DE69934986T2 - Verfahren für anisotropes ätzen - Google Patents

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum anisotropen Ätzen eines Substrats. Insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, betreffen Verfahren und Vorrichtung die Behandlung eines Halbleiterwafers.
  • Ein Verfahren zum anisotropen Ätzen von Silizium durch zyklisches Ätzen und Abscheiden in einer Plasmaumgebung ist aus der US-A-4 579 623 oder der WO-A-9 414 187 bekannt. Dieses anisotrope Plasmaätzverfahren ist auch auf andere Materialien angewendet worden wie Ge, SiGe und GaAs, was zu hohen Ätzgeschwindigkeiten führt (in Bezug auf das herkömmliche Plasmaätzen, bei dem die Anisotropie durch gleichzeitiges Ätzen und Passivieren während des Verfahrens gesteuert wird). Verfahren der IEEE, 1998, Band 86, Nr. 8, S. 1636–1551 beschreiben Massensiliziumätztechniken, die bei der Herstellung von mikromaschinellen Sensoren, Antrieben und Konstruktionen eingesetzt werden. Die zur Verfügung stehenden Ätzverfahren fallen in drei Kategorien, was den Zustand des Ätzmittels anbelangt, nämlich Naß, Dampf und Plasma. Die Zeitschrift Microelectromechanical Systems, 1996, Band 5, Nr. 4, S. 256–269 offenbart die Ätzgeschwindigkeit für verschiedene Materialien, die bei der Herstellung von mikroelektromechanischen Systemen und integrierten Schaltungen in einer Vielfalt von Naß-Plasma- und Gasphasenätzungen verwendet werden, sowie Details der Ätzvorbereitung, Verwendung und chemischen Reaktionen. Die Zeitschrift Electrochemical Society, 1993, Band 140, Nr. 2, S. 567–570 beschreibt ein Gasphasenätzen von einfachem und polykristallinem Silizium unter Verwendung eines Gemisches aus HF/H2O und O3. Die chemischen Verbindungen bzw. Verfahren, die in jeder dieser Veröffentlichungen offenbart sind, können genausogut für die unten beschriebene vorliegende Erfindung Verwendung finden.
  • Die US 4 529 475 offenbart eine Trockenätzvorrichtung, die reaktionsfähige Gase benutzt und in der Lage ist, anisotropes Ätzen ohne Strahlungsschäden für ein Werkstück zu erreichen. Die Druckschrift beschreibt jedoch keinen zyklischen oder alternierenden Prozeß.
  • Es wird daher als Hypothese angenommen, daß gemäß der vorliegenden Erfindung zur Erreichung einer anisotropen hohen Ätzgeschwindigkeit die folgende all gemeine Technik angewendet werden kann. Die anisotrope hohe Ätzgeschwindigkeit sollte dann erreichbar sein, wenn alle folgenden drei Bedingungen erfüllt werden:
    • (i) Das Material kann bei hoher Geschwindigkeit geätzt werden (d. h. es bildet sich schnell oder spontan ein flüchtiges Reaktionsprodukt, sobald es dem speziellen Ätzmittel ausgesetzt wird), und zwar unabhängig vom Ätzprofil;
    • (ii) ein geeigneter Passivierungsfilm kann niedergeschlagen werden oder die geätzte Oberfläche kann so passiviert werden, daß der Passivierungsfilm oder die passivierte Oberfläche durch das spezielle Ätzmittel mit einer geringeren Geschwindigkeit geätzt werden kann als das zu ätzende Material; und
    • (iii) das Passivierungsmaterial kann selektiv von der Basis (oder waagerechten Oberfläche des Materials) entfernt werden, so daß das Ätzmittel parallel zu dieser Richtung weiterlaufen kann.
  • Das obige Modell der Erfindung besagt, daß dort, wo eine der drei Bedingungen nicht erfüllt werden kann, das Verfahren nicht zur anisotropischen Ätzung irgendeines Materials benutzt werden kann. Es wird darauf hingewiesen, daß bei dem geätzten Material das Ätzprodukt von der Oberfläche entfernt werden muß. Dies kann entweder dadurch geschehen, daß sichergestellt wird, daß die Produkte bei den vorherrschenden Verfahrensbedingungen sich verflüssigen oder mit Hilfe anderer Mittel, einschließlich Waschens mit einem Lösungsmittel. Das genaue Verfahren zur Durchführung der obigen Schritte hängt von dem zu ätzenden Material ab sowie dem der am besten geeigneten Chemie. Beispielsweise kann der Schritt (i) mit Hilfe eines chemischen Stoffes in der Gas-, Dampf- oder Flüssigphase durchgeführt werden. Der Schritt (ii) kann entweder durch Passivierung der Oberfläche (beispielsweise dann, wenn ein Metall oder ein Halbleitermaterial, das ein Oxid, ein Nitrit, Karbid oder eine andere geeignete Grenzfläche bildet, die gegen das chemische Ätzen resistent ist) oder durch Abscheidung eines Passivierungsfilms oder einer Passivierungsschicht erfolgen. Techniken zur Bildung einer passivierenden Grenzfläche oder Schicht sind dem auf diesem Gebiet tätigen Fachmann gut bekannt. Die folgende Diskussion konzentriert sich deshalb mehr auf die Abscheidung eines passivierenden Films, da dieses Verfahren auf das Ätzen dielektrischer Schichten genausogut anwendbar ist wie für Metalle und Halbleiter. So läßt sich der Schritt (ii) (wobei im folgenden nur auf die Abscheidung einer Passivierungsschicht Bezug genommen wird) mit Hilfe eines Plasmas oder einer durch Energiestrahlung (beispielsweise UV) verstärkten Polymerisation. Der Schritt (iii) kann ebenfalls in einer von einer Anzahl verschiedener Weisen durchgeführt werden, so beispielsweise mit Hilfe eines Plasmas oder mit Hilfe kollimierter (gerichteter) Oberflächenstrahlung (einschließlich UV und IR, die von einem Laser oder einer anderen Quelle kommen) durchgeführt werden. Die Vorrichtungsdetails hängen daher davon ab, welche Verfahren für jeden der Schritte zur Anwendung gelangen. Es ist natürlich vorteilhaft, kompatible Vorrichtungsmittel zur Durchführung der Schritte zu benutzen, wobei die Verwendung einer einzelnen Raumvorrichtung (oder einzelnes Gerät) vorzuziehen ist, da dies die reine Ätzgeschwindigkeit optimieren wird, weil unnötige Substratbehandlungen vermieden werden.
