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Dokumentenidentifikation DE19504434C1 15.05.1996
Titel Verfahren zur Herstellung siliziumhaltiger Masken
Anmelder Siemens AG, 80333 München, DE
Erfinder Gerhard, Franz, Dr., 81543 München, DE;
Kaindl, Josef, 84072 Au, DE
DE-Anmeldedatum 10.02.1995
DE-Aktenzeichen 19504434
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 15.05.1996
Veröffentlichungstag im Patentblatt 15.05.1996
IPC-Hauptklasse G03F 1/08
IPC-Nebenklasse H01L 21/31   G03F 7/36   
IPC additional class // G02B 6/13  
Zusammenfassung Eine Fotolackschicht (3) auf einer Maskenschicht (2) aus einem siliziumhaltigen Dielektrikum wird entsprechend einer vorgegebenen Struktur belichtet und unter Verwendung von Lösungsmittel strukturiert; der Fotolack wird bei einer über der Schmelztemperatur liegenden Temperatur ausgeheizt (postbaked); die Flanken des verbleibenden Anteils der Fotolackschicht werden geglättet, indem sie chemisch reaktionsfähigen Teilchen in einem Sauerstoffplasma ausgesetzt werden; dabei können Mikrowellenplasmen oder Radiowellenplasmen verwendet werden; die Fotolackschicht wird verwendet, um die Struktur in die Maskenschicht zu übertragen, wobei ein modifiziertes anisotropes Plasmaätzverfahren, bei dem der chemische Anteil der Ätzung dominiert, eingesetzt wird; der Fotolack wird entfernt; die strukturierte Maskenschicht kann als Maske für ein Trockenätzverfahren verwendet werden.

Beschreibung[de]

Zur Strukturdefinition vieler Halbleiterbauelemente werden nicht nur Masken aus Fotolack, sondern auch aus Metallen oder Dielektrika verwendet. Derartige Masken werden aber üblicherweise unter Verwendung von Fotolackmasken hergestellt. Bei Belichtung einer Fotolackschicht durch geeignete Masken erfolgt die Übertragung der durch diese Masken gegebenen Struktur in den Fotolack. Die Fotolackschicht wird strukturiert, indem mit Lösungsmittel entweder die belichteten oder die unbelichteten Anteile herausgelöst werden. Dann werden geeignete Ätzverfahren angewendet, um die Struktur dieser berandeten restlichen Fotolackschicht in darunter befindliches Material zu übertragen. Eine wesentliche Schwierigkeit ist dabei, diese berandete Fotolackschicht mit möglichst glatten Kanten, d. h. den an den Rändern abfallenden Flanken, herzustellen und diese Struktur mit ebenso glatten Rändern in darunterliegendes Material, z. B. Al&sub2;O&sub3;, SiO&sub2; oder Si&sub3;N4, das für die Herstellung von Masken vorgesehen ist, zu übertragen. Das ist insbesondere in der Optoelektronik wichtig, da jegliche Abweichung von der idealen Struktur zu Streuverlusten der z. B. in Wellenleitern geführten oder an Spiegeln bzw. an Gittern reflektierten Lichtwelle führt. Quantitativ bedeutet das, daß die Länge der Periode einer Unebenheit dieser Fotolackflanken und deren Tiefe etwa 1/10 der Wellenlänge der in dem mit dem Fotolack strukturierten Halbleiter geführten Welle nicht überschreiten dürfen.

In der DE 43 24 325 A1 ist ein Bauelement mit zugehörigem Herstellungsverfahren beschrieben, bei dem eine Schichtfolge aus SiO&sub2; und hochbrechenden Schichten z. B. aus Ta&sub2;O&sub5; oder HfO&sub2; durch Trockenätzen mittels fluorhaltiger Gase entfernt oder strukturiert wird. Es werden dabei Ätzmasken aus Fotolack, Metall oder Eisenoxid eingesetzt. In der EP 0 492 253 A1 ist ein Fotostrukturierungsverfahren beschrieben, das auch für eine zweilagige Fototechnik verwendet wird. Das Topresist wird nach der Strukturierung mit einem siliziumhaltigen Agens resistent gegen Trockenätzen im Sauerstoffplasma gemacht. In diesem nachfolgenden Trockenätzschritt wird die Struktur des Topresists mit dem exakten Maß der für die Strukturierung verwendeten Maske und mit senkrechten Flanken in das Bottomresist übertragen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung berandeter Schichten, insbesondere Masken, aus siliziumhaltigen Dielektrika anzugeben, mit dem es möglich ist, die Ränder (Flanken) dieser Schichten extrem glatt herzustellen.

Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es auf einfache Weise möglich, eine Fotolackmaske herzustellen, die extrem glatte Flanken hat, und die Struktur dieser Fotolackmaske so in ein darunter befindliches siliziumhaltiges Dielektrikum zu übertragen, daß man eine berandete Schicht aus diesem Dielektrikum mit ebenso glatten Flanken erhält. Zu diesem Zweck wird auf die Dielektrikumschicht eine Fotolackschicht aufgebracht, entsprechend der Struktur der herzustellenden berandeten Schicht belichtet, entwickelt, mit Lösungsmittel strukturiert und dann so ausgeheizt, daß das Lösungsmittel entfernt ist. Die Flanken der so hergestellten Fotolackmaske werden in einem modifizierten Plasmaätzprozeß geglättet und dann diese Lackmaske als Maske in einem weiteren, erfindungsgemäß modifizierten Plasmaätzprozeß verwendet, um so die Dielektrikumschicht in eine berandete Schicht zu strukturieren. Mit dem erfindungsgemäßen Plasmaätzverfahren wird diese berandete Schicht mit extrem glatten, also gleichmäßigen und keine Rauhigkeiten oder Riffelungen aufweisenden Flanken hergestellt. Anschließend kann der Fotolack mit heißem Dimethylformamid oder mit N-Methyl-pyrrolidon entfernt werden. Wenn die Dielektrikumschicht z. B. auf Halbleitermaterial aufgebracht wird, kann die daraus hergestellte berandete Schicht als Maske zur Strukturierung dieses Halbleitermateriales verwendet werden.

Dieses Verfahren wird im einzelnen anhand der Fig. 1 bis 4 beschrieben, die Querschnitte eines Bauelementes nach verschiedenen Schritten des Verfahrens zeigen.

Eine Fotolackschicht wird zunächst ganz flächig auf eine zu strukturierende Schicht, im folgenden und in den Ansprüchen der Einfachheit halber und ohne Einschränkung ihrer Funktion als Maskenschicht bezeichnet, aus einem siliziumhaltigen Dielektrikum, z. B. SiO&sub2; oder Si&sub3;N&sub4;, aufgebracht und z. B. mittels einer Chrom-Maske entsprechend der herzustellenden Struktur belichtet. In dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Maskenschicht 2 auf einem Substrat 1, z. B. einer Halbleiterscheibe oder einer Halbleiterschicht, aufgebracht. Die darauf aufgebrachte Fotolackschicht 3 wird entsprechend Fig. 2 durch eine Maske 4 entsprechend der vorgesehenen Strukturierung wie üblich belichtet, wobei die von der Maske 4 bedeckten Anteile der Fotolackschicht 3 unbelichtet bleiben. Danach wird die Maske 4 entfernt und die Fotolackschicht 3 in eine Lackmaske strukturiert. Je nach Art des verwendeten Fotolackes (positiv oder negativ) sind es die belichteten oder die unbelichteten Anteile der Fotolackschicht 1, die nach dem Entwickeln mit Lösungsmittel entfernt werden. Damit das nachfolgende Plasmaätzverfahren angewendet werden kann, muß sichergestellt sein, daß kein Lösungsmittel in dem Fotolack verbleibt. Das Lösungsmittel könnte sonst bei der schlagartigen Temperaturerhöhung beim Zünden des verwendeten Plasmas zu einer explosionsartigen Aufblähung des Fotolacks führen. Der Fotolack wird daher bei einer höheren Temperatur als sonst üblich (sogenanntes "post-bake") ausgeheizt. Diese Temperatur liegt in der Regel deutlich über derjenigen Temperatur, bei der der Fotolack aufgrund von Effekten, die durch die Oberflächenspannung hervorgerufen werden, verrundet. Z.B. liegt bei dem Lack AZ 1450 J diese sogenannte Schmelztemperatur bei 118°C, während "post-baking" bei etwa 150°C stattfindet.

