DE4105103A1 - Verfahren zum anisotropen aetzen und vorrichtung zu dessen durchfuehrung - Google Patents
Verfahren zum anisotropen aetzen und vorrichtung zu dessen durchfuehrungInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf ein
Plasmaätzverfahren und spezieller auf ein verbessertes
Plasmaätzverfahren mit verstärkter Anisotropie. Die Erfindung
betrifft weiter eine Vorrichtung zur Durchführung eines sol
chen Plasmaätzverfahrens.
Bei der Herstellung dynamischer Speicher mit wahlfreiem Zu
griff von 4 Megabit oder noch höher integrierten Einrichtun
gen ist die Anwendung von Submikrometerstrukturen unentbehr
lich. Zur Realisierung von Submikrometerstrukturen für die
Herstellung von VLSI-Einrichtungen ist es erforderlich,
Strukturen mit anisotropem Profil ohne Verunreinigungen und
Fäden zu bilden. Als eine diesen Anforderungen genügende
Technologie wurde ein neues Ätzverfahren unter Benutzung der
Elektronen-Zyklotronresonanz (im folgenden bezeichnet als
ECR) vorgeschlagen (1988 DRY PROCESS SYMPOSIUM p. 9).
Das Plasmaätzen unter Nutzung der ECR (im folgenden bezeich
net als ECR-Plasmaätzen) als Verfahren zum Ätzen von Metallen
wird verwendet für einkristallines Silizium, Polysilizium,
Verbindungen oder ähnliches, mit dem Plasma eines Halogen
gases, wie Cl2 oder ähnlichem. Dieses Verfahren ermöglicht
das Ätzen eines zu behandelnden Substrates ohne Verunreini
gung oder Schäden.
Fig. 5 ist eine Querschnittsdarstellung einer die ECR benut
zenden Plasmareaktionsapparatur. Die Plasmareaktionsapparatur
hat eine Probenkammer 2 zur Aufnahme eines zu behandelnden
Substrates 4. In der Probenkammer 2 ist eine Probenplatte 3
angeordnet, die das zu behandelnde Substrat 4 trägt. Eine
Plasmaerzeugungskammer 1 zur Erzeugung des Plasmas darin ist
mit dem oberen Teil der Probenkammer 2 verbunden. Eine Mikro
welleneinstrahlöffnung ist im oberen Teil der Plasmaerzeu
gungskammer 1 angeordnet. Eine Mikrowellenquelle 6 ist über
einen Wellenleiter 40 mit der Mikrowelleneinstrahlöffnung 5
verbunden. Die Mikrowellenquelle 6 ist beispielsweise ein
Magnetron oder Klystron. Magnetische Spulen 9a, 9b zur Erzeu
gung eines magnetischen Feldes in der Plasmaerzeugungskammer
1 sind um die Plasmaerzeugungskammer 1 herum angeordnet. Im
oberen Teil der Plasmaerzeugungskammer 1 ist eine Gaseinlaß
öffnung 50 zum Einleiten von reaktivem Gas und ähnlichem in
die Plasmaerzeugungskammer 1 vorgesehen. Im unteren Teil der
Probenkammer 2 ist eine Austrittsöffnung 8 zum Austritt von
Gas in der Probenkammer 2 vorgesehen.
Im folgenden wird die Arbeitsweise der Plasmareaktionsappara
tur beschrieben. Die Fig. 6A und 6B sind Querschnittsdarstel
lungen, die das Verfahren des Ätzens eines zu behandelnden
Substrates unter Nutzung der Plasmareaktionsvorrichtung zei
gen.
Das zu behandelnde Substrat 4 wird auf der Probenplatte 3 an
geordnet. Nach Fig. 6A ist das zu behandelnde Substrat 4 her
gestellt durch Ausbildung einer Oxidschicht 55 auf einem
Halbleitersubstrat 53, durch Ausbildung einer Aluminiumlegie
rungsschicht 54 auf der Oxidschicht 55 und Ausbildung eines
Resistmusters 52 mit einer vorgegebenen Form auf der Alumini
umlegierungsschicht 54. Danach wird während des Einleitens
von reaktivem Gas (Cl2, Br2 oder ähnlichem) in die Plasmaer
zeugungskammer 1 durch die Gaseinlaßöffnung 50 Gas durch die
Austrittsöffnung 8 abgeleitet. Auf diese Weise wird das
Innere der Plasmaerzeugungskammer und der Probenkammer 2 in
einem vorgegebenen Vakuumzustand gehalten. Unter dieser Be
dingung wird mittels der magnetischen Spulen 9a, 9b in der
Plasmaerzeugungskammer 1 ein magnetisches Feld erzeugt. Von
der Mikrowellenquelle 6 über den Mikrowellenleiter 40 werden
Mikrowellen in die Plasmaerzeugungskammer 1 eingestrahlt. Die
Stärke des magnetischen Feldes ist beispielweise 875 Gauß,
und dann ist die Frequenz der Mikrowellen beispielsweise 2,45
GHz. Dann absorbieren die Elektronen im reaktiven Gas Energie
aus dem Mikrowellenfeld und bewegen sich spiralförmig. Die
sich spiralförmig bewegenden Elektronen stoßen gegen die re
aktiven Gasmoleküle, dadurch wird im Reaktionsgas ein Plasma
hoher Dichte erzeugt, und in der Plasmaerzeugungskammer
wird ein Plasmagebiet 20 erzeugt. Das in der Plasmaerzeu
gungskammer 1 erzeugte Plasma des reaktiven Gases wird durch
magnetische Kraftlinien in die Probenkammer 2 transportiert.