  • Die Erfindung ermöglicht die Anwendung der zyklischen Ätzpassivierungstechnik auf Materialien, die nicht notwendigerweise wegen annehmbarer niedriger Ätzgeschwindigkeiten durch eine Plasmaeinrichtung geätzt werden. Statt dessen bezieht sich die Erfindung auf Nichtplasmaätzen und optional auf einen Nichtplasmapassivierungsschritt. In der Tat lassen sich chemische Stoffe, die mit dem Plasmaätzen nicht kompatibel sind, verwenden. Ein Plasma führt im wesentlichen zu einem gewissen Dissoziationsgrad der Vorstufengase, und die Ätzung beruht auf einer gewissen Kombination der chemisch aktiven Radikalen mit elektrisch geladenen Teilchen, um relativ flüchtige Reaktionsprodukte zu entfernen. Zu den Beispielen für die Anwendung der Erfindung gehört das Ätzen von Dielektrika, beispielsweise Siliziumdioxid (z. B. unter Verwendung von HF-basierten Chemikalien), Halbleitern, beispielsweise Silizium (entweder gedopt oder nicht gedopt) auf der Grundlage entweder bekannter feuchter HF/HNO3/CH3COOH Chemie oder auf der Grundlage von reiner Halogenverbindungschemie, beispielsweise ClF3, BrF5 und dergleichen und Leiter wie beispielsweise Au und Pt unter Verwendung von Königswasser (HCl/HNO3) basierter Chemie. Die feuchten bzw. nassen Lösungen wie beispielsweise HF/CH3COOH/HNO3 und HCl/HNO3 können in der Dampfphase verwendet werden. In diesen Fällen läßt sich eine Anzahl Verfahren anwenden, um die Naßlösung auf das Substrat in Dampfform aufzubringen. Zu diesen gehören Ultraschallaufrühren oder elektrostatisches Aufladen, um über dem Substrat einen feinen atomisierten Sprühnebel zu erzeugen. Es versteht sich, daß jede Ätzgeschwindigkeit auf ein Maximum beschränkt ist, das sich an die Geschwindigkeit des Schrittes (i) annähert, so daß die Wahl der höchsten Ätzgeschwindigkeitschemie zur Maximierung dieses Vorgangs notwendig ist.
  • So kann beispielsweise Königswasser sowohl Gold als auch Platin ätzen, und zwar mit Ätzgeschwindigkeiten bei etwa einigen 100 μm pro Minute, während die für Silizium genannte Chemie Ätzgeschwindigkeiten von annähernd 100 μm pro Minute ermöglicht.
  • Die Erfindung kann für das anisotrope Ätzen von Oxiden angewendet werden. Oxid bezieht sich im breitesten Sinne auf Oxide von Silizium, Quarz, Glas, Pyrex, Si O2, abgeschieden durch CVD, und SiO2, entstanden durch thermische Mittel, Plasma oder andere Mittel, wobei die Si-Oberfläche oxidiert wird. Diese Oxide können gedopt oder nicht gedopt sein. Oxide von etwas anderen Materialien, beispielsweise Ge, können auf diese Weise ebenfalls geätzt werden.
  • Das Plasmaätzen von Oxid ist bekannt. Der Stand der Technik, beispielsweise Flamm und Mucha (Kapitel über Plasmaätzen in der Chemie der Halbleiterindustrie, Eds Moss und Ledwith, ISBN 0-216-92 005-1, 19987) befaßt sich mit dem Oxidätzen durch Fluor (hauptsächlich in der Form von Fluorkohlenstoff). Es ergibt sich die folgende Reaktion: SiO2 + CFx plasma SiF4 + COx
  • Das Plasma stellt die Energie zur Verfügung, die das CFx dissoziiert, um dadurch fluorhaltige Radikale freizusetzen und CFy +-Ionen zu produzieren. Diese Ionen werden über dem Plasmamantel beschleunigt, und zwar durch das Eigenspannungspotential und Stoß auf die SiO2-Oberfläche. Dieses Ionenbombardement ist zum anisotropen Ätzen des Oxids erforderlich. Tatsächlich werden hohe Ätzgeschwindigkeiten (im Bereich von 1 μm/min) nur erreicht, wenn hohe Ionenenergien benutzt werden (wenigstens einige 100 eV). Hochdichte Plasmaquellen (beispielsweise ICP, ECR, MORI) können hohe Ätzgeschwindigkeiten bei etwas geringeren Ionenenergien ergeben, jedoch ist diese Energie in Bezug auf die Bedingungen, die für das Ätzen anderer Materialien mit vergleichbaren Geschwindigkeiten (beispielsweise Silizium) erforderlich sind, noch groß. Somit spielt das Ionenbombardement bei dem Oxidätzprozeß eine Schlüsselrolle, die die Ätzgeschwindigkeiten und sowohl Profil als Maske selektiv beeinflußt. Typischerweise dient Fotowiderstand als Maskenmaterial und ist in Abhängigkeit von der Maske typischerweise kleiner als 10:1. Insbesondere für Silizium (was die Unterschicht oder tatsächliche Maske sein kann) beträgt er typischerweise bis zu 20:1.