Damit ist die in Fig. 3 dargestellte Struktur erreicht, bei der die restliche Fotolackschicht die Lackmaske 5 mit den Öffnungen 6 bildet. In diesen Öffnungen liegt die Oberfläche der Maskenschicht 2 frei. Um die Flanken der Lackmaske 5 zu glätten, d. h. darin vorhandene Riffelungen und Unebenheiten zu beseitigen, wird der Fotolack Entladungen im Plasma (Plasmaätzen) ausgesetzt. Besonders vorteilhaft sind Entladungen von Sauerstoff (Sauerstoff-Plasma). Dafür können z. B. Apparaturen eingesetzt werden, wie sie üblicherweise für Plasmaätzverfahren verwendet werden. Die Betriebsweise unterscheidet sich allerdings grundlegend von den üblicherweise vorgesehenen Betriebsbedingungen.

In einem ersten Ausführungsbeispiel für diesen Abschnitt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Lackmaske einem Mikrowellenplasma (ohne Unterstützung durch ein Magnetfeld, z. B. in einer Anlage zum Entfernen von Fotolackmasken nach den damit durchgeführten Verfahrensschritten, sog. "Veraschen") ausgesetzt, wobei eine Frequenz von z. B. 2,45 GHz (typischer Wert, der aber nicht festgelegt ist) verwendet wird. Die typischen Prozeßbedingungen sind dabei ein Druck zwischen 500 mTorr und 1000 mTorr, eine auf das Volumen bezogene Leistungsdichte der eingekoppelten Mikrowellen von 0,35 W/cm³ bis 1 W/cm³ (die man z. B. bei einer üblichen Apparatur durch Einstellen der Leistung der eingekoppelten Mikrowellen zwischen 100 W und 300 W erhält) und eine maximale Reaktionszeit (d. h. Prozeßdauer) von etwa 10 Minuten. Dabei wird ein Faraday-Käfig verwendet, der die geladenen Teilchen des Plasmas abschirmt, so daß das Ätzen isotrop erfolgt und die Ätzrate niedrig ist. Das Ätzen erfolgt vorwiegend durch chemischen Angriff durch in dem Plasma angeregte und daher reaktionsfähigere Neutralteilchen. Läßt man den Faraday-Käfig weg, muß die Leistung auf Werte nicht höher als etwa 50 W reduziert werden; dann ist jedoch bereits die Grenze der möglichen Einstellung erreicht, wenn ein Abtrag des Fotolackes in reproduzierbarer Stärke gewünscht wird. Dieses Ausführungsbeispiel wurde mit dem Plasma-System E-100 der Firma Technics Plasma, Kirchheim bei München, erprobt.

Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel für diesen Abschnitt des Verfahrens werden ebenfalls Mikrowellenplasmen verwendet, wobei die Frequenz dieser Mikrowellen nicht festgelegt ist und z. B. ebenfalls bei typisch 2,45 GHz liegt. Die Energie wird durch ein statisches Magnetfeld in ein Elektronengas bei dessen Resonanzfrequenz eingekoppelt (ECR-Entladung, electron cyclotron resonance). Die Beschleunigung der Elektronen erfolgt dabei primär in einer Ebene. Eine Divergenz des Magnetfeldes bewirkt eine Beschleunigung der Elektronen senkrecht zu dieser Ebene, so daß ein Plasmastrom in dieser Richtung hervorgerufen wird. Die typischen Prozeßbedingungen sind hier ein Druck von maximal 1 mTorr (bei Drücken bis etwa 1 mTorr ergibt sich eine deutlich ausgeprägte Resonanz), eine auf das Volumen bezogene Leistungsdichte der eingekoppelten Mikrowellen von 0,01 W/cm³ bis 0,03 W/cm³ (die man z. B. bei einer üblichen Apparatur durch Einstellen der Leistung der eingekoppelten Mikrowellen zwischen 50 W und 150 W erhält) und eine maximale Reaktionszeit von 5 Minuten. Unter diesen Bedingungen wird üblicherweise eher eine Abscheidung als eine Ätzung erwartet. Im Bereich von Radiofrequenzen wird keine Leistung eingekoppelt. Sollte das dennoch erwünscht sein, z. B. zur Unterstützung der Plasmaerzeugung, muß der Druck höher eingestellt werden, damit mehr Zusammenstöße mit Neutralteilchen erfolgen und daher die isotrope Ätzkomponente größer wird. Andernfalls ist der anisotrope physikalische Abtrag (Sputtern) der Fotolackschicht wegen des Aufbaus einer zusätzlichen Beschleunigungsgleichspannung (DC-Bias) zu stark. Dieses Ausführungsbeispiel wurde mit dem RIE-System PlasmaLab 90 der Firma Oxford, Yatton bei Bristol, mit dem ASTEX-ECR-System erprobt.

