DE4241045C1 - Verfahren zum anisotropen Ätzen von Silicium - Google Patents
Verfahren zum anisotropen Ätzen von SiliciumInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum aniso
tropen Ätzen von Silicium nach dem Oberbegriff des
Anspruchs 1.
Es ist bekannt, in Siliciumsubstrate, die vorzugs
weise in der Halbleitertechnik angewendet werden,
definierte Strukturen, beispielsweise Gräben, Käm
me, Zungen, Biegebalken oder ähnliches mit geringer
bis mittlerer Selektivität anisotrop einzuätzen.
Die einzelnen einzuätzenden Strukturen werden üb
licherweise durch auf das Siliciumsubstrat auf
gebrachte Ätzmasken über sogenannte Maskier
schichten, beispielsweise einer Photolackschicht,
definiert.
Bei der anisotropen Ätztechnik ist es notwendig, zu
einer lateral exakt definierten Ausnehmung im
Silicium zu kommen. Diese in die Tiefe gehenden
Ausnehmungen müssen möglichst genau senkrechte
Seitenabschlüsse besitzen. Dabei dürfen die Ränder
der Maskierschichten, die diejenigen Silicium
substratbereiche abdecken, die nicht geätzt werden
sollen, nicht unterätzt werden, um die laterale
Genauigkeit der Strukturübertragung von der Maske
ins Silicium so hoch wie möglich zu halten. Daraus
ergibt sich die Notwendigkeit, die Ätzung also nur
auf dem Strukturgrund, nicht aber an den bereits
erzeugten Seitenwänden der Strukturen fortschreiten
zu lassen.
Hierzu ist bereits vorgeschlagen worden, das Ätzen
von Profilen in Siliciumsubstraten mit einem
Plasmaätzverfahren durchzuführen. Dazu werden in
einem Reaktor mit Hilfe einer elektrischen Ent
ladung in einem Reaktivgasgemisch chemisch reaktive
Spezies und elektrisch geladene Teilchen (Ionen)
erzeugt. Die so generierten, positiv geladenen
Kationen werden durch eine elektrische Vorspannung,
die am Siliciumsubstrat anliegt, zum Substrat hin
beschleunigt und fallen annähernd senkrecht auf die
Substratoberfläche und fördern auf dem Ätzgrund die
chemische Umsetzung der reaktiven Plasmaspezies mit
dem Silicium.
Durch den nahezu senkrechten Einfall der Kationen
soll die Ätzung an den Seitenwänden der Strukturen
entsprechend langsam - bzw. im Optimalfall über
haupt nicht - voranschreiten.
Es ist bekannt, für diese Plasmaätzverfahren unge
fährliche und prozeßstabile Reaktivgase auf Fluor
chemiebasis einzusetzen. Dabei ist jedoch sehr
nachteilig, daß diese auf Fluorchemiebasis
wirkenden Reaktivgase zwar eine sehr hohe Ätzgeschwindigkeit
und eine hohe Selektivität ermöglichen, aber ein
ausgeprägtes isotropes Ätzverhalten zeigen.
Die im Plasma generierten Fluorradikale weisen
dabei gegenüber dem Silicium eine so hohe spontane
Reaktionsgeschwindigkeit auf, daß auch die Strukturkanten
(Seitenflächen) schnell angeätzt werden und es so
mit zu der unerwünschten Unterätzung der Masken
kanten kommt.
Weiterhin ist bereits vorgeschlagen worden, die
Seitenwände während der Ätzung mit gleichzeitig im
Plasma befindlichen Polymerbildnern zu bedecken
und durch diesen Polymerfilm zu schützen. Da sich
dieser Polymerfilm auch auf dem Ätzgrund bilden
würde, soll ein beständiger Ioneneinfall diesen von
Polyiner freihalten und die Ätzung dort ermöglichen.