Das in die Probenkammer 2 transportierte Plasma des Reakti
onsgases ätzt die Oberfläche des zu behandelnden Substrates
4.
Das Oberflächenätzen des zu behandelnden Substrates 4 wird im
einzelnen unter Bezugnahme auf Fig. 3B beschrieben.
Fig. 3B zeigt die Bewegung der reaktiven Ionen bei einem
Plasmaätzverfahren. Als reaktives Gas wird Cl2 verwendet. Wie
in Fig. 3B gezeigt, wird das zu behandelnde Substrat 4 von
der Probenplatte 3 getragen. Das zu behandelnde Substrat 4
umfaßt ein Halbleitersubstrat 53, eine auf dem Halbleitersub
strat 53 gebildete Oxidschicht 55, eine auf der Oxidschicht
55 gebildete (zur Ausbildung einer Verbindung zu ätzende)
Aluminiumlegierungsschicht 54 und ein auf der Aluminiumlegie
rungsschicht 54 gebildetes Resistmuster 52.
Wenn nun in der (nicht gezeigten) Probenkammer ein Plasma
gebiet 20 gebildet ist, wird die das zu behandelnde Substrat
4 tragende Probenplatte negativ geladen. Dann wird zwischen
dem Plasmagebiet 20 und der Probenplatte 3 ein starkes elek
trisches Feldgebiet erzeugt, das im folgenden als Mantelge
biet 51 bezeichnet wird. Die reaktiven Ionen (Cl⁺) im Plasma
gebiet 20 werden mittels des elektrischen Feldes im Mantelge
biet 51 beschleunigt und auf das zu behandelnde Substrat 4
gelenkt. Auf diese Weise wird die Aluminiumlegierungsschicht
54 graduell geätzt, wie in Fig. 6B gezeigt, was ein Verbin
dungsmuster 54a liefert. Entsprechend diesem Verfahren kann
das Ätzen von Aluminiumlegierungsschichten 54 ohne Verunrei
nigung und Schädigung des zu behandelnden Substrates durchge
führt werden.
Es ist jedoch eine Eigenart der ECR-Entladung, daß wegen des
schwachen elektrischen Feldes im Mantelgebiet 51 - wie in
Fig. 3B gezeigt - die im Plasmagebiet 20 existierenden reak
tiven Ionen (Cl⁺) nicht vertikal auf das zu behandelnde Sub
strat 4 auftreffen. Damit kann in der ECR-Entladung kein hin
reichend anisotropes Ätzen ausgeführt werden, und - wie in
Fig. 6B zu sehen - der Querschnitt des Verbindungsmusters
weist schräge Seitenwände auf.
Die japanische Offenlegungsschrift Nr. 60-2 17 634 beschreibt
ein Plasmaätzverfahren - das allerdings kein Verfahren unter
Verwendung der ECR-Entladung ist - , das dadurch gekennzeich
net ist, daß Aluminium oder etwas ähnliches mit einem Misch
gas unter Einschluß eines Reaktionsgases vom Chlor-Typ und
Wasserstoffplasma geätzt wird. Bei diesem Verfahren gibt es
jedoch Probleme mit Verunreinigungen und Schädigungen des
Halbleitersubstrates. Es gibt zudem keinen Hinweis auf Gase,
mit denen die Anisotropie verhindert werden könnte.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum
Plasmaätzen eines Substrates ohne Verunreinigungen und Schä
digungen des Substrates bereitzustellen, das sich durch ver
besserte Anisotropie auszeichnet. Weiterhin soll eine Plas
maätzvorrichtung zum Plasmaätzen ohne Verunreinigung oder
Schädigung des Substrates und mit verbesserter Anisotropie
bereitgestellt werden.
