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Dokumentenidentifikation DE69231021T2 21.12.2000
EP-Veröffentlichungsnummer 0528713
Titel Verfahren zur Kontrolle der Ätzkontur einer Schicht einer integrierten Schaltung
Anmelder MHS, Nantes Cedex, FR
Erfinder Rabinzohn, Patrick Daniel, F-44860 Pont-Saint-Martin, FR
Vertreter Weickmann & Weickmann, 81679 München
DE-Aktenzeichen 69231021
Vertragsstaaten DE, GB, IT
Sprache des Dokument FR
EP-Anmeldetag 31.07.1992
EP-Aktenzeichen 924022072
EP-Offenlegungsdatum 24.02.1993
EP date of grant 10.05.2000
Veröffentlichungstag im Patentblatt 21.12.2000
IPC-Hauptklasse H01L 21/321
IPC-Nebenklasse H01L 21/033   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kontrolle des Ätzprofils einer Schicht einer integrierten Schaltung.

Zusätzlich zur Dimensionskontrolle des Ätzens von Schichten integrierter Schaltungen spielt die Kontrolle von Ätzprofilen, d. h. des räumlichen Gesetzes des Ätzens, in einer Richtung orthogonal zur Substratoberfläche der integrierten Schaltung eine immer wichtigere Rolle bei der Entwicklung von Ätztechniken in der Mikroelektronik.

Im Anschluß an die Entwicklung des Trockenätzens oder Plasmaätzens war das erste Problem, das sich stellte, die Kontrolle des Profils der im Isolier- Dielektrikum zwischen Halbleiter- oder Leiterbereichen gebildeten Verbindungslöcher. In einem solchen Fall besteht die Lösung in der Verwendung einer anisotropen, d. h. nur eine zur Substratoberfläche orthogonale Komponente aufweisenden Ätzung; insbesondere der dielektrischen Schicht, wie z. B. SiO&sub2;. Die Kontrolle der Schräge ergibt sich durch den Verbrauch oder die Erosion der Abdeckmaske (Photo resist).

Wie in der Fig. 1a) dargestellt, die sich auf eine erste Ausführungsform des Stands der Technik bezieht, kann diese Erosion isotrop sein, wobei eine solche Erosion allerdings den Nachteil einer zu großen Empfindlichkeit hinsichtlich Effekten der Ladung, d. h. der zu ätzenden Oberfläche, des Abstands zwischen Motiven und der Größe der Motive aufweist. Wie in Fig. 1b dargestellt, kann diese Erosion auch anisotrop sein. Eine solche Erosion macht es allerdings erforderlich, die Abdeckmaske zu profilieren, d. h. genaugenommen ihr Profil vor dem Ätzprozeß anzupassen. Die zu diesem Zweck verwendeten Anpaßtechniken umfassen am häufigsten eine thermische Behandlung, wie z. B. ein Fließen, und erweisen sich als ungeeignet für die Herstellung von Mikro- und erst recht von Submikromotiven. Ein solches anisotropes Ätzverfahren ist beschrieben worden im Dokument "Proceedings of the 3rd Int. IEEE CLSI Multilevel Conf. Seite 198 bis 204 - Juni 9-10 1986 und im Patent US 4 678 540. Dieses Verfahren ermöglicht die Erzielung einer Schräge am Metall im Anschluß an die Erosion des vorher facettierten Harzes.

Was die Kontrolle des Ätzprofils von Verbindungsmaterialien angeht, so hat sich letztere bis heute im wesentlichen auf jene der Ätzanisotropie beschränkt, d. h. auf die Kontrolle der vertikalen Eigenschaft dieses Profils, also orthogonal zur Oberfläche. Wie in Fig. 1c dargestellt, erfordert die anisotrope Ätzung eines Metalls, wie z. B. Aluminium, die Passivierung der Ätzflanke, d. h. die Bildung einer dünnen Schicht, die das Risiko eines seitlichen Angriffs durch das Ätzmittel ausschließt, welches in diesem besonderen Fall durch atomares Chlor gebildet ist, das aus dem Cl&sub2;-Molekül stammt. Eine solche Passivierung wird am häufigsten erzielt durch Bildung und Ablagerung wenig flüchtiger Chlor- oder Fluorkohlenstoffverbindungen CCIx oder CFx, die aus dem Verbrauch der maskenbildenden Abdeckung stammen und/oder aus dem Cracken zusätzlicher Gase, wie z. B. CCl&sub4;, CHCl&sub3;, CF&sub4;, CHF&sub3;, SiCl&sub4; oder NF&sub3;. Dieser Mechanismus verhindert das Ätzen durch Unterdrücken jeder seitlichen Ätzkomponente an den Metallflanken. Somit kann ein anisotropes Aluminiumätzverfahren, das für die Herstellung integrierter Schaltungen verwendbar ist, d. h. dessen Abdeckmaskenverbrauch mit den Topographien dieser Schaltungen kompatibel bleibt, nach geeigneter Wahl der Parameter des Ionenätzplasmas verwendet werden, wie z. B. des Gasatmosphärendrucks, der Radiofrequenzleistung, der Gasrate, der Gasmischung. Diese Wahl hängt ferner von der Gestaltung des Reaktors für das reaktive Ionenätzen ab. Ein solches Verfahren ist im Dokument US-A-4 436 584 beschrieben worden, in dem eine Passivierung der Maskenflanke und der Schicht mittels eines Polymer- Schutzfilms erfolgt, der an den Flanken der zu ätzenden Schicht gebildet ist, um die Motivdimension zu erhalten.

