DE69736969T2 - Verfahren zur Behandlung der Oberfläche von halbleitenden Substraten - Google Patents

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Description

  • Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ätzen von Halbleitersubstraten, das insbesondere das Abscheiden einer Seitenwandpassivierungsschicht auf geätzten Merkmalen umfasst.
  • Es ist bekannt, anisotrope Gräben oder Vertiefungen in Silizium unter Verwendung von Verfahren zu ätzen, bei denen ein Ätzen und ein Abscheiden kombiniert sind. Dabei ist beabsichtigt, eine anisotrope Ätzung zu erzeugen, während die Seitenwände des gebildeten Grabens oder der gebildeten Vertiefung durch Abscheiden einer Passivierungsschicht geschützt werden.
  • Solche Verfahren sind z.B. in US-A-4579623, EP-A-0497023, EP-A-0200951, WO-A-94114187 und US-A-4985114 gezeigt. Alle diese Dokumente beschreiben entweder die Verwendung eines Gemischs aus Abscheidungs- und Ätzgasen oder abwechselnde Ätz- und Abscheidungsschritte. Die allgemeine Auffassung besteht darin, dass das Mischen der Gase weniger effektiv ist, da die beiden Verfahren dazu neigen, sich selbst aufzuheben, und in der Tat bestehen bezüglich vollständig abwechselnder Schritte Vorbehalte.
  • Andere Ansätze sind in EP-A-0383570, US-A-4943344 und US-A-4992136 beschrieben. Gemäß aller dieser Dokumente wird versucht, das Substrat bei einer niedrigen Temperatur zu halten und zuerst wird in einer etwas unüblichen Weise ein Strahl hochenergetischer Ionen während des Ätzens eingesetzt, um unerwünschte Ablagerungen von den Seitenwänden zu entfernen.
  • Der kontinuierliche Trend bei der Halbleiterherstellung umfasst Merkmale mit immer stärker zunehmendem Seitenverhältnis, weshalb das Seitenwandprofil und die Oberflächenrauhigkeit an den Seitenwänden umso signifikanter werden, je kleiner die Breite des Merkmals ist. Bei gegenwärtigen Vorschlägen besteht eine Tendenz dahingehend, dass abhängig von den durchgeführten Verfahren bei den Strukturen eine charakteristisch gekerbte Seitenwand mit einer schlechten CD-Kontrolle, ein Wie dereintritts-Seitenwandprofil und auch rauhe Seitenwände und/oder Grundflächen erzeugt werden. Die Manifestation dieser verschiedenen Probleme hängt von der Anwendung und den jeweiligen Verarbeitungsanforderungen, der freiliegenden Siliziumfläche (Fläche des unmaskierten Substrats), der Ätztiefe, dem Seitenverhältnis, dem Seitenwandprofil und der Substrattopographie ab.
  • Zumindest einige Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens befassen sich mit diesen verschiedenartigen Problemen oder vermindern diese.
  • Ein Aspekt der Erfindung ist das Verfahren von Anspruch 1.
  • Dieses steht im Gegensatz zu vorhergehenden Vorschlägen, bei denen Schichten in der Form von CFx abgeschieden worden sind. Der Stand der Technik lehrt den Nutzen von vollständig getrennten Ätz- und Abscheidungsschritten. Es werden Alternativen dazu vorgestellt, die sich mit einigen der vorstehend genannten Beschränkungen befassen. Die Ätz- und Abscheidungsschritte können sich überlappen und die Ätz- und Abscheidungsgase können gemischt werden.
  • Das Verfahren kann das Auspumpen der Kammer zwischen dem Ätzen und dem Abscheiden und/oder zwischen dem Abscheiden und dem Ätzen umfassen, wobei in diesem Fall das Auspumpen fortgesetzt wird, bis
    Figure 00020001
    worin Ppa der Partialdruck des Gases (A) ist, das in dem vorhergehenden Schritt verwendet wird, Ppb der Partialdruck des Gases (B) ist, das in dem nachfolgenden Schritt verwendet wird, und x der Prozentsatz ist, bei dem die Prozessgeschwindigkeit des Prozesses, der mit dem Gas (A) zusammenhängt, von einem im Wesentlichen stationären Zustand abfällt.
  • Abhängig von den genauen Prozess- bzw. Verfahrensanforderungen und den Problemen des Standes der Technik können die Gase kontinuierlich oder abrupt variabel sein und tatsächlich kann bzw. können einer oder mehrere der folgenden Parameter: Gasströmungsgeschwindigkeiten, Kammerdruck, Plasmaleistung, Substratvorspannung und Ätz/Abscheidungsverhältnis im Zeitverlauf periodisch variieren, wie z.B. als Sinus-, Rechteck- oder Sägezahnwellenform oder einer Kombination von diesen. Beispielsweise können die Abscheidungs- und Ätzgase so zugeführt werden, dass deren Strömungsgeschwindigkeiten sinusartig und außer Phase sind. Die Amplitude jedwedes dieser Parameter kann innerhalb Zyklen und zwischen Zyklen variabel sein. Der Nutzen der verschiedenen Ansätze ergibt sich aus typischen Verarbeitungsbedingungen für eine Anzahl beispielhafter Anwendungen. In dem speziellen Fall eines CD-Verlusts (CD = kritische Abmessung) ist eine anfängliche „Kerben"-Verminderung essentiell. Wenn die freiliegende Siliziumfläche relativ klein ist (≤ 20 %) und die entsprechende Ätzgeschwindigkeit hoch ist, besteht eine bevorzugte Lösung darin, dass die Abscheidungsgeschwindigkeit erhöht wird und/oder das Ätzen während mindestens des ersten Zyklus und unter geeigneten Umständen in den ersten Zyklen, wie z.B. in dem zweiten bis vierten Zyklus, vermindert wird.
  • Weitere vorteilhafte Merkmale des Verfahrens bestehen darin, dass die Ätz und/oder Abscheidungsschritte eine Dauer von weniger als 7,5 Sekunden oder sogar 5 Sekunden aufweisen, um die Oberflächenrauhigkeit zu vermindern; dass das Ätzgas CFx sein kann und ein oder mehrere Halogenide mit hoher Atommasse umfassen kann, um eine Spontanätzung zu vermindern; und dass während der Abscheidung insbesondere für ein flaches Ätzen mit einem hohen Seitenverhältnis, bei dem eine erhöhte Eigenvorspannung auftreten kann, der Kammerdruck vermindert und/oder die Strömungsgeschwindigkeit erhöht werden kann bzw. können.
  • Das Substrat kann frei auf einem Träger in der Kammer vorliegen, wenn eine Rückkühlung ein Problem darstellen sollte. Alternativ kann das Substrat geklemmt werden und dessen Temperatur kann so gesteuert werden, dass sie im Bereich von -100°C < 100°C liegt. Die Temperatur der Kammer kann auch in vorteilhafter Weise auf den gleichen Temperaturbereich eingestellt werden wie der Wafer, um eine Kondensation auf der Kammer oder deren Ausstattung zu vermindern.