Die genannte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein erfindungs
gemäßes Plasmaätzverfahren unter Anwendung eines durch
Elektronen-Zyklotronresonanz erzeugten Plasmas ausgeführt
wird. Zuerst wird ein zu behandelndes Substrat in einem Bear
beitungsgefäß angeordnet. Das Reaktionsgas wird in das Bear
beitungsgefäß eingeleitet. Leichtes Gas, das Atome einer
Masse enthält, die kleiner als die der Atome ist, die das
Reaktionsgas bilden, wird in das Bearbeitungsgefäß eingelei
tet. Aus dem aus dem Reaktionsgas und dem leichten Gas, die
in das Bearbeitungsgefäß eingeleitet wurden, gebildeten
Mischgas wird durch Elektronen-Zyklotronresonanz ein Misch
gasplasma erzeugt.
Entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
enthält das leichte Gas Wasserstoffhalogenide, die aus der
Gruppe HF, HCl, HBr und HI ausgewählt werden.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des genannten Verfahrens
ist versehen mit einem Bearbeitungsgefäß zur Aufnahme des zu
behandelnden Substrates und einer Reaktionsgas-Zufuhreinrich
tung zum Zuführen von Reaktionsgas in das Bearbeitungsgefäß,
die an das Bearbeitungsgefäß angebracht ist. Am Bearbeitungs
gefäß ist eine Leichtgas-Zufuhreinrichtung zur Zufuhr von
Leichtgas mit Atomen, die eine kleinere Masse als die des Re
aktionsgases haben, angebracht. Die Vorrichtung ist weiter
versehen mit einer Plasmaerzeugungseinrichtung zur Erzeugung
von Mischgasplasma mittels Elektronen-Zyklotronresonanz aus
dem aus dem Reaktionsgas und dem Leichtgas, die in das Bear
beitungsgefäß eingeleitet wurden, gebildeten Mischgas.
Ein Plasmaätzverfahren entsprechend einem weiteren Gesichts
punkt der Erfindung betrifft ein Verfahren, in dem ein zu be
handelndes Substrat durch das Plasma eines reaktiven Gases
anisotrop geätzt wird. Zuerst wird das zu behandelnde Sub
strat in das Bearbeitungsgefäß eingebracht. Ein Reaktionsgas
wird in das Bearbeitungsgefäß eingeleitet. Ein Wasserstoffha
logenid aus der Gruppe HF, HCl, HBr und HI wird in das Bear
beitungsgefäß eingeleitet. Nachfolgend wird aus dem aus dem
Reaktionsgas und dem Wasserstoffhalogenid zusammengesetzten
Mischgas ein Plasma erzeugt.
Eine Plasmaätzvorrichtung zum Durchführen des Plasmaätzver
fahrens enthält ein Bearbeitungsgefäß, das das zu behandelnde
Substrat aufnimmt, und eine Reaktionsgas-Zufuhreinrichtung
zur Zufuhr des Reaktionsgases in das Bearbeitungsgefäß, die
am Bearbeitungsgefäß angebracht ist. Im bzw. am Bearbeitungs
gefäß ist eine Einrichtung zur Zufuhr von Wasserstoffhaloge
nid aus der Gruppe von HF, HCl, HBr und HI vorgesehen. Die
Vorrichtung weist eine Einrichtung zur Erzeugung eines Plas
mas aus dem aus dem Reaktionsgas und dem Wasserstoffhalogenid
zusammengesetzten Mischgas auf.
Nach dem Plasmaätzverfahren unter Anwendung der Elektronen-
Zyklotronresonanz entsprechend der Erfindung wird zusammen
mit dem Reaktionsgas ein leichtes Gas mit Atomen, deren Masse
kleiner als die des Reaktionsgases ist, in das Bearbeitungs
gefäß eingeleitet. Damit wird, wenn aus dem Mischgas durch
Elektronen-Zyklotronresonanz ein Plasma erzeugt wird, ein
Teil der Energie der reaktiven Ionen durch das Plasma der in
dem leichten Gas enthaltenen Atome kleinerer Masse aufgenom
men, was zu einem Absinken der kinetischen Energie der reak
tiven Ionen führt. Im Ergebnis treffen, da ihre kinetische
Energie abgesunken ist, die reaktiven Ionen, wenn sie das
Mantelgebiet erreichen, vertikal längs des elektrischen Fel
des im Mantelgebiet auf das Substrat auf. Dadurch wird ein
Ätzprozeß mit starker Anisotropie ermöglicht.