  • Oxid kann ebenfalls isotrop in einem Plasma geätzt werden, und zwar gewöhnlicherweise in "abstromseitiger" Weise, d. h. entweder wenn das Plasma von dem Werkstück durch eine gehärtete und vorgespannte Metallplatte "abgekoppelt" ist oder einfach außer Sichtweite ist. Hier ist das Ionenbombardement vernachlässigbar und das Ätzen wird hauptsächlich durch Radikale bewirkt, die in dem Plasma erzeugt werden. Ätzgeschwindigkeiten bis zu etwa 1 μm/min sind durch Verwendung von NF3 erreicht worden. Ein anderes gutbekanntes Mittel zum isotropen Ätzen des Oxids ist die Verwendung von HF-Lösung oder Dampf. HF-Lösung (gewöhnlich mit NH4 OH zur Steuerung der Reaktionsgeschwindigkeiten gepuffert) kann Oxid mit Geschwindigkeit ätzen, die unter 1 μm/min liegen, wobei jedoch die Steuerung der Ätzparameter mit chemischen Lösungen im allgemeinen schwierig wird, wenn der Formfaktor steigt.
  • Ein anderes bekanntes Verfahren besteht in der Anwendung von HF-Dampfchemie. Dieses Verfahren ist in der Zeitschrift Semiconductor International, November 1987, sowie in den US-Patenten 4 749 440, 4 857 142 und den deutschen Patenten 4 317 274 und 19 704 454 beschrieben. Hier wurde von Ätzgeschwindigkeiten bis zu 2,4 μm/min berichtet. Die Reaktion ist SiO2 + 4HF → SiF4 + 2 H2O
  • Die Reaktion wird Benutzung von H2O eingeleitet, und tatsächlich kann während der Reaktion Wasserdampf zusammen mit einem wasserfreien HF-Gasstrom eingeleitet werden, um die HF-Adsoption auf der Waferoberfläche zu verstärken (Reaktion mit dem SiO2 zur Bildung von Hydroxid Si(OH)4). Die Selektivität zum entweder Fotowiderstand oder Silizium ist hoch (viel größer als 100:1). Andere geeignete chemische Prozesse, die ebenfalls in der Literatur berichtet worden sind, arbeiten mit Alkoholen (beispielsweise Iso-Propylalkohol und Methanol), die den Wasserzusatz zu dem HF ersetzen. Diesbezüglich wird auf Butterbaugh (Proc. Electrochem. Soc. 1994, Teile 94–7), Lee (J. Electrochem. Soc. Band 143, Nr. 3, 1996) und Torek (J. Electrochem. Soc. Band 142, Nr. 4, 1995) Bezug genommen.
  • Was das Plasmaätzen von Oxid anbelangt, so ist die Bedingung (i) des obigen Modells sehr schwer zu erfüllen, da isotrope Ätzgeschwindigkeiten und anisotrope Ätzgeschwindigkeiten vergleichbar sind (etwa 1 μm/min).
  • Das US-Patent 4 529 475 und das deutsche Patent 4 241 045 offenbaren Verfahren zur Behandlung eines Substratmaterials mit aufeinanderfolgenden Ätz- und Niederschlagschritten, gefolgt von einer selektiven Entfernung der Passivierungsschicht von dem geätzten Produkt.
  • Es besteht daher Bedarf an einem Verfahren zur verläßlichen anisotropen Ätzung eines Substrats (beispielsweise eines Oxids), insbesondere zum Tiefätzen eines Oxids. Diese Aufgabe läßt sich mit Hilfe der vorliegenden Erfindung lösen.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Behandlung eines Substratmaterials oder Films vorgeschlagen, der auf der Materialoberfläche ausgebildet ist, die mit einem Abdeckmuster versehen worden ist, wobei das Verfahren die zyklische Durchführung der folgenden Schritte umfaßt:
    • (a) Ätzen des Materials oder Films;
    • (b) Abscheidung oder Ausbildung einer Passivierungsschicht auf den Oberflächen einer geätzten Sache; und
    • (c) selektives Entfernen der Passivierungsschicht von der geätzten Sache, so daß die Ätzung in einer Richtung im wesentlichen lotrecht zu der Material- oder Filmoberfläche fortschreitet,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Zyklus wiederholt durchgeführt wird mit dem Ergebnis, daß nach jedem Zyklus Merkmale tiefer in das Substrat eingeätzt sind, und wobei wenigstens der Schritt (a) der Schritte (a) und (b) in Abwesenheit eines Plasmas erfolgt.
  • Somit kann der Schritt (a) ein chemischer Ätzschritt sein. Die Passivierungsschicht wird typischerweise auf allen Oberflächen des Materials oder Films niedergeschlagen.
  • In den Fällen, in denen das Verfahren zur Behandlung eines Films benutzt wird, der auf der Materialoberfläche vorhanden ist, kann der Film dünn sein. Bei der Ausführung der Schritte (a), (b) und (c) und dann Wiederholung der Schritte, bis die gewünschte Tiefe des geätzten Merkmals erreicht ist, kann das Verfahren in dem Material oder Film eine tiefe, anisotrope geätzte Figur schaffen.
  • Es wird darauf hingewiesen, daß der erste Schritt in dem Zyklus nicht notwendigerweise der Schritt (a) sein muß.
  • Das Verfahren ist insbesondere zur Behandlung von Si, Si Ge, Ge und Oxiden anwendbar, obgleich es auch für andere Materialien, beispielsweise die oben erwähnten Halbleiter oder Leiter gleichermaßen brauchbar ist. Daher kann das Substrat jedes beliebige Substrat sein, das zum Ätzen geeignet ist, beispielsweise ein Halbleiterwafer oder ein Werkstück. Der Dünnfilm kann ein Dielektrikum, Halbleiter oder Leiter sein. Im Falle des genannten Beispiels kann das Dielektrikum Siliziumdioxid oder irgendein geeignetes Oxid sein. Darüber hinaus können das Material oder der Dünnfilm überstrichen oder nicht überstrichen sein.
