DE102008044307A1

DE102008044307A1 - Verfahren zum Ätzen eines Bauelements unter Verwendung einer Hartmaske und einer Ätzstoppschicht

Info

Publication number: DE102008044307A1
Application number: DE102008044307A
Authority: DE
Inventors: Gary Mountain View Yama
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-12-31
Filing date: 2008-12-03
Publication date: 2009-07-02
Anticipated expiration: 2028-12-04
Also published as: DE102008044307B4; US7981308B2; US8232143B2; US20110254020A1; US20090166330A1

Abstract

Ein Verfahren zum Ätzen eines Bauelements umfasst bei einer Ausführungsform ein Bereitstellen eines Siliziumcarbidsubstrats, ein Ausbilden einer Siliziumnitridschicht auf einer Oberfläche des Siliziumcarbidsubstrats, ein Ausbilden einer Siliziumcarbidschicht auf einer Oberfläche der Siliziumnitridschicht, ein Ausbilden einer Siliziumoxidschicht auf einer Oberfläche der Siliziumcarbidschicht, ein Ausbilden einer Fotolackmaske auf einer Oberfläche der Siliziumdioxidschicht, und ein Ätzen der Siliziumdioxidschicht durch die Fotolackmaske.

Description

Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft einen Herstellungsprozess für Halbleiterbauelemente.
Hintergrund
Siliciumcarbid (SiC) weist einen großen Abstand zwischen Energiebändern und eine hohe Durchschlagsfeldstärke auf. Als solches ist SiC ein interessantes Material, welches bei hohen Temperaturen und hoher Leistung arbeitet. SiC bietet ebenfalls mechanische Eigenschaften und eine chemische Inertanz, welche bei mikro-elektromechanischen Anordnungen (micro-electromechanical systems – MEMS) ebenso wie bei nano-elektromechanischen Anordnungen (nano-electromechanical systems – NEMS) für Anwendungen in schwierigen Umgebungen zweckdienlich sind. Sie basierende Bauelemente sind daher insbesondere für eine Verwendung als Hochtemperatursensoren und Aktuatoren interessant.
Zusätzlich weist SiC eine hohe Schallgeschwindigkeit und außerordentlich stabile Oberflächen auf. Somit ist SiC ein vielversprechendes Konstruktionsmaterial für eine Fertigung von ultrahochfrequenten mikromechanischen Signalverarbeitungsanordnungen. Die hohen stabilen physikochemischen Eigenschaften von SiC verbessern ebenfalls die Leistung von hochfrequenten Resonatoren, da das Verhältnis von Oberfläche zum Volumen ansteigt, wenn die Resonatorfrequenz GHz-Bereiche erreicht.
Eine der Herausforderungen beim Herstellen von SiC-Bauelementen betrifft das selektive Ätzen von SiC-Schichten oder SiC-Grundmaterialien. Im Gegensatz zu Silizium (Si) wird SiC durch die meisten Säuren und Basen bei Temperaturen kleiner als ungefähr 600°C nicht wesentlich geätzt. Die meisten Nassätzverfahren erfolgen jedoch nicht ohne weiteres bei Temperaturen höher als ungefähr 600°C. Nicht standardisierte Verfahren wie zum Beispiel ein lasergestütztes photo-elektrochemisches Ätzen wurden entwickelt, jedoch benötigen solche Verfahren spezielle Geräte und weisen eine mangelhafte Kontrolle über die Querabmessung auf.
Herkömmliche Herstellungsverfahren, welche Fotolack-Ätzmasken einschließen, sind ebenfalls problematisch. Hauptätzgase die beim Ätzen von SiC verwendet werden, enthalten Chlorgas (Cl₂) und Bromwasserstoff (HBr). Das Fotolackmaterial weist jedoch eine mangelhafte Selektivität im Vergleich zu SiC auf, wenn es herkömmlichen Ätzgasen ausgesetzt ist.
Was benötigt wird, ist ein Verfahren zum Herstellen eines Bauelements, das ein Maskierungsmaterial enthält, welches eine erhöhte Selektivität im Vergleich mit herkömmlichen Maskierungsmaterialien aufweist. Was ferner benötigt wird, ist ein Verfahren zum Herstellen eines Bauelements, das ein Maskierungsmaterial enthält, welches eine erhöhte Selektivität aufweist, wenn es herkömmlichen SiC-Ätzgasen ausgesetzt ist.
Zusammenfassung
Gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Ätzen eines Bauelements vorgesehen, das ein Bereitstellen eines Siliciumcarbidsubstrats, Ausbilden einer Siliziumnitridschicht auf einer Oberfläche des Siliciumcarbidsubstrats, Ausbilden einer Siliciumcarbidschicht auf einer Oberfläche der Siliziumnitridschicht, Ausbilden einer Siliziumdioxidschicht auf einer Oberfläche der Siliciumcarbidschicht, Ausbilden einer Fotolackmaske auf einer Oberfläche der Siliziumdioxidschicht, und Ätzen der Siliziumdioxidschicht durch die Fotolackmaske umfasst.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Ätzen eines Halbleiterbauelements vorgesehen, das ein Bereitstellen eines Substrats, Ausbilden einer Ätzstoppschicht auf einer Oberfläche des Substrats, Ausbilden einer Siliciumcarbidschicht auf einer Oberfläche der Ätzstoppschicht, Ausbilden einer Hartmaskenschicht auf einer Oberfläche der Siliciumcarbidschicht, Ausbilden einer Fotolackmaske auf der Hartmaskenschicht, und Ätzen der Siliciumcarbidschicht durch die Hartmaskenschicht und die Fotolackmaske umfasst.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt ein Flussdiagramm eines SiC-Ätzteils eines Verfahrens zum Herstellen eines Bauelements gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung;
2 zeigt eine Schnittdarstellung eines Substrats, welches in dieser Ausführungsform ein SiC-Substrat ist, welches in einem Bauelement gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann;
3 zeigt ein Bauelement, das das Substrat aus 2 mit einer Ätzstoppschicht umfasst, welche Si₃N₄ umfassen kann, die auf der Oberseite des Substrats ausgebildet wird;
4 zeigt das Bauelement aus 3 mit einer SiC-Schicht, die auf der Oberseite der Ätzstoppschicht aus 3 ausgebildet wird;
5 zeigt das Bauelement aus 4 mit einer Hartmaskenschicht, welche in dieser Ausführungsform SiO₂ umfasst, die auf der SiC-Schicht aus 4 ausgebildet wird;
6 zeigt das Bauelement aus 5 mit einer Fotolackmaske, die auf der Oberseite der Hartmaskenschicht aus 5 ausgebildet wird;
7 zeigt das Bauelement aus 6 mit der Hartmaskenschicht, die unterhalb der Öffnungen der Fotolackmaske geätzt wird, um Teile der Oberseite der SiC-Schicht gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung freizulegen.
8 zeigt das Bauelement aus 7 mit der SiC-Schicht, welche unterhalb der Öffnungen der Fotolackmaske geätzt wird, um Teile der Oberseite der Ätzstoppschicht gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung freizulegen.
9 zeigt das Bauelement aus 8 mit der Ätzstoppschicht, die unterhalb der Öffnungen der Fotolackmaske geätzt wird, um Teile der Oberseite des Substrats gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung freizulegen;
10 zeigt das Bauelement aus 9 mit dem Rest der Fotolackmaske, der entfernt wird, um den Rest der Oberseite der Hartmaskenschicht gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung freizulegen; und
11 zeigt das Bauelement aus 10 mit dem Rest der Oberseite der Hartmaskenschicht, der entfernt wird, um den Rest der Oberseite der SiC-Schicht gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung freizulegen.
Beschreibung
Zum Zweck der Verbesserung des Verständnisses der Grundsätze der Erfindung wird nun auf die Ausführungsformen Bezug genommen, die in den Zeichnungen erläutert und in der folgenden schriftlichen Beschreibung beschrieben werden. Es ist selbstverständlich, dass dadurch keine Beschränkung des Umfangs der Erfindung beabsichtigt ist. Es ist ferner selbstverständlich, dass die vorliegende Erfindung jegliche Änderungen und Modifikationen der erläuterten Ausführungsformen umfasst, und weitere Anmeldungen der Grundsätze der Erfindung umfasst, welche sich normalerweise für einen Fachmann ergeben, welchen diese Erfindung betrifft.
1 zeigt ein Flussdiagramm 100 eines SiC-Ätzteils eines Herstellungsverfahrens für ein Bauelement gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren 100 aus 1 beginnt in Schritt 102 und ein Substrat wird in Schritt 104 bereitgestellt. In Schritt 106 wird eine Ätzstoppschicht auf der Oberfläche des Substrats ausgebildet, gefolgt von einer Ausbildung einer SiC-Schicht auf der Ätzstoppschicht im Schritt 108. Eine Hartmaskenschicht wird dann auf der SiC-Schicht in Schritt 110 ausgebildet und eine Fotolackmaske wird auf der Hartmaskenschicht in Schritt 112 gemustert.