Nach dem Plasmaätzverfahren nach dem anderen Aspekt der Er
findung wird zusammen mit dem Reaktionsgas Wasserstoffhaloge
nid aus der Gruppe HF, HCl, HBr und HI in das Bearbeitungsge
fäß eingeleitet. Damit wird - wofür wiederum die Ursache
nicht klar verstanden ist - ein Teil der Energie der reakti
ven Ionen vom Wasserstoffplasma aufgenommen, das Atome mit
kleinerer Masse enthält, was zu einem Abfall der kinetischen
Energie der reaktiven Ionen führt. Im Ergebnis treffen die
reaktiven Ionen, wenn sie das Mantelgebiet erreichen, mit
ihrer abgesunkenen Energie vertikal auf das Substrat entlang
der Linien des elektrischen Feldes im Mantelgebiet auf. Damit
wird Ätzen mit starker Anisotropie ermöglicht. Außerdem wird
entsprechend der Erfindung aus dem Wasserstoffhalogenid Halo
genplasma (d. h. Cl⁺) erzeugt, so daß das Halogenplasma zum
Ätzen beiträgt. Im Ergebnis dessen wird das Plasmaätzen effi
zienter ausgeführt.
Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben
sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand
der Figuren. Von den Figuren zeigen
Fig. 1 eine Querschnittsdarstellung einer Plas
maätzapparatur zur Durchführung einer
Ausführungsform des Verfahrens,
Fig. 2A-2C Querschnittsdarstellungen, die Schritte
des Bildens eines Verbindungsmusters auf
einem Halbleitersubstrat zeigen,
Fig. 3A eine Skizze, die die Bewegung der reakti
ven Ionenspezies in dem Fall zeigt, daß
das Plasma in einem aus Cl2- und HCl-Gas
zusammengesetzten Mischgassystem erzeugt
ist,
Fig. 3B eine Skizze, die die Bewegung der reakti
ven Ionenspezies in dem Fall zeigt, daß
das Plasma durch Elektronen-Zyklotron
resonanz erzeugt wird,
Fig. 4 eine Querschnittsdarstellung einer Plas
maätzvorrichtung zur Durchführung des
Verfahrens nach einer anderen Ausfüh
rungsform,
Fig. 5 eine Querschnittsdarstellung einer her
kömmlichen Plasmaätzvorrichtung, die sich
der Elektronen-Zyklotronresonanz bedient,
Fig. 6A und 6B Querschnittsdarstellungen, die die übli
chen Schritte des Ätzens eines Substrates
durch Elektronen-Zyklotronresonanz zei
gen.
Fig. 1 ist eine Querschnittsdarstellung einer Plasmaätzvor
richtung entsprechend einer Ausführungsform. Die in Fig. 1
gezeigte Plasmaätzvorrichtung ist die gleiche wie die in Fig.
5 gezeigte herkömmliche Plasmaätzvorrichtung mit Ausnahme der
nachfolgenden Punkte, so daß die entsprechenden Abschnitte
mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind und deren Be
schreibung nicht wiederholt wird.
Nach Fig. 1 ist ein Gaseinlaßrohr 7 mit der Gaseinlaßöffnung
50 verbunden. Eine Halogengasflasche 41, die mit Halogengas
als Reaktionsgas gefüllt ist, ist über einen Durchflußregler
42 und ein Ventil 43 mit dem Gaseinlaßrohr 7 verbunden. Die
in Fig. 1 gezeigte Plasmavorrichtung unterscheidet sich von
der herkömmlichen Vorrichtung nach Fig. 5 dadurch, daß die
Wasserstoffhalogenid-Gasflasche 44, die mit Wasserstoffhalo
genid gefüllt ist, über einen Durchflußregler 45 und ein Ven
til 46 mit dem Gaseinlaßrohr 7 verbunden ist.
Im folgenden wird ein Verfahren zur Ausbildung eines Verbin
dungsmusters auf einem Halbleitersubstrat unter Verwendung
der beschriebenen Plasmaätzvorrichtung erläutert.
Die Fig. 2A bis 2C sind Querschnittsdarstellungen zur Be
schreibung der Schritte zur Bildung eines Verbindungsmusters
auf einem Halbleitersubstrat.
Nach Fig. 2A wird auf einem Halbleitersubstrat 53 eine Oxid
schicht 55 und auf der Oxidschicht 55 eine Aluminiumlegie
rungsschicht 54 gebildet. Auf der Aluminiumlegierungsschicht
54 wird ein eine vorgegebene Gestalt aufweisendes Resistmu
ster 52 ausgebildet.
