DE4204848A1 - Verfahren zur nachaetzbehandlung einer halbleitervorrichtung - Google Patents
Verfahren zur nachaetzbehandlung einer halbleitervorrichtungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Nachätzbehandlung
einer Halbleitervorrichtung und insbesondere ein Verfahren
für die Nachätzbehandlung von Mehrschicht-Halbleitervorrich
tungen, wie Halbleitervorrichtungen mit metallhaltigen
Schichten.
Es ist im Stand der Technik bekannt, daß die Herstellung von
Mehrschicht-Halbleitervorrichtungen gewöhnlich ein Ätzen
unter Verwendung von flüssigen oder nassen Ätzmaterialien,
wie Halogenen oder halogenhaltigen Verbindungen, von Mustern
in gewisse Schichten erfordert, welche Merkmale dieser Vor
richtungen aufweisen. Z. B. ist Chlor ein wohlbekanntes
Ätzmaterial, das während des Ätzverfahrens entweder als
Chlorgas oder in Form von HCl und dergleichen vorliegen
kann. Chlor ätzt die Halbleitervorrichtung isotropisch, d. h.
sowohl in Querrichtung als auch vertikal in Tiefenrichtung.
Dies führt zu einem Ätzmerkmal mit einer Linienbreite, die
kleiner als das Resist-Bild ist.
Das Ätzen kann auch in einer Gasphase unter Anwendung be
kannter Techniken wie Plasmaätzen, Ionenstrahlätzen und
reaktives Ionenätzen durchgeführt werden. Die Anwendung der
Gasplasma-Technologie erfordert im wesentlichen anisotropisch
ätzende Gasionen, die üblicherweise durch eine Hochfrequenz-
Entladung erzeugt werden. Beim Gasplasmaätzen wird derjenige
Teil der Oberfläche, der geätzt werden soll, durch chemische
Reaktion zwischen den Gasionen und der Oberfläche des zu
ätzenden Gegenstandes entfernt. Bei anisotropischen Prozessen
findet das Ätzen nur oder hauptsächlich in vertikaler Rich
tung (in die Tiefe) statt, so daß die Ätzbreiten im wesent
lichen mit den Photoresist-Musterbreiten übereinstimmen. Bei
der US-PS 47 34 157 wird eine elementares Silizium enthal
tende Schicht, wie eine Schicht aus Polysilizium oder Sili
zid, anisotropisch unter Verwendung eines Gasplasmas enthal
tend gasförmigen Chlorfluorkohlenstoff geätzt, der CFx sowie
Chlorionen und Ammoniak liefert.
In der Halbleiterindustrie umfassen Metallegierungen, welche
Ätzverfahren unterworfen werden, Aluminium, Silizium, Kupfer,
Wolfram und Titan in unterschiedlichen Anteilen. Diese
Metallschichten sind empfindlich bezüglich Korrosion, d. h.
chemischen Angriff, welcher das Metall nachätzt. Beispiels
weise ist beim Trockenätzen mit chlor- oder bromhaltigen
Stoffen einer Halbleitervorrichtung enthaltend Aluminium
oder eine Aluminiumlegierung die Korrosion ein Problem.
Während des Ätzvorganges findet eine basische Reaktion z. B.
zwischen einer chlor- oder bromhaltigen Verbindung wie Chlor-
oder HCl-Plasma und Aluminium, statt, um ein Aluminium-Tri
halid, wie Aluminium-Trichlorid (AlCl3) zu bilden. Beispiels
weise reagieren Chlor und Aluminium üblicherweise spontan.
Während dieses Vorganges haftet Chlor an der Photoresist-
Schicht an und wird in die Oberfläche des Aluminiums adsor
biert. Dies führt dazu, daß Chlorreste an der Halbleitervor
richtung angelagert oder assoziiert werden, die sich im
Vakuum befindet. Wenn die Halbleitervorrichtung einschließ
lich des assoziierten Chlors aus dem Vakuum entfernt und in
die Feuchtigkeit (Wasser) enthaltende Umgebung verbracht
wird, führt dies üblicherweise zu einer Reaktion zwischen
dem Chlor und Metallkomponente der Halbleitervorrichtung.
