DE2930292C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen
eines Festkörperbauelementes, insbesondere Halbleiterbauelementes,
in dessen Verlauf eine Siliciumoberfläche in wenigstens
einem Abschnitt trockengeätzt wird, wobei wie im
Oberbegriff des Anspruchs 1 angegeben verfahren wird. Ziel des
Verfahrens ist eine Beschickungseffektminimierung.
Die Herstellung von Festkörperbauelementen, insbesondere
hochintegrierten Schaltungen (LSIC) auf Siliciumbasis mit
kleinen Abmessungen, erfordert in bestimmten Fertigungsstadien
regelmäßig einen Schritt oder mehrere Schritte zur Erzeugung
eines gewünschten Musters in wenigstens einem Teil einer
(einkristallinen oder polykristallinen) Siliciumoberfläche
durch Trockenätzen. Das Muster wird dabei üblicherweise mit
Hilfe einer darüberliegenden SiO₂-Schicht oder Resistschicht,
in denen entsprechende Öffnungen ausgespart sind, definiert.
Das Bestreben nach immer kleineren Strukturen hat auch unmittelbare
Auswirkungen auf die Bauelementfertigung. So
wird beispielsweise die Naßätzung, die über Jahre hinweg angewandt
wurde, und weiterhin für Merkmalabstände von etwa
4 µm zufriedenstellend ist, zunehmend von trocken arbeitenden
Verfahren abgelöst. Trocken arbeitende Ätzverfahren,
insbesondere Plasmaätzverfahren, versprechen eine verbesserte
Auflösung, beispielsweise u. a. durch Verringerung des
Linienschrumpfes als Folge von Hinterschneidungen. Zu anderen
Vorteilen der Trockenätzung gehören weniger strenge Anforderungen
an die Resisthaftung sowie die relativ einfache Entfernung
der Ätzmittel-Nebenprodukte.
Die Plasmaätzung erweist sich als zufriedenstellend für
Materialien, die üblicherweise bei der Fertigung von integrierten
Schaltungen auf Siliciumbasis angewandt werden. Das
zumeist für einkristallines oder polykristallines Silicium
angewandte Plasmaätzverfahren beruht auf dem bekannten Ätzsystem
CF₄-O₂. Daneben ist auch der Einsatz von CCl₄
allein oder zusammen mit Cl₂ oder HCl (US-PS 40 69 096),
der Einsatz von CF₄ oder CF₃Cl jeweils zusammen mit Wasserstoff
entweder in molekularer Form oder in chemisch gebundener
Form (US-PS 39 40 506 und auch der alleinige Einsatz von CF₃Cl ("Etching for Pattern Definition" von H. G. Hughes and M. J. Rand, The Electrochemical Society, Inc. Princeton, New Jersey, 1976 S. 91 bis 110)
zur Plasmaätzung von Silicium bekannt.
Die gleichzeitige Plasmaätzung einer Vielzahl von Halbleiterscheiben,
insbesondere mit dem bekannten Ätzmittel CF₄-O₂, wird durch ein
als "Beschickungseffekt" bekanntes Phänomen erschwert.
Gleiches gilt z. B. auch für die Anwendung von CCl₄. Es handelt
sich dabei um eine Abhängigkeit der Ätzgeschwindigkeit
von der Größe der zu ätzenden Fläche, d. h. vom Beschickungsgrad
des Reaktors. Der Beschickungseffekt führt letztlich zu
einer ungleichmäßigen Ätzung, und zwar ungleichmäßig sowohl
von Chip zu Chip als auch von Bereich zu Bereich auf einem
und demselben Chip. Der Beschickungseffekt hat ernsthafte
Auswirkungen auf z. B. das Ätzverhältnis für das zu ätzende
Material relativ zum darunterliegenden Substrat, die damit
zusammenhängenden Faktoren für Art und Notwendigkeit der
Bestimmung des Ätzendproduktes und die Abmessungstoleranzen
der Merkmale. Eine Folge des Beschickungseffektes kann auch
eine plötzliche unkontrollierbare Zunahme der Ätzgeschwindigkeit
sein, wenn die Reinigungswirkung beginnt, was wieder zu
einem ungesteuerten Hinterschneiden im Verlauf der erforderlichen
Überätzungs-Zeitspanne führt.