Über die einfache anisotrope Ätzung hinaus weist die Kontrolle der Profilschräge metallischer Verbindungsmaterialien den technologisch interessanten Aspekt auf, eine Verbesserung des Glättungsvermögens und der Qualität der Ablagerungen der oberen Schichten, wie z. B. der dielektrischen intermetallischen oder Einkapselungsschichten zu ermöglichen, unabhängig von der verwendeten dielektrischen Ablagerungstechnik, mit der Folge eines mittelfristig oder langfristig besseren Verhaltens und einer besseren Zuverlässigkeit elektronischer Chips.

Die Kontrolle des Ätzprofils eines Metallmaterials, wie z. B. Aluminium, durch anisotrope Erosion der maskenbildenden Abdeckung gemäß Fig. 1b, oder durch Polymerablagerung an den Flanken der Ätzung unter Verstärkung der Ablagerungs-Passivierungs-Komponente der Fig. 1c stellt jedoch eine schwer industrialisierbare Lösung dar. Ein solches Ergebnis kann nämlich nur auf Kosten eines zu starken Verbrauchs der maskenbildenden Abdeckung erzielt werden oder einer chemischen Ätzumgebung, die zu stark polymerisiert und daher Partikel und folglich Fehler bei der Bildung des Metallbereichs erzeugt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur Kontrolle des Ätzprofils einer Schicht, insbesondere einer Metallschicht, einer integrierten Schaltung, das die genannten Nachteile nicht aufweist.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur Kontrolle des Ätzprofils einer Schicht, insbesondere einer Metallschicht, einer integrierten Schaltung, welches die Verwendung wenig oder nicht polymerisierender chemischer Reaktionen und Produkte ermöglicht, was es ermöglicht, sich vom Auftreten von Fehlern bei der Bildung des Schichtbereichs, insbesondere der Metallschicht, zu befreien.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur Kontrolle des Ätzprofils einer Schicht, insbesondere einer Metallschicht, einer integrierten Schaltung, welches ein Ätzverfahren ermöglicht, das einen geringen vertikalen Verbrauch, d. h. in einer Richtung orthogonal zur Substratoberfläche der integrierten Schaltung, der maskenbildenden Abdeckung hervorruft, wobei dieser Verbrauch gemäß einem weiteren Ziel des erfindungsgemäßen Verfahrens minimiert ist, um das erfindungsgemäße Verfahren an industrielle Herstellungsbedingungen anzupassen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Schrägätzen des Profils einer Schicht einer integrierten Schaltung ist gemäß Anspruch 1 definiert.

Das erfindungsgemäße Verfahren findet eine Anwendung im industriellen Maßstab in der Industrie zur Herstellung integrierter Schaltungen.

Es wird besser verstanden werden beim Lesen der nachfolgenden Beschreibung und bei Betrachtung der Zeichnungen, in denen zusätzlich zu den den Stand der Technik betreffenden Fig. 1a, 1b, 1c

- Fig. 2a in erläuternder Weise eine Anwendungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens darstellt,

- Fig. 2b ein Diagramm der Effizienz e in Prozent einer Erosion durch reaktives Ionenätzen als Funktion des Einfallswinkels i, ausgedrückt in Grad, des Ionenflusses aus dem Plasma auf eine bestrahlte Fläche des Substrats der integrierten Schaltung darstellt,

- Fig. 3 in ihren verschiedenen Punkten a) bis d) verschiedene Abschnitte einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens darstellt, bei dem das Ätzen der maskenbildenden Abdeckung für eine minimale Erosion der Flanken der maskenbildenden Abdeckung erfolgt,

- Fig. 4 in ihren verschiedenen Punkten a) bis d) verschiedene Abschnitte einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens darstellt, bei dem die Flanken der maskenbildenden Abdeckung, die einer Profilierung unterworfen wird, Sitz einer intensiveren Erosion sind, was nämlich eine Übertragung der Profilierung der maskenbildenden Abdeckung in den Bereich der Flanken der zu ätzenden Schicht ermöglicht.