Ein Ätzen des Bauelements beginnt mit einem Ätzen der Hartmaskenschicht durch die Fotolackmaske im Schritt 114. Als nächstes wird die SiC-Schicht im Schritt 116 durch die Fotolackmaske und die Hartmaskenschicht geätzt. Die Ätzstoppschicht wird dann im Schritt 118 geätzt.
Wenn das gewünschte Ätzen erfolgt ist, wird die Fotolackmaske im Schritt 120 entfernt, gefolgt von der Entfernung der Hartmaskenschicht im Schritt 122. Das Verfahren ist dann im Schritt 124 beendet. Nachdem das in 1 gezeigte Verfahren abgeschlossen ist, kann ein weiteres Bearbeiten des Bauelements durchgeführt werden.
Ein Beispiel des Verfahrens aus 1 ist in 2–11 gezeigt. Ein Substrat 130 ist in 2 gezeigt. Das Substrat kann entweder ein SiC-Substrat oder ein Substrat mit einer darauf ausgebildeten Schicht aus SiC sein. Weiter zeigt 3 eine Ätzstoppschicht 132, die auf der Oberseite 134 des Substrats 130 ausgebildet wird. Die Ätzstoppschicht 132 umfasst vorzugsweise Siliziumnitrid (Si₃N₄). Weiter wird eine Schicht 136 aus SiC auf der Oberseite 138 der Ätzstoppschicht 132 wie in 4 gezeigt ausgebildet, und eine Hartmaskenschicht 140 wird auf der Oberseite der SiC-Schicht 136 wie in 5 gezeigt ausgebildet. Die Hartmaskenschicht 140 umfasst bei dieser Ausführungsform Siliziumdioxid (SiO₂).
6 zeigt eine auf die Oberseite 146 der Hartmaskenschicht 140 gerichtete Fotolackmaske 144. Die Fotolackmaske 144 kann gemustert sein, um eine Anzahl an Öffnungen 148 zu umfassen. Die Öffnungen 148 können jegliche gewünschte Form, wie zum Beispiel Kreise, Rechtecke, etc. aufweisen. Teile der Oberseite 146 der Hartmaskenschicht 140 werden durch die Öffnungen 148 freigelegt.
Ein Ätzen des Bauelements kann dann unter Verwendung eines Ätzgases durchgeführt werden, welches vorzugsweise sowohl Cl₂, HBr oder auch Cl₂ und HBr umfasst. Das Ätzgas trifft auf die Hartmaskenschicht 140 durch die Öffnungen 148, und ätzt dadurch direkt das Material unterhalb der Öffnungen 148, und erzeugt ein Kontaktloch 150 durch die Hartmaskenschicht 140, um die SiC-Schicht 136 wie in 7 gezeigt freizulegen.
Ein dem Ätzgas fortgesetztes Aussetzen hat das Ätzen der SiC-Schicht 136 zur Folge. Die Hartmaskenschicht 140 wird um die Kontaktlöcher 150 herum dem Ätzgas ausgesetzt. Die SiC-Schicht 136 wird jedoch viel schneller durch das Ätzgas geätzt als das Material, das verwendet wird, um die Hartmaskenschicht auszubilden. Bei der Ausführungsform der 2-11 beträgt das Verhältnis der Selektivität der SiC-Schicht zu der SiO₂-Hartmaskenschicht ungefähr 6:1. Demzufolge ist der vorwiegende Effekt des Ätzgases, das Kontaktloch 150 durch die SiC-Schicht 136 zu erweitern, um die Oberseite 138 der Ätzstoppschicht 132 wie in 8 gezeigt freizulegen.
Ein dem Ätzgas fortgeführtes Aussetzen hat das Ätzen der Ätzstoppschicht 132 zur Folge. Das Verhältnis der Selektivität von SiC zu Si₃N₄ beträgt bei dieser Ausführungsform etwa 1.4:1. Demzufolge wird das Kontaktloch 150 erweitert während die Ätzstoppschicht 132 geätzt wird, insbesondere in der SiC-Schicht 136. Das Ätzen wird beendet, wenn die Oberseite 134 des Substrats 130 bis zu dem gewünschten Ausmaß wie in 9 gezeigt freigelegt ist.
An diesem Punkt wird die Fotolackmaske 144 nicht mehr benötigt. Demzufolge werden jegliche Überreste der Fotolackmaske 144 unter Verwendung irgendeines gewünschten Verfahrene entfernt, welches den Rest der Oberseite 146 der Hartmaskenschicht 140 wie in 10 gezeigt frei lässt. Der Rest der Hartmaskenschicht 140 wird gleichermaßen unter Verwendung ir gendeines gewünschten Verfahrens entfernt, welches die Oberseite 142 der SiC-Schicht 136 wie in 11 gezeigt frei lässt.
Während die Erfindung in den Zeichnungen und in der vorhergehenden Beschreibung ausführlich erläutert und beschrieben wurde, sollte dasselbe als veranschaulichend und nicht wortwörtlich betrachtet werden. Es ist selbstverständlich, dass lediglich die bevorzugten Ausführungsformen dargestellt wurden, und dass es gewünscht wird, alle Änderungen, Modifikationen und weitere Anmeldungen, die innerhalb des Geists der Erfindung zu Stande kommen, zu schützen.