Versuche zur Minderung des Beschickungseffektes durch verbesserte
Reaktorgestaltung haben sich als unzureichend erwiesen.
Der Beschickungseffekt bleibt daher weiterhin ein
Problem bei der Herstellung von Schaltungen geringer Abmessungen;
vgl. R. G. Poulsen in J. Vac. Sci. Technol.,
14, 266 (1977) für die Beschreibung von zur Zeit benutzten
Reaktoren.
Es ist weiterhin auch bekannt, daß der Beschickungseffekt
bei einigen Materialien nicht auftritt. So tritt z. B. der
Beschickungseffekt bei einer Ätzung von polykristallinem
Silicium mit dem Ätzmittel CF₄-O₂ auf, er tritt aber nicht
bei einer Ätzung von Siliciumoxid auf, und zwar unabhängig
vom speziell gewählten Ätzmittel.
Bei einer Ätzung im Plasma findet ein Materialabtrag grundsätzlich
nach zwei Mechanismen statt: Einmal im Wege einer
chemischen Reaktion des zu ätzenden Materials mit der im
Plasma gebildeten aktiven Ätzkomponente; und zum anderen auf
mechanischem Wege durch auftretende energiereiche Teilchen
(Ionen) via Impulsaustausch. Der erwähnte Beschickungseffekt
tritt dabei nur bei jenen Verfahren auf, bei denen der
Materialabtrag überwiegend durch chemische Reaktion erfolgt.
Demgemäß könnte der Beschickungseffekt einfach durch Wahl
solcher Verfahrensbedingungen vermieden werden, unter denen
der Materialabtrag vorherrschend durch Ionenaustausch erfolgt.
Solche Verfahren, für das das reaktive Ionenätzen
oder reaktiven Sputtern ein Beispiel ist, führen aber zu Bestrahlungsschäden
und übermäßiger Resistorerosion als Folge
des Bombardements mit energiereichen Teilchen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Festkörperbauelement-Herstellungsverfahren
der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art anzugeben, in dessen Verlauf wenigstens
ein Abschnitt einer Siliciumoberfläche in der in Rede stehenden
Art trockengeätzt wird und dabei
eine Minimierung des Beschickungseffektes erreicht wird, ohne
daß Strahlungsschäden befürchtet werden müßten.
Erfindungsgemäß erfolgt die Lösung dieser Aufgabe mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Anspruches 1.
Hiernach ist es für die angegebenen Ätzmilieus wesentlich, daß die Lebensdauer
der im Plasma gebildeten aktiven Ätzkomponente bis zum Eintritt einer Rekombination
mit einer ebenfalls im Plasma gebildeten Rekombinationskomponente (Rekombinationslebensdauer)
deutlich kürzer gemacht wird als die Lebensdauer der
Ätzkomponente bis zum Verbrauch durch die Ätzreaktion selbst
(Ätzlebensdauer). Speziell gilt dabei für maximale Reaktorbeschickung
die Bedingung, daß die Rekombinationslebensdauer
nicht mehr als 1/10 der Ätzlebensdauer beträgt.
Die dadurch bewirkte Herabsetzung des Beschickungseffektes
fördert die Gleichmäßigkeit der Ätzung. Nicht unerwähnt
bleiben soll, daß die Verringerung des Beschickungseffektes
häufig auch von verringerten Hinterschneidungen begleitet
ist.
Nachfolgend wird die Erfindung im einzelnen beschrieben.
Plasmaätzung ist die allgemeine Bezeichnung für Trockenätzverfahren,
bei denen die Entfernung von Substratmaterial
hauptsächlich auf einer chemischen Reaktion beruht, die ihrerseits
von in dem Plasma erzeugten reaktionsfähigen Komponenten
abhängt. Nicht betroffene Verfahren sind jene,
bei denen die Materialentfernung hauptsächlich auf einem Impulsaustausch
beruht; wie z. B. beim
Ionen-Bestrahlen (ion milling) und Sputtern (einschließlich reaktiven Sputtern),
bei denen der Beschickungseffekt
nicht auftritt.
Man muß natürlich davon
ausgehen, daß ein gewisser Materialabtrag durch Impulsaustausch auch beim Plasmaätzen
wegen des vorhandenen Plasmaanregungsfeldes auftritt.
