DE10130916B4 - Verfahren zum anisotropen Strukturieren von Materialien - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum anisotropen Strukturieren von Materialien der Mikro- und Optoelektronik sowie der Mikromechanik wie ein mit einer Photolackmaske versehener GaAs-Wafer durch Ätz- und Passivierungsvorgänge in einem Reaktionsraum eines Plasmaätz-Reaktors, wobei die Prozessschritte zyklisch bis zur Erreichung der Zieltiefe der Struktur wiederholt werden, dadurch gekennzeichnet, dass der mit einer Fotolack-Maske versehene GaAs-Wafer in dem Plasmaätzreaktor in einem Gemisch von BCl3/Cl2 im Verhältnis 1:3 bei einem Druck von 10 Pa und einem Gasfluß von 20 sccm während einer Dauer von 30 Sekunden geätzt wird und danach die Passivierung mit sauerstoffhaltigen Gasen bzw. sauerstoffhaltigen Gasplasmen wie in einem Sauerstoffplasma bei einem Druck von 10 Pa, einem Durchfluß von 10 sccm und einer eingekoppelten HF-Leistung von 75 W während einer Dauer von 10 Sekunden erfolgt und dass anschließend die zu ätzende Fläche in einem BCl3/Ar-Plasma im Verhältnis 1:2 bei einem Druck von 0,5 Pa, einem Gasfluß von 15 sccm und einer HF-Leistung von 100...
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum anisotropen plasmachemischen Strukturieren von mit einer Maske versehenen Materialien, die vorzugsweise in der Mikro- und Optoelektronik sowie der Mikromechanik verwendet werden, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
- Es ist bekannt, in den Materialien, die in der Mikro- und Optoelektronik sowie der Mikromechanik verwendet werden, mit Hilfe von Maskierungstechniken funktionsbedingte Strukturen durch anisotrope Ätzungen zu erzeugen. Der anisotrope Strukturierungsprozess besteht dabei aus einer Folge von Passivierungs- und Ätzvorgängen, die alternierend bis zum Erreichen der gewünschten Strukturtiefe durchgeführt werden.
- Dabei hat sich im wesentlichen ein Verfahren durchgesetzt, welches in den
DE 42 41 045 C1 ,DE 43 17 623 A1 ,DE 44 20 962 A 1,DE 44 42 023 A1 ,DE 196 41 288 A1 ,DE 197 06 682 A1 ,DE 197 30 644 C1 ,DE 197 36 370 A1 ,DE 198 26 382 A1 ,DE 199 19 469 A1 und in der Druckschrift IBM TDB Vol. 34, No. 5, Oct. 91, pp. 368–70 beschrieben ist. - Zur Strukturübertragung ist es notwendig, dass die Ätzung nur in den Maskenöffnungen erfolgt und keine seitliche Unterätzung stattfindet.
- Um seitliche Unterätzungen zu vermeiden, sind verschiedene Verfahren bekannt geworden, die zum Beispiel in den Druckschriften
DE 42 41 045 C1 ,DE 42 41 453 A1 ,DE 44 22 913 A1 ,DE 197 06 682 A1 ,DE 196 41 288 A1 , T. Saitoh et al, Jpn. J.. Appl. Phys. 36 (1997) 7650–7654; A. A. Ayon et. Al., J. Electrochem. Soc. 146 (1999) 339–349) beschrieben wurden. - Es sind im wesentlichen die folgenden Verfahrensweisen angewendet:
- – Eine Passivierung der Seitenwände erfolgt durch Reaktionsprodukte des Ätzvorganges.
- – Durch geeignete Prozessführung wird ein bevorzugter Ätzangriff durch die senkrecht auf die Substratoberfläche auftreffenden Ionen erreicht.
- – Die Seitenwand wird in einem separaten Prozessschritt passiviert.