  • Das Substrat kann GaAs sein und in diesem Fall kann das Ätzgas besonders bevorzugt eines oder eine Kombination von Cl2, BCl3, SiCl4, SiCl2H2, CHxCly, CxCly sein. Cl2 ist besonders bevorzugt.
  • Die Erfindung kann verschiedenartig ausgeführt werden und eine spezifische Ausführungsform wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beispielhaft beschrieben, worin:
  • 1 eine schematische Ansicht eines Reaktors zur Verarbeitung von Halbleitern ist;
  • 2 eine schematische Veranschaulichung eines Grabens ist, der mit einem Verfahren des Standes der Technik gebildet worden ist;
  • 3 eine vergrößerte Ansicht der Öffnung des in der 2 gezeigten Grabens ist;
  • 4 eine Auftragung der Ätzgeschwindigkeit von Silizium gegen den Prozentsatz von CH4 in H2 ist;
  • 5 eine Auftragung des Stufenbedeckungsgrads gegen den Prozentsatz von CH4 in H2 für verschiedene mittlere Ionenenergien ist;
  • 6 ein Diagramm ist, das verschiedene mögliche Synchronisationen zwischen Gasen und Betriebsparametern der Vorrichtung von 1 veranschaulicht;
  • 7 ein Diagramm ist, das der 6 entspricht, jedoch ein alternatives Betriebsszenario veranschaulicht;
  • 8 eine Auftragung der Ätzgeschwindigkeit von Silizium gegen ein Partialdruckverhältnis ist;
  • 9(i) eine schematische Darstellung eines Parameteranstiegs für die Steuerung eines tiefen anisotropen Profils ist, während 9(ii) den Anstieg allgemeiner veranschaulicht;
  • die 10 und 11 SEM's (Rasterelektronenmikrographien) eines Grabens sind, der gemäß dem Stand der Technik gebildet worden ist, wobei die 11 eine Vergrößerung der Öffnung von 10 ist;
  • die 12 und 13 entsprechende SEM's für einen Graben sind, der mit dem Verfahren des Anmelders gebildet worden ist, bei dem ein abrupter Übergang der Verfahrensparameter stattgefunden hat;
  • 14 der 12 entspricht, wobei jedoch ansteigende Parameter eingesetzt worden sind;
  • 15 eine Auftragung der Abscheidungsgeschwindigkeit gegen die Hochfrequenzplattenleistung bei verschiedenen Kammerdrücken ist;
  • 16 eine SEM eines Grabens des Standes der Technik mit hohem Seitenverhältnis ist;
  • 17 eine entsprechende SEM unter Verwendung des Verfahrens des Anmelders mit abrupten Übergängen ist;
  • 18 eine SEM eines Grabens mit hohem Seitenverhältnis ist, der durch das Verfahren der Anmelder gebildet worden ist, während ansteigende Übergänge verwendet wurden;
  • die 19(a) und 19(b) Tabellen sind, in denen die Verfahrensbedingungen gezeigt sind, die für die Gräben eingesetzt worden sind, welche in der 14 bzw. 18 gezeigt sind;
  • 20 ein Diagramm ist, das die Synchronisation von Abscheidungs- und Ätzgas während der anfänglichen Zyklen des Verfahrens der Anmelder zeigt; und
  • 21 ein Diagramm ist, das einen alternativen Ansatz zur 20 unter Verwendung eines Einfanggases zeigt.
  • In der folgenden Beschreibung werden die Einheiten mTorr und Angstrom mit den folgenden Entsprechungen genutzt: 1 mTorr = 0,13 Pa, und 1 Å = 0,1 nm.
  • Die 1 veranschaulicht schematisch eine Reaktorkammer 10 des Standes der Technik, die zur Verwendung sowohl bei einem Reaktivionenätzen als auch bei einer chemischen Dampfabscheidung geeignet ist. Typischerweise umfasst eine Vakuumkammer 11 eine Trägerelektrode 12 zum Aufnehmen eines Halbleiterwafers 13 und eine weitere, beabstandete Elektrode 14. Der Wafer 13 wird durch eine Klammer 15 gegen den Träger 12 gedrückt und üblicherweise durch eine Rückseitenkühleinrichtung (nicht gezeigt) gekühlt.
  • Die Kammer 11 ist von einer Spule 15a umgeben und wird von einer Hochfrequenzquelle 16 gespeist, die verwendet wird, um in der Kammer 11 zwischen den Elektroden 12 und 14 ein Plasma zu induzieren. Alternativ kann eine Mikrowellenenergieversorgung verwendet werden, um das Plasma zu erzeugen. In beiden Fällen besteht ein Bedarf zur Erzeugung einer Plasmavorspannung, bei der es sich entweder um eine Hochfrequenz oder um eine Gleichspannung handeln kann, und die mit der Trägerelektrode 12 so verbunden werden kann, dass der Durchgang von Ionen von dem Plasma nach unten zu dem Wafer 13 beeinflusst wird. Ein Beispiel eines solchen einstellbaren Vorspannungsmittels ist bei 17 angegeben. Die Kammer ist mit einer Gaseinlassöffnung 18, durch die Abscheidungs- oder Ätzgase eingeführt werden können, und mit einer Gasauslassöffnung 19 zur Entfernung gasförmiger Verfahrensprodukte und jedweden überschüssigen Prozessgases ausgestattet. Der Betrieb eines solchen Reaktors im RIE- oder CVD-Modus ist in dem Fachgebiet bekannt.
  • Wenn Gräben, Ätzungen, Durchgangslöcher oder andere Strukturen auf der Oberfläche eines Halbleiterwafers oder von Halbleitersubstraten geätzt werden, besteht die übliche Praxis darin, eine Photolackmaske mit Öffnungen, worin Abschnitte des Substrats freiliegen, abzuscheiden. Ätzgase werden in die Kammer eingeführt und eine Anzahl von Schritten wird dann ausgeführt, um sicherzustellen, dass der Ätzvorgang in einer Richtung nach unten anisotrop ist, so dass ein möglichst geringes Ätzen der Seitenwände der Struktur stattfindet. Aus verschiedenen Gründen ist es in der Praxis schwierig, ein richtiges anisotropes Ätzen zu erreichen und es wurden verschiedene Versuche gemacht, passivierende Materialien auf den Seitenwänden abzuscheiden, so dass das Material opfergeätzt werden kann. Das bisher erfolgreichste dieser Systeme ist möglicherweise dasjenige, das in WO-A-94114187 beschrieben ist, und dieses System ist schematisch in der 2 veranschaulicht. Das in diesem Dokument beschriebene Verfahren nutzt aufeinander folgende und separate Ätz- und Abscheidungsschritte, so dass die Seitenwände nach dem ersten Ätzschritt unterätzt sind, wie es bei 20 gezeigt ist, und diese Unterätzung wird dann durch eine abgeschiedene Passivierungsschicht 21 geschützt. Wie es aus der 2 ersichtlich ist, erzeugt diese Anordnung eine rauhe Seitenwand und wenn die Ätzschritte zunehmen bzw. wenn das Seitenverhältnis zunimmt, kann in dem Profil eine Biegung oder eine Wiedereintrittseinkerbung stattfinden. Die Dokumente des Standes der Technik beschreiben die Abscheidung von CFx-Passivierungsschichten.