Das auf diese Weise hergestellte Substrat 4 wird nach Fig. 1
auf eine Probenplatte 3 gebracht. Dann wird das Ventil 43 ge
öffnet, um aus der Halogengasflasche 41 Reaktionsgas in die
Plasmaerzeugungskammer 1 einzuleiten. Zur gleichen Zeit wird
das Ventil 46 geöffnet, um aus der Wasserstoffhalogenid-Gas
flasche 44 Wasserstoffhalogenid in die Plasmaerzeugungskammer
1 einzuleiten. Die eingeleitete Menge des Wasserstoffhaloge
nids beträgt 20 bis 70 Vol.-% des Reaktionsgases, vorzugs
weise 50 Vol.-%. Das Reaktionsgas ist Halogengas, vorzugs
weise Cl2. Das bevorzugte Wasserstoffhalogenidgas ist HCl-
Gas. Das HCl-Gas und das Cl2-Gas werden in die Plasmaerzeu
gungskammer 1 mit einer Gesamt-Durchflußrate von 30 bis 200
Standard-ccm/min (Standard-ccm pro Minute) eingeleitet. Da
nach wird das in der Plasmaerzeugungskammer 1 und der Proben
kammer 2 befindliche Gas durch die Austrittsöffnung 8 abge
leitet, so daß in der Plasmaerzeugungskammer 1 und der Pro
benkammer 2 ein Vakuum von 0,1 bis 1 Pa entsteht. In diesem
Zustand wird mittels der magnetischen Spulen 9a und 9b in der
Plasmaerzeugungskammer 1 ein magnetisches Feld erzeugt. Von
der Mikrowellenquelle 6 werden durch einen Wellenleiter 40
Mikrowellen mit einer Leistung von 50 bis 500 W in die Plas
maerzeugungskammer 1 eingekoppelt. Die Stärke des magneti
schen Feldes ist beispielsweise 875 Gauß, und dann ist die
Mikrowellenfrequenz beispielsweise 2,45 GHz. Auf diese Weise
absorbieren Elektronen im Reaktionsgas Energie aus dem Mikro
wellenfeld, so daß die Reaktionsgasmoleküle ionisiert werden.
Das wird als Elektronen-Zyklotronresonanz bezeichnet, die in
der Plasmaerzeugungskammer 1 ein Plasmagebiet 20 erzeugt.
Fig. 3A zeigt die Bewegung der reaktiven Ionenspezies in dem
Falle, daß das Plasma im Mischgassystem entsprechend der Aus
führungsform erzeugt wird. Wenn aus einem Mischgas aus Cl2-
Gas und HCl-Gas durch ECR-Resonanz ein Plasma erzeugt wird,
wird - wovon die Ursache nicht klar verstanden ist - die
Energie bzw. ein Teil der Energie der reaktiven Ionen (Cl⁺)
durch das H⁺-Plasma aufgenommen, was zu einem Abfallen der
kinetischen Energie der Cl⁺-Ionen führt. Im Ergebnis dessen
treffen die Cl⁺-Ionen mit verringerter kinetischer Energie
beim Erreichen des Mantelgebietes 11 entlang dem elektrischen
Feld im Mantelgebiet senkrecht auf das zu behandelnde Sub
strat 4 auf. Damit kann, wie in Fig. 2B gezeigt, die Alumi
niumlegierungsschicht 54 mit ausgeprägter Anisotropie geätzt
werden. In diesem Falle trägt, da ein Halogenplasma (Cl⁺) aus
Wasserstoffhalogenid erzeugt wird, auch dieses Halogenplasma
zum Ätzen bei. Im Ergebnis dessen kann das Plasmaätzen effi
zienter ausgeführt werden.
Dann kann, wie Fig. 2B und 2C zeigen, nach Entfernen des
Resistmusters 52 ein Verbindungsmuster 54a mit zum Substrat
senkrechten Seitenwänden erhalten werden.
Obwohl als Beispiel eines Reaktionsgases in der Ausführungs
form Cl2-Gas gewählt wurde, ist das Verfahren auf dieses Gas
nicht beschränkt, es kann ein anderes Halogengas bzw. Reakti
onsgas, wie CF4, SF6, NF3 und CHF3 verwendet werden.
Obwohl in der Ausführungsform der Fall dargestellt wurde, daß
als leichtes Gas HCl benutzt wird, ist das Verfahren darauf
nicht beschränkt, es kann irgendein Gas mit Atomen, die eine
Masse kleiner als die der das Reaktionsgas bildenden Atome
haben, verwendet werden. Vorzugsweise können z. B. Wasser
stoffhalogenide wie HF, HBr und HJ verwendet werden.
Obgleich eine Aluminiumlegierung als Beispiel für ein zu
ätzendes Material dargestellt wurde, kann das auch ein an
deres Material, wie Poly-Si, W, WSi und AlSi sein.