Zunächst wird das erfindungsgemäße Verfahren zum Schrägätzen einer Schicht einer integrierten Schaltung mit Bezug auf Fig. 2a beschrieben werden.

Allgemein besteht das erfindungsgemäße Verfahren darin, das Schrägätzen einer Schicht der integrierten Schaltung durch Kombination einer Passivierung der Ätzflanke mit einer nicht isotropen Erosion der Abdeckschicht durchzuführen, die auf der zu ätzende Schicht genannten Schicht der genannten integrierten Schaltung eine Maske bildet.

In Fig. 2a trägt die zu ätzende Schicht die Bezugsziffer 1 und ist mit einer Abdeckschicht 2 bedeckt, die eine Maske in zwei Dimensionen bildet, die in einer Ebene orthogonal zur Papierebene oder Schnittebene der Fig. 2a enthalten sind.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Eigenschaft des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht dieses darin, eine als P bezeichnete Passivierung der Ätzflanke der zu ätzenden Schicht 1 gemeinsam mit einer nicht isotropen Erosion der maskenbildenden Abdeckschicht 2 durchzuführen, wobei die gemeinsame Durchführung der zwei genannten Vorgänge die Kontrolle der Schräge, genannt pe, der Ätzflanke der zu ätzenden Schicht 1 ermöglicht.

Allgemein versteht man, daß die Kontrolle der genannten Schräge pe der Ätzflanke der Schicht 1 für einen geringen Verbrauch der maskenbildenden Abdeckschicht 2 in vertikaler Richtung erzielt wird, und um die nicht isotrope Erosion der genannten Abdeckschicht zu erzielen, durch Verwendung beispielsweise eines reaktiven Ionenätzverfahrens in einer Ätzumgebung mit sehr schwach polymerisierender Aktivität oder in Abwesenheit von Ablagerungen von Chlor- oder Fluorkohlenstoffverbindungen.

Gemäß einer in Fig. 2a dargestellten ersten Ausführungsart besteht das erfindungsgemäße Verfahren darin, im Hinblick auf die Kontrolle der Schräge der Ätzflanke der zu ätzenden Schicht 1 eine Profilierung der Abdeckschicht 2 am Flankenfuß derselben durchzuführen. In nicht beschränkender Weise ist der Flankenfuß definiert als der Seitenbereich der maskenbildenden Abdeckschicht, der in der Nähe der zu ätzenden Schicht 1 liegt, wobei dieser Seitenbereich, wie im Schnitt in der Fig. 2a dargestellt, am Anfang der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Oberfläche der zu ätzenden Schicht 1 orthogonal ist und im Verlauf des Verfahrens nach und nach wegen der oben erwähnten nicht isotropen Erosion der maskenbildenden Abdeckschicht 2 mit einer Schräge pe geneigt wird.

Gemäß der genannten Ausführungsart besteht diese ferner darin, gleichzeitig die Übertragung der Profilierung der Abdeckschicht 2 in den Bereich der zu ätzenden Schicht 1 durch anisotropes Ätzen der Abdeckschicht 2 zu bewirken, symbolisiert durch das elektrische Feld E, das einen Ätzionenfluß beschleunigt. Wegen der Kombination der durch Ionenätzen hervorgerufenen anisotropen Ätzung mit der gleichzeitigen Ablagerung einer wenig flüchtigen Komponente am Flankenfuß der genannten Abdeckschicht wird die profilierte Abdeckschicht 2 daher am Flankenfluß derselben einer nicht isotropen Erosion unterworfen. Die Kombination der zwei Phänomene bewirkt somit einerseits die Profilierung der Abdeckschicht 2 am Flankenfuß dieser letztgenannten und die Übertragung der nicht isotropen Erosion, d. h. des anisotropen Ätzens mittels reaktiven Ionenätzens E und der Passivierung der Ätzflanke der zu ätzenden Schicht 1, in den Bereich der zu ätzenden Schicht 1. Die an erster Stelle im Bereich der Abdeckschicht 2 gebildete Schräge pe wird somit in den Bereich der Ätzflanke der zu ätzenden Schicht 1 übertragen.

Allgemein ist zu beachten, daß zur Sicherstellung des anisotropen Charakters des reaktiven Ionenätzens dieses bei niedrigem Druck durchgeführt wird, d. h. bei einem Umgebungsgasdruck unterhalb von 200 mTorr.