Wenn beispielsweise Aluminium eines der Metalle in der Halb
leitervorrichtung darstellt, wird an Ort und Stelle AlCl3
gebildet. Stoffe wie AlCl3 sind hygroskopisch und nehmen die
Feuchtigkeit in der Luft leicht auf. Dies führt seinerseits
zur Korrosionsvorgängen.
Eine übliche Art des Verhinderns von Korrosionsprozessen ist
eine reaktive Passivierung, welche das Einführen von Verbin
dungen wie CF4 oder O2 oder einer Kombination davon in die
Ätzzusammensetzung bedingt. Fluor und/oder Sauerstoff enthal
tenden Verbindungen reagieren chemisch mit der Photoresist-
Schicht und entfernen das unerwünschte assoziierte Chlor.
Das Chlor wird durch Fluor ersetzt, wobei dieses Fluor und
Sauerstoff mit der Metalloberfläche reagieren und eine
selbstschützende Außenschicht formen. Während dieser CF4/O2-
Plasma-Passivierung wird jegliches ausgesetzte SiO2, Si, SiN
oder Sperrmetall chemisch angegriffen, was zur Strukturfeh
lern oder nicht verbundenen Gebieten der Halbleitervorrich
tung führt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zur Nachbehandlung von Halbleitervorrichtungen zu schaffen,
die im wesentlichen die beschrieben Probleme eliminiert,
wobei die typischen elektrischen Eigenschaften und die Struk
turintegrität sämtlicher dem Ätzvorgang ausgesetzter Materia
lien beibehalten werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe dient ein Verfahren nach Anspruch
1. Das darin angegebene Verfahren erfüllt die bestehenden
Bedürfnisse durch Beseitigen der oben beschriebenen Korro
sionsproblemen nach dem Ätzen, wobei gleichzeitig die gefor
derten elektrischen Eigenschaften und die Strukturintegrität
der ausgesetzten Materialien, welche die Halbleitervorrich
tung bilden, beibehalten werden.
Gemäß dem Verfahren nach der Erfindung wird zunächst eine
ungeätzte Halbleitervorrichtung mit mehreren Schichten
typischerweise mindestens einer metallhaltigen Schicht, in
einen Ätzbereich zum Zwecke des Ätzens eingebracht. Der
Ätzbereich ist gewöhnlich eine Vakuumkammer oder dergleichen.
Obwohl solche Halbleitervorrichtungen nach Vollenden des Ätz
vorganges nach Entfernen aus dem Ätzbereich korrosions
empfindlich sind, wird diese Schwierigkeit im wesentlichen
dadurch ausgeschaltet, daß das Nachätzverfahren der Erfindung
angewendet wird. Die Halbleitervorrichtung wird in dem Ätz
bereich mit einem Ätzmaterial geätzt, um darin ein vorbe
stimmtes Muster auszubilden. Das Ätzmaterial ist typisch ein
halogenhaltiger Stoff, vorzugsweise ein chlorhaltiger Stoff.
Das Ätzmaterial umfaßt im allgemeinen eine chemische Ätzzu
sammensetzung, die mit mindestens einer der Schichten der
Halbleitervorrichtung zum Erzeugen einer reaktiven chemischen
Verbindung reagiert, welche den Halbleitervorrichtungen
angelagert oder assoziiert ist. Diese Ätzzusammensetzung
erzeugt Korrosion an mindestens einer der ausgesetzten
Schichten der geätzten Halbleitervorrichtung, wenn diese aus
dem Ätzbereich entfernt wird. Beispielsweise kann das vorher
beschriebene Trockenätzen einer Halbleitervorrichtung mit
einer Aluminium- oder Aluminiumlegierungs-Schicht gemäß der
Erfindung modifiziert werden. Es können zahlreiche bekannte
Stoffe als chemische Ätzzusammensetzung eingesetzt werden.