Fig. 4 ist eine Querschnittsdarstellung einer Plasmaätzvor
richtung vom Parallelplattentyp entsprechend einer anderen
Ausführungsform. Die Vorrichtung erzeugt ein Plasma eines
reaktiven Gases ohne Verwendung der ECR-Resonanz.
Unter Bezugnahme auf Fig. 4 hat die Plasmaätzvorrichtung ein
Bearbeitungsgefäß 10. Im Bearbeitungsgefäß 10 sind eine
Platten-Hochfrequenzelektrode 11 und eine flache Platten-
Hochfrequenzelektrode 12 zueinander parallel angeordnet. Eine
Austrittsöffnung 8 zum Ableiten von Gas im Bearbeitungsgefäß
10 zur Erzeugung von Vakuumbedingungen in diesem ist im unte
ren Teil des Bearbeitungsgefäßes 10 angeordnet. Im oberen
Teil des Bearbeitungsgefäßes 10 ist ein Gaseinlaßrohr 7 zum
Einleiten von Reaktionsgas in das Bearbeitungsgefäß 10 vorge
sehen. Eine mit Halogengas gefüllte Halogengasflasche 41 ist
über einen Durchflußregler 42 und ein Ventil 43 mit dem
Gaseinlaßrohr 7 verbunden. Eine Wasserstoffhalogenid-Gasfla
sche 44, die mit Wasserstoffhalogenid gefüllt ist, ist über
einen Durchflußregler 45 und ein Ventil 46 ebenfalls mit dem
Gaseinlaßrohr 7 verbunden. Im oberen Teil ist die Platten
hochfrequenzelektrode 11 angeordnet. Der Ausgang der Hochfre
quenz-Spannungsquelle 13 ist mit der Platten-Hochfrequenz
elektrode 12 im unteren Teil über einen Kondensator 14 ver
bunden. Von der im unteren Teil angeordneten Platten-Hochfre
quenzelektrode 12 wird ein zu behandelndes Substrat 4 getra
gen.
Im folgenden wird die Wirkungsweise des Ätzens eines zu be
handelnden Substrates unter Verwendung der beschriebenen
Plasmaätzvorrichtung erläutert.
Gemäß Fig. 4 wird das zu behandelnde Substrat auf der
Platten-Hochfrequenzelektrode 12 auf der Unterseite angeord
net. Dann wird das Ventil 43 geöffnet, um Halogengas aus der
Halogengasflasche 41 in die Bearbeitungskammer 10 einzulei
ten. Zur gleichen Zeit wird das Ventil 46 geöffnet, um Was
serstoffhalogenid aus der Wasserstoffhalogenid-Gasflasche 44
in die Bearbeitungskammer 10 einzuleiten. Die Menge des ein
geleiteten Wasserstoffhalogenids ist etwa 50% des Halogen
gases. Als Halogengas wird vorzugsweise Cl2 verwendet. Als
Wasserstoffhalogenid wird vorzugsweise HCl verwendet. Gleich
zeitig mit dem Einleiten des Halogengases und des Wasser
stoffhalogenids in die Bearbeitungskammer 10 wird das Gas
über die Austrittsöffnung 8 abgesaugt. Durch dieses Vorgehen
wird im Inneren der Bearbeitungskammer 10 ein vorgegebener
Grad von Vakuum aufrechterhalten. Durch Einschalten der Hoch
frequenz-Spannungsquelle 13 wird an die Platten-Hochfrequenz
elektrode 11 und die Platten-Hochfrequenzelektrode 12 eine
Hochfrequenzspannung angelegt. Durch Anlegen der Hochfre
quenzspannung wird ein Plasma des aus Cl2-Gas und HCl-Gas zu
sammengesetzten Mischgases zwischen der Platten-Hochfrequenz
elektrode 11 und der Platten-Hochfrequenzelektrode 12 er
zeugt, wodurch ein Plasmagebiet 21 im Bearbeitungsgefäß 10
erzeugt wird. Wenn das Innere des Bearbeitungsgefäßes 10 die
sen Zustand erreicht hat, ist die Platten-Hochfrequenzelek
trode 12 auf der Seite, auf der sie das zu behandelnde Sub
strat 4 trägt, negativ aufgeladen. Damit wird ein starkes
elektrisches Feldgebiet, was als Mantelgebiet 22 bezeichnet
wird, zwischen dem Plasmagebiet 21 und der Platten-Hochfre
quenzelektrode 12 erzeugt. Zu diesem Zeitpunkt wird die Ener
gie der reaktiven Ionen (Cl⁺) durch das H⁺-Plasma aufgenom
men, was zu einem Abfall der kinetischen Energie der reakti
ven Ionen führt. Im Ergebnis dessen treffen die reaktiven
Ionen mit verringerter kinetischer Energie nach Erreichen des
Mantelgebietes 22 senkrecht entlang dem elektrischen Feld im
Mantelgebiet auf das zu behandelnde Substrat auf. Im Ergebnis
dessen wird Ätzen mit hoher Anisotropie ermöglicht.