Hierbei ist jedoch nachteilig, daß die dem Plasma
zugesetzten Polymerbildner, die sich zum Teil aus
dem Fluorträger selbst durch Abspaltung von Fluor
radikalen bilden oder die aus bewußt zugesetzten
ungesättigten Verbindungen entstehen oder aus ero
diertem organischen Maskenmaterial (z. B. Photolack)
stammen, gegenüber den Fluorradikalen als Rekom
binationspartner auftreten. Durch diese, ein
chemisches Gleichgewicht anstrebende Rückreaktion
wird ein erheblicher Teil des für die Ätzung
benötigten Fluors neutralisiert, während gleich
zeitig auch ein entsprechender Anteil der für die
Seitenwandpassivierung benötigten Polymerbildner
verlorengeht. Hierdurch wird insgesamt die mit
diesem Verfahren erzielbare Ätzgeschwindigkeit merklich ge
senkt.
Diese Abhängigkeit der ätzenden Fluorradikale zu
den ungesättigten Polyinerbildnern im Plasma läßt
die Ätzgeschwindigkeiten und die Ätzprofile von der freien zu
ätzenden Siliciumsubstratfläche abhängig werden.
Weiterhin ist noch nachteilig, daß die im Plasma
anwesenden, die Polymerbildner ergebenden, ungesät
tigten Spezies bevorzugt bestimmte Maskenma
terialien ätzen und so die Selektivität, also das
Verhältnis von Siliciumätzgeschwindigkeit zur Maskenätzgeschwindigkeit,
verschlechtern. Darüber hinaus erfolgt ein un
gleichmäßiger Seitenwandschutz, so werden die Sei
tenwände unmittelbar am Maskenrand bevorzugt mit
Polymer beschichtet und somit die Seitenwand in
diesem Bereich besser geschützt als in fortschrei
tender Ätztiefe der Strukturen.
Damit nimmt in größeren Tiefen die Polymer
bedeckung der Seitenwände rasch ab und es erfolgt
dort eine Unterätzung mit der Folge, daß flaschen
artige Ätzprofile entstehen.
Anstelle des Einsatzes von Reaktivgasen auf Fluor
basis ist bereits vorgeschlagen worden, Reaktivgase
auf Basis weniger reaktionsfreudiger Halogene,
insbesondere Chlor und Brom, bzw. Reaktivgase, die
im Plasma Chlor bzw. Brom freisetzen, einzusetzen.
Diese Reaktivgase bieten zwar den Vorteil, da deren
im Plasma gebildete Radikale eine wesentlich
geringere spontane Umsetzung mit Silicium zeigen
und erst mit gleichzeitiger Ionenunterstützung zu
einer Ätzung führen, daß sie, da die Ionen nahezu
senkrecht auf das Siliciumsubstrat auftreffen, im
wesentlichen nur auf dem Strukturgrund und nicht an
den Seitenwänden der Struktur ätzen. Es besteht jedoch der Nachteil,
daß diese Reaktivgase außerordentlich empfindlich gegenüber
Feuchtigkeit reagieren.
Damit sind nicht nur aufwendige Einschleusvorrichtungen für die
Siliciumsubstrate in dem Reaktor notwendig, sondern auch die Leckrate
der gesamten Ätzanlage muß extrem niedrig gehalten werden. Schon das
geringste Auftreten von Reaktorfeuchtigkeit führt zu einer
Mikrorauhigkeit auf dem Siliciumätzgrund infolge lokaler
Siliciumoxydation und damit zum völligen Erliegen der Ätzung.
Aus der DE 42 04 848 A1 ist ein Verfahren zur Nachätzbehandlung einer
Halbleitervorrichtung bekannt, bei dem nach dem Ätzen in einem
Ätzbereich eine reaktive chemische Verbindung auf der
Halbleitervorrichtung ausgebildet wird. Vor dem Entfernen der
geätzten Halbleitervorrichtung aus dem Ätzbereich wird hierbei ein
Passivierungsmittel in den Ätzbereich eingeführt, welches
Silicium-Tetrafluorid enthält. Die schwacher reaktiven Halogene Chlor
und/oder Brom bilden, wenn sie zum Ätzen von Silicium oder
metallischen Leiterbahnen benutzt werden, an den Waferoberflächen gut
haftende Adsorbate oder Verbindungen (zum Beispiel SiClx, AlClx),
die nach dem Ausschleusen der Wafer aus den Prozeßanlagen mit der
umgebenden Luftfeuchtigkeit reagieren. Bei dieser Umsetzung mit
Wasser entstehen aggressive Verbindungen, zum Beispiel HCl, die zu
einer Korrosion führen können. Durch die Einwirkung von Fluor auf den
Wafer vor dem Ausschleusen aus den Prozeßanlagen werden die Adsorbate
abgebaut, das heißt zu gut flüchtigen Verbindungen umgewandelt, bevor
der Wafer in Kontakt mit der Atmosphäre kommt.