Viele dieser Stoffe, wie Chlorgas oder HCl sind als korro
sionserzeugend bei den oben beschriebenen Halbleitervorrich
tungen bekannt, wenn diese aus dem Ätzbereich entfernt wer
den. Wie beschrieben bildet sich dann, wenn Chlor mit Alu
minium in mindestens einer Halbleiterschicht reagiert, AlCl3.
Die erzeugte chlorhaltige reaktive chemische Verbindung wird
in die Oberfläche des Aluminiums adsorbiert.
Gemäß dem Verfahren nach der Erfindung wird vor dem Entfernen
der geätzten Halbleitervorrichtung aus dem Ätzbereich ein
Passivierungsmittel in Form von Silizium-Tetrafluorid (SiF4)
in den Ätzbereich eingeführt. Alternativ kann die Passivie
rung in einer gesonderten Passivierungszone durchgeführt
werden, beispielsweise in einer zweiten Kammer. Vorzugsweise
ist die Passivierungszone physisch abgesetzt, um ein ge
schlossenes Zwei-Kammersystem zu bilden. Somit wird nach
Vollendung des Ätzens die geätzte Halbleitervorrichtung in
die getrennte Passivierungszone eingeführt. Dann wird ein
Passivierungsmittel enthaltendes gasförmiges SiF4-Plasma in
die getrennte Passivierungszone geführt. Das SiF4-Passivie
rungsmittel hat eine sehr kleine Ätzrate bezüglich Silizium-
oder Siliziumdioxid-Substraten. Das Passivierungsmittel
reagiert im wesentlichen nicht mit der Halbleitervorrichtung
im Gegensatz zu Fluor und ätzt die Halbleitervorrichtung
nicht nach. Stattdessen bildet sich eine korrosionshindernde
oder inhibitive reaktive chemische Verbindung, in dem die
chlorinierten Produkte in der Seitenwand-Passivierung ersetzt
und dann aus dem Ätzbereich entfernt werden. Die korrosions
hindernde reaktive chemische Verbindung haftet an der ausge
setzten Metalloberfläche und auf der Oxid-Unterlage an, ohne
diese in nachteiliger Weise anzugreifen, wodurch Korrosion
der Halbleitervorrichtung verhindert wird. In Fällen, in
denen die Halbleitervorrichtung eine äußere Photoresist-
Schicht aufweist, kann die Photoresist-Schicht von der Halb
leitervorrichtung vor oder nach dem Durchführen des Passi
vierungsschrittes entfernt werden.
Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeich
nungen an einem bevorzugten Ausführungsbeispiel mit weiteren
Einzelheiten näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Einkammer-
Vakuumsystems zum Durchführen eines Trocken
ätzens und einer nicht-reaktiven Passivierung
gemäß der Erfindung;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Mehrkammer-
Vakuumsystems zum Durchführen des Trockenätzens
in einer Kammer und einer nicht-reaktiven Passi
vierung gemäß der Erfindung in einer zweiten
Kammer.
Ein Verfahren gemäß der Erfindung dient zum Ätzen einer
Halbleitervorrichung in einem Ätzbereich, um darin ein vor
bestimmtes Ätzmuster auszubilden. Das Verfahren umfaßt das
Bereitstellen einer Halbleitervorrichtung mit mehreren
Schichten. Mindestens eine dieser Schichten der Halbleiter
vorrichtung weist einen metallhaltigen Stoff auf. Vorzugs
weise hat die Halbleitervorrichtung einen Metallgehalt von
mindestens etwa 80 Gew.-% des Gesamtgewichtes der metallhal
tigen Schicht. Es ist jedoch bevorzugt, wenn mindestens eine
der metallhaltigen Schichten der Halbleitervorrichtung einen
Metallgehalt von mindestens 90 Gew.-% aufweist. Der metall
haltige Stoff der metallhaltigen Schicht wird gewöhnlich aus
der Gruppe Aluminium, Titan, Wolfram, Kupfer und Aluminium
legierungen ausgewählt. Die Aluminiumlegierungen umfassen
gewöhnlich Aluminium und eines oder mehrere bis sämtliche
Metalle der Gruppe Titan, Kupfer und Silizium.