Beschickungseffekt: Da, wie erwähnt, Silicium zumeist mit CF₄-O₂
oder mit CCl₄ geätzt wird und diese Verfahren ausgeprägt beschickungseffektbehaftet sind. Kann der Beschickungseffekt bequemerweise anhand dieser Verfahren definiert werden:
Bei der Ätzung von - einkristallinem oder polykristallinem - im (CF₄-O₂)-Plasmasystem erhält
man bei Konstanthaltung aller anderen
Ätzbedingungen im Reaktor allein durch Änderung des Reaktor-Beschickungsgrades von 10%
auf 100% der möglichen Beschickung eine Änderung der Ätzgeschwindigkeit
von bis zu 25%.
Grundsätzlich läßt
sich diese Abhängigkeit in der Praxis niemals völlig beseitigen.
(Selbst wo dieser Effekt feststellbar ist, kann er manchmal bis zu einem
gewissen Ausmaß tolerierbar sein. Ein Beispiel hierfür wäre die
Ätzung von Siliciumnitrid,
da hier regelmäßig relativ große Abstände zwischen den
einzelnen Merkmalen vorhanden sind, so daß selbst ein merklicher Beschickungseffekt
toleriert werden könnte.)
Mit Blick auf die Si-Ätzung im (CF₄-O₂)-Plasmasystem ist es daher
zweckmäßig, von Beschickungseffekt dann zu sprechen, wenn in einem
vorgegebenen Reaktor bei einer Änderung der Beschickung zwischen
10%iger und voller Kapazitätsauslastung, ein 25%iger
Unterschied der Ätzgeschwindigkeit auftritt.
Rekombinations-Lebensdauer: Hierunter wird die mittlere
Lebensdauer der im Plasma erzeugten Ätzkomponente in
Abwesenheit der zu ätzenden Oberfläche verstanden. Der Abbruch
erfolgt hier durch Rekombination der im Plasma erzeugten Ätzkomponenten
mit einer Rekombinations-Komponente, die ebenfalls im Plasma
aus dem eingeführten gasförmigen Material erzeugt wird.
Ätzlebensdauer: Hierunter wird die mittlere Lebensdauer der vom Plasma erzeugten
Ätzkomponente bis zum Abbruch durch deren chemischer Reaktion mit der zu
ätzenden Oberfläche verstanden. Es ist zweckmäßig, die Ätzlebensdauer
auf die Gesamtkapazität zu beziehen, das heißt bezogen auf volle
Beschickung des Reaktors; diese Größe wird dann als
Ätz-Mindestlebensdauer bezeichnet.
Die Beschickungseffekt-Minimierung hängt notwendigerweise davon ab, daß
die Rekombinationslebensdauer gegenüber
der Ätzlebensdauer kurz gemacht wird. Sie soll
nicht mehr als 10% der Ätz-Mindestlebensdauer betragen.
Die beschriebenen Ausführungsformen erfüllen ohne Ausnahme diese
Anforderung. Die Betriebsgrößen sind zugänglich zu messen. Die
Rekombinations-Lebensdauer kann einfach dadurch
bestimmt werden, daß der Reaktor ohne zu ätzendes Material
betrieben wird. Die Energiezufuhr wird unterbrochen, und
es wird dann die Nachwirkungsdauer der Ätzmittelkomponente aufgezeichnet,
beispielsweise durch Messung der Absorption der von
einem CW-Laser ausgehenden Strahlung bei einer bestimmten
Wellenlänge. Zu alternativen Maßnahmen gehört die
chemische Titration bei zumindest zwei stromabwärts gelegenen
Stellen des Reaktors.
Umfangreiche Untersuchungen
haben gezeigt, daß
unter Bedingungen, die zu einer für die Praxis geeigneten
Ätzgeschwindigkeit führen, die mittlere Ätzlebensdauer der aktiven Ätzkomponente einen Wert in
der Größenordnung von 10 ms oder mehr hat. Zur Realisierung
der erfindungsgemäßen Bedingungen ist es daher erforderlich,
die Rekombinations-Lebensdauer der aktiven Ätzkomponente auf höchstens
1 ms einzustellen. Um sowohl Meßfehler wie auch Abhängigkeiten
des gemessenen Wertes vom jeweiligen Meßverfahren zu berücksichtigen,
ist bevorzugt vorgesehen,
daß die Rekombinations-Lebensdauer höchstens 0,1 ms
betragen soll. Dieser Mittelwert wird als ausreichende
Kennzeichnung dafür angesehen,
daß sich eine deutliche Verringerung des nachteiligen Beschickungseffektes ergibt.