  • Der Anmelder schlägt eine Reihe von Verbesserungen für solche Verfahren vor, welche die Bildung von Strukturen mit glatteren Wänden und insbesondere von tiefen Strukturen und/oder von Strukturen mit hohem Seitenverhältnis mit besserer Qualität ermöglichen. Aus Gründen der Zweckmäßigkeit wird die Beschreibung daher in Abschnitte aufgeteilt.
  • 1. Passivierung
  • Wie es vorstehend erwähnt worden ist, wird bei bisherigen Vorschlägen eine Passivierungsschicht in der Form von CFx abgeschieden. Die Anmelder schlagen die Passivierung der Seitenwände mit Kohlenstoff- oder Kohlenwasserstoffschichten vor, die signifikant höhere Bindungsenergien bereitstellen, und zwar insbesondere dann, wenn sie unter einer hohen Eigenvorspannung abgeschieden werden, so dass die graphitartige Phase zumindest teilweise entfernt wird.
  • Wenn diese Filme oder Schichten vorzugsweise bei hohen Eigenvorspannungen von z.B. 20 eV und höher und vorzugsweise von über 100 eV abgeschieden werden, liegt ein zusätzlicher signifikanter Vorteil vor, wenn Strukturen mit hohem Seitenverhältnis bereitgestellt werden, da die hohe Eigenvorspannung sicherstellt, dass der Transport des Abscheidungsmaterials nach unten zu der Basis der Struktur, die geätzt wird, verstärkt wird, so dass ein Wiedereintritts-Seitenwandätzen verhindert wird. Dieser Transporteffekt kann auch durch stufenweises Vermindern des Kammerdrucks und/oder Erhöhen der Gasströmungsgeschwindigkeit, so dass die Verweilzeit vermindert wird, verbessert werden. In einigen Anordnungen kann es bevorzugt sein, die Abscheidung bis zu einem Ausmaß voranzutreiben, bei dem eine positiv kegelförmige oder V-förmige Struktur erreicht wird. In dem speziellen Fall von flachen Gräben mit hohem Seitenverhältnis (< 20 μm) kann das Merkmal der Öffnungsgröße (oder der kritischen Abmessung) im Bereich von < 0,5 μm liegen.
  • Die Kohlenwasserstofffilme (H-C-Filme), die durch diese Passivierung gebildet werden, weisen bezüglich der Fluorkohlenstofffilme des Standes der Technik signifikante Vorteile auf.
  • Die H-C-Filme können z.B. nach dem Ende der Ätzverarbeitung durch eine Trockenveraschungsbehandlung (Sauerstoffplasmabehandlung) leicht entfernt werden. Dies kann bei der Bildung von MEMS (mikroelektromechanischen Systemen) besonders wichtig sein, wo eine Nassverarbeitung zu einem Anhaften von resonanten Strukturen, die von Gräben mit höherem Seitenverhältnis getrennt sind, führen kann. In anderen Anwendungen, wie z.B. optischen oder biomedizinischen Vorrichtungen, kann es essentiell sein, die Seitenwandschicht vollständig zu entfernen. Die H-C-Filme können aus einem breiten Bereich von N-C-Vorstufen (z.B. CH4, C2H4, C3H6, C4H8, C2H2, usw., einschließlich aromatischen H-C's mit hohem Molekulargewicht) abgeschieden werden. Diese werden mit H2 gemischt.
  • Wie es vorstehend erwähnt worden ist, wird H2 mit der H-C-Vorstufe gemischt. H2 wird vorzugsweise Silizium ätzen und wenn die Anteile richtig ausgewählt werden, ist es möglich, eine Seitenwandpassivierung zu erhalten, während das Ätzen der Basis des Lochs während der Passivierungsphase fortgesetzt wird.
  • Das bevorzugte Verfahren dafür besteht darin, die ausgewählte H-C-Vorstufe (z.B. CH4) mit H2 zu mischen und eine Masken-strukturierte Siliziumoberfläche mit dem Gemisch in der Vorrichtung zu verarbeiten, die für das vorgeschlagene Ätzverfahren verwendet wird. Die Siliziumätzgeschwindigkeit wird als Funktion der CH4-Konzentration in H2 aufgetragen und ein Beispiel einer solchen Auftragung ist in der 4 gezeigt. Es sollte beachtet werden, dass die Ätzgeschwindigkeit von einem anfänglichen stationären Zustand mit zunehmendem Prozentsatz von CH4 zu einem Peak zunahm, bevor sie auf Null abnahm.
  • Es wird davon ausgegangen, dass der Graph veranschaulicht, dass die folgenden Mechanismen stattfinden. In dem anfänglichen Abschnitt des stationären Zustands wird die Ätzung im Wesentlichen von der Wirkung von H2 unter Bildung von SiHx-Reaktionsprodukten dominiert. Bei etwa 10 % CH4 in H2 wird das CH4-Ätzen des Substrats signifikant (durch die Bildung von Si(CHx)y-Produkten) und die Ätzgeschwindigkeit nimmt zu. Die Abscheidung einer Kohlenwasserstoffschicht findet in dem gesamten Bereich statt, obwohl aufgrund des Ätzens dort keine Nettoabscheidung auf diesem Teil des Graphen vorliegt. Schließlich beginnt die Abscheidung den Ätzvorgang zu dominieren, bis bei etwa 38 % CH4 eine Nettoabscheidung stattfindet.
  • Es wurde festgestellt, dass diese variierenden Eigenschaften auf zwei verschiedene Arten genutzt werden können. Wenn eine hohe Eigenvorspannung oder eine hohe mittlere Ionenenergie vorliegt, wie z.B. > 100 eV, ist die Schicht oder die Beschichtung, die abgeschieden worden ist, aufgrund der reduzierten graphitartigen Phase relativ hart, und das Verfahren kann in dem ansteigenden Abschnitt des Graphen der Ätzgeschwindigkeit durchgeführt werden, da die Beschichtung bezüglich eines Ätzens viel beständiger ist als das Siliziumsubstrat. Es ist folglich möglich, das Silizium während der ganzen Abscheidungsphase zu ätzen. Selektivitäten, die 100:1 bezüglich der Maske oder des Photolacks übersteigen, werden leicht erreicht. Es sollte insbesondere beachtet werden, dass, während eine signifikante Entfernung der graphitartigen Phase aufgrund des Ionenbombardements der Maske 22 stattfindet, die guten Richtungseigenschaften der Ionen bedeuten, dass die Seitenwandbeschichtung relativ unberührt ist.