Die US -PS 4 784 720 und die US-PS 4 855 017 beschreiben Verfahren des
reaktiven Ionenätzprozesses zum anisotropen Siliciumätzen mit einer
Brom-/Chlorchemie. In den beschriebenen Verfahren wird ein hoher
Prozeßdruck von 100 bis 750 mTorr benutzt, was zur Folge hat, daß ein
relativ hoher Anteil der generierten Ionen nicht senkrecht auf die
Substratoberfläche einwirkt, sondern durch Stöße mit neutralen
Teilchen in der Gasphase abgelenkt auf die seitlichen Ätzflächen
auftrifft, so daß auch dort ein ionenunterstütztes Ätzen auftritt.
Die hierdurch erforderlich werdende Seitenwandpassivierung, welche
durch eine selektive Oberflächenumwandlung oder eine aktive
Schichtabscheidung erreicht wird, ist grundsätzlich bekannt.
Die DE-PS 37 06 127 beschreibt ein diskontinuierliches Ätzverfahren
zur Ausbildung einer Vertiefung mit einem großen Verhältnis von Tiefe
zu Breite. Diese Ausbildung erhält man durch reaktive Ionenätzstufen
von kurzer Dauer durch abwechselndes Beenden und Wiederaufnehmen der
elektrischen Entladung. Es wird hierbei jeweils nach einer gewissen
Ätzzeit eine Ätzpause eingelegt, während der sich die
Reaktionsprodukte aus dem Ätzbereich verflüchtigen können. Die
Wechselwirkung von Ätzprodukten, die sich sonst in schmalen Ätzgräben
anreichern, mit den eigentlichen Ätzspezies wird dadurch vermindert
und eine geringere Abhängigkeit der Ätzgeschwindigkeit von der
Strukturbreite erreicht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der
gattungsgemäßen Art zu schaffen, mit dem auf Fluorchemiebasis eine
hohe anisotropische Ätzung von Siliciumsubstraten bei gleichzeitig
hoher Selektivität erreicht werden kann.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale
des Anspruchs 1 gelöst.
Infolge der Durchführung der anisotropen Ätzung in separaten, jeweils
alternierend aufeinanderfolgenden Ätz- und Polymerisationsschritten
werden vorteilhafterweise die gleichzeitige Anwesenheit von
Ätzspezies und Polymerbildnern im Plasma vollkommen vermieden. So
können mit sehr hohen Ätzgeschwindigkeiten tiefe Strukturen mit senkrechten
Kanten in Siliciumsubstraten realisiert werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus
den in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmalen.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren muß beim Ätz
schritt keinerlei Rücksicht auf ein bestimmtes
Verhältnis von gesättigten zu ungesättigten
Spezies, also von Fluorradikalen zu Polymer
bildnern, genommen werden, so daß der eigentliche
Ätzschritt an sich hinsichtlich Ätzgeschwindigkeit und Selek
tivität optimiert werden kann, ohne daß die Aniso
tropie des Gesamtprozesses darunter leidet.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung werden
die Siliciumsubstrate während der Ätzschritte und
wahlweise auch während der Polymerisationsschritte
mit Ionenenergie bombardiert. Durch diese gleich
zeitige Bombardierung mit Ionenenergie wird vor
teilhaft erreicht, daß auf dem Ätzgrund sich kein
Polymer bilden kann, so daß während des Ätz
schrittes eine höhere Ätzgeschwindigkeit erreicht werden kann,
da eine vorhergehende notwendige Zersetzung der
Polymerschicht auf dem Ätzgrund nicht mehr notwen
dig ist.
Es hat sich gezeigt, daß ein sehr gutes anisotropes
Ergebnis mit außerordentlich niedriger Ionen
energie erreicht werden kann. Infolge der nur
geringen benötigten Ionenenergie ist eine ausge
zeichnete Maskenselektivität erreichbar.