Bevorzugt werden die
Bedingungen so gewählt, daß eine Rekombinations-Lebensdauer
von nicht mehr als ungefähr 0,01 ms resultiert.
In der Tat entspricht dieser Wert den Erfahrungen mit einem
experimentellen System, bei welchem der Beschickungseffekt
weniger als 1% betrug (auf der Basis eines Vergleichs
zwischen einer Reaktor-Beschickung von 10% und von 100%).
Eine kurze Rekombinations-Lebensdauer
wird einfach durch eine geeignete Auswahl der Zusammensetzung
des Gases realisiert, das in das Plasma eingeführt wird.
Die Rekombinationskomponente ist von der Ätzkomponente chemisch unterschiedlich.
Die nachteilige Abhängigkeit der Ätzgeschwindigkeit
von der Größe der zu ätzenden Oberfläche
wird mit dem vorliegenden Verfahren verringert
oder in einigen Fällen sogar praktisch völlig beseitigt. Solche
ausreichend gleichförmige Ätzergebnisse werden,
bei Anwendung allgemein zweckmäßiger
Ätzbedingungen erhalten. Hierzu gehört auch die apparaturbedingte Führung
des Reaktionsgas-Strömungsverlaufes im Reaktor.
Die in den nachfolgenden Beispielen angegebenen Daten
wurden an einem Parallelplattenreaktor ermittelt, der mit einer
radialen Strömung arbeitet; eine entsprechende Vorrichtung ist
in der US-Patentschrift 37 57 733 beschrieben. Mit
einer solchen Apparatur läßt
sich im vorliegenden Verfahren eine gleichförmige Ätzung erzielen, die zumindest für die
bisherigen Anforderungen an die LSIC-Fertigung ausreicht.
Betroffene Ätzmittelzusammensetzungen sind: CF₃Cl und Cl₂; C₂F₆ und Cl₂
C₂F₆ und CF₃Cl; CF₃Br; oder C₂F₆ und CF₃Br. Sie ermöglichen eine
kurze
Rekombinations-Lebensdauer der Ätzkomponente als Folge einer Rekombination
mit der Rekombinationskomponente, die aus dem zugeführten Gas im Plasma ebenfalls erzeugt
wird. Die Rekombinations-Reaktion erfolgt typischerweise
innerhalb
einer mittleren Zeitspanne, die maximal 0,1 Millisekunden
(vorzugsweise 0,01 Millisekunden) beträgt, und führt zu einem Reaktionsprodukt
mit relativ geringem, vorzugsweise ohne,
Ätzvermögen. Das Reaktionsprodukt kann mit dem
ursprünglichen Reaktionsmittel identisch sein oder nicht. Zu den
in den weiter unten angegebenen Beispielen benutzten Ätzmittelsystemen gehören
CF₃Br und C₂F₆-Cl₂.
Massenspektroskopische Analysen belegen, daß die aktive Ätzkomponente
in diesen beiden Systemen atomares Br bzw. Cl
und die Rekombinationskomponente
CF₃ oder ein CF₃-Derivat ist.
C₃F₆ allein
hat nur geringe Ätzgeschwindigkeit; es dient nur
als Lieferant für die Rekombinationskomponente (CF₃) im Plasma.
Am C₂F₆-Cl₂-System sind die Auswirkungen unterschiedlicher Konzentrationen
der beiden Bestandteile, sowie der Ersatz von C₂F₆
durch Argon untersucht worden. Im letzteren Falle belegt die Beobachtung,
daß der Beschickungseffekt durch ansonsten identische
Bedingungen nicht beeinflußt wurde, daß auch die Reaktion Cl + Cl → Cl₂
einen wirksamen Rekombinationsmechanismus darstellt und
auch ein Derivat der Fluorkohlenstoffverbindung als Rekombinationskomponente dienen kann.
Die Anwendung chemisch unterscheidbarer
Rekombinations- und Ätzkomponenten
vermittelt einen zusätzlichen
Freiheitsgrad, um die Ätzgeschwindigkeit, das Ätzprofil
und weitere Faktoren, die bei den meisten Ätzverfahren auftreten,
auf die besonderen, jeweils angestrebten Bedingungen zuzuschneiden
(vgl. in diesem Zusammenhang auch die gleichrangige eigene
DE-OS 29 30 290).