Wie oben beschrieben, wird nach dem Plasmaätzverfahren unter
Verwendung der Elektroden-Zyklotronresonanz Leichtgas mit
Atomen, die eine Masse kleiner als die der das Reaktiongas
bildenden Atome haben, zusammen mit dem Reaktionsgas in das
Bearbeitungsgefäß eingeleitet. Damit wird, wenn aus dem
Mischgas durch Elektronen-Zyklotronresonanz ein Plasma er
zeugt wird, die Energie der reaktiven Ionen durch das Plasma
der Atome kleinerer Masse, die im Leichtgas enthalten sind,
aufgenommen, was zu einem Abfall der kinetischen Energie der
reaktiven Ionen führt. Im Ergebnis treffen die reaktiven
Ionen, wenn sie das Mantelgebiet erreichen, da ihre kineti
sche Energie verringert ist, senkrecht entlang der Linien des
elektrischen Feldes des Mantelgebietes auf das zu behandelnde
Substrat auf. Im Ergebnis dessen wird ein Ätzen mit starker
Anisotropie ermöglicht.
Entsprechend dem Plasmaätzverfahren nach dem zweiten Aspekt
wird zusammen mit dem Reaktionsgas ein Wasserstoffhalogenid
aus der Gruppe HF, HCl, HBr und HI in das Bearbeitungsgefäß
eingeleitet. Dadurch wird, wenn aus dem Mischgas ein Plasma
erzeugt wurde, die Energie der reaktiven Ionen vom Wasser
stoffplasma (H⁺) aufgenommen, was zu einem Abfall der kineti
schen Energie der reaktiven Ionen führt. Im Ergebnis dessen
treffen die reaktiven Ionen mit verringerter kinetischer
Energie beim Erreichen des Mantelgebietes senkrecht entlang
dem elektrischen Feld im Mantelgebiet auf das zu behandelnde
Subtrat auf. So wird ein Ätzen mit starker Anisotropie ermög
licht. Zudem wird aus dem Wasserstoffhalogenid ein Halogen
plasma (z. B. Cl⁺) erzeugt, das ebenfalls zum Ätzen beiträgt.
Im Ergebnis dessen wird die Effizienz des Plasmaätzens er
höht.
Claims (16)
1. Verfahren zum anisotropen Ätzen eines Substrates unter
Verwendung eines Plasmas eines reaktiven Gases mit den
Schritten
Einbringen des zu behandelnden Substrates in ein Bearbei tungsgefäß,
Einleiten eines reaktiven Gases in das Bearbeitungsgefäß,
Einleiten eines Leichtgases, das Atome mit einer Masse ent hält, die kleiner als die Masse der Atome des reaktiven Gases ist, in das Bearbeitungsgefäß und
Ausbildung eines Plasmas des Mischgases, das das in das Bear beitungsgefäß eingeleitete reaktive Gas und Leichtgas ent hält.
Einbringen des zu behandelnden Substrates in ein Bearbei tungsgefäß,
Einleiten eines reaktiven Gases in das Bearbeitungsgefäß,
Einleiten eines Leichtgases, das Atome mit einer Masse ent hält, die kleiner als die Masse der Atome des reaktiven Gases ist, in das Bearbeitungsgefäß und
Ausbildung eines Plasmas des Mischgases, das das in das Bear beitungsgefäß eingeleitete reaktive Gas und Leichtgas ent hält.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
reaktive Gas Halogengas enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das
Halogengas Chlorgas enthält.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Leichtgas Wasserstoffhalogenid aus der
Gruppe HF, HCl, HBr und HI enthält.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das
Wasserstoffhalogenid HCl enthält.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Leichtgas H2-Gas enthält.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Leichtgas in das Bearbeitungsgefäß der
art eingeleitet wird, daß das Leichtgas im Mischgas mit 20
bis 70 Vol.-% enthalten ist.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das
Leichtgas in das Bearbeitungsgefäß derart eingeleitet wird,
daß die Menge des Leichtgases im Mischgas etwa 50 Vol.-% be
trägt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge
kennzeichnet, daß das reaktive Gas und das Leichtgas in das
Bearbeitungsgefäß mit einer Gesamt-Durchflußmenge von 30 bis
200 Standard-ccm/min eingeleitet werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Plasma durch Elektronen-Zyklotronreso
nanz erzeugt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
der Schritt der Erzeugung des Mischgasplasmas durch Elektro
nen-Zyklotronresonanz die Schritte umfaßt:
Einkoppeln der Mikrowellenenergie in das Bearbeitungsgefäß, in das das Mischgas eingeleitet wurde,
Erzeugen eines magnetischen Feldes im Bearbeitungsgefäß, in das das Mischgas eingeleitet wurde, und
Ableiten eines Teiles des Mischgases aus dem Bearbeitungsge fäß.