  • Bei einer Ausführungsform der Erfindung zum Ätzen von Oxiden ist H2O im Schritt (a) vorhanden, wo es als ein Auslöser für das chemische Ätzen wirkt. Zusätzlich oder alternativ können N2 oder andere inerte Gase im Schritt (a) vorhanden sein. Der Stickstoff kann als Trägergas dienen. Darüber hinaus läßt sich Stickstoff als Reinigungsgas verwenden, um das Gerät zwischen den verschiedenen Schritten des Verfahrens zu reinigen. Dazu kommt, daß, wie oben in Verbindung mit dem Stand der Technik ausgeführt, Alkohol durch Wasserchemie ersetzt werden kann, beispielsweise in Form von Isopropylalkohol und/oder Methanol. Alternativ dazu lassen sich bei einer anderen Ausführungsform andere Gasquellen für den Ätzungsschritt verwenden, einschließlich reiner Halogenmoleküle oder Verbindungen (Inter-Halogen) wie beispielsweise F2 oder ClF3 (einschließlich relevanter zulässiger Mischungen derselben) oder QRy (wobei Q und R unterschiedliche elementare Halogene), die spontan Silizium ätzen. Die trockene chemische Ätzung von Silizium läßt sich durch Oberflächenbestrahlung (jedoch nicht mit Plasma) verstärken. Die Oberflächenbestrahlung bei der vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht auf Lasererregerstrahlung beschränkt.
  • Die Passivierungsschicht kann durch Verwendung eines Polymers, beispielsweise eines der allgemeinen Formeln CxFy, CxHy, CxHyFz, wobei x, y und z irgendwelche geeigneten Werte sein können, niederschlagen.
  • Das Niederschlagen der Passivierungsschicht im Schritt (b) kann entweder mit oder ohne einem vorhandenen Plasma erfolgen. Wenn ein Plasma nicht vorhanden ist, läßt sich irgendein beliebiges geeignetes Nichtplasmamittel verwenden, wobei jedoch ein Beispiel für den Niederschlag der Passivierungsschicht ein foto verstärkter Polymerisationsprozeß ist. Ein besonderes Beispiel ist die UV-verstärkte Polymerisation. Es wurde gefunden, daß diese Polymerisation das Verfahren bildet, das in einem sehr weiten Bereich von Materialien anwendbar ist.
  • Bei einer Ausführungsform kann CxFy Polymerkette des Typs n (CxFy) abgeschieden werden. Wenn x = 1 und y = 2 ist, so ist dies PTFE. Ein Erfordernis der Passivierungsschicht der bevorzugten Ausführungsform besteht darin, daß sie für die Ätzchemie höchst selektiv ist. Dies ist tatsächlich bei der HF-Chemie der Fall, die für PTFE unbegrenzt selektiv ist und damit für das CxFy Polymer, das im Schritt (b) Verwendung findet sowie auch für herkömmliche organische Maskenbildungsmaterialien, beispielsweise fotoresistente Materialien.
  • Die selektive Entfernung der Passivierungsschicht (Schritt (c)) läßt sich mit Hilfe eines Plasmas ausführen. Alternative Verfahren der Oberflächenbestrahlung können ebenfalls geeignet sein. So kann beispielsweise die thermische Erwärmung entweder der vorderen und/oder hinteren Oberfläche des Materials oder Films benutzt werden, was zu einer thermolytischen Zersetzung führt. Alternativ dazu kann die Bestrahlung von einer Lichtquelle ausgehen, beispielsweise einem Laser, und zwar auf der Vorderseite des Materials oder Films, wodurch sich ein fotolytischer Abbau ergibt. Die Bestrahlung kann gerichtet oder gezielt parallel zur Richtung der fortschreitenden Ätzfront sein. In den Fällen, in denen ein Plasma benutzt wird, ist bei einer Ausführungsform die in diesem Plasmaverfahrensschritt benutzte Ionenenergie größer als 10 eV und liegt vorzugsweise zwischen 10 und 100 eV. Vorzugsweise ätzt das Plasma nicht spontan die Passivierungsschicht, da es wichtig ist, die gerichtete Ätzung durch vorzugsweises Entfernen von den Basis- oder waagerechten Oberflächen des zu ätzenden Gegenstandes aufrecht zu erhalten. Das Plasma weist ein Vorläufergas oder ein Gemisch aus Vorläufergasen auf. Beispiele geeigneter Plasmas sind entweder inerte Gase (in Bezug auf die Chemie) wie Argon, die physikalisch das Polymer beseitigen, oder solche Gase, die physikalisch die Basisschicht mit chemischen Verstärkungen wie Halo- oder Hydrocarbonen beseitigen. Bei einer Ausführungsform kann der Vorläufer mit dem Material verdünnt werden, das zur Abscheidung der Passivierungsschicht dient, insbesondere überlappend mit dem Ende des Schrittes (b). Alternativ dazu kann der Vorläufer entweder mit Ätzmittel, das zum Ätzen des Substrats verwendet wird, verdünnt sein oder verdünnt werden, und zwar entweder vollständig oder zumindest teilweise in Überlappung mit dem ganzen Schritt (a) oder seiner Startphase.
  • Obgleich irgendwelche geeigneten Betriebsbedingungen zur Anwendung für das erfindungsgemäße Verfahren angewendet werden können, sind bei einer bevorzugten Ausführungsform die Betriebsbedingungen folgende:
    • Schritt (a) kann bei hohen oder niedrigen Drücken ausgeführt werden (beispielsweise von atmosphärischem Druck bis zu einigen Torr [Mehrfaches von 133 Pa]). Es ist kein Plasma vorhanden. Die gesamten chemischen Ätzmittelströme können im Bereich von Bruchteilen eines SLM bis 10 s eines SLM (Normliter pro Minute) liegen, und zwar unter Verwendung eines geeigneten Trägergases, eines chemischen Verstärkungsmittels und der hauptsächlichen Ätzchemikalien.