Die Halbleitervorrichtung wird dann mit einem Ätzmaterial
geätzt, um darin ein vorbestimmtes Muster auszubilden. Das
Ätzmaterial umfaßt eine chemische Ätzzusammensetzung. Die
chemische Ätzzusammensetzung ist vorzugsweise ein brom-
oder chlorhaltiger Stoff. Beispiele von chemischen Ätzzusam
mensetzungen, die bei der Erfindung angewendet werden können,
sind: Ein chlorhaltiges Ätzsystem, wie ein Chlor-Chloroform-
Stickstoff-Bor-Trichlorid oder Chlor-Silizium-Tetrachlorid-
Chloroform-Stickstoff oder Chlor-Silizium-Tetrachlorid-Bor-
Trichlorid-Stickstoff. Die chemische Ätzzusammensetzung
reagiert mit mindestens einer der Schichten der Halbleiter
vorrichtung, um eine reaktive chemische Verbindung zu erzeu
gen, welche der Halbleitervorrichtung angelagert oder asso
ziiert wird. Unter normalen Umständen erzeugt die geschaf
fene reaktive chemische Verbindung Korrosion der mindestens
einen Schicht der geätzten Halbleitervorrichtung, wenn die
geätzte Halbleitervorrichtung der Einwirkung eines Gases mit
hohem Dampfdruck gehalten wird, das leicht aus dem Ätzbereich
entfernt werden kann. Vorzugsweise ist der Arbeitsbereich
eine Vakuumkammer, welcher zwischen 0 und 1 mbar (1 Torr)
gehalten wird.
Das Ätzmaterial kann auch eine Überzugszusammensetzung ent
halten, die eine siliziumhaltige Verbindung umfaßt. Das
Überzugsmaterial ist auf der gesamten äußeren Oberfläche der
Halbleitervorrichtung abgelagert, wird jedoch von den hori
zontalen Oberflächen während des Ätzvorganges entfernt. Das
Überzugsmaterial schützt auch die aufrechten Flächen von
Hinterschneidungen durch das Ätzen.
Um die oben genannten unerwünschten Ergebnisse zu vermeiden,
wird die Halbleitervorrichtung mit einem Passivierungsmittel
nachbehandelt. Das Passivierungsmittel wird in den Ätzbereich
eingebracht, nachdem der Ätzvorgang im wesentlichen abge
schlossen ist, und es reagiert mit der reaktiven chemischen
Verbindung vor dem Entfernen der fertiggestellten Halbleiter
vorrichtung aus dem Ätzbereich. Das Passivierungsmittel wird
so ausgewählt, daß es im wesentlichen nicht mit der Halblei
tervorrichtung reagiert. Vorzugsweise ist das Passivierungs
mittel Silizium-Tetrafluorid. Das Passvierungsmittel verhin
dert oder inhibiert die Korrosion der Halbleitervorrichtung,
welche durch die Anwesenheit der reaktiven chemischen Verbin
dung verursacht wird. Auf diese Weise greift die korrosions
hindernde reaktive chemische Verbindung die Halbleitervor
richtung im wesentlichen nicht korrodierend an.