  • Das Verfahren kann auch bei niedrigen mittleren Ionenenergien entweder mit einer H-C-Vorstufe allein oder mit einer H2-Verdünnung durchgeführt werden. In dem letztgenannten Fall ist es bevorzugt, dass das Verfahren in dem absteigenden Teil des Ätzgraphen durchgeführt wird, d.h. für CH4 bei einem Prozentsatz von > 18 %, jedoch < 38 %, wenn eine Nettoabscheidung stattfindet. Typischerweise beträgt der Bereich für CH4 18 bis 30 %.
  • Es wird davon ausgegangen, dass die niedrigen Werte der mittleren Ionenenergie während der Polymerabscheidung dahingehend vorteilhaft sind, dass sie hohe Maskenselektivitäten ermöglichen. Unter diesen Bedingungen einer niedrigeren Hochfrequenzvorspannung nimmt die Selektivität über ein breites Passivierungsabscheidungsfenster bis Unendlich zu. Wenn eine hohe Selektivität erforderlich ist, bietet der Ansatz einer niedrigen mittleren Ionenenergie Vorteile. Die 5 veranschaulicht den Stufenbedeckungsgrad (Seitenwandabscheidung, die bei 50 % der Stufenhöhe gegen die Oberflächenabscheidung gemessen worden ist) für H-C-Filme unter Verwendung von CH4 und H2 in einem Bereich von Bedingungen, welche die beiden vorstehend beschriebenen Ausführungsformen umfassen. Die 5 zeigt, dass hohe Ionenenergien den Stufenbedeckungsgrad erhöhen, dass jedoch selbst bei Bedingungen einer niedrigen Vorspannung eine ausreichende Passivierung vorliegt, um gegen ein laterales Ätzen zu schützen. Ferner dient in diesem letztgenannten Fall die höhere Abscheidungsgeschwindigkeit ferner einer Erhöhung der Maskenselektivität. Die Abscheidungsgeschwindigkeit bei niedrigen Ionenenergien ist bezogen auf den 100 eV-Fall um den Faktor 2 größer.
  • Es sollte deshalb beachtet werden, dass der Anwender durch die Verwendung dieser Techniken im Wesentlichen die Kombination aus der Ätzgeschwindigkeit und der Selektivität auswählen kann, die am meisten seiner vorgeschlagenen Struktur entspricht. Ferner kann die Erhöhung der Maskenselektivität verwendet werden, um die Ätzgeschwindigkeit zu erhöhen und/oder die Kerbenbildung zu vermindern.
  • Die 6 veranschaulicht, wie verschiedene Parameter des Verfahrens synchronisiert werden können. 6d zeigt eine kontinuierliche und sich nicht verändernde Spulenleistung, während bei 6e die Spulenleistung umgeschalten wird, um den Ätz- oder Abscheidungsschritt zu verstärken, und die Leistung während des Ätzens kann abhängig von der erforderlichen Verfahrensleistung von derjenigen verschieden sein, die für die Abscheidung gewählt worden ist. 6e veranschaulicht beispielhaft eine höhere Spulenleistung während der Abscheidung.
  • 6f bis i zeigen ähnliche Variationen der Vorspannungsleistung. 6f weist eine hohe Vorspannungsleistung während des Ätzens auf, um eine einfache Entfernung des Passivierungsfilms zu ermöglichen, während 6g die Verwendung eines anfänglich hohen Leistungspulses veranschaulicht, um dieses Entfernungsverfahren zu verstärken, während die mittlere Ionenenergie niedriger gehalten wird, mit dem resultierenden Nutzen bezüglich der Selektivität. 6h ist eine Kombination von 6f und 6g, wenn während des Ätzens höhere Ionenenergien erforderlich sind (z.B. bei tiefen Gräben). 6i zeigt einfach, dass die Vorspannung während des Abscheidens ausgeschalten sein kann.
  • In einigen Verfahren wird zumindest der akzeptable Abscheidungszeitraum der Gase durch den restlichen Partialdruck des Gases A (Ppa) festgelegt, der in dem Partialdruck des Gases B (Ppb) toleriert werden kann. Dieser minimale Wert von Ppa in Ppb ergibt sich aus der charakteristischen Prozessgeschwindigkeit (Ätzen oder Abscheiden) als Funktion von Ppa/(Ppa + Ppb).
  • In der 8 ist das Gas A 20 % CH4 + H2, während das Gas B SF6 ist. Es ist ersichtlich, dass sich dann, wenn Ppa/(Ppa + Ppb) < 5 % ist, die Verfahrensgeschwindigkeit im Wesentlichen in einem stationären Zustand befindet. Als typische Praxisbedingung wird eine Auspumpzeit von weniger als 1,5 s ausreichend sein und ein Plasma kann für über 65 % der gesamten Zykluszeit aufrechterhalten werden, wenn die Verfahrensschritte in der Größenordnung von 2 bis 3 s liegen, und für über 80 %, wenn die Schritte über 5 s lang sind. Eine geeignete Synchronisationsanordnung ist in der 7 gezeigt. Es sollte beachtet werden, dass dem Auspumpen das Ätzen vorausgeht, da es bevorzugt ist, ein Mischen der Gase des Abscheidungsschritts und des Ätzschritts zu verhindern. Vorschläge des Standes der Technik (z.B. US-A-4985114) schlagen ein Abstellen oder ein Vermindern des Abscheidungsgasstroms für einen langen Zeitraum vor dem Einschalten des Plasmas vor. Dies kann bedeuten, dass die Plasmaleistung nur für einen kleinen Teil der Gesamtzykluszeiten vorliegt, was zu einer signifikanten Verminderung der Ätzgeschwindigkeit führt. Die Anmelder schlagen vor, dass die Kammer zwischen mindestens einigen der Gaswechselvorgänge ausgepumpt werden sollte, jedoch muss darauf geachtet werden, dass der Druck und die Stabilisierung des Gasstroms aufrechterhalten werden. Vorzugsweise werden Massenströmungssteuereinrichtungen mit hoher Ansprechgeschwindigkeit (Anstiegszeiten von 100 ms) und automatische Drucksteuereinrichtungen (Winkeländerung und Stabilisierung in 300 ms) verwendet.
  • Die Anmelder haben ermittelt (vgl. die 8), dass die Auspumpzeit, die erforderlich ist, um das Ätzen zu vermeiden, durch die Abscheidungsgase beeinträchtigt wird. Das Auspumpen könnte jedoch abhängig von dem speziellen Verfahren, das durchgeführt wird, dem Ätzschritt oder sowohl dem Ätz- als auch dem Abscheidungsschritt vorausgehen. Das Auspumpen vermindert auch die Mikrobeladung (die in US-A-4985114 beschrieben ist) und ist für ein Ätzen mit hohem Seitenverhältnis nützlich, wie es nachstehend beschrieben ist.