    • Schritt (b) kann bei geringem Druck eines Plasmas ausgeführt werden, der beispielsweise von einigen 100 Torr (Mehrfaches von 13 333 Pa) bis herunter zu einigen mTorr (Mehrfaches von 0,133 Pa), wobei die gesamten Gasströme von wenigen cm3 bis zu 1 SLM für beispielsweise ein Trägergas und das Passivierungsvorläufergas reichen.
    • Schritt (c) kann mit einem Plasma niedrigen Drucks, möglicherweise bis zu mehreren 100 Torr (mehrere Male 13 333 Pa) ausgeführt werden, jedoch vorzugsweise mit weniger als 100 mTorr (weniger als 13,3 Pa), wobei die gesamten Gasströme im Bereich von 5–100 cm3 liegen (wenn beispielsweise Argon in dem Plasma verwendet wird.
  • In einer Ausführungsform wird jeder der Schritte (a) bis (c) als separater Schritt durchgeführt, wobei keine Überlappung zwischen jedem Schritt erfolgt. Zwischen einem beliebigen der Schritte und insbesondere zwischen den Schritten (a) und (b) und/oder zwischen den Schritten (c) und (a) kann ein Abpumpschritt vorgesehen werden.
  • Die Vorrichtung zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens kann eine Kammer mit einem Chemikalieneinlaß und einem Chemikalienauslaß aufweisen, in der ein Träger zur Aufnahme eines Substrats angeordnet ist. Des weiteren weist sie (a) eine Einrichtung zum Ätzen eines Substratmaterials oder eines Films mit einem oder mehreren geeigneten Chemikalien auf der Materialoberfläche auf, die mit einem Maskenmuster ausgestattet worden ist. Ferner weist die Vorrichtung (b) eine Einrichtung zur Abscheidung einer Passivierungsschicht auf den Oberflächen eines geätzten Merkmals und (c) eine Einrichtung zur wahlweisen Entfernung der Passivierungsschicht von dem geätzten Merkmal auf, so daß die Ätzung in eine Richtung voranschreitet, die im wesentlichen lotrecht zur Material- oder Filmoberfläche liegt. Die Vorrichtung ist so eingestellt, daß die Schritte (a), (b) und (c) zyklisch durchgeführt werden, wobei der Zyklus wiederholt wird mit dem Ergebnis, daß die Merkmale nach jedem Zyklus, wenn die Passivierungsschicht entfernt ist, tiefer in das Substrat geätzt werden, und wobei wenigstens der Schritt (a) von den Schritten (a) und (b) in Abwesenheit eines Plasmas durchgeführt wird.
  • Die Vorrichtung kann des weiteren eine Einrichtung zur Erzeugung von RF-Energie (induktiv und/oder kapazitiv über die Elektroden gekoppelt) oder Mikrowellenenergie für ein in der Kammer befindliches Plasma, und zwar für wenigstens einen Teil des Zyklus, aufweisen. Außerdem kann eine Einrichtung zur Erzeugung einer elektrischen Spannung an der Substratelektrode vorgesehen werden, um die Ionen für wenigstens einen Teil des Zyklus auf die Materialoberfläche oder den Film zu beschleunigen. Die Vorrichtung kann des weiteren mit einer Einrichtung zur Erzeugung von in die Kammer gerichtete Strahlungsenergie versehen sein. Die Vorrichtung kann des weiteren eine Einrichtung zur Steuerung der Temperatur des Substrats oder Werkstücks der Kammer aufweisen, um dadurch die Abscheidung des Passivierungsfilms und/oder die Ätzgeschwindigkeit des Substrats und/oder die Ätzgeschwindigkeit des Passivierungsmaterials zu erhöhen.
  • Die Vorrichtung kann des weiteren mit einer Einrichtung zum Drehen des Substrats ausgerüstet sein, um dadurch die Prozeßhomogenität über dem Substrat zu steigern.
  • Somit können die Einrichtung zum Ätzen des Substrats, die Einrichtung zur Abscheidung der Passivierungsschicht und die Einrichtung zur selektiven Entfernung der Passivierungsschicht einer einzigen Kammer zugeordnet sein. Dies ist für den Durchsatz vorteilhaft, da dadurch keine zusätzlichen Substratbehandlungszeiten auftreten. Alternativ jedoch kann für jeden der Schritte eine separate Kammer vorgesehen werden, wenn sich die Notwendigkeit ergibt, die gewünschte Einrichtung für den Passivierungs- oder Passivierungsschichtentfernungsschritt zu unterstützen.
  • Jede der Einrichtungen zum Ätzen, zum Niederschlagen der Passivierungsschicht und zum selektiven Entfernen der Passivierungsschicht kann derselben oder einer getrennten Kammer zugeordnet werden, in der das Substrat angeordnet ist.
  • Daher braucht nicht nur jede Einrichtung mit einer einzelnen Kammer ausgestattet zu sein, sondern eine Kammer kann für jede Einrichtung (was drei Kammern insgesamt bedeutet) oder zwei der Einrichtungen können einer einzelnen Kammer zugeordnet werden, wobei dann die andere Einrichtung einer separaten Kammer zugeordnet wird.
  • Für die Durchführung des Verfahrens dieser Erfindung können irgendwelche verwendeten Gase von einem Liefersystem geliefert werden, das örtlich an einer Kammer angeordnet ist, in der das Verfahren durchgeführt wird. "Örtlich" bedeutet entweder, daß das Liefersystem eher zu der Kammer gehört als daß es einen zentralen Zufuhrring bildet und/oder daß das Gas an der Stelle erzeugt wird, an der es benutzt wird. In gleicher Weise kann die für das erfindungsgemäße Verfahren verwendete Vorrichtung ein Liefersystem für Gase enthalten, das an der Reaktionskammer der Vorrichtung lokalisiert ist. Das örtliche Liefersystem kann geschmolzene Elektrolytgaserzeuger, insbesondere für Fluor, Stickstoff, Trifluide oder Chlortrifluide oder zwischenhalogene Gase, wie beispielsweise deren Mischungen, verwenden. Die Gasgeneratoren enthalten einen Feststoff, wenn sie kalt sind, der den sicheren Transport und die sichere Lagerung der Generatoren ermöglicht. Sie sind in der Lage, die Prozeßgase mit hoher Reinheit und mit annehmbaren Kosten und Risiken zu erzeugen. Die Fähigkeit, Gase zu erzeugen oder Gasmischungen zu kombinieren, die entweder ein Plasma zur Erzeugung der reaktiven Stoffe erfordern oder spontan mit dem Substrat reagieren, ermöglichen die Einführung eines Verfahrensplans, der für den einen oder anderen der Prozeßschritte im gesamten Verfahrensplan nur ein Plasma erfordern kann.