Die korrosionshindernde reaktive chemische Verbindung ist
vorzugsweise ein Gas mit hohem Dampfdruck, welches leicht
aus dem Ätzbereich entfernbar ist. In Fig. 1 ist beispielhaft
ein typisches Gasplasma-Ätzsystem sowohl zum Ätzen als auch
zum Passivieren einer Halbleitervorrichtung 14 schematisch
dargestellt. Das Gasplasma-Ätzsystem 10 weist eine Gasplasma-
Ätzkammer 12 auf, in welche eine Halbleitervorrichtung 14
eingeführt wird. Ein Ätzgas kann dann in die Ätzkammer 12
durch einen Gaseinlaß, der durch den Pfeil 16 angedeutet
ist, eingeführt werden, um die Halbleitervorrichtung 14 in
dem Gasplasma zu ätzen. Nach Vollendung des Ätzvorganges
wird das Ätzgas über das Absaugsystem 18 herausgeführt. Das
Absaugsystem 18 weist eine Absaugpumpe 20 auf. Die Halblei
tervorrichtung 14 ist zwischen einer oberen und einer unteren
Plasmaätz-Elektrodenplatte 22 und 24 angeordnet. Die obere
Platte 22 ist mittels einer herkömmlichen Erdungsvorrichtung
26 geerdet. Die untere Platte 24 ist an einen Hochfrequenz-
Generator 28 angeschlossen, der unter dem Einfluß des Vakuums
ein Gasplasma aus dem Ätzgas erzeugt. Es ist dieses Gas
plasma, welches die Halbleitervorrichtung 14 isotropisch
ätzt und dadurch eine reaktive chemische Verbindung erzeugt.
Nach Vollenden des Ätzvorganges wird Passivierungsgas, wie
ein gasförmiges Silizium-Tetrafluorid, unter Plasma-Be
dingungen in die Ätzkammer 12 über den Einlaß 16 eingeführt,
wo es mit der reaktiven chemischen Verbindung reagiert und
diese "inhibiert".
Gemäß Fig. 2 umfaßt ein Mehrkammer-Gasplasma-Ätz-Passivie
rungssystem ein Gasplasma-Ätzsystem 10 zum Durchführen von
Ätzvorgängen und ein zweites Passivierungssystem 10′ zum
getrennten Durchführen von Passivierungsvorgängen an einer
Halbleitervorrichtung 14. Das Gasplasmasystem 10 hat den
gleichen Aufbau wie dasjenige, das anhand der Fig. 1 oben
beschrieben wurde. Das Passivierungssystem 10′ ist einteilig
mit dem Ätzsystem 10 verbunden und davon durch eine beweg
liche Wand 32 getrennt. Das System 10′ umfaßt eine Passivie
rungskammer 12′, in welche die Halbleitervorrichtung 14 nach
Vollendung des Ätzvorganges eingebracht wird. Während des
Ätzens und Passivierens ist die Trennwand 32 in Schließ
stellung. Wenn jedoch eine Überführung der Halbleitervorrich
tung 14 aus der Kammer 12 des Systems 10 in die Kammer 12′
des Systems 10′ gewünscht wird, wird die Trennwand 32 in
eine Offenstellung bewegt (nach Evakuieren des Ätzgases über
das Absaugsystem 18), und die geätzte Halbleitervorrichtung
14 wird in die Kammer 12′ eingeführt, wo sie auf einem Tisch
29 plaziert wird, so daß der Passivierungsvorgang durchge
führt werden kann.
Nach Bewegen der Trennwand 32 in ihre Schließstellung wird
das Silizium-Tetrafluorid-Passivierungsgas unter Plasma-
Bedingungen in die Passivierungskammer 12′ über einen Gasein
laß eingeführt, der durch einen Pfeil 17 angedeutet ist, um
den Passivierungsvorgang der Halbleitervorrichtung 14 durch
zuführen. Nach Vollendung der Passivierung wird das SiF4-Gas
über das Absaugsystem 18 und die Absaugpumpe 20 entfernt.
Das Gasplasma-Passivierungsgas bildet sich zwischen den
oberen und unteren Plasmaätz-Elektrodenplatten 22 und 24′.