Ferner wird der Anisotropiecharakter des reaktiven Ionenätzens durch eine Verdünnung der Atmosphäre des reaktiven Ionenätzens sichergestellt, wobei diese Atmosphäre durch eine chlorierte Verbindung gebildet sein kann, die in einem Neutralgas, wie z. B. Stickstoff oder Argon, verdünnt ist. Man beachte, daß die Verwendung einer solchen Atmosphäre zum reaktiven Ionenätzen die Erlangung einer rein physikalischen Ätzkomponente ermöglicht, d. h. einer Komponente, die ausschließlich durch die Beschleunigung der Ionen durch das elektrische Feld E hervorgerufen ist, das beispielsweise in Fig. 2a dargestellt ist.

Was die Komponente der Ablagerung betrifft, die die Passivierung P der Ätzflanke der zu ätzenden Schicht 1 bildet, sowie vorher die Profilierung der Abdeckschicht 2 am Flankenfuß dieser letzeren, so kann eine solche Ablagerungskomponente vorteilhafterweise erzielt werden, indem man zur oben beschriebenen Ätzatmosphäre ein Gas hinzufügt, das wenig flüchtig ist und direkt keine Kohlenstoffverbindung erzeugt. Ein solches Gas kann beispielsweise durch Chlorsilan SiCl&sub4; gebildet sein.

Gemäß dieser in Fig. 2a dargestellten Ausführungsart erfolgt die Kontrolle der Schräge pe der Ätzflanke der zu ätzenden Schicht 1 durch die gleichzeitige Durchführung einer Facettierung der Abdeckschicht 2 an der Flankenspitze derselben mit Hilfe des oben genannten anisotropen Ätzverfahrens.

Man beachte, daß ein solcher Facettierungsvorgang im Verlauf des Abschnitts der nicht isotropen Erosion gleichzeitig die Erzeugung eines stärkeren lokalen Verbrauchs der Abdeckschicht 2 im Bereich der Facettierungsmotivkanten sowie eine Bildung von Kohlenstoffverbindungen ermöglicht, die sich am Fuß des Motivs und der zu ätzenden Schicht 2 wieder ablagern, was die Durchführung der Kontrolle der Schräge pe oder des Ätzprofils der zu ätzenden Schicht 1 ermöglicht.

Allgemein versteht man, daß die Facettierung der Abdeckschicht 2 an der Flankenspitze dieser letzteren bei normalem Einfall des durch den Pfeil E symbolisierten reaktiven Ionenplasmas auf das Substrat erfolgt. Wie in Fig. 2b dargestellt, weist das genannte Plasma eine maximale Zerstäubungsrate bei einem Einfall auf, der zwischen 40º und 60º bezüglich der Normalen zur lokalen Oberfläche des Substrats oder der maskenbildenden Schicht 2 enthalten ist. In der genannten Ausführungsart werden die durch den Vorgang der Facettierung der maskenbildenden Abdeckschicht 2 erzeugten Facetten durch bevorzugte Erosion in der Nähe des Krümmungsradius der Kanten der Abdeckschicht 2 erhalten. Die genannten Facetten, die beispielsweise in Fig. 2a dargestellt und mit f bezeichnet sind, weisen daher eine Neigung bezüglich der Einfallsrichtung des Plasmas auf, die zwischen 40º und 60º enthalten ist, und entsprechen somit dem in Fig. 2b dargestellten Maximum der Zerstäubungsrate e als Funktion des Einfallswinkels i.

Man beachte, daß das Facettierungsphänomen auf der Abhängigkeit der Zerstäubungsrate e vom Ioneneinfallswinkel aufgrund der physikalischen Komponente des reaktiven Ionenätzens beruht. Das Maximum der Zerstäubungsrate entspricht einer Verstärkung des Facettenverbrauchs der maskenbildenden Abdeckschicht um einen Faktor 2 bis 10.

Um das Facettierungsverfahren wie oben beschrieben einzusetzen, muß die physikalische Komponente des Ätzens der maskenbildenden Abdeckschicht durch reaktives Ionenätzen groß sein. Eine solche Situation entspricht einer reduzierten chemischen oder reaktiven Komponente, d. h. der Durchführung des reaktiven Ionenätzverfahrens im Bereich schwachen Verbrauchs der maskenbildenden Abdeckschicht. Ein solches Ätzen kann bei niedrigem Druck durchgeführt werden, d. h. bei einem Atmosphärendruck des reaktiven Ionenätzens, d. h. unterhalb von 200 mTorr, gebildet durch ein reaktives Gas, wie z. B. Chlor, Cl&sub2;, das durch Stickstoff oder Argon verdünnt ist, wie oben mit Bezug auf das Verfahren zur Übertragung der Schräge pe des Flankenfußes der Abdeckschicht 2 beschrieben worden ist.