  • Viele der Parameter, die variiert werden, können „ansteigen" gelassen werden, wie es allgemein in der 9(ii) veranschaulicht ist. Dies bedeutet, dass sie stufenweise Zyklus um Zyklus bezüglich der Amplitude oder der Dauer zunehmen oder abnehmen, anstatt sich abrupt zwischen Zyklen zu ändern. In dem Fall des Auspumpens kann ein Ansteigen lassen eingesetzt werden, um ein Mischen zu Beginn des Verfahrens zu ermöglichen, was eine Verminderung oder die Beseitigung eines Seitenwandeinkerbens erlaubt, wie es nachstehend diskutiert wird.
  • Typische Verfahrensparameter sind wie folgt: 1. Abscheidungsschritt
    Zeit für die CH4-Stufe: 2 bis 15 s, 4 bis 6 s sind bevorzugt
    Zeit für die N2-Stufe: 2 bis 15 s, 4 bis 6 s sind bevorzugt
    Hochfrequenzleistung der Spule: 600 W bis 1 kW, 800 W sind bevorzugt
    Hochfrequenzleistung der Vorspannung: Fall mit hoher mittlerer Energie: 500 W bis 300 W, 100 W bevorzugt
    Fall mit niedriger mittlerer Energie: 0 W bis 30 W, 10 W bevorzugt
    Druck: 2 mTorr bis 50 mTorr, 20 mTorr bevorzugt
    2. Ätzschritt
    Zeit für die SF6-Stufe: 2 bis 15 s, 4 bis 6 s sind bevorzugt
    Hochfrequenzleistung der Spule: 600 W bis 1 kW, 800 W sind bevorzugt
    Hochfrequenzleistung der Vorspannung: Fall mit hoher mittlerer Energie: 50 W bis 300 W, 150 W bevorzugt
    Fall mit niedriger mittlerer Energie: 0 W bis 30 W, 15 W bevorzugt
    Druck: 2 mTorr bis 50 mTorr, 30 mTorr bevorzugt
  • 2. Beziehung Ätzen/Abscheiden
  • Der Anmelder hat festgestellt, dass die Ansätze des Standes der Technik im Wesentlichen zu simpel sind, da sie weder die Änderung von Bedingungen während eines speziellen Prozesses, noch die verschiedenen Anforderungen erfüllen oder die verschiedenen Arten von Strukturen ermöglichen. Ferner befasst sich der Stand der Technik nicht mit den Schwierigkeiten eines tiefen Ätzens.
  • Folglich geht der Anmelder im Gegensatz zu der Lehre von WO-A-94114187 davon aus, dass es häufig günstig ist, die Ätz- und Passivierungs- oder Abscheidungsschritte überlappen zu lassen, so dass die Wandoberflächenrauhigkeit, die in der 2 angegeben ist, signifikant vermindert werden kann. Der Anmelder hat auch festgestellt, dass überraschenderweise das unflexible, aufeinander folgende stufenweise Rechteckwellenverfahren, das bisher verwendet worden ist, weit davon entfernt ist, ideal zu sein. In vielen Fällen wird es bevorzugt sein, glatte Übergänge zwischen den Stufen zu verwenden, insbesondere wenn ein Überlappen stattfindet, soweit eine Verminderung der Ätzgeschwindigkeit akzeptabel ist. Folglich ist eine bevorzugte Anordnung, dass die Gasströmungsgeschwindigkeiten der Ätz- und Abscheidungsgase im Zeitverlauf in einer sinusförmigen Weise variieren, wobei die zwei „Wellenformen" außer Phase sind, vorzugsweise um nahe an 90°. Da die Seitenwandrauhigkeit im Wesentlichen eine Manifestation der erhöhten lateralen Ätzkomponente ist, kann sie durch Begrenzen dieser Komponente der Ätzung vermindert werden. Der gewünschte Effekt kann mit einem einer Anzahl von Wegen erhalten werden: Partielles Mischen der Passivierungs- und Ätzschritte (Überlappen), Minimieren der Ätzdauer (und folglich der entsprechenden Passivierungsdauer), Verminderung der Flüchtigkeit des Ätzprodukts durch Verminderung der Wafertemperatur, Zugeben von Passivierungskomponenten zu dem Ätzgas, wie z.B. SF6, dem O, N, C, CFx, CHx zugesetzt worden ist, oder Ersetzen des Ätzgases durch ein eine Spezies mit einer geringeren Reaktivität freisetzendes Gas, wie z.B. das Ersetzen von SF6 durch CFx, usw.
  • Der Anmelder hat auch festgestellt, dass Veränderungen des Niveaus des Ätzens und des Abscheidens bei verschiedenen Stufen innerhalb des Verfahrens bevorzugt sind. Der Anmelder schlägt vor, dass der erste Zyklus oder die ersten Zyklen durch die Erhöhung der Abscheidungsdauer, der Abscheidungsgeschwindigkeit oder jedwedes andere geeignete Mittel eine erhöhte Abscheidung aufweisen sollte(n). Gleichermaßen oder alternativ kann die Ätzgeschwindigkeit oder -zeit vermindert werden.
  • Wie es vorstehend kurz erwähnt worden ist, kann es auch nach und nach immer schwieriger werden, Material abzuscheiden, wenn die Struktur oder der Graben tiefer wird und/oder das Seitenverhältnis zunimmt. Durch Steuern der Amplitude von einem oder mehreren der Gasströmungsgeschwindigkeiten, des Kammerdrucks, der Plasmaleistung, der Vorspannungsleistung, der Zykluszeit, des Substratätz/abscheidungsverhältnisses, kann das System in einer geeigneten Weise fein eingestellt werden, um ein gutes anisotropes Ätzen mit einer geeigneten Seitenwandpassivierung zu erreichen.
  • Diese und verwandte Techniken können genutzt werden, um eine Anzahl von Problemen bei dem Ätzprofil zu lösen.
  • a. Seitenwandeinkerbung
  • Das „Seitenwandeinkerbungs"-Problem ist bezüglich der freigelegten Siliziumfläche besonders empfindlich (schlecht bei geringen freiliegenden Flächen < 30 %) und ist auch bei hohen mittleren Siliziumätzgeschwindigkeiten besonders gravierend. Die Anmelder gehen davon aus, dass ein solches Einkerben durch eine relativ hohe Konzentration von Ätzspezies während der anfänglichen Ätz/Abscheidungszyklen verursacht wird. Daher dienen die Lösungen, die von den Anmeldern bereitgestellt werden, entweder dazu, die Passivierung zu verstärken, oder Ätzspezies während der ersten Zyklen zu quenchen. Das Letztgenannte kann durch eine Prozesseinstellung (Ansteigenlassen eines oder mehrerer der Parameter) erreicht werden.
