DE10016340C1 - Verfahren zur Herstellung von flaschenförmigen Tiefgräben zur Verwendung in Halbleitervorrichtungen - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von flaschenförmigen Tiefgräben zur Verwendung in Halbleitervorrichtungen

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Abstract

Ein Verfahren zum Herstellen eines flaschenförmigen Tiefgrabens in einem Halbleitersubstrat wird bereitgestellt. Nachdem ein Kragenprofil gebildet ist, wird Chlorgas mit einer vorbestimmten Fließrate der Ätzplasmagaszusammensetzung hinzugefügt, wobei die Fließraten des Plasmagases um ungefähr 30 Volumen-Prozent erhöht werden, um einen vergrößerten unteren Bereich des Tiefgrabens zu erzeugen. Vorzugsweise wird der Kragenbereich durch die Verwendung einer Ätzzusammensetzung geätzt, die HBr, NF¶3¶ und (He/O¶2¶) beinhaltet, dass mit Fließraten von ungefähr 87 : 13 : 35 sccm bereitgestellt wird. Der vergrößerte untere Bereich wird unter der Verwendung einer Ätzzusammensetzung geätzt, die HBr, NF¶3¶ und (He/O¶2¶), das mit Fließraten von 113 +- 12 : 17 +- 2 : 46 +- 5 sccm bereitgestellt wird, und Cl¶2¶, das mit einer Fließrate zwischen 10 und 40 sccm bereitgestellt wird, enthält. Man hat herausgefunden, dass die Breite des unteren Bereichs des Tiefgrabens um 100% erhöht werden kann, ohne dass die Nebeneffekte, wie z. B. die Polymerabscheidung in der Plasmakammer auftreten, welche als ein Ergebnis der wesentlich erhöhten Fließraten von HBr und/oder NF¶3¶ auftreten können.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren für Halbleitervorrichtungen im Submikronbereich, die wenigstens einen Kondensator vom Tiefgrabentyp umfassen. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines oder mehrerer fla­ schenförmiger Gräben mit vergrößertem Durchmesser in einem Halbleitersubstrat, oder allgemeiner formuliert, die Herstellung von Tiefgräben mit einem vergrößertem Umfang oder vergrößerter Querschnittsfläche in ihrem unteren Bereich, ohne die Probleme von Polymerablagerungen auf der Plasmakammerwand zu verursachen. Das in der vorliegen­ den Erfindung offenbarte Verfahren erhöht den Oberflächenbereich und somit die Kapa­ zität des Kondensators, der um die Seitenwand des Tiefgrabens gebildet ist. Anders als Techniken nach dem Stand der Technik erfordert das in der vorliegenden Erfindung of­ fenbarte Verfahren weder die Bildung eines Oxids am Kragen noch einen zusätzlichen Oxidationsschritt, um eine Oxidschicht seitlich in dem Substrat zu bilden. Jedoch liegt eine weitere Verbesserung gegenüber dem früheren Verfahren darin, dass die vorliegende Erfindung die Polymerabscheidung verhindert oder wenigstens die Menge der Polymerab­ scheidung minimiert, welche nachteilhaft innerhalb der Plasmakammer auftreten kann und welche durch die Verwendung von bestimmten Ätzstoffen hervorgerufen werden kann, um den Grabendurchmesser zu erweitern.
Hintergrund der Erfindung
Es gibt zwei Grundtypen von Kondensatoren, die in einer Halbleitervorrichtung vorgese­ hen sind, und zwar Kondensatoren vom Kronentyp und Kondensatoren vom Tiefgraben­ typ. Ein Kondensator umfasst eine dielektrische Schicht, die zwischen einem Paar von beabstandeten leitenden Flächen gesandwicht ist. Da die Entwicklung in der Herstellung von Halbleitern in die Richtung von immer größeren Dichten der Schaltungskomponenten, die eng pro Einheitsfläche gepackt sind, geht, gibt es eine große Nachfrage, Technologien zu entwickeln, welche den Oberflächenbereich, der von individuellen Schaltungskompo­ nenten eingenommen wird, vermindern können. Folglich sind Tiefgrabentechnologien entwickelt worden, die zu Strukturen führen, insbesondere zu Kondensatoren mit großen Flächen, die vertikal in bezug auf die Ebene der Substratoberfläche ausgerichtet sind.