  • Die Erfindung kann auf verschiedenen Wegen verwirklicht werden und spezielle Beispiele dieser Wege werden nun im folgenden beschrieben, und zwar unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen, in denen sind:
  • 1 eine vergrößerte schematische Querschnittsansicht einer anisotrop geätzten Rinne bei einem zyklischen Ätz- und Passivierungsverfahren;
  • 2 eine vergrößerte schematische Querschnittsansicht einer geätzten Rinne, die durch herkömmliche anisotrope Ätzung hergestellt wird;
  • 3 eine vergrößerte schematische Querschnittsansicht eines isotropen chemischen Ätzprozesses;
  • 4 eine vergrößerte schematische Querschnittsansicht eines Niederschlags eines passivierenden Films;
  • 5 eine vergrößerte schematische Querschnittsansicht der selektiven Entfernung des passivierenden Films vom Boden eines geätzten Merkmals;
  • 6 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Durchführung des Ätzschrittes der vorliegenden Erfindung;
  • 7A und 7B schematische Ansichten einer Vorrichtung zur Durchführung der abschließenden beiden Schritte des Verfahrens oder aller Verfahrensschritte der vorliegenden Erfindung;
  • 8A bis 8C schematische Darstellungen verschiedener unterschiedlicher Schrittfolgen der vorliegenden Erfindung;
  • 9A und 9B schematische Ansichten einer alternativen Vorrichtung zur Durchführung aller Schritte oder der beiden Endschritte des Verfahrens der vorliegenden Erfindung; und
  • 10A bis 10C und 11 schematische Darstellungen der Schritte zur Erzeugung eines Mehrfachdüsenduschkopfs bzw. eines sich ergebenden Produktes.
  • In 1 ist eine schematische Ansicht einer Rinne dargestellt, die wie in der WO-A-94 14 187 beschrieben, ausgebildet ist. Das in jener Druckschrift beschriebene Verfahren benutzt aufeinanderfolgende und diskrete Ätz- und Niederschlagsschritte, so daß nach dem ersten Ätzschritt die Seitenwände, wie bei 1 gezeigt, hinterschnitten sind und diese Hinterschneidung dadurch eine niedergeschlagene Passivierungsschicht 2 geschützt wird. Wie aus 1 ersichtlich, schafft diese Anord nung eine hohe Seitenwand, und in dem Maße, wie die Ätzschritte zunehmen oder sich tatsächlich das Flächenverhältnis vergrößert, können in dem Profil Ausbauchungen oder wiedereintretende Nuten entstehen. Es wird darauf hingewiesen, daß das Verfahren das Muster in die Oberfläche des Substrats überträgt, das in der Maske 3 ausgebildet wird.
  • 2 zeigt eine schematische Ansicht eines geätzten Substrats, das mit Hilfe herkömmlichen anisotropen Ätzens geätzt worden ist. Wiederum ist eine Maske 4 oben auf der Rinne 5 vorhanden. Wie in den abhängigen Ansprüchen definiert, betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren, bei dem der Ätzschritt in Abwesenheit eines Plasmas ausgeführt wird. Hier beschriebene Verfahren, die den Ätzschritt betreffen, der in einem Plasma ausgeführt wird, sind für das Verständnis der vorliegenden Erfindung nützlich.
  • Wie oben erwähnt, läßt sich für einen zyklischen anisotropen Prozeß mit hoher Ätzgeschwindigkeit ein Modell entwickeln. Somit kann die Technik zur Vergrößerung der Ätzgeschwindigkeiten angewandt werden, und zwar unter Beibehaltung der Anisotropie für ein beliebiges Material, wenn die drei oben erwähnten Bedingungen (i) bis (iii) erfüllt werden können. Dieses Modell ist bei seiner Anwendung schematisch in den 3 bis 5 dargestellt. Was 3 anbelangt, so ist dort ein Substrat 6 gezeigt, auf dem eine Maskenschicht 7 liegt, die dem isotropen chemischen Ätzen unterworfen wird, um eine Rinne 8 zu erzeugen. Wie in 4 gezeigt, kann die Ablagerung oder Abscheidung eines Passivierungsfilms 9 zur Erzeugung eines Schutzes ausgeführt werden. Der nächste Schritt, der von dem Modell vorgeschlagen wird, ist die Entfernung des Passivierungsmaterials 9 von dem Grund 10 oder der waagerechten Oberfläche des Materials 11. Dies ermöglicht, daß das Ätzen in der gewünschten Ätzrichtung lotrecht zur Ebene des Substrats voranschreitet. Dieses Modell hat zu dem Plasmaätzen von Silizium unter Verwendung von SF6 oder NF3 auf der Grundlage der Ätzchemie und CXHy oder CXHyFz Passivierungschemie geführt. Das Modell besagt jedoch, daß dort, wo irgendeine der obigen Bedingungen (i) bis (iii) nicht erfüllt ist, das Verfahren nicht besonders zur Erhöhung der Prozeßleistung eingesetzt werden kann. Betrachtet man beispielsweise den Stand der Technik, so betrifft dieser nur die Verstärkung des anisotropen Plasmaätzens durch Verwendung dieses Verfahrens. Daher ist das Verfahren nur für jene Materialien anwendbar, die in einem Plasma geätzt werden können, in dem die isotrope Plasmaätzkomponente das hohe Ätzgeschwindigkeitsmittel schafft und die Seitenwandpassivierung das anisotrope Mittel bildet. Die Verwendung von chemischen Stoffen, die mit der Plasmaätzung nicht kompatibel sind und tatsächlich einfachere Nichtplasmaverfahren werden nicht offenbart. Auch Definition ist somit der Stand der Technik nicht anwendbar, um anisotrope Ätzgeschwindigkeiten von Materialien zu verstärken, welche nicht gleichzeitig eine hohe isotrope Ätzgeschwindigkeitskomponente haben. Materialien wie Siliziumdioxid, Siliziumcarbit oder Metalle wie beispielsweise Au, Pt, NiFe, Fe, NiFeCo (und andere metallische magnetische Materialien) fallen in diese Kategorie. Die vorliegende Erfindung verwendet somit ein nichtplasmatisches chemisches Ätzmittel unter der Bedingung (i) des Modells entweder mit einem Nichtplasma (beispielsweise strahlungsverstärkt) oder ein Plasma, verstärkt durch den Passivierungsschritt in Bedingung (ii) und ein Nichtplasma (beispielsweise strahlungsverstärkt) oder im Plasmaschritt zur Erfüllung der Bedingung (iii) des Modells. Im wesentlichen kann der zweite der ersten beiden Schritte in Abwesenheit eines Plasmas ausgeführt werden.