Man versteht leicht, daß das Verfahren zur Kontrolle der Schräge des Ätzprofils gemäß dem oben beschriebenen Verfahren durchgeführt werden kann, d. h. mittels des Verfahrens zur Übertragung der Profilierung der Abdeckschicht in den Bereich der zu ätzenden Schicht 1, und des Verfahrens zur Facettierung der Abdeckschicht an der Flankenspitze derselben, die oben in der Beschreibung beschrieben worden sind.

Insbesondere versteht es sich, daß das Ätzverfahren mittels reaktiven Ionenätzens daher in dem einen und/oder in dem anderen Fall erfolgen muß mit Hilfe einer Gasmischung vom Typ N&sub2;-Cl&sub2;, Ar-Cl&sub2;, N&sub2;-Cl&sub2;-SiCl&sub4;, Ar-Cl&sub2;-SiCl&sub4;, N&sub2;- Cl&sub2;-SiCl&sub4;-BCl&sub3; oder Ar-Cl&sub2;-SiCl&sub4;-BCl&sub3;, was die Kontrolle des Werts der Schräge des Ätzprofils mittels des einen und/oder des anderen der oben genannten Verfahren ermöglicht.

Man beachte, daß die radioelektrische Leistung oder Radiofrequenzleistung, die eingesetzt wird, um das Plasma zum Ätzen mittels reaktiven Ionenätzens zu erzeugen, selbstverständlich vom verwendeten Ätzreaktor abhängt, aber ausreichend sein muß, um die intrinsische Anisotropie zu gewährleisten, die für die oben genannten Mechanismen erforderlich ist. Man beachte, daß der erforderliche Leistungsbereich in praktischer Weise völlig im Standard bleibt.

Für die Durchführung bei einer zu ätzenden Schicht 1, die durch eine Aluminiumschicht gebildet ist, wobei die Schräge pe von 50º bis 90º bezüglich der Substratbasis der integrierten Schaltung beträgt, ist zu beachten, daß die Angriffsgeschwindigkeit des Aluminiumätzens zwischen 7 000 bis 13 000 A/mn enthalten sein muß, wohingegen die Angriffsgeschwindigkeit für die maskenbildende Abdeckschicht 2 zwischen 2 000 bis 5 000 A/mn enthalten sein muß.

Man beachte, daß die Kontrolle der Schräge pe direkt durch jene der Zusammensetzung der Ätzatmosphäre erfolgt, d. h. durch die Anteile von Stickstoff N&sub2; oder Argon Ar, oder von Cl&sub2; und Chlorsilan SiCl&sub4;.

Eine detailliertere Beschreibung des einen und/oder des anderen Verfahrens zur Kontrolle der Schräge pe der Ätzflanke der zu ätzenden Schicht 1 wird mit Bezug auf Fig. 3 bzw. auf Fig. 4 gegeben werden.

Allgemein ist zu beachten, daß das erfindungsgemäße Verfahren durch das nachfolgende fundamentale Element charakterisiert werden kann.

Bei einem momentanen Winkel α des Fußes der maskenbildenden Abdeckschicht 2 ist der momentane Winkel θ der Ätzflanke der zu ätzenden Schicht 1 derart, daß das Tangensverhältnis der zwei Winkel proportional ist zum Verhältnis der Schein-Ätzgeschwindigkeit der zu ätzenden Schicht, genannt vcg, d. h. der nicht isotropen Ätzung, die aus der anisotropen Ätzung in der vertikalen Richtung aufgrund des reaktiven Ionenätzens und der gleichzeitigen Passivierungs-Ablagerung resultiert, und der Ätzgeschwindigkeit der maskenbildenden Abdeckung, genannt vor, verringert um einen Term, der das Produkt der isotropen Ablagerungsgeschwindigkeit der Passivierungsschicht P, wobei diese Geschwindigkeit D genannt wird, mit dem Tangens des momentanen Winkels α des Fußes der maskenbildenden Abdeckschicht ist.

Die vorstehend genannten Winkel erfüllen die Beziehung:

Eine detailliertere Beschreibung der Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Kontrolle des Ätzprofils einer Schicht einer integrierten Schaltung wird mit Bezug auf Fig. 3 für den Fall gegeben werden, in dem die maskenbildende Abdeckschicht kein anfängliches Vor-Ätzverfahren erfährt, wobei die Flanke der maskenbildenden Abdeckschicht somit im wesentlichen orthogonal zur zu ätzenden Anfangsschicht 1 ist, bzw. mit Bezug auf Fig. 4 für den Fall, in dem im Gegenzug die maskenbildende Abdeckschicht 2 einem Vor-Ätzverfahren unterworfen wird, wobei die Flanke der maskenbildenden Abdeckschicht 2 eine Neigung oder Schräge pe aufweist, wobei diese Flanke einen Winkel α bezüglich der Oberfläche der zu ätzenden Schicht 1 bildet.