Das Verhältnis von CF₃ zu Cl im eingesetzten Reaktionsgasgemisch
kann in beiden Richtungen
geändert werden.
Untersuchungen bestätigen im übrigen die völlige Identität der
im Plasma gebildeten aktiven Komponenten, unabhängig,
von welchen Verbindungen sie abgespalten werden. Über das Verhältnis
von CF₃ zu Cl läßt sich auch der Hinterschneidungsgrad steuern; dieser nimmt
mit höheren CF₃-Anteilen ab. Vgl. die o. a. DE-OS.
Edelgas-Verdünnungsmittel wirken nicht als Rekombinationsmittel.
Es ist vernünftig, das Ätz-Rekombinationskomponenten-Verhältnis
zwischen 1 und 95%, bezogen
auf das in das Plasma eingeführte Gas, festzulegen. Für beide
Grenzwerte ist festgestellt worden, daß sie ein vernünftiges
Ätzverhalten unter zweckmäßigen Bedingungen gewährleisten.
Ein Einsatz der einzelnen Verbindung CF₃Br dient
darüber hinaus als wertvolles Untersuchungshilfsmittel für die im Plasma auftretenden
Komponenten. Das im Ausgangsgas vorhandene CF₃ : Br-Verhältnis
von 1 : 1 führt ersichtlich auch zum gleichen anfänglichen
Verhältnis von Rekombinationskomponente zu Ätzkomponente
im Plasma.
Im Einzelfall kann im Hinblick auf die
Stabilisierung der Plasmabedingungen eine Verdünnung angezeigt
sein. So verhindert Helium Plasmainhomogenitäten, wenn es gemeinsam
mit CF₃Br zugeführt wird, und verringert damit diesen
Beitrag zur Ungleichmäßigkeit.
Im allgemeinen ist der Beschickungseffekt relativ unempfindlich
gegenüber Energiezufuhr und Druck, obwohl
optimale Ätzbedingungen Anhaltspunkte für eine bevorzugte
Parametereinstellung geben; beispielsweise bedingt eine Verminderung
der Energiezufuhr eine Eingrenzung des Plasmas. In
Grenzbereichen, etwa wo ein gewisser Beschickungseffekt wahrnehmbar
ist, ist festgestellt worden, daß eine Temperatursenkung
zu einer Abnahme des Beschickungseffektes führen kann. Diese
relativ kleine Beeinflussung ist versuchsweise einer Erhöhung
der Ätzlebensdauer zugeschrieben worden.
Wie erwähnt, sind die
Rekombinationszentren bevorzugt im Gassystem
zu suchen. Dieses wird durch spektroskopische
Analyse der austretenden Gase vernünftig belegt. Es kann aber die Möglichkeit,
daß die Rekombination vorzugsweise an festen Oberflächen - Resistoberflächen
und/oder der zu ätzenden Oberfläche - erfolgt, nicht
ausgeschlossen werden. Tatsächlich begünstigt die notwendigerweise
exotherme Rekombination eine Reaktion an einer festen Oberfläche,
da diese als Wärmesenke dienen kann. Die Möglichkeit, daß ein Teil
oder die gesamte Rekombination an einer festen Wand erfolgt, bildet
die Grundlage für einen möglichen alternativen Mechanismus,
der auf einfacher Adsorption (was zu einem Einfangen der Ätzkomponente
führt) sowie auf aktiven Oberflächen,
möglicherweise Resistoberflächen, beruht, so daß auf diesem Wege eine
Reaktion, die größtenteils für die abgekürzte Rekombinations-Lebensdauer
verantwortlich ist, erhalten wird.
Die wesentliche Zielrichtung des vorliegenden Verfahrens betrifft den Beschickungseffekt.
Wie erwähnt, können
Zusammensetzung sowie andere Ätzbedingungen so zugeschnitten
werden, daß ein auch anderes angestrebtes Verhalten resultiert.
Solche Bedingungen können anhand einer Fertigung
von Mikroschaltungen und Bauelementen kleiner
Abmessungen diskutiert werden, wo die zu ätzenden Schichten
häufig eine Schichtdicke in der Größenordnung von Mikrometern
oder weniger aufweisen. In solchen Fällen soll die Ätzgeschwindigkeit
zwischen 10 und 200 nm/min liegen.