Ein Tiefgrabenkondensator umfasst typischerweise eine dielektrische Schicht, die auf den Seitenwänden eines Tiefgrabens ausgebildet ist, wobei der Graben in eine hochdotierte vergrabene Platte (welche die erste Leitungsplatte bildet) eingesetzt ist und von dieser um­ geben ist, sowie eine hochdotierte Polyfüllung (welche die zweite leitende Platte bildet), welche den Tiefgraben auffüllt. Die Kapazität des Tiefgrabenkondensators wird durch die gesamte Seitenwandoberfläche des Grabens bestimmt, welche wiederum durch den Durchmesser oder genauer durch den Umfang des Tiefgrabens bestimmt ist. Da sich die Halbleiterfertigungstechnologie immer mehr im Submikronbereich oder sogar im tiefen Submikronbereich bewegt, wird zunehmend erkannt, dass die vorliegende Technologie zum Herstellen von Tiefgrabenkondensatoren nicht adäquat sein kann. Für Halbleitervor­ richtungen im tiefen Submikronbereich kann ein Tiefgraben ein Längen-Durchmesser-As­ pektverhältnis von 35 : 1 oder sogar größer aufweisen. Mit der momentanen Technologie vermindert sich der Durchmesser (oder die Breite oder der Umfang) des Grabens im all­ gemeinen mit der Tiefe. Solche spitz zulaufenden Querschnittsflächen verursachen eine signifikante Abnahme in der gesamten Seitenwandoberfläche des Grabens und folglich eine Abnahme der Kapazität, die durch den Tiefgrabenkondensator bereitgestellt wird. Es wird erwartet, dass sich dieses Problem verschlechtert, wenn die nächste Generation von ULSI-Herstellungstechnologien eingesetzt wird, die sich durch kritische Dimensionen von 0,15 µm oder sogar kleiner auszeichnen.
Um die Kapazität eines Halbleiter-Tiefgrabenkondensators zu erhöhen, wurde der soge­ nannte flaschenförmige Tiefgraben vorgeschlagen. In einem Artikel mit dem Titel "0.228 µm Trench Cell Technologies with Bottle-Shaped Capacitor for 1 Gbit DRAMs" von T. Ozaki et al, IEDM 95, Seiten 661-664 (1995) offenbaren die Autoren ein Verfahren, um den Durchmesser eines Tiefgrabens zu erhöhen. Das darin offenbarte Verfahren umfasst die Schritte: (1) Bilden eines 80 nm Oxidkragens im oberen Abschnitt des Grabens durch se­ lektive Oxidation; (2) Ausführen eines Kondensatorprozesses, der das Entfernen der Oxida­ tionsmaske, das Entfernen des natürlichen Oxids, etc. umfasst, wobei während dieses Pro­ zesses die Dicke des Oxidkragens auf 50 nm verringert wird; und (3) Abscheiden von in- situ phosphordotiertem Polysilizium und Ausführen des Dotierens mit Phosphor in die Sei­ tenwand des Grabens im Kondensatorbereich (Plattenelektrode) mit einer Ausglühtechnolo­ gie mittels eines Ofens. Der Oxidkragen verhindert das Dotieren mit Phosphor in dem obe­ ren Bereich des Grabens; er stellt auch die elektrische Isolation zwischen der Plattenelektro­ de und dem Übertragungstransistor her. Das Polysilizium wird durch chemisches Trocken­ ätzen entfernt, und der Durchmesser des Grabens unter dem Oxidkragen wird gleichzeitig vergrößert. Da das in Ozaki et al offenbarte Verfahren die zusätzlichen Schritte des anfäng­ lichen Bildens eines Oxidkragens gefolgt von der thermischen Oxidation des Substrats in dem unteren Bereich des Tiefgrabens umfasst, kann es die Herstellungskosten wesentlich erhöhen.
Die US 5 914 280 offenbart ein Ätzverfahren zur Herstellung von Tiefengräben bei welchen dem fluorhaltigen Ätzgas SF6 Chlorgas hinzugefügt wird, um Einfluss auf das Profil des Grabens zu nehmen. In J. Electrochem. Soc., Vol. 139, No. 2 Feb 1992, Seiten 575-579 wird die Verwendung einer Gaskombination aus Cl2-, SF6 und HBr-Gas zur Gestaltung des Profils des Grabens vorgeschlagen.