Gemäß Fig. 3, wie in Punkt a) derselben dargestellt, weist die maskenbildende Abdeckschicht 2 anfänglich eine Flanke auf, die orthogonal zur freien Oberfläche der zu ätzenden Schicht 1 ist, welche als horizontal unterstellt wird. Das Ätz-, genau gesagt reaktive Ionenätzverfahren, das durch den Pfeil E symbolisiert ist, erlaubt es, zum Punkt b überzugehen durch Bildung einer nicht isotropen Erosion der maskenbildenden Abdeckschicht 2, wobei eine Profilierung dieser Abdeckschicht 2 am Flankenfuß derselben durch die Erzeugung einer Flanke mit Schräge pe erfolgt, wobei diese Ätzflanke und die Profilierung der Abdeckschicht 2 dann in den Bereich der zu ätzenden Schicht 1 übertragen werden wegen der anisotropen Ätzung E der Abdeckschicht 2, wie im genannten Punkt b) dargestellt. Natürlich ist zu beachten, daß während dieses Verfahrens wegen des Vorhandenseins von Erosionsprodukten der maskenbildenden Abdeckschicht 2 die Passivierung P der Ätzflanke der zu ätzenden Schicht 1 erfolgt.

Im Punkt c) der Fig. 3 wird das Übertragungsverfahren beibehalten, was es erlaubt, die Schräge pe der Ätzflanke der maskenbildenden Abdeckschicht 2 und wegen der Übertragung der somit erzielten Profilierung selbstverständlich der zu ätzenden Schicht 1 beizubehalten.

Schließlich ist im Punkt d) der Fig. 3 die zu ätzende Schicht 1 vollständig reduziert worden, außer in dem Bereich, der unter der maskenbildenden Schlußabdeckschicht 2 liegt, wobei die Schräge pe der genannten Abdeckschicht 2 und des verbleibenden Bereichs der zu ätzenden Schicht 1 selbstverständlich beibehalten werden. Selbstverständlich versteht es sich, daß der Rest der maskenbildenden Schlußabdeckschicht 2 sowie die an den Ätzflanken der zu ätzenden Schicht 1 vorhandene Passivierung P anschließend durch jede geeignete chemische Behandlung klassischen Typs beseitigt werden können.

Schließlich ist zu beachten, daß im Verlauf des Verfahrens, wie es in Fig. 3 dargestellt ist, und insbesondere an den Punkten b), c) und d) derselben, das Facettierungsphänomen, das für die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens charakteristisch ist, durch die Ausbildung der Facetten f an den Spitzen der maskenbildenden Zwischen- oder Schlußabdeckschicht sichtbar gemacht ist.

Im Fall der Fig. 4 hingegen ist die maskenbildende Anfangsabdeckschicht 2 vor dem Ätzverfahren einem Vor-Ätzschritt unterworfen worden, welcher den Effekt hat, Ätzflanken mit Schräge pe zu erzeugen, die bezüglich der freien Oberfläche der zu ätzenden Schicht 1 geneigt sind, welche als horizontal angenommen wird, wobei die Ätzflanken der maskenbildenden Anfangsabdeckschicht 2 somit um einen Winkel o bezüglich der genannten freien Oberfläche geneigt sind. Man beachte, daß das Vor-Ätzverfahren aus einer sanften Ätzung bestehen kann, welche die Eigenschaft aufweist, in selektiver Weise die maskenbildende Anfangsabdeckschicht 2 anzugreifen unter Ausschluß eines Angriffs auf die zu ätzende Schicht 1. Andererseits kann die maskenbildende Anfangsabdeckschicht 2 derart abgelagert und behandelt werden, daß sie Ätzflanken aufweist, welche die am Punkt a) der Fig. 4 dargestellte Schräge pe aufweisen.

Die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wie es am Punkt a) der Fig. 4 dargestellt ist, erlaubt also durch reaktives Ionenätzen, symbolisiert durch den Pfeil E, einerseits die Durchführung der Profilierung der Ätzflanken der maskenbildenden Abdeckschicht 2, die gleichzeitige Passivierung P der Ätzflanke der zu ätzenden Schicht 1, und schließlich die Übertragung der Profilierung der genannten Abdeckschicht 2 in den Bereich der zu ätzenden Schicht 1 gemäß der oben in der Beschreibung erwähnten Beziehung. Wie insbesondere an den Punkten b) und c) der Fig. 4 gezeigt, weist die zu ätzende Schicht 1 dann eine Ätzflanke auf, die eine Neigung um einen Winkel θ bezüglich der freien Oberfläche der zu ätzenden Zwischenschicht 1 aufweist, wobei der Winkel θ die genannte Beziehung erfüllt und einer Neigung mit Schräge p'e entspricht, die durch Übertragung der Schräge pe der maskenbildenden Abdeckschicht 2 erhalten wird. Selbstverständlich ist zu beachten, daß in der vorstehend genannten Beziehung die Ätzgeschwindigkeit der zu ätzenden Schicht vcg die Schein- oder Netto-Ätzgeschwindigkeit in der vertikalen Richtung des Ätzens und gleichzeitigen Ablagerns bezeichnet, die aus der Erosion der Schicht 2 hervorgehen, die die Maske bildet und die Passivierung P der Ätzflanke der zu ätzenden Schicht 1 auslöst.