Bei einem dritten Ausführungsbeispiel werden Radiowellenplasmen (RF-Entladungen, radio frequency) in einem Parallel-Platten-Reaktor mit der von der Federal Communications Commission zugelassenen Frequenz von 13,56 MHz verwendet, was üblicherweise als Plasmaätzen (Probe [target] liegt auf der geerdeten, "kalten" Elektrode) oder als Ionenätzen (Probe [target] liegt auf der nicht geerdeten, "heißen" Elektrode) bezeichnet wird. Die Frequenz der eingekoppelten Radiowellen ist aber auch hier prinzipiell nicht festgelegt. RF-Plasmen liefern eine hohe DC-Bias und sind daher vorteilhaft für eine Beschleunigung von Ionen, die eine auf der Probe (target) vorhandene (z. B. Oxid-)Deckschicht physikalisch abtragen und chemische Reaktionen mit den auf diese Weise freigelegten Halbleitermaterialien ermöglichen. Dabei ergeben sich Stöße mit Neutralteilchen, wodurch diese ionisiert oder zumindest angeregt werden, so daß auch die neutralen Atome zum (chemischen) Abtragen der Halbleiteroberfläche befähigt werden. Die anisotrope Ätzkomponente (Sputterwirkung) darf bei der Anwendung in dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht zu groß sein, da mittels eines seitlichen (also isotropen) und relativ schwachen Ätzangriffs an die Flanken der Lackmaske das Glätten bewirkt wird. Typische Prozeßbedingungen für das erfindungsgemäße Verfahren sind ein Druck zwischen 100 mTorr und 500 mTorr, eine auf die Fläche bezogene Leistungsdichte der eingekoppelten Radiowellen von 0,1 W/cm² bis 0,3 W/cm² (die man z. B. bei einer üblichen Apparatur mit Elektrodenplatten einer Größe von 700 cm² durch Einstellen der Leistung der eingekoppelten Radiowellen zwischen 75 W und 200 W erhält) und eine Reaktionszeit von 5 Minuten bis 10 Minuten. Unter diesen Bedingungen, insbesondere in diesem Druckbereich, wäre eher eine plasmaunterstützte Abscheidung zu erwarten (sog. Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition, PECVD).

Bei diesem modifizierten Plasmaätzverfahren wirken eine physikalische Komponente (Sputtern) und eine chemische Komponente (Ätzen) zusammen, und die chemische Komponente hat einen möglichst großen Anteil. Die Wirkung des Plasmas liegt hierbei vorwiegend in der Erzeugung angeregter und daher chemisch reaktionsfähigerer Atome oder Moleküle, die die Fotolackschicht in erster Linie chemisch abtragen. Die beim Plasmaätzen sonst erwünschte Sputterwirkung (physikalisches Abtragen der Oberfläche) erfolgt anisotrop und wird hier nur in stark abgeschwächter Weise eingesetzt.

Die Lackmaske wird verwendet, um die vorgesehene Struktur in die Maskenschicht so zu übertragen, daß man die gewünschte berandete Schicht erhält, die dann z. B. ihrerseits als Maske für eine Trockenstrukturierung z. B. von Halbleitermaterial dienen kann. Es gibt zahlreiche Möglichkeiten, Strukturen in Dielektrika zu erzeugen. Man kann z. B. naßchemische Ätzverfahren anwenden, oder man bedient sich der Trockenstrukturierung. Als Verfahren zur Trockenstrukturierung sind in erster Linie zu nennen: reaktives Ionenätzen (RIE), Plasmaätzen (PE), (reaktives) Ionenstrahlätzen ([R]IBE). Aber sogar Lackmasken mit so glatten Kanten, wie sie mit dem oben beschriebenen ersten Abschnitt des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt werden, bieten ohne Durchführung weiterer Maßnahmen keine Gewähr für die exakte Übertragung dieser glatten Kantenstruktur in darunterliegende Schichten.

Ein zweiter Abschnitt des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglicht es, die in der Lackmaske vorgegebene Struktur so in eine Maskenschicht aus einem siliziumhaltigen Dielektrikum (z. B. Si&sub3;N&sub4; oder SiO&sub2;) zu übertragen, daß die Ränder der in dieser Maskenschicht hergestellten Maske so gleichmäßig und die Flanken dieser Maske so glatt und frei von Rauhigkeiten und Riffelungen sind, wie das bei der Lackmaske der Fall ist, die auch bei z. B. 50 000-facher Vergrößerung eine wirklich glatte Kante erkennen läßt.