Geringere Ätzgeschwindigkeiten können im Hinblick auf den
Durchsatz unzweckmäßig sein: andererseits lassen sich höhere
Ätzgeschwindigkeiten schwierig kontrollieren. Bei einem 40,6-cm-Reaktor
liegt die Plasmaleistung etwa bei 100 bis 5000 Watt.
Hieraus ergibt sich allgemein eine
Leistungsdichte von 0,05 bis 5 W/cm²; vorzugsweise soll
die Leistungsdichte zwischen 0,1 und 1 W/cm² liegen. Zur
Erzielung höherer Ätzgeschwindigkeiten kann der Maximalwert überschritten
werden, insbesondere wenn die Schichtdicke mehrere µm
oder mehr beträgt. Der Minimalwert entspricht den noch tolerierbaren
Mindestätzgeschwindigkeiten. Der Druck beträgt
typischerweise 6,6 bis
133 Pa. Beim Unterschreiten des unteren Grenzwertes
kann reaktive Ionenätzung auftreten, eine weitere Unterschreitung
kann zu möglicher Gitterbeschädigung führen. Ein Überschreiten
des Maximalwertes bedingt schlechte Plasmaeingrenzung
mit daraus resultierender Ätzungleichmäßigkeit.
Die einzige Figur zeigt
die Verküpfung des Ätzgeschwindigkeitsverhältnisses bei
10%iger/100%iger Beschickung (Ordinate) mit der Anzahl
der Halbleiterscheiben (Abszisse) wieder, was einen
Anhaltspunkt für das Ausmaß des Beschickungseffektes vermittelt.
Die Aussage der Figur wird nachfolgend in Verbindung mit den
Beispielen erläutert.
Um Vergleiche zu ermöglichen, wurden
sämtliche Experimente in einer Apparatur derselben Bauart durchgeführt
und, soweit das angegeben ist, unter
vergleichbaren Bedingungen. Die ausgewählten Untersuchungen wurden in einem radialströmungsbeaufschlagten Parallelplattenreaktor eines
Durchmessers von 45,6 cm durchgeführt. Die
Apparatur enthält zwei horizontal ausgerichtete, parallel zueinander
angeordnete, hohle Metallelektroden in einer Quarzglas-Vacuumkammer.
Zum Betrieb wurde Hochfrequenzenergie bei einer
Frequenz von 13,56 mHz der oberen Platte zugeführt, um die Entladung
in Gang zu setzen und aufrechtzuerhalten. Die untere
Platte wurde auf Erdpotential gelegt und dient als Halterung für
das zu ätzende Material. Die Entladung erfolgt bei einem Druck
von 13 bis 133 Pa bei ununterbrochener
Strömung der Ätzmittelgase durch den Entladungsbereich
hindurch. Das ausströmende Gas wurde mit einer zweistufig
arbeitenden, mechanischen Vorvakuumpumpe (0,708 m³/min) abgezogen.
Vor dem ersten Auspumpen wurde heißes Wasser (etwa 80°C)
einige Minuten lang durch beide Elektroden geführt, um die Wasserkondensation
im Verlauf der Beschickung möglichst gering zu halten.
Die Kammer wurde daraufhin geöffnet und das zu ätzende Material an
der Halterung angeordnet. Die Kammer wurde daraufhin verschlossen,
und die Pumpe in Betrieb gesetzt. Nachdem ein Druck von ungefähr
4 Pa erreicht war, wurde das strömende heiße
Wasser durch kaltes Wasser (etwa 25°C) ersetzt. Das Pumpen wurde
fortgesetzt, bis ein Basisdruck von einigen
0,1 Pa erreicht war; dann wurde mit der Ätzmittel-Gasströmung
begonnen. Für die Ätzbedingungen wurden zumeist die
nachfolgenden Parameter eingehalten:
Druck:13,3 bis 133 Pa
Durchsatz: 20 bis 200 cm³/min
bezogen auf Normal-
Atmosphärendruck und
(Raumtemperatur von 20°C)
Hochfrequenzenergie:100 bis 2000 Watt Elektrodenabstand:7 bis 30 mm Substrattemperatur:25 bis 30°C
bezogen auf Normal-
Atmosphärendruck und
(Raumtemperatur von 20°C)
Hochfrequenzenergie:100 bis 2000 Watt Elektrodenabstand:7 bis 30 mm Substrattemperatur:25 bis 30°C
Es wurde einkristallines Silicium mit einem Gasgemisch
aus CF₃Br und 30% He geätzt; es wurden die nachfolgenden weiteren
Parameter eingehalten:
Energie:500 W
Druck:40 Pa
Elektrodenabstand:30 mm
Plattentemperatur:25°C
Durchsatz:175 cm³/min
Halbleiterscheibendurchmesser:7,6 cm
Die Anzahl der in den einzelnen Experimenten benutzten Halbleiterscheiben und die dabei auftretenden
Ätzgeschwindigkeiten sind nachfolgend in tabellarischer Form
angegeben.