  • Es ist bevorzugt, das Seitenwandeinkerben zu vermindern/beseitigen, ohne jedweden der andere Aspekte des Ätzens, wie z.B. die Ätzgeschwindigkeit, die Profilkontrolle, die Selektivität, usw., zu beeinträchtigen oder zu verschlechtern. Untersuchungen der Anmelder haben gezeigt, dass der Ansatz der „Verminderung der Konzentration der Ätzspezies zu Beginn der Ätzung" am Besten dadurch gesteuert wird, dass das Verfahren begonnen wird mit
    • a. der Einführung eines Fluoreinfanggases oder
    • b. einer niedrigen Spulenleistung oder
    • c. einer kurzen Ätzzykluszeit (Stufendauer) oder
    • d. einem geringen Ätzgasstrom oder
    • e. einer Zunahme der entsprechenden vorstehenden Parameter a bis d während des Passivierungszyklus,
    • f. einer Kombination des Vorstehenden,
    worauf der bzw. die jeweilige(n) Parameter auf normale, vorher optimierte Ätzbedingungen erhöht wird bzw. werden, wie sie in der 6 veranschaulicht sind. Die Erhöhung kann entweder abrupt (d.h. mit einer stufenartigen Änderung der Parameter a bis f) oder ansteigend sein. Die Ergebnisse dieser zwei Ansätze werden nachstehend im Vergleich mit den Lehren des Standes der Technik dargelegt.
  • Die Natur des Problems (das sich aus der direkten Anwendung des Standes der Technik ergibt) während einer Siliziumgrabenätzung ist schematisch in der 3 und in den SEM's (Rasterelektronenmikrographien) gezeigt, die in den 10 und 11 gezeigt sind. Diese Figuren zeigen, dass für eine anfängliche 1,7 μm-Grabenöffnung der CD-Verlust 1,2 μm (70 %) beträgt, wohingegen die Kerbenbreite bis zu 0,37 μm beträgt. Solche CD-Werte sind für den größten Teil der Anwendungen nicht akzeptabel.
  • Durch die Anwendung des Verfahrens der Anmelder (z.B. a. bis f.), die Verfahrensparameter während des anfänglichen zyklischen Ätzvorgangs zu variieren, kann die eingekerbte Seitenwand modifiziert werden. Wenn abrupte Schritte verwendet wer den, um die Verfahrensparameter zu variieren, werden in den Seitenwandprofilen abrupte Übergänge erzeugt. Die SEM's in den 12 und 13 veranschaulichen dies für verschiedene Verfahrensparameter. In der 12 ist der Übergang bei den Verfahrensparametern deutlich als ein abrupter Übergang in dem Seitenwandprofil an dem Punkt der Parameteränderung markiert (nach einer Ätztiefe von 8,5 μm). (Es sollte beachtet werden, dass die Seitenwandeinkerbungen beseitigt worden sind.) Die 13 veranschaulicht eine weitere abrupte Änderung der Verfahrensparameter/Stufenänderung. Dabei ist die Seitenwandpassivierung stark genug, so dass für die ersten 2 μm ein positives Profil (und keine Einkerbung) erhalten wird. Wenn die verminderten Passivierungsbedingungen eingesetzt werden, sind diese durch den Übergang bei dem Seitenwandwinkel und dem Wiederauftreten einer Einkerbung gekennzeichnet.
  • Durch die Verwendung des Ansatzes des „ansteigenden" Parameters kann das Einkerben beseitigt werden und ein glattes Seitenwandprofil ohne jedweden abrupten Übergang erzeugt werden, vgl. die SEM in der 14. Diese zeigt eine 22 μm tiefe Grabenätzung mit einem glatten Positivprofil und keinem CD-Verlust, während eine Ätzgeschwindigkeit aufrechterhalten wird, die mit derjenigen des nicht-ansteigenden Verfahrens mit starker Unterätzung vergleichbar ist. Die in diesem Fall eingesetzten Verfahrensbedingungen sind in der 19a angegeben.
  • b. Profilkontrolle während des tiefen Ätzens mit hohem Seitenverhältnis
  • Die Lehren des Standes der Technik sind beschränkt, wenn ein Ätzen mit hohem Seitenverhältnis (> 10:1) erforderlich ist. Während die Beschränkungen und Lösungen hier für ein relativ tiefes Ätzen (> 200 μm) diskutiert werden, sind diese gleichermaßen für ein flaches Ätzen mit hohem Seitenverhältnis relevant, und zwar selbst für sehr niedrige CD-Werte von < 0,5 μm.
  • Einer der Grundmechanismen, der das Ätzen mit hohem Seitenverhältnis unterscheidet, ist die Diffusion der reaktiven Vorstufen des Ätzens (und des Passivierens) sowie der Ätzprodukte. Dieses Speziestransportphänomen wurde für den Passivierungsschritt untersucht. Die Ergebnisse zeigen deutlich, dass der Transport der Sei tenwandpassivierungsspezies zu der Basis tiefer Gräben bei einem niedrigen Druck verbessert wird. Die Erhöhung der Plattenleistung verbessert dieses ebenfalls, vgl. die 15. Der Graph veranschaulicht die verbesserte Passivierung in der Richtung der Basis des Grabens, wenn der Druck abnimmt und die Hochfrequenzvorspannungsleistung zunimmt. Diese Daten wurden durch zuerst Ätzen von 200 μm tiefen Gräben, dann Verwenden nur des Passivierungsschritts und Messen der Variation der Seitenwandpassivierung bezogen auf die Tiefe unter Verwendung eines SEM erhalten. Dies stützt die Variation der Passivierung mit der Ätztiefe und stützt ferner die Annahme, dass die optimalen Verfahrensbedingungen mit der Ätztiefe variieren.
  • Die Beschränkungen des Standes der Technik für ein solches Verfahren mit hohem Seitenverhältnis sind mittels SEM in der 16 gezeigt. Es sollte beachtet werden, dass dieses Verfahren mit feststehendem, relativ hohen Verhältnis von Passivieren zu Ätzen nach wie vor zu einem anfänglichen Seitenwandeinkerben führt, jedoch ist die SEM-Vergrößerung nicht stark genug, um dies für die 10 μm CD, 230 μm tiefe Grabenätzung zu zeigen. Für die in der 15 gezeigten Trends kann das Profil durch einen Betrieb unterhalb der gewünschten Bedingungen einer hohen Hochfrequenzvorspannungsleistung und eines niedrigen Drucks in gewisser Weise verbessert werden. Bei einem Verfahren mit feststehenden Parametern verschlechtern jedoch die Bedingungen einer hohen Vorspannung und eines niedrigen Drucks die Maskierungsselektivität signifikant (von > 100:1 bis < 20:1), wenn die Ionenenergie erhöht wird. Die Verwendung einer abrupten Parametervariation führt zu einer entsprechenden abrupten Seitenwandänderung, wie es durch die SEM in der 17 gezeigt ist. Das Ansteigen lassen der folgenden Parameter: Erhöhen der Plattenleistung, Vermindern des Drucks, Erhöhen der Zykluszeiten und der Gasströme erzeugt die gewünschten Ergebnisse, während zweckmäßig hohe Selektivitäten > 75:1 aufrechterhalten werden, vgl. die 18. Dabei zeigt die SEM eine 295 μm tiefe, 12 μm CD Grabenätzung (Seitenverhältnis 25:1). Die in diesem Fall eingesetzten Verfahrensbedingungen sind in der 19b gezeigt.