Ferner beachte man, daß in der genannten Beziehung D die isotrope Ablagerungsgeschwindigkeit der Erosionsprodukte der maskenbildenden Abdeckschicht 2 bezeichnet, wobei diese isotrope Ablagerungsgeschwindigkeit sich nur durch ihre Horizontalkomponente äußert.

Am Punkt d) der Fig. 4 ist die geätzte Schlußschicht dargestellt, die den vorstehend genannten Winkel θ aufweist, wohingegen die maskenbildende Abdeckschicht 2 andererseits im Bereich ihrer Ätzflanke einen entsprechenden Winkel α aufweist.

Man beachte in allen Fällen, wie sie an den Punkten b), c), d) der Fig. 4 dargestellt sind, daß das Facettierungsphänomen ebenfalls erzielt wird, wobei dieses Facettierungsphänomen durch die Bezeichnung f an der Spitze der maskenbildenden Abdeckschicht 2 dargestellt ist.

Nun werden Beispiele für die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens für den Fall des Aluminiumätzens bzw. Wolframätzens gegeben werden.

Aluminiumätzen.

- Erzielung eines Profils mit Winkel θ = 75º mit:

- Gasrate: 50 sccm SiCl&sub4; - 40 sccm Cl&sub2; - 60 sccm N&sub2;

- Druck: 60 mTorr

- RF-Leistung: 300 W (2,4 Watt/cm²).

- Erzielung eines Profils mit Winkel θ = 85º mit:

- Gasrate: 40 sccm SiCl&sub4; - 65 sccm Cl&sub2; - 70 sccm N&sub2;

- Druck: 110 mTorr

- RF-Leistung: 350 Watt (2,9 W/cm²).

Bei den vorstehend genannten Werten ist zu beachten, daß sccm die angelsächsische Abkürzung für "standard cubic centimeter per minute" darstellt, d. h. cm³/mn. Andererseits beachte man, daß bei Aluminium die Angriffsgeschwindigkeit zwischen 7 000 bis 13 000 A/mn enthalten ist, wohingegen die Angriffsgeschwindigkeit für die maskenbildende Abdeckschicht zwischen 2 000 und 5 000 A/mn enthalten ist.

Wolframätzen.

Hinsichtlich des Ätzens beispielsweise einer zu ätzenden Wolframschicht beachte man, daß gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren eine solche Ätzung im Modus des reaktiven Ionenätzens (RIE) erfolgen kann mit einem Druck unterhalb von 200 mTorr mit Hilfe einer Gasmischung vom Typ N&sub2;-SF&sub6;, N&sub2;-NF&sub3;, Ar-SF&sub6;, Ar-NF&sub3;, N&sub2;-SF&sub6;-Cl&sub2;, Ar-SF&sub6;-Cl&sub2;, N&sub2;-NF&sub3;-Cl&sub2;, Ar-NF&sub3;-Cl&sub2;. Die Verwendung der genannten Gasmischungen unter den vorstehend genannten Druckbedingungen erlaubt die Kontrolle der Schräge des geätzten Profils gemäß dem einen und/oder dem anderen der vorstehend in der Beschreibung beschriebenen Verfahren zur Kontrolle der Schräge. Selbstverständlich ist zu beachten, daß die eingesetzte Radiofrequenzleistung RF vom Ätzreaktor abhängt, aber ausreichend sein muß, um die für den vorgeschlagenen Mechanismus erforderliche intrinsische Anisotropie sicherzustellen.

Insbesondere hinsichtlich des Wolframs waren die Betriebsbedingungen wie folgt:

- Wolfram-Angriffsgeschwindigkeit: 2 000 bis 10 000 A/mn,

- Angriffsgeschwindigkeit der maskenbildenden Abdeckschicht: 1 000 bis 10 000 A/mn,

- Winkel am Fuß der Photo resistschicht durch Vorätzen: 60 bis 90º.

Ein Verwendungsbeispiel hat es ermöglicht, für Wolfram die folgenden Ergebnisse zu erzielen:

- Erzielung eines Ätzprofils mit 75º mit:

- Gasrate: 50 sccm SF&sub6; - 20 sccm N&sub2;,

- Druck: 150 mTorr,

- Leistung: RF 250 Watt (2 W/cm²).