Diese Meßpunkte bilden die
Grundlage für die Kurve 10 der Figur.
Diese Kurve ist zu Vergleichszwecken aufgeführt und beruht auf
einer Ätzung einkristalliner Siliciumschichten
mit einem Ätzmittel aus CF₄ und
8% O₂. Die Ätzung erfolgte jeweils bei 300 W Leistung;
40 Pa Druck; 30 mm Elektrodenabstand; 100°C Plattentemperatur
und 150 cm³/min Durchsatz. Die ermittelten Ergebnisse EX10 bis EX17 sind nachfolgend
in tabellarischer Form angegeben.
Diese Meßpunkte bilden die
Kurve 12 der Figur.
Es wurden Halbleiterscheiben (Durchmesser 7,6 cm) aus
phosphordotiertem Polysilicium mit einem Ätzmittel
aus 15% Cl₂ und 85% C₂F₆ geätzt. Die Ätzung erfolgte bei 400 W Leistung;
46,5 Pa Druck; 30 mm Elektrodenabstand; 25°C Plattentemperatur
und 175 cm³/min Durchsatz.
Die erhaltenen Ergebnisse sind nachfolgend
aufgeführt.
Die vorstehenden Beispiele wurden mit der Abweichung wiederholt,
daß ein Ätzmittel aus 90% Cl₂ und 10% C₂F₆ verwendet
wurde. Die erhaltenen Ergebnisse sind nachfolgend angegeben.
Anmerkung:
Für jede Gruppe von Beispielen wiesen
die Halbleiterscheiben identische Oberflächen auf. Dabei wurden die
Kurven 10 und 12 anhand von unmaskierten
Oberflächen ermittelt. Für die Ätzung mit C₂F₆-Cl₂ wurden jeweils maskierte Oberflächen
mit einem
standardisierten Muster benutzt.
Claims (5)
1. Verfahren zum Herstellen eines Festkörperbauelementes, insbesondere
eines Halbleiterbauelementes, in dessen Verlauf eine
Siliciumoberfläche in wenigstens einem Abschnitt
trockengeätzt wird, wobei aus einer halogenkohlenstoffhaltigen
Gasatmosphäre in einem HF-Plasma ein
atomares Halogen als aktive Ätzkomponente, die unter den
herrschenden Plasmabedingungen den Materialabtrag vorwiegend
im Wege einer chemischen Reaktion besorgt, freigesetzt
wird,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Gasatmosphäre
- -CF₃Cl und Cl₂,
- C₂F₆ und Cl₂,
- C₂F₆ und CF₃Cl,
- CF₃Br oder
- C₂F₆ und CF₃Br
mit der Maßgabe enthält, daß im Plasma neben Cl oder Br als
der aktiven Ätzkomponente noch Fluorkohlenstoffreste (CF₃
nebst Derivaten) als eine mit der Ätzkomponente rekombinierende
Komponente erzeugt werden, so daß die durch die Rekombination
bedingte Lebensdauer (Rekombinationslebensdauer)
der aktiven Ätzmittelkomponente nicht mehr als 1/10 der
durch den Ätzvorgang bestimmten Lebensdauer (Ätzlebensdauer)
der aktiven Ätzkomponente ausmacht und dadurch den
Beschickungseffekt minimiert.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Rekombinationslebensdauer nicht mehr als 0,1 Millisekunden
beträgt.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Rekombinationslebensdauer nicht mehr als 0,01 Millisekunden
beträgt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
bei Verwendung von CF₃Br zusätzlich Helium vorgesehen wird.
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