  • Die 20 veranschaulicht eine Synchronisation zwischen den Abscheidungs- und Ätzgasen, die für die anfänglichen Zyklen verwendet worden sind, um eine Seiten wandeinkerbung zu vermindern. Typische Betriebsbedingungen sind in der 19a und der dazugehörigen SEM in der 14 angegeben. Die 21 veranschaulicht eine Synchronisationsreferenz, bei der ein Einfanggas mit dem Verfahren (a) der Seitenwandeinkerbungsverminderungstechnik verwendet wird. Die gestrichelte Linie zeigt eine Alternative, bei der die Strömungsgeschwindigkeit des Einfanggases abfallen gelassen wird.
  • Die 9i zeigt eine Synchronisation zum Erreichen eines tiefen anisotropen Ätzens mit hohem Seitenverhältnis, obwohl die gezeigte Anstiegstechnik auch zur Seitenwandeinkerbungsverminderung verwendet werden kann. Die Bedingungen der 19b können auch zum Erreichen der in der 18 gezeigten Ergebnisse verwendet werden.
  • Erneute Bezugnahme auf die 9i:
    • 1. Zeigt einen durchschnittlichen Druckanstieg. Es sollten die Druckveränderungen von niedrig zu hoch beachtet werden, wenn sich der Zyklus von Abscheidung zu Ätzen ändert. Die Verminderung des Drucks führt dann zu einer Druckabnahme sowohl für die Ätz- als auch für die Passivierungszyklen.
    • 2. Dies zeigt einen Hochfrequenzvorspannungsleistungsanstieg. Es sollte die Vorspannungsveränderung von niedrig zu hoch beachtet werden, wenn sich der Zyklus von Abscheidung zu Ätzen ändert. Dies ist zu der vorstehend diskutierten Druckänderung synchron. Das Ansteigen lassen der Vorspannung bezieht sich nur in diesem Fall auf den Abscheidungsschritt
    • 3. Dies zeigt ein weiteres Beispiel eines Hochfrequenzvorspannungsleistungsanstiegs. Wiederum verändert sich die Vorspannung von niedrig zu hoch, wenn sich der Zyklus von der Abscheidung zu dem Ätzen ändert, und zwar synchronisiert mit dem Druck. Das Ansteigen lassen der Vorspannung bezieht sich in diesem Fall sowohl auf den Abscheidungsschritt als auch auf den Ätzschritt. In der 9ii ist ein allgemeines Parameteransteigen veranschaulicht. Dieses Beispiel dient zur Veranschaulichung des Anstiegs der Zykluszeit und der Stufenzeit.
    • 4. Dies zeigt einen Anstieg der Zykluszeit, wenn die Größe des Parameters (wie z.B. der Gasströmungsgeschwindigkeiten, des Drucks, der Hochfrequenzleistungen, usw.) nicht ansteigen gelassen wird. In manchen Anwendungen würde dies als Alternative zu dem Ansteigen lassen der „Größe" in den vorstehend genannten Fällen dienen.
    • 5. Dies zeigt einen Anstieg der Zykluszeit, wenn zusätzlich die Größe des Parameters (wie z.B. der Gasströmungsgeschwindigkeiten, des Drucks, der Hochfrequenzleistungen, usw.) ansteigen gelassen wird. Es sollte beachtet werden, dass der Parameteranstieg bezüglich der Größe zunehmen oder abnehmen kann und die Abnahme entweder auf einen Wert von Null oder einen Wert, der von Null verschieden ist, stattfinden kann.
  • 3. Ätzgase
  • Während jedwede geeignete Ätzgase verwendet werden können, hat der Anmelder gefunden, dass bestimmte Gase oder Gemische vorteilhaft sein können.
  • Folglich wurde in der WO-A-94114187 vorgeschlagen, dass es nicht bevorzugt ist, dass irgendein passivierendes Gas in der Ätzstufe vorliegt, da es die Prozessgeschwindigkeit beeinflusst. Der Anmelder hat jedoch festgestellt, dass dieses Verfahren die Qualität der gebildeten Seitenwandgräben verbessert und es wird vorgeschlagen, dass dem Ätzgas passivierende Gase wie z.B. O, N, C, Kohlenwasserstoffe, Halogenkohlenwasserstoffe und/oder Halogenkohlenstoffe zugesetzt werden. Gleichermaßen und für den gleichen Zweck ist es bevorzugt, die chemische Reaktivität des Ätzgases zu vermindern und der Anmelder schlägt vor, CFx z.B. mit Halogenen mit höherer Atommasse, wie z.B. Cl, Br oder I, zu verwenden. Es können jedoch XeF2 und andere Ätzgase verwendet werden.
  • Der Grad der Seitenwandrauhigkeit kann alternativ auch durch Beschränken der Zykluszeiten vermindert werden. Beispielsweise wurde gefunden, dass es bevorzugt ist, die Ätz- und Abscheidungszeiträume auf weniger als 7,5 s und vorzugsweise weniger als 5 s zu beschränken.
  • 4. Galliumarsenid und andere Materialien
  • Bisherige Vorschläge betrafen alle die Grabenbildung in Silizium. Der Anmelder hat festgestellt, dass durch die Verwendung einer geeigneten Passivierung ein anisotropes Ätzen von Galliumarsenid und auch einem anderen ätzbaren Material erreicht werden kann. Beispielsweise wird vorgeschlagen, dass Galliumarsenid mit Cl2 mit oder ohne Passivierung oder den das Ätzen verstärkenden Gasen geätzt wird, jedoch wurde im Allgemeinen festgestellt, dass diese Technik mit der vorstehend vorgeschlagenen Kohlenstoff- oder Kohlenwasserstoff-Passivierung erfolgreicher ist. Wenn eine herkömmliche CFx-Chemie verwendet wird, können die Ätzung inhibierende Verbindungen erzeugt werden, welche die Oberflächenrauhigkeit erhöhen oder die Ätzung beschränken. Für Galliumarsenid können niedrigere Temperaturen ebenso bevorzugt sein wie die Verwendung eines Reaktors mit niedrigem Druck und einer hohen Plasmadichte. Eine geeignete Ätzchemie wurde bereits in der Einleitung der vorliegenden Beschreibung angegeben.