In diesem zweiten Abschnitt des Verfahrens gelangt man von der in Fig. 3 dargestellten Strukturierung des Bauelementes zu der in Fig. 4 dargestellten Strukturierung, bei der im Bereich der Öffnungen 6 der Lackmaske 5 das Dielektrikum der Maskenschicht entfernt ist, so daß die berandete Schicht, im folgenden der Einfachheit halber als Maske 7 bezeichnet, mit der Lackmaske 5 darauf übrigbleibt. Diese Strukturierung der Maskenschicht 2 erfolgt in einer ECR-Entladung (ECR = electron cyclotron resonance). Die dafür geeigneten Bereiche der maßgeblichen Prozeßparameter (das "Prozeßfenster") sind eng: Zu hohe Energie führt zum zerstörenden Beschuß, zu niedrige Energie zur Abscheidung eines Polymers. Als geeignet erwiesen haben sich ECR-Entladungen von Freonen (z. B. CF&sub4; oder CHF&sub3;) mit Argon, zu denen etwas Sauerstoff dotiert wurde. Typische Bedingungen, die z. B. bei Verwendung der Anlage PlasmaLab 90 der Firma Oxford, Yatton bei Bristol, mit dem ASTEX-ECR-System die gewünschten Ergebnisse erzielen, sind im folgenden angegeben.

Entsprechend dem oben beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel des ersten Abschnittes des Verfahrens werden Mikrowellenplasmen erzeugt, bei denen die eingekoppelten Mikrowellen z. B. eine typische Frequenz von 2,45 GHz haben. Dieser Vorgang wird durch ein Magnetfeld unterstützt, das die Elektronen in einer Ebene beschleunigt und aufgrund seiner vorhandenen Divergenz eine Beschleunigungskomponente in Richtung zur Probe (target) hin hervorruft.

Die magnetische Feldstärke (Stärke des B-Feldes, auch als Induktion bezeichnet) beträgt vorzugsweise zwischen 1 und 10 mT (T=Vs/m²). Dabei befindet sich die Zone maximaler Feldstärke im Bereich des Eintritts der Mikrowellen (Mikrowellenfenster).

Der Druck sollte maximal 1 mTorr (0,13 Pa) betragen, um die Ätzrate nicht zu niedrig werden zu lassen, und liegt vorzugsweise zwischen 0,7 mTorr und 1 mTorr. Die auf das Volumen bezogene Leistungsdichte der eingekoppelten Mikrowellen liegt zwischen 0,03 W/cm³ und 0,1 W/cm³, was bei der verwendeten Apparatur einer Leistung der eingekoppelten Mikrowellen zwischen 150 W und 450 W entspricht. Bei der Messung dieser Werte befand sich der Zylinder zwischen den beiden Magneten der ASTEX-Quelle im Vakuum.

Zusätzlich zu den Mikrowellen werden unter Verwendung von z. B. plattenförmigen Elektroden Radiowellen eingekoppelt (RF-Entladung, radio frequency). Die auf die Fläche der Substratelektrode (d. h. derjenigen der für die Einkopplung der Radiowellen vorgesehenen Elektroden, auf der das zu bearbeitende Bauelement [Probe, Target] angebracht ist) bezogene Leistungsdichte der eingekoppelten Radiowellen liegt im Bereich von 0,4 W/cm² bis 0,8 W/cm². Bei einer Größe der Substratelektrode von in diesem Fall 130 cm² entspricht das einer Leistung der eingekoppelten Radiowellen zwischen 50 W und 100 W.

Die Gleichspannung (DC-Bias) zwischen den Elektroden, die für die Einkopplung der Radiowellen vorgesehen sind, d. h. der Wert der Spannung an der nicht geerdeten ("heißen") Elektrode gegenüber der geerdeten ("kalten") Elektrode, wird zwischen -80 V und -250 V eingestellt.