Claims

Verfahren zum Ätzen eines Bauelements, aufweisend: Bereitstellen eines Siliciumcarbidsubstrats; Ausbilden einer Siliziumnitridschicht auf einer Oberfläche des Siliciumcarbidsubstrats; Ausbilden einer Siliciumcarbidschicht auf einer Oberfläche der Siliziumnitridschicht; Ausbilden einer Siliziumdioxidschicht auf einer Oberfläche der Siliciumcarbidschicht; Ausbilden einer Fotolackmaske auf einer Oberfläche der Siliziumdioxidschicht; und Ätzen der Siliziumdioxidschicht durch die Fotolackmaske.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner aufweisend: Ätzen der Siliciumcarbidschicht durch die geätzte Siliziumdioxidschicht.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei ein Ätzen der Siliciumcarbidschicht aufweist: Ätzen der Siliciumcarbidschicht durch die Fotolackmaske und durch die geätzte Siliziumdioxidschicht mit einem Ätzgas, das wenigstens ein Gas umfasst, welches von der Gruppe aus Chlorgas und Bromwasserstoff ausgewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, ferner aufweisend: Ätzen der Siliziumnitridschicht durch die geätzte Siliciumcarbidschicht.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei ein Ätzen der Siliziumnitridschicht aufweist: Ätzen der Siliziumnitridschicht durch die Fotolackmaske, die geätzte Siliziumdioxidschicht und die geätzte Siliciumcarbidschicht mit einem Ätzgas das wenigstens ein Gas umfasst, welches von der Gruppe aus Chlorgas und Bromwasserstoff ausgewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, ferner aufweisend: Entfernen von mindestens einigem der Fotolackmaske nach einem Ätzen der Siliziumdioxidschicht.
Verfahren nach Anspruch 6, ferner aufweisend: Entfernen der geätzten Siliziumdioxidschicht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Ätzen der Siliziumdioxidschicht durch die Fotolackmaske aufweist: Ätzen der Siliziumdioxidschicht durch die Fotolackmaske mit einem Ätzgas, das wenigstens ein Gas umfasst, welches von der Gruppe aus Chlorgas und Bromwasserstoff ausgewählt wird.
Verfahren zum Ätzen eines Halbleiterbauelements, aufweisend: Bereitstellen eines Substrats; Ausbilden einer Ätzstoppschicht auf einer Oberfläche des Substrats; Ausbilden einer Siliciumcarbidschicht auf einer Oberfläche der Ätzstoppschicht; Ausbilden einer Hartmaskenschicht auf einer Oberfläche der Siliciumcarbidschicht; Ausbilden einer Fotolackmaske auf der Hartmaskenschicht; und Ätzen der Siliciumcarbidschicht durch die Fotolackmaske.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei ein Ausbilden einer Ätzstoppschicht auf einer Oberfläche des Substrats aufweist: Ausbilden einer Siliziumnitridätzstoppschicht auf einer Oberfläche des Substrats.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei ein Ausbilden einer Hartmaskenschicht auf einer der Siliciumcarbidschicht aufweist: Ausbilden einer Siliziumdioxidschicht auf einer Oberfläche der Siliciumcarbidschicht.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei ein Ätzen der Siliciumcarbidschicht aufweist: Ätzen der Siliciumcarbidschicht durch die Fotolackmaske mit einem Ätzgas, das wenigstens ein Gas umfasst, welches von der Gruppe aus Chlorgas und Bromwasserstoff ausgewählt wird.