Die obere Platte 22 ist mittels einer üblichen Erdungsvor
richtung 26 geerdet. Die untere Platte 24′ ist an einen
Hochfrequenz-Generator 28 angeschlossen, der unter dem Ein
fluß von Vakuum ein SiF4-Gasplasma erzeugt, das als Passi
vierungsgas dient. Das gasförmige Silizium-Tetrafluorid
bewegt sich unter Plasma-Bedingungen aus dem Raum zwischen
den Platten 22 und 24′ über Öffnungen 30 in der Platte 24′
nach unten, wo das Gasplasma mit der reaktiven chemischen
Verbindung der Halbleitervorrichtung 14 reagiert, um diese
zu passivieren und dadurch das Produkt der Erfindung, nämlich
die Halbleitervorrichtung 14′ zu bilden.
Claims (15)
1. Verfahren zur Nachätzbehandlung einer Halbleitervorrich
tung umfassend die folgenden Schritte:
- - Bereitstellen einer ungeätzten Halbleitervorrich tung mit mehreren Schichten in einem Ätzbereich;
- - Ätzen der Halbleitervorrichtung in dem Ätzbereich mit einem Ätzmaterial zum Bilden eines vorbestimm ten Ätzmusters darin, wobei das Ätzmaterial eine chemische Ätzzusammensetzung enthält, welche mit mindestens einer der Schichten der Halbleitervor richtung zum Erzeugen einer reaktiven chemischen Verbindung reagiert, welche der Halbleitervorrichtung zugeordnet ist und Korrosion mindestens einer der Schichten der geätzten Halbleitervorrichtung erzeugt, wenn die Halbleitervorrichtung aus dem Ätzbereich entfernt wird;
- - Einführen eines Passivierungsmittels enthaltend ein gasförmiges Silizium-Tetrafluorid-Plasma in den Ätzbereich, wobei das Passivierungsmittel im wesent lichen nicht mit der Halbleitervorrichtung reagiert; und
- - Reagierenlassen der reaktiven chemischen Verbindung mit dem Passivierungsmittel zum Bilden einer korro sionshindernden reaktiven chemischen Verbindung, wodurch Korrosion der Halbleitervorrichtung mittels der korrosionshindernden Verbindung im wesentlichen vermieden wird und die elektrischen Eigenschaften und die Struktur-Integrität der Halbleitervorrichtung im wesentlichen beibehalten werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei der mindestens eine der
Schichten der Halbleitervorrichtung einen metallhaltigen
Stoff umfaßt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß der metallhaltige Stoff einen
Metallgehalt von mindestens etwa 80 Gew.-% hat.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die chemische Ätzzu
sammensetzung ein halogenhaltiger Stoff ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß der halogenhaltige Stoff ein chlor
haltiger Stoff ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die korrosionshindernde
reaktive chemische Verbindung ein Gas ist, welches aus
dem Ätzbereich leicht entfernt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Gas einen hohen Dampfdruck hat.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß die reaktive chemische
Verbindung ein brom- oder chlorhaltiger Stoff ist.
9. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß der metallhaltige Stoff einen
Metallgehalt von mindestens etwa 90 Gew.-% enthält.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß der metallhaltige Stoff
aus der Gruppe mit Aluminium, Titan, Wolfram, Kupfer und
Aluminiumlegierungen mit Titan, Kupfer und Silizium
ausgewählt ist.
11. Verfahren nach einem der Amsprüche 1 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, daß der Ätzbereich in einer
Vakuumkammer ist.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Vakuumkammer während der Nach
ätzbehandlung bei einem Druck von 0 bis 1,33 mbar (1,0
Torr) gehalten wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, daß die reaktive chemische
Verbindung ein fluorhaltiger Stoff ist.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Halbleitervorrichtung eine
äußere Photoresist-Schicht aufweist, welche von der
Halbleitervorrichtung nach dem Entfernen der korrosions
hindernden reaktiven chemischen Verbindung entfernt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, daß die geätzte Halblei
tervorrichtung in eine gesonderte Passivierungszone
eingebracht wird und daß das gasförmige Silizium-Tetra
fluorid-Plasma in diese Passivierungszone eingeführt wird.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US65818391A | 1991-02-20 | 1991-02-20 |
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