hergestellt, außer daß die SiO&sub2;-Schicht 602 durch eine Si&sub3;N&sub4;-Schicht ersetzt wird, und ein Tintenstrahlkopf wird in der gleichen Weise wie gemäß Beispiel 5 unter Verwendung des derart hergestellten Substrates für die Erwärmungsvorrichtung hergestellt. Es zeigt sich, daß eine stabile Injektion für eine lange Zeitdauer mit erheblich weniger Schwankungen zwischen den individuellen Erwärmungsvorrichtungen aufrechterhalten werden kann, wie bei Beispiel 5.

Beispiel 8

In der gleichen Weise wie gemäß Beispiel 1 wird ein Ätzvorgang ausgeführt, außer daß die gemäß Beispiel 1 verwendete SiO&sub2;-Schicht durch eine SiC-Schicht ersetzt wird, woraus sich ergibt, daß ein Ätzvorgang mit hoher Einheitlichkeit ohne irgendeine Abscheidung von Al-Reaktionsprodukten ausgeführt werden kann, wie bei Beispiel 1.

Claims

1. Ätzverfahren, bei dem ein gewünschter Bereich einer auf einer Unterschicht (9, 604) bereitgestellten und zwischen einer Anodenelektrode (1) und einer Kathodenelektrode (2) angeordneten Siliziumverbindungsschicht (10, 606) zur Freilegung zumindest eines Teils der Unterschicht (9) geätzt wird, bei dem Verfahren wird die Siliziumverbindungsschicht unter einem Ätzdruck von 40 bis 120 Pa geätzt, während eine Leistung von 150 bis 500 W zwischen den Elektroden umgesetzt wird, wobei die Kathodenelektrode (2) und die Anodenelektrode (1) voneinander um 4,0 bis 7,0 mm beabstandet sind,

dadurch gekennzeichnet, daß

die Siliziumverbindungsschicht (10, 606) Silizium und zumindest Sauerstoff, Stickstoff oder Kohlenstoff aufweist, und

die Unterschicht (9, 604) aus Al-Metall oder einer Al beinhaltenden Legierung ausgebildet wurde, und daß

die Siliziumverbindungsschicht (10, 606) bei einem Verhältnis der Gasdurchflußraten von CHF&sub3;-Gas zu C&sub2;F&sub6;-Gas geätzt wird, das zwischen 1 und 6 liegt.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Siliziumverbindungsschicht (10, 606) eine Schicht aus einem Siliziumoxid-, Siliziumnitrid- oder Siliziumcarbidwerkstoff ist.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin zumindest ein Inertgas oder H&sub2;-Gas zwischen die Anodenelektrode (1) und die Kathodenelektrode (2) eingeführt wird.

4. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Inertgas He-Gas ist.

5. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest das Inertgas oder das H&sub2;-Gas ein Gas zur Verdünnung von zumindest dem CHF&sub3;-Gas oder dem C&sub2;F&sub6;-Gas ist.

6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathodenelektrode (2) und die Anodenelektrode (1) voneinander um 4,0 bis 6,0 mm beabstandet sind.

7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gasdurchflußverhältnis zwischen 3 und 6 beträgt.

8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ätzdruck 40 bis 100 Pa beträgt.

9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Siliziumverbindungsschicht (10, 606) eine in einer gewünschten Form strukturierte Resistschicht (11) bereitgestellt wird.

10. Verfahren gemäß Anspruch 9, bei dem weiterhin nach der Strukturierung der Siliziumverbindungsschicht (10, 606) eine leitende Schicht (12, 609) an einer gewünschten Position bereitgestellt wird, wodurch eine mehrfach geschichtete Kontaktierung ausgebildet wird.

11. Verfahren gemäß Anspruch 9 oder 10, wobei die Schicht (604) aus Al-Metall oder einer Al beinhaltenden Legierung auf einer wärmeerzeugenden Widerstandsschicht (603) bereitgestellt und mit der wärmeerzeugenden Widerstandsschicht (603) elektrisch verbunden wird, und nach der Strukturierung der Siliziumverbindungsschicht (606) auf der Schicht (604) wird weiterhin ein Bedeckungselement (611) zur Ausbildung eines Tintenstrahlkopfes mit einem Flüssigkeitskanal (612) und einer Entladungsöffnung (613), durch die eine Flüssigkeit durch Verwendung von Wärmeenergie entladen wird, bereitgestellt.