Flaschenförmige Tiefgräben werden herkömmlicherweise, wie beispielsweise in der EP 0 908936 A2 be­ schrieben, in einem Substrat durch einen anisotropen Plasmaätzprozess hergestellt, wobei eine Plasmaätzgaszusammensetzung verwendet wird, die Wasserstoffbromid (HBr), Stick­ stofffluorid (NF3), Helium und Sauerstoff in einem vorbestimmten Verhältnis enthält. Um die Ungleichheit in der Grabenbreite, d. h. den Durchmesser (von oben nach unten) zu mi­ nimieren, und um die Breite in dem oberen Bereich des Grabens nicht wesentlich zu vergrö­ ßern, wird der Druck der Plasmaätzgaszusammensetzung in der Mitte des anisotropen Ätz­ verfahrens erhöht, während die Konzentration von HBr und NF3 konstant gehalten wird. Die der herkömmlichen Vorgehensweise zugrundeliegende Absicht ist es, die Abnahme der Breite beim Bilden eines Tiefgrabens im Submikronbereich zu minimieren; man hielt es nicht für möglich, den gleichen Ansatz, nicht einmal in einer modifizierten Form, bei der Herstellung von flaschenförmigen Tiefgräben zu verwenden.
Wesen der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen von fla­ schenförmigen Tiefgräben zu entwickeln, das für Kondensatoren vom Tiefgrabentyp im tiefen Submikronbereich mit einer vergrößerten Seitenwandoberfläche verwendet werden kann, so dass eine Kapazität von 40 pF oder mehr erreicht werden kann, ohne dass die Her­ stellungskosten wesentlich erhöht werden. Insbesondere ist es die Aufgabe der vorlie­ genden Erfindung, ein Verfahren zum Vergrößern der Seitenwandoberfläche eines Tiefgra­ benkondensators zu entwickeln, indem ein flaschenförmiger Tiefgraben in dem Substrat gebildet wird, ohne dass von dem herkömmlichen Verfahren wesentlich abgewichen wird, um den maximalen Vorteil bei kontrollierten Herstellungskosten zu erreichen.
Es soll außerdem die Bildung und Anhäufung von Polymerabschei­ dungen in der Plasmakammerwand vermieden werden, wodurch die Notwendigkeit von einem nachfolgenden Reinigungsverfahren entbehrlich wird.
Es ist bekannt, dass der herkömmliche, in der EP 0 908 936 A2 beschriebene Ansatz tatsächlich modifiziert werden kann, so dass ein flaschenförmiger Graben gebildet werden kann. Das in der vorliegenden Erfindung of­ fenbarte Verfahren umfasst zwei Ersatzschritte. Als erstes wird der gebildete Graben einer "Schock"-Behandlung mit wesentlich erhöhten Konzentrationen von HBr und NF3 unterzo­ gen (im Gegensatz zu konstanten HBr und NF3 Konzentrationen in dem herkömmlichen Prozess, jedoch mit ungefähr dem gleichen Plasmadruck für eine kurze Zeitdauer). Dann werden die Konzentrationen von HBr und NF3 zurückgeschraubt, aber der Plasmadruck wird wesentlich vermindert (im Gegensatz zum wesentlich erhöhten Plasmagasdruck), und zwar in einem nachfolgenden Ersatzschritt. Der zweite Ersatzschritt wird fortgesetzt, bis der Ätzprozess beendet ist. Eine der Hauptvorteile der vorliegenden Erfindung ist, dass ein fla­ schenförmiger Tiefgraben mit der gleichen Vorrichtung und den gleichen Plasmaätzkompo­ nenten gebildet werden kann, wie beim herkömmlichen Verfahren, wodurch die Notwendigkeit von finanziellen Investitionen sowie zusätzlicher Betriebsausgaben, die anderweitig gebraucht werden, entbehrlich wird.
Jedoch haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung herausgefunden, dass die Verwen­ dung von HBr bei hohen Konzentrationen (oder tatsächlich hohen Flussraten) ohne Kom­ pensationen von anderen Ätzstoffen verursachen kann, dass Polymere aufgebaut werden, die sich auf der Plasmakammerwand abscheiden. Dies verstärkt sich, falls das Verfahren eine sehr hohe Konzentration von HBr benötigt.