    • Gaseintritt
    • Gasaustritt
    • CD-Verlust
    • Ätzgeschwindigkeit Si (Å/min)
    • Stufenbedeckungsgrad (%)
    • 100 eV
    • 10 eV
    • Abscheidungsgas 1 (z.B. CH4)
    • Abscheidungsgas 2 (z.B. H2)
    • Ätzgas 1
    • Spulenleistung = kontinuierlich
    • Spulenleistung = bei der Abscheidung hoch eingestellt (könnte auch beim Ätzen hoch eingestellt sein)
    • Vorspannungsleistung = beim Ätzen hoch eingestellt
    • Vorspannungsleistung = anfänglich hoch eingestellt, Puls beim Ätzen
    • Vorspannungsleistung = umgeschalten
    • Vorspannungsleistung = während der Abscheidung ausgeschalten
    • Abscheidungsgas 1
    • Abscheidungsgas 2
    • Ätzgas 1
    • Spulenleistung = während des „Auspumpens" aus (stabil ein)
    • Spulenleistung = während des „Auspumpens" aus (umgeschalten) hoch beim Abscheiden
    • Spulenleistung = während des „Auspumpens" aus (umgeschalten) hoch beim Ätzen
    • Si-Ätzgeschwindigkeit, μm/min
    • Ätzschritt
    • nicht-Null (Abscheidungsschritt)
    • Durchschnittlicher Druckanstieg
    • nicht-Null (Abscheidungsschritt)
    • Hochfrequenzvorspannungsanstieg (während der Abscheidung)
    • Null
    • Zunahme der Hochfrequenzvorspannung mit der Tiefe (während des Ätzens und der Abscheidung)
    • Anstieg der Zykluszeit ohne Anstieg der Größe
    • Anstieg der Zykluszeit und der Parametergröße
    • Abscheidungsgeschwindigkeit (nm/min)
    • 20 mTorr
    • 40 mTorr
    • oben
    • unten
    • Unten/Oben-Abscheidungsverhältnis
    • Abscheidungsgas
    • Ätzgas
    • Ätzgas 1
    • Ätzgas 2 (Einfanggas)

Claims (15)

  1. Verfahren zum Ätzen eines Grabens in einem Halbleitersubstrat, umfassend das Abscheiden einer Maske, die Öffnungen aufweist, vor dem Ätzen, das Einbringen des Substrats in eine Vakuumkammer, das wiederholte und abwechselnde (a) Ätzen des Halbleitersubstrats und (b) Abscheiden einer Passivierungsschicht auf dem Halbleitersubstrat, während mit dem Ätzen der Basis des Grabens fortgefahren wird, wobei das (b) Abscheiden der Passivierungsschicht auf dem Halbleitersubstrat umfasst: Induzieren eines Plasmas in der Vakuumkammer und Beschleunigen von Ionen bei einer gegebenen mittleren Ionenenergie auf das Substrat für mindestens einen Teil des Zyklus; Einführen eines Kohlenwasserstoffabscheidungsgases und von H2, wodurch ein polymerer Kohlenwasserstoffdünnfilm abgeschieden wird, und gleichzeitig Ätzen der Basis des Grabens, während das Kohlenwasserstoffabscheidungsgas den Film zum Passivieren der Seitenwände des Grabens abscheidet; Aufrechterhalten eines Gemischprozentsatzes des Kohlenwasserstoffabscheidungsgases in dem H2 zwischen einem ersten Prozentsatz und einem zweiten Prozentsatz, während das Kohlenwasserstoffabscheidungsgas den Film zum Passivieren der Seitenwände des Grabens abscheidet; wobei der erste Prozentsatz des Kohlenwasserstoffabscheidungsgases in dem H2 ein Prozentsatz ist, bei dem die Ätzgeschwindigkeit für das Substrat einen Spitzenwert erreicht; wobei der zweite Prozentsatz des Kohlenwasserstoffabscheidungsgases in dem H2 einer von einem unteren Prozentsatz und einem oberen Prozentsatz ist, wobei der untere Prozentsatz ein Prozentsatz des Kohlenwasserstoffabscheidungsgases in dem H2 ist, bei dem die Ätzgeschwindigkeit von einem stationären Zustand anzusteigen beginnt, wobei der obere Prozentsatz ein Prozentsatz des Kohlenwasserstoffabscheidungsgases in dem H2 ist, bei dem die Ätzgeschwindigkeit auf Null fällt, und wobei der erste Prozentsatz zwischen dem oberen und dem unteren Prozentsatz liegt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die mittlere Ionenenergie mehr als 100 eV beträgt und der zweite Prozentsatz der untere Prozentsatz ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die mittlere Ionenenergie weniger als 30 eV beträgt und der zweite Prozentsatz der obere Prozentsatz ist.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das Kohlenwasserstoffgas mindestens eines ist, das aus der Gruppe bestehend aus CH4, C2H4, C3H6, C4H8 oder C2H2 ausgewählt ist.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem Ätz- und Abscheidungsgasströme kontinuierlich oder abrupt variabel sind und bei dem einer oder mehrere der folgenden Parameter Gasströmungsgeschwindigkeiten, Kammerdruck, Plasmaleistung, Substratvorspannung, Ätzgeschwindigkeit, Abscheidungsgeschwindigkeit, Zykluszeiten und Ätz/Abscheidungsverhältnis im Zeitverlauf periodisch variiert bzw. variieren, wie z.B. als Sinus-, Rechteck- oder Sägezahnwellenform oder eine Kombination von diesen.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die Amplitude der Parameter innerhalb eines Zyklus variabel ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die Amplitude der Parameter zwischen Zyklen variabel ist.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei dem die Variation der Parameter ansteigen gelassen wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, bei dem die Ätzgeschwindigkeit während mindestens des ersten Zyklus vermindert wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Maske selbst durch den Passivierungsvorgang abgeschieden wird.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 10, bei dem das Ätzen und die Abscheidungen jeweils Zeiträume von weniger als 7,5 Sekunden umfassen.
  12. Verfahren zum Ätzen nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem sich die Ätz- und Abscheidungsschritte überlappen.
  13. Verfahren zum Ätzen nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Kammerdruck während des Schritts des Abscheidens einer Passivierungsschicht vermindert wird.
  14. Verfahren zum Ätzen nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Substrat zwischen –100°C und 100°C gehalten wird.
  15. Verfahren zum Ätzen nach einem der vorstehenden Ansprüche, welches das Auspumpen der Kammer zwischen den Ätz- und Abscheidungsschritten umfasst, wobei das Auspumpen fortgesetzt wird, bis
    Figure 00260001
    worin Ppa der Partialdruck eines Gases (A) ist, das in einem vorhergehenden Schritt verwendet wird, Ppb der Partialdruck eines Gases (B) ist, das in einem nachfolgenden Schritt verwendet wird, und x ein Prozentsatz ist, bei dem die Prozessgeschwindigkeit des Prozesses, der mit dem Gas (A) zusammenhängt, von einem im Wesentlichen stationären Zustand abfällt.
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