Da die durch das erfindungsgemäße Verfahren mög
lichen hohen Ätzgeschwindigkeiten zu einer stark exothermen
chemischen Umsetzung von Fluorradikalen mit
Silicium führen, kann es zu einer beträchtlichen
Erwärmung des Siliciumsubstrats kommen.
Vorteilhafterweise wird das Siliciumsubstrat
während des Ätzvorgangs, vorzugsweise durch einen
Heliumgasstrom, gekühlt. Durch die gleichzeitige
Kühlung des Siliciumsubstrats während des Ätz
vorgangs können die Vorteile des erfindungsgemäßen
Verfahrens, nämlich eine sehr hohe Ätzgeschwindigkeit bei
gleichzeitig hoher Selektivität, voll ausgenutzt
werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer
Zeichnung, die schematisch den Aufbau einer für das
Verfahren einsetzbaren Ätzvorrichtung zeigt, näher
erläutert.
Die Figur zeigt eine Ätzkammer 10, in der eine
Substratelektrode 12 angeordnet ist, die mit einer
Hochfrequenzspeisung 14 verbunden ist.
In die Ätzkammer 10 ragt weiterhin ein Surfatron 16
hinein. Im Wirkbereich des Surfatrons 16 ist auf
der Substratelektrode 12 ein Siliciumsubstrat 18
angeordnet. Das Surfatron 16 ist mit einem Reso
nator 20 zur Mikrowellenplasmaanregung gekoppelt.
Die Anlage weist weiterhin einen Hohlleiter 22 zum
Heranführen eines Reaktivgases auf.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum anisotropen
Ätzen von Siliciumsubstrat läuft nunmehr auf
folgende Weise ab.
Der Übersichtlichkeit halber wird bei der nun fol
genden Verfahrensbeschreibung auf einzelne Bezug
nahmen zu der Ätzkammer 10, in der die Verfahrens
schritte ablaufen, verzichtet.
Die Ätzkammer 10 ist auch nur beispielhaft
ausgewählt worden, und die Erfindung bezieht sich
im einzelnen nicht auf den konkreten Aufbau der
Ätzkammer 10. Das erfindungsgemäße Verfahren kann
selbstverständlich auch mit einer analogen, die
einzelnen Verfahrensschritte vollziehenden Vorrich
tung durchgeführt werden.
Ein entsprechend vorbereitetes Siliciumsubstrat,
das heißt ein mit einer Ätzmaske, beispielsweise
aus Photolack, beschichtetes Siliciumsubstrat,
wobei die Ätzmaske die Bereiche des Silicium
substrats freiläßt, die anisotrop eingeätzt werden
sollen, wird einem ersten Ätzschritt ausgesetzt.
Dazu wird ein Gemisch von beispielsweise Schwefel
hexafluorid SF6 und Argon Ar eingesetzt, das einen
Gasfluß zwischen 0 und 100 Norm-cm3 und einen
Prozeßdruck zwischen 10 und 100 µbar aufweist. Die
Plasmaerzeugung erfolgt hierbei vorzugsweise mit
einer Mikrowelleneinstrahlung bei Leistungen
zwischen 300 und 1200 W (2,45 GHz).
Gleichzeitig wird an die Substratelektrode eine
Substratvorspannung zur Ionenbeschleunigung
angelegt. Die Substratvorspannung liegt vorzugs
weise zwischen 5 und 30 V und kann mit einer
Hochfrequenzeinspeisung (13,56 MHz) bei Leistungen
zwischen 2 und 10 W erreicht werden.
Während des Ätzschrittes werden in dem Reaktor -
hier Surfatron - mit Hilfe einer elektrischen
Entladung in dem Gemisch aus Schwefelhexafluorid
und Argon chemisch reaktive Spezies und elektrisch
geladene Teilchen (Ionen) erzeugt.
Die so generierten, positiv geladenen Kationen
werden durch die an der Substratelektrode angelegte
elektrische Vorspannung zum Siliciumsubstrat hin
beschleunigt und fallen annähernd senkrecht auf die
durch die Ätzmaske freigelassene Substratoberfläche
ein und fördern die chemische Umsetzung der
reaktiven Plasmaspezies mit dem Silicium.
Der Ätzschritt kann z. B. so lange durchgeführt
werden, bis eine Ätztiefe von ca. 2-3 µm Tiefe
erreicht ist.
