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.
1. Definitionen
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.
2. Allgemeines
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.
3. Ätzmittelzusammensetzung
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.
4. Andere Betrachtungen
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.
5. Zeichnung
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.
6. Beispiele Allgemeine Bedingungen
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
Kurve 10 der Figur:
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.
Kurve 12 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.
Ätzmittelsystem C₂F₆-Cl₂
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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