Als geeignet und besonders vorteilhaft haben sich dabei Zusammensetzungen des für das Plasma verwendeten Gases mit Anteilen von Halogenverbindungen, insbesondere fluorhaltiger Gase, erwiesen, von denen speziell die folgenden zu nennen sind:

Ar:O&sub2;:CF&sub4; im Verhältnis a:1:b, angegeben in sccm (Standard- Kubikzentimeter), mit a und b jeweils im Bereich von 5 bis 10 oder

Ar:O&sub2;:CHF&sub3; im Verhältnis a:1:b, angegeben in sccm (Standard- Kubikzentimeter), mit a im Bereich von 5 bis 10 und b im Bereich von 5 bis 15 oder

Ar:O&sub2;:SF&sub6; im Verhältnis a:1:b, angegeben in sccm (Standard- Kubikzentimeter), mit a im Bereich von 5 bis 10 und b im Bereich von 3 bis 10.

Weitere mögliche Fluorverbindungen, die für eine Zusammensetzung des Plasmas in Frage kommen, sind C&sub2;F&sub6; und NF&sub3;.

Vorteilhaft, aber nicht Bedingung, ist die Verwendung einer sogenannten "Magnetischen Flasche", die zweckmäßig z. B. durch zwei koaxial zueinander angeordnete Elektromagnete (Spulen) realisiert ist und mit der das Plasma auf einen engen Bereich eingeschlossen werden kann. Das geschieht durch zueinander gegensinnig vorhandene Inhomogenitäten des damit erzeugten Magnetfeldes, die bewirken, daß die magnetische Feldstärke in den beiden einander entgegengesetzten Richtungen, die längs der gemeinsamen Achse dieser Elektromagnete verlaufen und vom Zentrum des von dem Plasma eingenommenen Bereiches weg nach außen gerichtet sind, jeweils zunimmt. Die Geschwindigkeitskomponente der geladenen Teilchen senkrecht zu der Ebene, in der sie durch das Magnetfeld beschleunigt werden, ist wegen dieser Inhomogenitäten des Magnetfeldes zum Zentrum des von dem Plasma eingenommenen Bereiches gerichtet. Daher kann ein Beschuß der Probe (target) durch die Elektronen im Plasma wirkungsvoll mit einer solchen magnetischen Flasche unterdrückt werden, wenn die Probe außerhalb des Zentrums in einem Bereich angeordnet wird, in dem die Inhomogenität des Magnetfeldes bewirkt, daß in der zur Oberfläche der Probe senkrechten Richtung allenfalls stark abgebremste Elektronen die Probe erreichen.

Als Alternative kann für diesen zweiten Abschnitt des Verfahrens eine Anlage zum Plasmaätzen verwendet werden, in der entsprechend dem dritten Ausführungsbeispiel, das oben zum ersten Abschnitt des Verfahrens angegeben wurde, das Plasma durch Einkoppeln von Radiowellen (typische Frequenz z. B. 13,56 MHz) erzeugt wird. Es muß aber die Möglichkeit bestehen, den Druck während der Durchführung des Verfahrens auf höhere Werte als 100 mTorr einzustellen und den absoluten Betrag der Gleichspannung (DC-Bias) zwischen den Elektroden, die für die Einkopplung der Radiowellen vorgesehen sind und von denen eine zweckmäßigerweise das zu bearbeitende Bauelement trägt, auf einem Wert unter 300 V zu halten.

Nachdem die Maskenschicht mittels des in der beschriebenen Weise modifizierten Plasmaätzverfahrens zu der in Fig. 4 dargestellten Maske 7 strukturiert worden ist, kann die darauf noch vorhandene Lackmaske 5 entfernt werden. Der Fotolack kann z. B. mit heißem (z. B. etwa 60°C) Dimethylformamid (DMF) oder mit N-Methyl-pyrrolidon (NMP) (beide chemische Stoffe sind handelsüblich) entfernt werden. Das gelingt am besten, wenn man diese Stoffe z. B. etwa 30 min einwirken läßt. Das Entfernen des Fotolackes kann in der für das Plasmaätzen verwendeten Anlage erfolgen, wobei es genügt, sich auf die Verwendung nur eines Magneten zu beschränken.

Eine andere Möglichkeit ist das Veraschen z. B. in einer Anlage, wie sie oben im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel des ersten Abschnittes des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben wurde. Es wird zu diesem Zweck z. B. ein Sauerstoffplasma verwendet. Das Plasma wird z. B. mit Mikrowellen einer Frequenz von z. B. typisch 2,45 GHz erzeugt. Besonders geeignete Betriebsbedingungen sind eine Leistung der eingekoppelten Mikrowellen von z. B. etwa 300 W (die auf das Volumen bezogene Leistungsdichte beträgt dann etwa 1 W/cm³), ein Druck von z. B. etwa 1 Torr und eine Reaktionszeit (Prozeßdauer) von z. B. etwa 20 min.