Im Anschluß wird ein erster Polymerisationsschritt
mit einem Gemisch aus beispielsweise Trifluormethan
CHF3 und Argon Ar durchgeführt. Das Gemisch besitzt
dabei einen Gasfluß von vorzugsweise 0 bis 100 Norm-cm3
und einen Prozeßdruck zwischen 10 und 100 µbar.
Über den Resonator wird bei einer Leistung zwischen
vorzugsweise 300 und 1200 W eine Mikrowellen
einspeisung und damit ein Plasma erzeugt.
Während des Polymerisationsschrittes werden die im
vorhergehenden Ätzschritt freigelegten Flächen,
also der Ätzgrund und die Seitenflächen, sehr
gleichmäßig mit einem Polymer bedeckt. Diese
Polymerschicht auf den Ätzkanten bzw. Ätzflächen
bildet einen sehr wirkungsvollen vorläufigen Ätz
stopp.
Das jeweils im Polymerisationsschritt auf die
Ätzkante aufgebrachte Polymer wird während des
nunmehr darauffolgenden zweiten Ätzschrittes teil
weise wieder abgetragen. Die beim Weiterätzen frei
gelegte Kante erfährt bereits während des Ätz
schrittes durch vom darüberliegenden Kantenbereich
teilweise abgetragenen Polymer lokal einen wirk
samen Schutz vor einem weiteren Ätzangriff.
Die bekannte Tendenz freigesetzter Monomere, sich
bereits unmittelbar benachbart wieder niederzu
schlagen, hat beim erfindungsgemäßen Verfahren die
positive Konsequenz, einen zusätzlichen lokalen
Kantenschutz beim Weiterätzen zu bewirken. Hieraus
ergibt sich, daß die Anisotropie der einzelnen
Ätzschritte, die ja getrennt von den Polymeri
sationsschritten im Plasma erfolgen, durch diesen
Effektsignifikant erhöht wird.
Die auf dem Ätzgrund während des Polymerisations
schrittes aufgebrachte Polymerschicht wird während
des darauffolgenden Ätzschrittes rasch durch
brochen, da das Polymer mit der Ionenunterstützung
sehr schnell abgetragen wird und die chemische
Umsetzung der reaktiven Plasmaspezies mit dem
Silicium am Ätzgrund voranschreiten kann.
Die Seitenwände der einzuätzenden Strukturen blei
ben während des Ätzschrittes durch das während des
Polymerisatonsschrittes aufgebrachte Polymer ge
schützt.
Die Ätzschritte und die Polymerisationsschritte
werden so oft alternierend wiederholt, bis die vor
herbestimmte Ätztiefe der Strukturen im Silicium
substrat erreicht ist. Die Dauer der einzelnen
Ätzschritte liegen bei dem mikrowellenunterstützten
Verfahren, das eine Ätzgeschwindigkeit zwischen 2 und 20
µm/min ermöglicht, so, daß pro Ätzschritt z. B. 2
bis 3 µm Tiefe weitergeätzt wird.
Der nachfolgende Polymerisationsschritt wird etwa
solange gewählt, daß während der Polymerisations
zeit eine ca. 50 nm starke teflonartige Polymer
schicht an den Seitenwänden bzw. auf dem Ätzgrund
abgeschieden ist. Dafür wird z. B. eine Zeit von
einer Minute benötigt.
In vorteilhafter Ausgestaltung des Polymerisations
schrittes wird gleichzeitig mit der Polymer
aufbringung eine Ioneneinwirkung auf das Silicium
substrat durchgeführt. Dazu wird die Substrat
elektrode mit einer Hochfrequenzleistung von
beispielweise 3 bis 5 W, die eine Substrat
vorspannung von ca. 5 V ergibt, beaufschlagt. Da
ohne die Ioneneinwirkung die während des Polymeri
sationsschrittes abgeschiedenen Polymerschichten
während der Ätzschritte nur sehr langsam geätzt -
nur wenige Nanometer pro Minute - werden, bietet
die gleichzeitige Ioneneinwirkung während des
Ätzschrittes den Vorteil, daß die Polyiner-Ätzgeschwindigkeit
drastisch auf über 100 nm/min gesteigert werden
kann. Dies wird selbst dann erreicht, wenn das
Siliciumsubstrat auch nur mit einer geringen
Ionenenergie, z. B. 5 eV, bombardiert wird.