Die Erfinder haben erkannt, dass durch den Zusatz von Cl2-Gas in der herkömmlichen Ätz­ zusammensetzung für Tiefgräben, welche NF3, HBr und (He/O2) enthält, ein flaschen­ förmiges Tiefgrabenprofil erhalten werden kann, ohne die Spitzen in der HBr-Konzentration relativ zu den anderen Ätzkomponenten. Eine der Hauptvorteile der vorliegenden Erfindung ist, dass die Polymerabscheidung auf der Plasmakammer verhindert wird, wodurch es er­ möglicht wird, eine saubere Kammer zu erhalten. Ferner kann der Grabendurchmesser um fast 100% im Vergleich zu denen erhöht werden, die mit dem herkömmlichen Verfahren hergestellt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird im Detail mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, die eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen, wobei:
Fig. 1 bis 4 schematische Zeichnungen sind, welche die Hauptschritte beim Bilden eines Tiefgrabens gemäß einer Vorgehensweise zeigen, die ähnlich zu der herkömmlichen Vorgehensweise ist.
Fig. 1 eine schematische Zeichnung ist, die darstellt, dass eine lagengestapelte dielektrische Schicht und ein Photolackmuster auf einem Substrat gebildet sind;
Fig. 2 eine schematische Zeichnung ist, die darstellt, dass eine Öffnung durch die lagenge­ stapelte Schicht durch reaktive Ionenätz- oder Plasmaätztechniken unter der Ver­ wendung von Photolack gebildet wird;
Fig. 3 eine schematische Zeichnung ist, die darstellt, dass ein Kragenprofil in das Substrat dadurch gebildet wird, dass das Substrat einem zweiten Plasmaätzverfahren unter­ zogen wird;
Fig. 4 eine schematische Zeichnung ist, die darstellt, dass die Steigung der Grabenweiten­ abnahme wesentlich dadurch verbessert wird, dass zu einem dritten Plasmaätzver­ fahren mit höherem Plasmagasdruck, aber mit gleicher Plasmaätzgaszusammenset­ zung umgeschaltet wird;
Fig. 5 eine schematische Zeichnung ist, die darstellt, dass statt dem nachfolgenden, in Fig. 4 beschriebenen Schritt ein flaschenförmiger Graben durch die Verwendung einer neuen Plasmaätzgaszusammensetzung der vorliegenden Erfindung geformt wird.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Die vorliegende Erfindung offenbart ein Verfahren zum Herstellen eines Kondensators vom Tiefgrabentyp im Submikronbereich mit einer flaschenförmiger vergrößerten Seiten­ wandoberfläche, so dass eine Kapazität von 40 pF oder mehr erreicht werden kann. Einer der Hauptvorteile der vorliegenden Erfindung ist, dass der flaschenförmige Tiefgraben mit der gleichen Ausstattung, im wesentlichen den gleichen Plasmakomponenten und dem glei­ chen Verfahren wie bei dem herkömmlichen, in der EP 0 908 936 A2 offenbarten Verfahren gebildet werden kann, wodurch die Not­ wendigkeit für finanzielle Investitionen, die anderweitig benötigt werden, nicht mehr be­ steht. Ein weiterer Hauptvorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass, obwohl eine hohe Konzentration von HBr während einer solchen Plasmaätzbehandlung verwendet wurde, keine Polymerabscheidung auf der Plasmakammer vorgefunden wurde und eine saubere Kammer erhalten blieb. Dies macht es nicht mehr notwendig, dass die Kammer regelmäßig gereinigt wird, und verbessert somit wesentlich die Kosteneffizienz dieses neuen Verfahrens zum Herstellen von flaschenförmigen Tiefgräben.
Herkömmlicherweise werden Tiefgräben in einen Substrat durch ein anisotropes Plasma­ ätzverfahren gebildet, das eine Plasmaätzgaszusammensetzung verwendet, die Was­ serstoffbromid (HBr), Stickstofffluorid (NF3), Helium und Sauerstoff mit einer vorbe­ stimmten Zusammensetzung enthält. Um die Ungleichheit in der Grabenbreite von oben nach unten zu minimieren (d. h. den Durchmesser) und um die Breite in dem oberen Ab­ schnitt des Grabens wesentlich zu vergrößern, wird der Druck der Plasmaätzgaszusam­ mensetzung in der Mitte des anisotropen Ätzprozesses erhöht, während die Konzentratio­ nen von HBr, NF3 und (He/O2) Komponenten konstant gehalten werden. Ein hoher Plas­ madruck erhöht die horizontale (oder radiale) Ätzrate relativ zu der vertikalen Ätzrate, wo­ hingegen der Effekt des Plasmaätzens auf der bereits gebildeten Seitenwand durch das rela­ tive Konstanthalten der Konzentrationen von HBr, NF3 und (He/O2) minimiert wird. Die hauptsächliche Absicht der herkömmlichen Vorgehensweise ist es, die Weitenabnahme in dem Tiefgraben zu verhindern, es wurde nicht in Betracht gezogen, dass es möglich ist, ei­ nen flaschenförmigen Tiefgraben zu bilden.