Mit dem beschriebenen Verfahren erhält man ohne zusätzliche Maßnahmen eine berandete Schicht aus einem siliziumhaltigen Dielektrikum, die wesentlich glattere und gleichmäßigere Flanken aufweist, als sie mit herkömmlichen Verfahren erreichbar sind. Wesentlich ist dabei, daß auch in dem zweiten Abschnitt des Verfahrens, in dem die Maskenschicht unter Verwendung der fertiggestellten Lackmaske strukturiert wird, der chemische Anteil der Ätzung dominiert. Das bedeutet insbesondere, daß die Gleichspannung (DC-Bias) zwischen den Elektroden, die für die Einkopplung der Radiowellen vorgesehen sind, auf einen absoluten Betrag von höchstens etwa 300 V begrenzt wird. Eine rein isotrope Ätzung, bei der die horizontale Ätzrate gleich der vertikalen Ätzrate ist, bewirkt aber, daß eine in der siliziumhaltigen Dielektrikumschicht hergestellte Maske an ihrer Kante zu flach wird, d. h. daß die Flanken dieser Maske nicht ausreichend hoch und steil hergestellt werden. Das kann sich nachteilig auswirken auf den nachfolgenden Ätzprozeß, in dem diese Maske verwendet wird, um die darin vorgegebene Struktur z. B. in darunterliegendes Halbleitermaterial zu übertragen. Bei diesem nachfolgenden Ätzprozeß, bei dem auch die Maske selbst teilweise abgetragen wird, könnten zu flache Ränder der Maske dazu führen, daß die Maske an den Rändern so schnell abgetragen wird, daß bereits im Verlauf der Ätzung die Maske nicht mehr scharf genug berandet ist und daher die ursprünglich vorhandene Struktur nicht mehr exakt in das Halbleitermaterial übertragen wird. Eine rein isotrope Ätzung bei der Herstellung einer als Maske vorgesehenen berandeten Schicht sollte daher vermieden werden.

Da es sich bei diesem Verfahren um die Strukturierung einer isolierenden Schicht handelt, ist zur Konstruktion eines dafür geeigneten Apparates zunächst erforderlich, daß die Anregung des Plasmas bei Frequenzen, ωerr, erfolgt, bei denen sich die Probe, das Substrat, nicht elektrostatisch auf laden kann. Dies ist erst bei Frequenzen, die oberhalb der sog. "Plasmafrequenz" der Ionen, ωp,I,, liegen, der Fall. Je dichter ωerr bei ωp,I liegt, umso niedriger muß der Totaldruck sein. Hier gilt das Druckintervall 100 mTorr bis 1000 mTorr (13,3 Pa bis 130 Pa). Wird dagegen ein resonantes Verfahren, wie etwa das der Elektronen-Cyclotron-Resonanz, ECR, zur Plasmaanregung verwendet, sollte die Dämpfung durch Stöße angeregter Spezies mit Neutralteilchen möglichst gering sein. Dann werden Drücke von unter 1 mTorr (0,13 Pa) empfohlen, obwohl auch bei höheren Drücken gute Ergebnisse, nur mit deutlich niedrigeren Ätzraten, möglich sind.