- Die Materialpalette der zur Passivierung verwendbaren Stoffe ist vielgestaltig und ist besonders in den Patentschriften
DE 196 41 288 C1 undDE 42 41 045 C1 beschrieben. - Danach werden zur Passivierung die folgenden Materialien verwendet: CCl4, CHCl3, CXHYClZ, BCl3, SiCl4, CF3H, SiF4, SiH4 und Mischungen von Halogenkohlenwasserstoffen mit SiF4/SiCl4, SiH4, Si2H6, Hexamethyldisiloxan, Hexamethyldisilazan, Metallokohlenwasserstoffe, Fluorkohlenwasserstoffe, Kohlerwasserstoffe, Kohlenwasserstoffe mit Aromatengehalt, Perfluorierte Aromaten, Perfluorierte Styrolderivate, Fluorätherverbindungen und Stickstoff.
- Die passivierende Eigenschaft von Sauerstoff ist in Verbindung mit den CH4/H2- und BCl3/Cl2-Ätzprozessen bekannt geworden (K. H. Baek et. al. Jpn. J. Appl. Phys. 38 (1999) 5829–5834).
- Aus der Druckschrift IEEE Int. Conf. on Plasma Science, Conf. Record-Abstracts, Conf. Wl, USA, 5–8 June 1995, Abstract 4B01. p.179, ist das Ätzen von GaAs mit einem BCl3/Cl2-Gemisch bekannt, die Mitverwendung von Sauerstoff beim Ätzen ist in der Druckschrift
US 4 285 763 offenbart. - Die Verwendung eines Sauerstoffplasmas in Verbindung mit dem Ätzen von GaAs ist aus
JP 5-109670 A - Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem die Nachteile vermieden werden, die mit der Anwendung der in dem Passivierungsschritt nach dem Stand der Technik verwendeten Gase bzw. Gasgemische verbunden sind, und mit dem ein problemlos handhabbares und gut passivierendes Gas bzw. Gasgemisch anwendbar wird.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
- Das Verfahren nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der mit einer Fotolack-Maske versehene GaAs-Wafer in dem Plasmaätzreaktor in einem Gemisch von BCl3/Cl2 im Verhältnis 1:3 bei einem Druck von 10 Pa und einem Gasfluß von 20 sccm während einer Dauer von 30 Sekunden geätzt wird und danach die Passivierung mit sauerstoffhaltigen Gasen bzw. sauerstoffhaltigen Gasplasmen wie in einem Sauerstoffplasma bei einem Druck von 10 Pa, einem Durchfluß von 10 sccm und einer eingekoppelten HF-Leistung von 75 W während einer Dauer von 10 Sekunden erfolgt und dass anschließend die zu ätzende Fläche in einem BCl3/Ar-Plasma im Verhältnis 1:2 bei einem Druck von 0,5 Pa, einem Gasfluß von 15 sccm und einer HF-Leistung von 100 W während einer Dauer von 30 Sekunden von Oxid befreit wird.
- Gegenüber den bisherigen Verfahren wird durch die Verwendung eines Sauerstoffplasmas bzw. eines sauerstoffhaltigen Plasmas beim Passivierungsvorgang der Seitenwände eine unnötige und in der Regel schädliche Bedeckung der Reaktorkomponenten vermieden.
- Nach dem Stand der Technik erforderliche Reinigungszyklen zur Beseitigung der Polymere entfallen.
- Die Arbeitsfähigkeit bzw. die Verfügbarkeit des Reaktors ist erhöht.
- Arbeitsvorgänge mit Sauerstoff bilden keine gesundheitlichen Gefährdungen heraus im Gegensatz zum herkömmlichen Einsatz von Gasen mit Kohlenwasserstoffen und dgl..
- Es ist unerheblich, ob die Passivierung kontinuierlich oder diskontinuierlich durchgeführt wird.
- Der Ätzprozess besteht aus alternierenden Passivierungs- und Ätzschritten entsprechend dem Stand der Technik.
- Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.
- Die Erfindung wird nachfolgend an einem konkreten Ausführungsbeispiel der Strukturierung eines GaAs-Wafers erläutert. Die einzige Figur zeigt die schematische Darstellung der Prozessschritte in alternierender Folge.