Fig. 1 bis 4 sind schematische Zeichnungen, welche die Hauptschritte beim Bilden eines Tiefgrabens gemäß einer Vorgehensweise zeigen, die ähnlich zu der herkömmlichen Vor­ gehensweise ist. In Fig. 1 ist dargestellt, dass eine lagengestapelte Schicht 15 auf einem Substrat 10 gebildet ist. Die lagengestapelte Schicht 15 umfasst typischerweise eine Oxidla­ genschicht 11, eine Siliziumnitridschicht 12, eine dielektrische Borsilikat-Glasschicht 14. Die Oxidlagenschicht 11 ist hauptsächlich dazu bereitgestellt, die Haftung zwischen der Nitridschicht und dem Siliziumsubstrat zu verbessern, und um thermische und mechanische Spannungen zu vermindern. Fig. 1 zeigt auch ein Photolackmuster 16, das durch einen photolithographischen Prozess gebildet ist.
Fig. 2 zeigt, dass eine Öffnung 20 durch die lagengestapelte Schicht 15 durch reaktive Ione­ nätz- oder Plasmaätztechniken unter der Verwendung der Photolackschicht 16 gebildet wird. Nachdem die Photolackschicht entfernt ist, wird das Substrat einer ersten Plasmaät­ zung ausgesetzt, um eine natürliche Oxidschicht zu entfernen, die sich dadurch gebildet haben kann, dass das Siliziumsubstrat der äußeren Umgebung ausgesetzt war. Die erste Plasmaätzung, die oft als der "Durchbruchs"-Schritt bezeichnet wird, wird mit einem Plasmagasdruck von ungefähr 2,66-6,66 Pa vorzugsweise 3,33 Pa, einer RF-Leistung von unge­ fähr von 500-900 Watt, vorzugsweise bei 600 Watt, und einem magnetischen Feld von un­ gefähr 10-40 Gauss, vorzugsweise bei 15 Gauss, durchgeführt. Die Plasmaätzgaszusam­ mensetzung besteht aus HBr und NF3 mit einem Verhältnis von ungefähr 20 : 5, ausgedrückt durch volumetrische Flussraten sccm (Standard Cubic Centimeters). Die Ätzzeit ist unge­ fähr 20-40 Sekunden, vorzugsweise 25 Sekunden. Dieser Schritt wird als erste Plasmaät­ zung bezeichnet.
Fig. 3 zeigt, dass ein Kragenprofil in dem Substrat dadurch gebildet wird, dass das Substrat einem nachfolgenden Plasmaätzschritt ausgesetzt wird. Die zweite Plasmaätzung wird mit einem Plasmagasdruck von ungefähr 10,66-14,66 Pa, vorzugsweise 13,33 Pa, einer RF- Leistung von ungefähr 700-900 Watt, vorzugsweise bei 800 Watt und einem magnetischen Feld von ungefähr 80-110 Gauss, vorzugsweise bei 100 Gauss, durchgeführt. Die Plasma­ ätzgaszusammensetzung besteht aus HBr, NF3 und (He/O2) mit einem Flussraten-Verhältnis (sccm) von ungefähr 87 : 13 : 35. Das Verhältnis zwischen He und O2 ist ungefähr 70% : 30% in der (He/O2) Mischung. Die Ätzzeit ist ungefähr 90-110 Sekunden, vorzugsweise 95 Se­ kunden. Fig. 3 zeigt ein spitz zulaufendes Kragenprofil, welches den oberen Abschnitt des Tiefgrabens 21 bildet. Dieser Schritt wird als zweite Plasmaätzung beschrieben.