Wird das Siliciumsubstrat bereits während der
Polymerisationsschritte mit geringer Ionenenergie
bombardiert, kann auf dem Ätzgrund überhaupt kein
Polymer gebildet werden. Die polymerisationsfähigen
Monomere reichern sich daher bevorzugt an den
Seitenwänden an und entfalten dort einen besonders
wirksamen Schutz vor dem darauffolgenden Ätz
schritt, wogegen der Ätzgrund frei bleibt von jeg
licher Bedeckung.
Beim darauffolgenden Ätzschritt kann also am Ätz
grund ohne Verzug, das heißt ohne vorheriges Ab
tragen eines Polymerfilms, weitergeätzt werden.
Mit beiden Alternativen, also Ioneneinwirkung nur
während der Ätzphase bzw. Ioneneinwirkung während
der Ätzphase und der Polymerisationsphase, können
Strukturen mit sehr hoher Anisotropie, das heißt
mit praktisch genau senkrechten Kantenprofilen,
erreicht werden.
Es ist ein besonderer Vorzug, daß ein anisotropes
Ergebnis mit außerordentlich niedrigen Ionen
energien erreicht werden kann. Soll während des
Polymerisationsschrittes auf dem Ätzgrund kein
Polymer deponiert werden, genügen bereits Ionen
energien von nur ca. 5 eV. Bei den Ätzschritten
empfiehlt sich ein Ionenbombardement bei Energien
zwischen 5 und 30 eV, um den Strukturgrund völlig
freizuhalten von Depositionen aus dem Plasma, so
daß sich erst keine Ätzgrundrauhigkeit einstellen
kann.
Werden nur während der Ätzschritte Ionen zum
Siliciumsubstrat beschleunigt, so genügen diese
auch, um das Ätzgrundpolymer, das sich während der
Polymerisationsschritte absetzt, innerhalb von
einigen Sekunden zu durchbrechen. Bei dieser
Betriebsart wird der Microloading-Effekt in der
Ätzgeschwindigkeit noch weiter reduziert.
Die Siliciumätzung an sich erfordert dank der hohen
spontanen Umsetzungsgeschwindigkeit von Fluorradikalen mit
Silicium keinerlei Ionenunterstützung.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil ergibt sich
daraus, daß infolge der nur geringen benötigten
Ionenenergien eine ausgezeichnete Masken
selektivität erreicht wird. Ionenenergien in der
angegebenen Größenordnung genügen nicht, um die
Ätzung der Maskenmaterialien, z. B. Photolack und
Siliciumoxid SiO2 zu induzieren, da die Akti
vierungsenergie für das Aufbrechen chemischer
Bindungen im hochgradig vernetzten Maskenpolymer
erheblich höher liegt. Ohne ein vorheriges Auf
brechen dieser Bindungen ist es den Ätzspezies
jedoch nicht möglich, mit dem Maskenmaterial zu
flüchtigen Verbindungen zu reagieren, die an
schließend desorbiert werden können.
Da mit dem beschriebenen Verfahren hohe Ätzgeschwindigkeit
erreicht werden können, kommt es durch die stark
exotherme chemische Umsetzung von Fluorradikalen
mit Silicium zu einer Erwärmung des Silicium
substrats. Bei entsprechend hohen Temperaturen
verlieren die während des Polymerisationsschrittes
deponierten Polymere bzw. auch die Masken
materialien, z. B. Photolack, ihre Beständigkeit
gegenüber den Ätzspezies. Daher ist es notwendig,
für eine hinreichende Kühlung der Siliciumsubstrate
zu sorgen. Dies wird mit an sich bekannten
Verfahren, z. B. die Kühlung der Silicium
substratrückseite durch einen Heliumgasstrom oder
das Aufkleben der Siliciumsubstrate auf gekühlte
Siliciumelektroden, erreicht.