- Ein mit einer Fotolackmaske
2 versehener GaAs-Wafer1 wird in einen nicht dargestellten Plasmaätzreaktor eingebracht. - Zur Vorbereitung des eigentlichen Strukturierungsprozesses wird die vorhandene native Oxidschicht mittels eines BCl3/Ar-Plasmas entfernt.
- Der Prozessschritt Ätzen wird in einem Gemisch von BCl3/Cl2 im Verhältnis 1:3 bei einem Druck von 10 Pa und einem Gasfluss von 20 sccm ein BCl3/Cl2/Ar-Plasma vorgenommen.
- Das Plasma wird vorzugsweise durch Hochfrequenz (13,56 MHz) mit einer Leistung von 75 W gespeist.
- Nach einer Ätzzeit von 30 Sekunden schließt sich ein Passivierungsschritt an. Das Passivieren erfolgt in einem Sauerstoffplasma (O2-Plasma), bei einem Druck von 10 Pa, einem Durchfluss von 10 sccm und einer eingekoppelten HF-Leistung von 75 W für die Zeit von 10 Sekunden.
- Nachfolgend wird die zu ätzende Fläche von der Oxidschicht
3 befreit, das wird im BCl3/Ar-Plasma (1:2) bei einem Druck von 0,5 Pa, einem Gasfluss von 15 sccm und einer HF-Leistung von 100 W nach 30 Sekunden erreicht. - Passivierungs- und Ätzschritte werden mehrfach wiederholt, damit wird eine anisotrope Strukturierung mit einer Totalätzrate von 0,7 μm/min bei einer Strukturbreite von 50 μm erzielt.
- Nach einer Variante des Verfahrens erfolgen die Schritte zur Ätzung und zur Passivierung nicht alternierend, sondern die Zufuhr aller Gase, Sauerstoff bzw. sauerstoffhaltige Gasplasmen und Ätzgase, erfolgt gleichzeitig. Dabei muß der Prozeß so optimiert werden, dass ausschließlich an den Seitenwänden die Sauerstoff-Passivierung und der eigentliche Ätzvorgang nur an den horizontalen Flächen erfolgt.
-
- 1
- GaAs-Wafer
- 2
- Fotolackmaske
- 3
- Oxidschicht
Claims (4)
- Verfahren zum anisotropen Strukturieren von Materialien der Mikro- und Optoelektronik sowie der Mikromechanik wie ein mit einer Photolackmaske versehener GaAs-Wafer durch Ätz- und Passivierungsvorgänge in einem Reaktionsraum eines Plasmaätz-Reaktors, wobei die Prozessschritte zyklisch bis zur Erreichung der Zieltiefe der Struktur wiederholt werden, dadurch gekennzeichnet, dass der mit einer Fotolack-Maske versehene GaAs-Wafer in dem Plasmaätzreaktor in einem Gemisch von BCl3/Cl2 im Verhältnis 1:3 bei einem Druck von 10 Pa und einem Gasfluß von 20 sccm während einer Dauer von 30 Sekunden geätzt wird und danach die Passivierung mit sauerstoffhaltigen Gasen bzw. sauerstoffhaltigen Gasplasmen wie in einem Sauerstoffplasma bei einem Druck von 10 Pa, einem Durchfluß von 10 sccm und einer eingekoppelten HF-Leistung von 75 W während einer Dauer von 10 Sekunden erfolgt und dass anschließend die zu ätzende Fläche in einem BCl3/Ar-Plasma im Verhältnis 1:2 bei einem Druck von 0,5 Pa, einem Gasfluß von 15 sccm und einer HF-Leistung von 100 W während einer Dauer von 30 Sekunden von Oxid befreit wird.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Passivierung eine oxidische Oberfläche erzeugt.
- Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ätzung in einem Plasmaätzer durchgeführt wird, dessen wafertragende Elektrode mit einer Hochfrequenz beschaltet wird.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass alle Gase, Sauerstoff bzw. sauerstoffhaltige Gase und Ätzgas, gleichzeitig zugeführt werden.
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