Um die scharfe Abnahme in der Breite des Graben zu verhindern, wenn die Plasmaätzung weiter fortschreitet, benötigt die Vorgehensweise nach dem Stand der Technik eine Zu­ nahme im Plasmagasdruck von zwischen 10,66-14,66 Pa auf ungefähr 14,66-17,33 Pa, vor­ zugsweise bei 125 mtorr, während andere Bedingungen einschließlich der Plasmaätzgaszu­ sammensetzung im wesentlichen die gleichen bleiben. Die Ätzzeit ist ungefähr 450-500 Sekunden, vorzugsweise 485 Sekunden. Das Ergebnis ist in Fig. 4 gezeigt, welche darstellt, dass die Steigung der Abnahme der Grabenbreite wesentlich verbessert wurde. Jedoch ist die Breite des gesamten unteren Bereichs 22 des Grabens schmaler als die schmalste Breite im oberen Bereich. Dieser Schritt wird als die dritte Plasmaätzung beschrieben.
Mit dem in der vorliegenden Erfindung offenbarten Verfahren, das einen unterschiedlichen Prozess beinhaltet, der den dritten Plasmaätzschritt des herkömmlichen Verfahrens ersetzt, wird der Graben zuerst den ersten und zweiten Ersatzplasmaätzschritten wie im herkömmlichen Verfahren ausgesetzt. Danach werden die Flussraten HBr, NF3 und (He/O2) um 20- 40%, vorzugsweise 30% auf ungefähr 113 +/- 12 : 17 +/- 2 : 46 +/- 5 (in sccm) erhöht. Das Verhältnis zwischen He und O2 ist das, gleiche von ungefähr 70% zu 30% in der (He/O2) Mischung. Das Erhöhen der Flussraten von HBr und NF3 erhöht die Ätzrate in der radialen Richtung; jedoch wird dieser Effekt durch die erhöhte Flussrate der (He/O2) Mischung un­ terdrückt. Das Erhöhen der Flussraten von HBr und NF3 alleine konnte nicht die Polymer­ abscheidungsprobleme hervorrufen. In der vorliegenden Erfindung wurden unerwartete Er­ gebnisse beobachtet, die im Falle, dass Chlorgas dem Ätzgasstrom mit der erhöhten Fluss­ rate zugeführt wurde, ein flaschenförmiger Tiefgraben 23, wie in Fig. 5 gezeigt, erhalten werden kann. Dies wurde mit weniger Polymerabscheidungen in der Plasmakammer er­ reicht.
Der dritte Plasmaätzschritt wird bei einem Plasmagasdruck von ungefähr 14,66-17,33 Pa, vorzugsweise 16,66 Pa, einer RF-Leistung von ungefähr 600-1000 Watt, vorzugsweise bei 1000 Watt und einem magnetischen Feld von ungefähr 40-55 Gauss, vorzugsweise bei 55 Gauss durchgeführt. Hier werden keine Spitzen in der HBr-Flussrate relativ zu anderen Ätz­ komponenten benötigt. Dies verhindert Polymerabscheidungen auf der Plasmakammer­ wand.
Die vorliegende Erfindung wird nun speziell mit Bezug auf die nachfolgenden Beispiele beschrieben. Es ist hierbei zu betonen, dass die nachfolgenden Beschreibungen der Bei­ spiele, welche die bevorzugte Ausführungsform dieser Erfindung beinhalten, hierin zu Darstellungs- und Beschreibungszwecken dargelegt sind, und dass es nicht beabsichtigt ist, eine erschöpfende Darstellung zu geben oder die Erfindung auf eine spezielle offenbarte Form zu beschränken.
Beispiel 1
Eine lagengestapelte Schicht 15, die aus einer Oxidlagenschicht 11, einer Sili­ ziumnitridschicht 12 und einer dielektrischer Borsilikat-Glasschicht 14 besteht, ist auf ei­ nem Substrat 10, wie in Fig. 1 gezeigt wird, gebildet, und zwar mittels chemischer Dampfabscheidung. Eine Photolackschicht 16 ist dann mittels eines Photolithographie-Prozesses auf der lagengestapelten Schicht 15 gebildet.