Anstelle der beschriebenen Gemische von Schwefel
hexafluorid und Argon für die Ätzschritte bzw. von
Trifluormethan und Argon für die Polymerisations
schritte können genauso gut für die Ätzschritte
andere gebräuchliche, Fluor liefernde Ätzgase,
beispielweise Stickstofftrifluorid NF3, Tetrafluor
methan CF4 oder ähnliches und für die Poly
merisationsschritte Gemische auf Basis von per
fluorierten Aromaten mit geeigneten Randgruppen,
beispielsweise perfluorierte styrolartige Monomere
oder etherartige Fluorverbindungen eingesetzt wer
den.
Bei allen eingesetzten Medien kommt es lediglich
darauf an, hohe Dichten von reaktiven Spezies und
Ionen bei gleichzeitig geringer, aber exakt
kontrollierbarer Energie zu erreichen, mit der die
generierten Ionen die Substrate erreichen.
Die Ionenenergie muß mit Rücksicht auf eine hohe
Maskenselektivität so klein wie möglich gehalten
werden. Hohe Ionenenergien würden zudem zu stören
den Rückwirkungen von zerstäubten oder abgetragenen
und unkontrolliert redeponiertem Material führen.
Die Energie der auf das Siliciumsubstrat ein
wirkenden Ionen muß jedoch ausreichen, um den
Strukturgrund von Depositionen freizuhalten, damit
ein glatter Ätzgrund erreicht werden kann.
Claims (19)
1. Verfahren zum anisotropen Ätzen von vorzugsweise mit einer
Ätzmaske definierten Strukturen, insbesondere lateral exakt
definierten Ausnehmungen in Silicium, mittels eines Plasmas, dadurch
gekennzeichnet, daß der anisotrope Ätzvorgang in separaten, jeweils
alternierend aufeinanerfolgenden Ätz- und Polymerisationsschritten
getrennt durchgeführt wird, welche unabhängig voneinander gesteuert
werden, und daß während des Polymerisationsschrittes auf die durch
die Ätzmaske definierte laterale Begrenzung der Strukturen ein
Polymer aufgebracht wird, das während des nachfolgenden Ätzschrittes
teilweise wieder abgetragen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Ätzschritte ohne Polymerbildner im Plasma durchgeführt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Ätzschritte über eine Zeitspanne, die die Ätztiefe bestimmt,
durchgeführt werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Polymerisationsschritte über eine die Dicke
der Polymerabscheidungen bestimmende Zeitspanne durchgeführt werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Siliciumsubstrate während der Ätzschritte mit
einer Ionenenergie bombardert werden.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Siliciumsubstrate wahlweise während der
Polymerisationsschritte mit einer Ionenenergie bombardiert werden.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß man die Ionenenergie während der Ätzschritte zwischen
1 und 50, vorzugsweise zwischen 5 und 30 eV wählt.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß man die Ionenenergie während der
Polymerisationsschritte zwischen 1 und 10, vorzugsweise 4 bis 6,
insbesondere 5 eV wählt.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß für die Ätzschritte Fluor liefernde Ätzgase
eingesetzt werden.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß für die Ätzschritte ein Gemisch von
Schwefelhexafluorid SF6 und Argon Ar eingesetzt wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß für die Polymeristionsschritte
Fluorkohlenwasserstoffe mit vorzugsweise niedrigem
Fluor-zu-Kohlenstoff-Verhältnis eingesetzt werden.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß für die Polymerisationsschritte ein Gemisch von
Trifluormethan CHF3 und Argon Ar eingesetzt wird.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß man für die in den Ätzschritten und
Polymerisationsschritten eingesetzten Medien Gasflüsse
von 0 bis 100 Norm-cm3 und Prozeßdrücke von 10 bis
100 µbar wählt.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Plasmaerzeugung mit Mikrowelleneinstrahlung
bei Leistungen zwischen 100 und 1500 W vorzugsweise 300 bis 1200 W
erfolgt.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Siliciumsubstrate während der Ätzschritte
und/oder Polymerisationsschritte gekühlt werden.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Siliciumsubstrate rückseitig mit einem
Heliumgasstrom beaufschlagt werden.
17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die
Siliciumsubstrate über ein Wärmekontaktmaterial auf eine gekühlte
Substratelektrode aufgebracht werden.
18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Ätzschritte und Polymerisationsschritte mit
einer hohen Plasmadichte der reaktiven Spezies und Ionen durchgeführt
werden.
19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Plasmadichte und die Ionenenergie unabhängig
voneinander geregelt werden.
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