Somit ist ein Verfahren zum Schrägätzen einer Schicht einer integrierten Schaltung beschrieben worden, das besonders leistungsstark ist, da es das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht, das Schrägätzen von Materialschichten der integrierten Schaltung, wie z. B. metallischen Aluminium- oder Wolframschichten, oder auch von nicht-metallischen Schichten, wie z. B. Polysilicium, durchzuführen.

Allgemein beachte man, daß die Schichten, die dazu geeignet sind, gemäß der Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens geätzt zu werden, einerseits Schichten vom Aluminiumtyp sind, wobei dieses Material ferner dotiert sein kann mit Materialien wie z. B. Silicium, Titan, Kupfer, Silicium-Kupfer- Legierungen und Silicium-Titan-Legierungen, wobei diese Schichten ferner eine Barrieren- oder Festhalte-Unterschicht umfassen können, wie z. B. Schichten aus Titan, Titannitrid, TiN, der Legierung TiW, und andererseits Verbindungsmaterialien vom Wolframtyp, welche ebenfalls eine Barriere- oder Festhalte-Unterschicht umfassen können.


Anspruch[de]

1. Verfahren zum Schrägätzen einer Schicht einer integrierten Schaltung, genannt zu ätzende Schicht (1), wobei diese Schicht mit einer Abdeckschicht (2) beschichtet ist, die eine Maske bildet und eine Ätzflanke während des Ätzprozesses aufweist, der darin besteht, während des Ätzvorgangs die Schritte gemeinsam durchzuführen:

- eine Passivierung (P) der Ätzflanke der zu ätzenden Schicht (1),

- eine nicht isotrope Erosion der maskenbildenden Abdeckschicht (2) im Hinblick auf die Kontrolle der Schräge der Ätzflanke der zu ätzenden Schicht (1), wobei die nicht isotrope Erosion darin besteht, eine Profilierung ausgehend von einer Facettierung durch anisotropes Ätzen der maskenbildenden Abdeckschicht am Flankenfuß dieser Abdeckschicht durchzuführen, wobei die nicht isotrope Erosion durch ein reaktives Ionenätzverfahren erfolgt, durch anisotropes Ätzen gemeinsam mit einer Ablagerung am Flankenfuß der Abdeckschicht einer wenig flüchtigen Komponente, die diese Passivierung bewirkt, mit sehr geringer Polymerisierungsaktivität in der Ätzatmosphäre, wobei die Ätzatmosphäre aus Chlor besteht und/oder einer Chlorverbindung und/oder einer Fluorverbindung, in einem Neutralgas verdünnt, unter Abwesenheit von Kohlenstoffketten oder unter Abwesenheit von Ablagerungen aus Chlor- oder Fluorkohlenstoffverbindungen, und gleichzeitig diese Profilierung der maskenbildenden Abdeckschicht in den Bereich der zu ätzenden Schicht durch anisotropes Ätzen der maskenbildenden Abdeckschicht zu übertragen, die der nicht isotropen Erosion ausgesetzt ist, wobei das Tangensverhältnis des momentanen Winkels α des Fußes der maskenbildenden Abdeckschicht und des Winkels θ der Ätzflanke der zu ätzenden Schicht (1) proportional ist zum Verhältnis der Schein-Ätzgeschwindigkeit vcg der zu ätzenden Schicht (1) und der Ätzgeschwindigkeit vor der maskenbildenden Abdeckschicht, welche verringert ist um einen Term, der gleich ist dem Produkt der isotropen Ablagerungsgeschwindigkeit D der Passivierungsschicht, multipliziert mit dem Tangens des momentanen Winkels α des Fußes der maskenbildenden Abdeckschicht, wobei dieses Verhältnis die Beziehung erfüllt:

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Facettierung der Abdeckschicht (2) an der Spitze ihrer Flanke bei normalem Einfall des reaktiven Ionenplasmas (E) auf das Substrat erfolgt, wobei das Plasma ein Maximum der Zerstäubungsrate bei einem Einfall aufweist, der zwischen 40º und 60º bezüglich der Normalen zur lokalen Oberfläche des Substrats oder der maskenbildenden Abdeckung enthalten ist, wobei die durch den Facettierungsprozeß der maskenbildenden Abdeckschicht (2) erzeugten Facetten durch bevorzugte Erosion in der Nähe des Krümmungsradius der Kanten der Abdeckschicht (2) erhalten werden und somit bezüglich der Einfallsrichtung des Plasmas eine zwischen 40º und 60º enthaltene Neigung entsprechend dem Maximum der Zerstäubungsrate aufweisen.







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