Eine Öffnung 20 ist durch die lagengestapelte Schicht 15 durch eine Plasmaätztechnik unter der Verwendung der Photolackschicht gebildet, wie es in Fig. 2 gezeigt wird. Nachdem die Photolackschicht entfernt ist, wird das Substrat einer ersten (oder Durchbruchs-) Plasmaät­ zung ausgesetzt, um eine natürliche Oxidschicht zu entfernen, die dadurch gebildet sein kann, dass das Siliziumsubstrat der äußeren Umgebung ausgesetzt war. Der erste Plasma­ ätzprozess wird bei einem Plasmagasdruck von 3,33 Pa, einer RF-Leistung von 600 Watt und einem magnetischen Feld von 15 Gauss durchgeführt. Die Plasmaätzgaszusammenset­ zung besteht aus HBr und NF3 bei einem Verhältnis von ungefähr 20 : 5. Die Zahlen in dem Verhältnis zeigen die Gasflussraten in sccm an. Die Ätzzeit beträgt 25 Sekunden.
Das Substrat wird dann einem zweiten Plasmaätzschritt unterzogen, um ein Kragenprofil 21, wie in Fig. 3 gezeigt ist, zu bilden. Die zweite Plasmaätzung wird bei einem Plasma­ gasdruck von 13,33 Pa, einer RF-Leistung von 800 Watt und einem magnetischen Feld von 100 Gauss durchgeführt. Die Plasmaätzgaszusammensetzung besteht aus HBr, NF3 und (He/O2) bei einem Verhältnis von ungefähr 87 : 13 : 35. Das Verhältnis von He und O2 ist un­ gefähr 70% : 30%. Die Ätzzeit beträgt 95 Sekunden.
Um die Breite des Tiefgrabens zu erhöhen, um eine Flaschenform zu bilden, wird das Sub­ strat nunmehr einem dritten Plasmaätzschritt ausgesetzt, bei welchem die Flussraten von HBr, NF3 und (He/O2) relativ um jeweils 30% auf 113 : 17 : 46 (in sccm) vermindert wurden und ein Chlorgas (Cl2) zu dem Ätzgasstrom mit einer Rate von 10 sccm hinzugefügt wurde. Das Verhältnis zwischen He und O2 wurde bei ungefähr 70% durch 30% in der (He/O2) Mischung beibehalten. Der dritte Plasmaätzschritt wurde bei einem Plasmagasdruck von 120 mtorr, einer RF-Leistung von 1000 Watt, und einem magnetischen Feld von 50 Gauss durchgeführt.
Durch das Erhöhen der Flussraten von HBr, NF3 und (He/O2) und das Hinzufügen von Chlorgas (Cl2) mit 10 sccm wurde die Breite des Tiefgrabens auf 213 µm erhöht. Es wurde weniger Polymerabscheidung in der Plasmaätzkammer vorgefunden. Die Grabentiefe wurde an einer Stelle ungefähr 1,5 µm von dem Grabenboden entfernt gemessen. Dies scheint der Stelle mit der größten Grabenbreite zu entsprechen.
Beispiele 2-3
Die Verfahren in den Beispielen 2-3 sind identisch zu dem im Beispiel 1, außer dass die Flussrate des Chlorgases (Cl2) auf 25 sccm bzw. 40 sccm erhöht wurde. Die Breiten des Tiefgrabens wurden mit 296 µm bzw. 333 µm gemessen.
Vergleichsbeispiel 1
Die Verfahren im Vergleichsbeispiel 1 sind identisch zu denen im Beispiel 1, außer dass kein Chlorgas (Cl2) dem Plasmaätzgasstrom zugesetzt wurde. Die Breite des Tiefgrabens wurde mit 160 µm gemessen.
Die vorangegangene Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen dieser Erfindung wurde zum Zwecke der Darstellung und Beschreibung gemacht. Offensichtliche Modifi­ kationen oder Variationen sind im Rahmen der obigen Lehre möglich. Die Ausführungs­ formen wurden gewählt und beschrieben, um die beste Darstellung der Prinzipien dieser Erfindung und ihrer praktischen Anwendung bereitzustellen, um es dadurch den Fachleuten zu ermöglichen, die Erfindung in verschiedenen Ausführungsformen und vielfältigen Modi­ fikationen zu verwenden, wie sie für die betrachtete praktische Verwendung geeignet sind. Alle solche Modifikationen und Variationen liegen innerhalb des Schutzbereichs der vorlie­ genden Erfindung, wie er durch die beigefügten Ansprüche festgelegt ist, wenn diese in Ü­ bereinstimmung mit der Breite interpretiert werden, zu der sie rechtlich und gerechterweise berechtigen.