Deswegen sind zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens am besten solche Anlagen oder Apparaturen geeignet, in denen entweder mit RF-Einkopplung bei z. B. typisch 13,56 MHz Plasmaätzen bei einem Druck oberhalb 100 mTorr (13 Pa) betrieben wird oder mit Mikrowellen-Einkopplung bei z. B. typisch 2,45 GHz und mit Magnetfeldunterstützung gearbeitet wird. Damit die damit erzeugte Strukturierung reproduzierbar ist, sollte die Anlage mit einem sogenannten "Down-stream-controller" ausgerüstet sein, der auch bei Drücken gut arbeitet, wie sie bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erforderlich sind und die wie beschrieben höher sind, als bei Plasmaätzverfahren sonst üblich ist. Die Verwendung eines Domes aus Quarz, durch den die das Plasma erzeugende Strahlung eingekoppelt wird, kann aus Gründen der Kontaminationsvermeidung vorteilhaft sein.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zur Herstellung von berandeten Schichten aus siliziumhaltigem Dielektrikum auf einem Substrat (1), bei dem
    1. a) auf diesem Substrat eine Maskenschicht (2) als Schicht aus diesem Dielektrikum hergestellt wird,
    2. b) auf diese Maskenschicht eine Schicht (3) aus einem Fotolack aufgebracht wird,
    3. c) diese Schicht aus Fotolack durch eine Maske (4) entsprechend einer für die herzustellende berandete Schicht vorgegebenen Struktur belichtet wird,
    4. d) der belichtete oder der unbelichtete Anteil dieser Schicht entfernt wird,
    5. e) der verbliebene Anteil dieser Schicht oberhalb der Schmelztemperatur des Fotolackes ausgeheizt wird,
    6. f) seitliche Flanken dieses verbliebenen Anteils geglättet werden, indem der Fotolack einer Entladung in einem Plasma ausgesetzt wird,
    7. g) unter Verwendung dieses verbliebenen Anteils als Lackmaske (5) die Struktur dieser Lackmaske mittels anisotropen Ätzens in einem Plasma in die Maskenschicht (2) übertragen wird, wobei entweder
    8. - ein Mikrowellenplasma mit Magnetfeld verwendet wird mit einer auf das Volumen bezogenen Leistungsdichte der eingekoppelten Mikrowellen zwischen 0,03 W/cm³ und 0,1 W/cm³ und wobei zusätzlich mittels Elektroden Radiowellen eingekoppelt werden mit einer auf die Fläche bezogenen Leistungsdichte zwischen 0,4 W/cm² und 0,8 W/cm² und wobei der Betrag einer zwischen diesen Elektroden anliegenden Gleichspannung nach oben auf 250 V begrenzt gehalten wird oder
    9. - ein Radiofrequenzplasma verwendet wird, wobei der Betrag einer zwischen Elektroden, die für die Einkopplung von Radiowellen vorgesehen sind, anliegenden Gleichspannung nach oben auf 300 V begrenzt gehalten wird und wobei der Druck auf mindestens 100 mTorr eingestellt wird, und
    10. h) die Lackmaske entfernt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem in Schritt g ein Mikrowellenplasma verwendet wird und ein Druck von maximal 1 mTorr eingestellt wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem in Schritt g ein Plasma verwendet wird, das als Bestandteil eine Halogenverbindung enthält.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem in Schritt g ein Plasma verwendet wird, das als Bestandteil eine Fluorverbindung enthält.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem in Schritt g ein Plasma verwendet wird, das als Bestandteile Sauerstoff und Argon enthält.
  6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem in Schritt f in dem Plasma ein Druck eingestellt wird, der über dem bei anisotropem Plasmaätzen verwendeten Druck liegt.
  7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem in Schritt f ein Mikrowellenplasma verwendet wird,

    dabei für das Einkoppeln dieser Mikrowellen eine Leistungsdichte zwischen 0,35 W/cm³ und 1 W/cm³ eingestellt wird, dabei der Druck zwischen 500 mTorr und 1000 mTorr eingestellt wird,

    dabei eine Reaktionszeit von maximal 10 min eingehalten wird und

    dabei geladene Teilchen des Plasmas durch einen Faraday-Käfig von der Schicht aus Fotolack weitgehend abgeschirmt werden.
  8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem in Schritt f ein Mikrowellenplasma verwendet wird,

    dabei für das Einkoppeln dieser Mikrowellen eine Leistungsdichte zwischen 0,01 W/cm³ und 0,03 W/cm³ eingestellt wird,

    dabei der Druck bis maximal 1 mTorr eingestellt wird,

    dabei eine Reaktionszeit von maximal 5 min eingehalten wird und

    dieser Verfahrensschritt in einem Magnetfeld vorgenommen wird.
  9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem in Schritt f ein Radiofrequenzplasma verwendet wird, dabei für das Einkoppeln dieser Radiowellen eine auf die Fläche bezogene Leistungsdichte zwischen 0,1 W/cm² und 0,3 W/cm² eingestellt wird,

    dabei der Druck zwischen 100 mTorr und 500 mTorr eingestellt wird und

    dabei eine Reaktionszeit zwischen 5 min und 10 min eingehalten wird.
  10. 10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem in Schritt f der Betrag einer zwischen Elektroden, die für die Einkopplung der Radiowellen vorgesehen sind, anliegenden Gleichspannung nach oben auf 200 V begrenzt gehalten wird.






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