  • Die Wahl der Chemie hängt insbesondere von den Materialien ab, die geätzt werden. Die US-Patente 5 221 366, 5 213 621 und 5 213 622 beschreiben die Verwendung von Diketonen-, Ketoiminen-, halogenierter Karboxylsäure-, Essigsäure- und Ameisensäurechemie, um verschiedene Metalle in der Dampfphase zu ätzen. Derartige chemische Stoffe (und Erweiterungen einschließlich Hexafluoro-2,4-Pentaneduin und andere fluoronierte Acetyl-Azeton-Gruppen) können für das Dampfätzen verschiedener metallischer und magnetischer Materialien eingesetzt werden. Der Stand der Technik offenbart die Benutzung erhöhter Temperaturen, um das Ätzen zu verstärken. Tatsächlich sind in einigen Fällen mehrere 100° notwendig, um eine Ätzung zu erreichen. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung läßt sich bei Drücken über dem Atmosphärendruck und/oder bei erhöhten Temperaturen (abhängig von Temperaturbeschränkungen, die durch das zu ätzende Material auferlegt werden) durchführen, um die Ätzgeschwindigkeit für derartige metallische und magnetische Materialien zu erhöhen.
  • In einer speziellen Ausführungsform betrifft die Erfindung das Oxidätzen durch:
    • (i) die Verwendung von anhydrierten HF-basierten Chemikalien zur Ätzung des Oxids;
    • (ii) Abscheidung der Passivierungsschicht (vorzugsweise bei der Verwendung von CxFy entweder mit oder ohne Plasmaverstärkung); und
    • (iii) die Verwendung von entweder einem gerichteten plasmaerzeugten Ionenbombardement oder einem gerichteten Nichtplasmastrahlungsmittel zur Entfernung der Passivierungsschicht.
  • 6 zeigt eine Ausführungsform einer speziellen Vorrichtung, ganz allgemein mit 12 bezeichnet, wie sie bei der Erfindung zur Ausführung des chemischen Ätzens mit HF-gestützter Chemie benutzt wird. Das anhydrierte HF und andere chemische Stoffe können bei der Einlaßöffnung 13 eintreten und an der Auslaßöffnung 14 austreten, die durch eine Kammer 15 verbunden sind. Des weiteren befindet sich in der Kammer 15 eine Elektrode 16, auf der ein oxidisches Substrat 17 (beispielsweise Siliziumdioxid) angeordnet ist. Die Kammer 15 steht unter einem Druck von etwa 760–500 Torr (101 331 Pa–66 665 Pa) und der gesamte Gasstrom beträgt zwischen 15 und 13 SLM. Bei Benutzung wird das anhydrierte HF zusammen mit entweder einem Alkohol oder H2O und N2 Trägergas durch die Einlaßöffnung 13 in die Kammer 15 geleitet und ätzt das Substrat 17, um dadurch in der Kammer ein geätztes Merkmal zu bilden. Eine alternative Vorrichtung zur Durchführung dieses Schrittes ist in der DE 19 704 454 und DE 4 317 274 offenbart.
  • Wie aus 6 hervorgeht, kann die Kammer 15 mit dem Prozeßgas durch die Einlaßöffnung 13 von einem lokalen Liefersystem 15A versorgt werden, das in der Lage ist, das gewünschte Gas oder die gewünschten Gase aus vorhandenen geschmolzenen Elektrolytgasgeneratoren zu erzeugen.
  • Die 7A und 7B zeigen alternative schematische Vorrichtungen, die entweder für alle drei Schritte der Erfindung oder für den zweiten und dritten Schritt (d. h. die Passivierung und die gerichtete Entfernung der Passivierungsschicht) eingesetzt werden können. 7A zeigt eine Vakuumkammer 18, die eine Trägerelektrode 19 zur Aufnahme des oxidischen Substrats 17 enthält, das in Form eines Halbleiterwafers vorliegen kann. Auch ist eine weitere beabstandete Elektrode 20 gezeigt.
  • Die Kammer 18 wird von einer Spule 22 umgeben, die von einer RF-Quelle 23 beschickt wird, welche zur Induzierung eines Plasmas in der Kammer 11 zwischen den Elektroden 19 und 20 dient, beispielsweise dann, wenn dies in irgendeinem der plasmabasierten Schritte der Erfindung verlangt wird. Eine Spannungseinrichtung 21 ist der Elektrode 19 zugeordnet. Die Kammer ist mit einer Gaseinlaßöff nung 24 versehen, durch die Abscheidungs- oder Ätzgase eingeleitet werden können, sowie einer Auslaßöffnung 25 zur Entfernung gasförmiger Prozeßprodukte und jedweden überschüssigen Prozeßgases.