Claims (10)

1. Verfahren zum Bilden eines flaschenförmigen Tiefgrabens in einem Halbleitersubstrat, umfassend die Schritte:
  • a) Bilden einer lagengestapelten Schicht auf einem Substrat;
  • b) Ausführen eines ersten Plasmaätzprozesses zum Bilden einer Durchgangsöffnung in der lagengestapelten Schicht unter der Verwendung eines Photolithographieprozes­ ses;
  • c) Ausführen eines zweiten Plasmaätzprozesses, um einen oberen Grabenbereich unter­ halb der Durchgangsöffnung in dem Substrat zu bilden, wobei der zweite Plasma­ ätzprozess unter der Verwendung einer zweiten Plasmaätzgaszusammensetzung bei einem zweiten vorbestimmten Satz von Flussraten durchgeführt wird;
  • d) Durchführen eines dritten Plasmaätzprozesses, um einen in der Breite vergrößerten Grabenabschnitt in dem Substrat unterhalb des oberen Grabenabschnitts zu bilden, wobei der dritte Plasmaätzprozess unter der Verwendung einer dritten Plasmaätz­ gaszusammensetzung durchgeführt wird, welche Cl2 bei einem dritten vorbestimm­ ten Satz von Flussraten enthält.
2. Verfahren zum Bilden eines Tiefgrabens in einem Halbleitersubstrat gemäß Anspruch 1, bei welchem die lagengestapelte Schicht eine Nitridschicht, insbesondere Siliziumnitrid und eine dielektrische Glasschicht umfasst.
3. Verfahren zum Bilden eines Tiefgrabens in einem Halbleitersubstrat nach Anspruch 1, welches einen weiteren Plasmaätzprozess umfasst, der eine erste Plasmaätzgaszusammen­ setzung verwendet, und zwar vor dem zweiten Plasmaätzprozess, um eine natürliche O­ xidschicht, die gebildet wird, wenn die Durchgangsöffnung gebildet wird, zu entfernen.
4. Verfahren zum Bilden eines Tiefgrabens in einem Halbleitersubstrat gemäß Anspruch 1, bei welchem das Cl2-Gas mit einer Flussrate größer als 10 sccm bereitgestellt wird.
5. Verfahren zum Bilden eines Tiefgrabens in einer Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 1, bei welchem das Cl2-Gas mit einer Flussrate zwischen 10 und 40 sccm bereitgestellt wird.
6. Verfahren zum Bilden eines Tiefgrabens in einem Halbleitersubstrat gemäß Anspruch 1, bei welchem sowohl die zweiten und dritten Plasmaätzgaszusammensetzungen HBr, NF3 und eine Mischung aus He und O2 umfassen und die Flussraten von HBr, NF3 und der Mi­ schung von He und O2 in dem dritten Ätzprozess ungefähr 20-40% größer als dieje­ nigen in dem zweiten Ätzprozess sind.
7. Verfahren zum Bilden eines Tiefgrabens in einem Halbleitersubstrat gemäß Anspruch 1, bei welchem sowohl die zweiten als auch die dritten Plasmaätzgaszusammensetzungen HBr, NF3 und eine Mischung aus He und O2 umfassen und die Flussraten von HBr, NF3 und der Mischung aus He und O2 in dem dritten Ätzprozess um ungefähr 30% größer sind als diejenigen in dem zweiten Ätzprozess.
8. Verfahren zum Bilden eines Tiefgrabens in einer Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 1, bei welchem sowohl die zweiten als auch die dritten Plasmaätzgaszusammensetzungen eine (He/O2) Mischung beinhalten, die ein Verhältnis zwischen He und O2 von ungefähr 70% : 30% aufweist.
9. Verfahren zum Bilden eines Tiefgrabens in einem Halbleitersubstrat nach Anspruch 1, bei welchen die zweite Plasmaätzgaszusammensetzung HBr, NF3 und (He/O2) beinhaltet, die mit Flussraten von 87 : 13 : 35 sccm in dem zweiten Ätzschritt bereitgestellt sind.
10. Verfahren zum Bilden eines Tiefgrabens in einem Halbleitersubstrat gemäß Anspruch 1, bei welchem die dritte Plasmaätzgaszusammensetzung HBr, NF3 und (He/O2) beinhaltet, die mit Flussraten 113 +/- 12 : 17 +/- 2 : 46 +/- 5 sccm in dem dritten Ätzschritt bereitgestellt sind.
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