Einkoppeln der Mikrowellenenergie in das Bearbeitungsgefäß, in das das Mischgas eingeleitet wurde,
Erzeugen eines magnetischen Feldes im Bearbeitungsgefäß, in das das Mischgas eingeleitet wurde, und
Ableiten eines Teiles des Mischgases aus dem Bearbeitungsge fäß.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß
in das Bearbeitungsgefäß Mikrowellenenergie mit einer Lei
stung von etwa 50 bis 500 W eingeleitet wird.
13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß
der Ableitungsschritt so ausgeführt wird, daß das Vakuum im
Bearbeitungsgefäß bei etwa 0,1 bis 1 Pa liegt.
14. Vorrichtung zum anisotropen Ätzen eines Substrates mit
dem Plasma eines reaktiven Gases mit
einem Bearbeitungsgefäß (10) zur Aufnahme des zu behandelnden Substrates (4),
einer Reaktionsgas-Zufuhreinrichtung (41, 42, 43, 7, 50), die mit dem Gefäß zur Zuleitung des reaktiven Gases in das Bear beitungsgefäß (10) verbunden ist,
einer Leichtgaszufuhreinrichtung (44, 45, 46, 7, 50), die mit dem Gefäß zur Zufuhr eines Leichtgases, das Atome mit einer Masse geringer als die Masse der Atome des reaktiven Gases enthält, in das Bearbeitungsgemäß (10) verbunden ist und
einer Plasmaerzeugungseinrichtung zur Erzeugung eines Misch gasplasmas (20; 21) aus dem Mischgas, das das in das Bearbei tungsgefäß (10) eingeleitete reaktive Gas und Leichtgas ent hält.
einem Bearbeitungsgefäß (10) zur Aufnahme des zu behandelnden Substrates (4),
einer Reaktionsgas-Zufuhreinrichtung (41, 42, 43, 7, 50), die mit dem Gefäß zur Zuleitung des reaktiven Gases in das Bear beitungsgefäß (10) verbunden ist,
einer Leichtgaszufuhreinrichtung (44, 45, 46, 7, 50), die mit dem Gefäß zur Zufuhr eines Leichtgases, das Atome mit einer Masse geringer als die Masse der Atome des reaktiven Gases enthält, in das Bearbeitungsgemäß (10) verbunden ist und
einer Plasmaerzeugungseinrichtung zur Erzeugung eines Misch gasplasmas (20; 21) aus dem Mischgas, das das in das Bearbei tungsgefäß (10) eingeleitete reaktive Gas und Leichtgas ent hält.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß
die Plasmaerzeugungseinrichtung enthält:
eine Einrichtung zur Zufuhr von Mikrowellenenergie (6, 5) in das Bearbeitungsgefäß (10), in das das Mischgas eingeleitet wurde,
eine Einrichtung zur Erzeugung eines magnetischen Feldes (9a, 9b) im Bearbeitungsgefäß (10), in das das Mischgas eingelei tet wurde, und
eine Austrittseinrichtung (8) zum Ableiten eines Teiles des in das Bearbeitungsgefäß (10) eingeleiteten Mischgases.
eine Einrichtung zur Zufuhr von Mikrowellenenergie (6, 5) in das Bearbeitungsgefäß (10), in das das Mischgas eingeleitet wurde,
eine Einrichtung zur Erzeugung eines magnetischen Feldes (9a, 9b) im Bearbeitungsgefäß (10), in das das Mischgas eingelei tet wurde, und
eine Austrittseinrichtung (8) zum Ableiten eines Teiles des in das Bearbeitungsgefäß (10) eingeleiteten Mischgases.
16. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß
die Plasmaerzeugungseinrichtung zwei parallele Platten (11,
12), die im Bearbeitungsgefäß (10) angeordnet sind, und von
denen eine das Substrat (4) trägt, und eine Hochfrequenz-
Spannungsquelle (13) zum Anlegen einer Hochfrequenz an die
Platten (11, 12) enthält.
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