  • Die in den 7A und 7B gezeigte Spannungseinrichtung 21 spannt den an der Substratelektrode anliegenden Strom, um dadurch den Schritt 3 zu ermöglichen. Die Spannung ist gewöhnlicherweise eine kapazitiv gekoppelte Wechselstromspannung, jedoch ist Gleichstromspannung möglich, wenn leitende Substrate benutzt werden.
  • 7B zeigt eine schematische Ansicht einer zu der Vorrichtung von 7A alternativen Vorrichtung. Die Vorrichtung arbeitet in ähnlicher Weise wie die in 7A gezeigte, und gleiche Bezugszeichen zeigen daher gleiche Teile. Der Unterschied zwischen der in 7B gezeigten Vorrichtung und der in 7A gezeigten Vorrichtung betrifft die Art der RF-Energie (induktiv und kapazitiv), die mit dem Plasma zur Durchführung irgendeines der plasmagestützten Schritte verbunden ist. 7A zeigt ein induktives Verfahren der Kopplung des RF-Stroms, während 7B ein kapazitives Verfahren des RF-Stroms, also Wechselstroms, zeigt. Obgleich nicht dargestellt, können auch andere Arten von Plasmaquellen, so beispielsweise MORI, ECR und dergleichen Verwendung finden. So ist in 7B eine erste RF-Quelle und Scheinwiderstandsanpassungseinheit gezeigt, die auf die Elektrode 19 wirken. Der erste RF-Strom und die Anpassungseinheit können auf die obere Elektrode einwirken, und eine zusätzliche zweite RF-Quelle und Anpassungseinheit können auf die untere Elektrode wirken, um die Spannungszufuhr herzustellen.
  • Für den zweiten Schritt der Erfindung, d. h. die Abscheidung der Passivierungsschicht, sind die idealen Betriebsbedingungen folgende: Ein geringer Plasmadruck (das Mehrfache von 13 333 Pa) bis zu einigen mTorr (das Mehrfache von 0,133 Pa), sind in Abhängigkeit von dem Reaktortyp in der Kammer 18 vorhanden. Die Fluorcarbongasquelle, beispielsweise C4F8, möglicherweise in einem Helium- oder Argonträgergas, wird durch die Einlaßöffnung 24 in die Kammer 18 eingeleitet und auf den Oberflächen des Substrats 17 polymer abgeschieden.
  • Der dritte Schritt der Erfindung, das ist also die selektive Entfernung der Passivierungsschicht, wird ebenfalls in der Kammer 18 durchgeführt, die in den 7A und 7B gezeigt ist. Ein geringer Plasmadruck, vorzugsweise niedriger als einige 100 Torr (das Mehrfache von 13 333 Pa) und im Idealfall niedriger als oder gleich 10 mTorr (1,33 Pa) wird in Abhängigkeit vom Reaktortyp verwendet, und der gesamte Gasstrom liegt im Bereich von 5–100 sccm, wenn Argon für die selektive Entfernung benutzt wird.
  • 8A zeigt die ideale Aufeinanderfolge von Chemie/Gasen, die nur in die Prozeßkammer hinein stattfindet. Der Schritt 1 bezieht sich auf die Strömung der Ätzmittelchemikalien in die Kammer, der Schritt 2 auf den Durchgang eines Passivierungsgases in die Kammer und der Schritt 3 auf den Durchgang des Plasmaätzgases in die Kammer. Es wurde jedoch insbesondere festgestellt, daß sich die Strömungsgeschwindigkeiten und die Betriebsdrücke zwischen dem ersten Schritt und den anderen beiden Schritten weitgehend unterscheiden und daß oft ein Auspumpen und eine Druckstabilisierung erforderlich sind. Dies führt zu der Aufeinanderfolge, die in 8B gezeigt ist. Obgleich die gezeigte Aufeinanderfolge einen einzigen chemischen Stoff oder Gasstrom zeigt, versteht es sich, daß mehr als ein chemischer Stoff oder Gas Verwendung finden können, falls erforderlich. Als Beispiel zeigt 8C den detaillierten Abbruch nur der Aufeinanderfolge der Gase des Schrittes 1, wobei auch die Verwendung des N2-Trägergases als Highlight in Erscheinung tritt.
  • Dieser Nachteil der unterschiedlichen Betriebsdrücke und Betriebsbedingungen läßt sich durch eine andere Ausführungsform überwinden. Dies ist schematisch in 9A dargestellt, aus der eine Vorrichtung ersichtlich ist, die zur Abscheidung eines Polymers im Schritt 2 mit Hilfe der Strahlung des Vorläufergases verwendet werden kann, das über das Substrat 17 strömt, nachdem es in den Reaktor durch die Öffnung 24 eingetreten ist und den Reaktor über die Öffnung 25 verläßt. Vorzugsweise wird die Waferträgerelektrode 19 gekühlt, so daß die Polymerkondensation auf dem Substrat verstärkt wird. Die Strahlung (einschließlich entweder UV oder IR) wird durch die externe Einrichtung 26 zugeführt, zu der die Lasererregungseinrichtung gehört, so beispielsweise ein Anregungslaser. Sie tritt in die Kammer durch ein geeignetes Fenster 27 ein. Strahlungverstärkende Polymerisaitonsverfahren sind dem auf diesem Gebiet der Technik tätigen Fachmann gut bekannt. Die Prozeßsteuerung in form von Betriebsdrücken kann sehr ähnlich derjenigen sein, die für den chemischen Ätzschritt erforderlich ist, also bei Drücken nahe dem atmosphärischen Druck.
  • 9B zeigt schematisch eine Vorrichtung zur Durchführung des Schrittes 3 unter Verwendung eingestellter Oberflächenstrahlung. Da dies ohne Plasma stattfindet, lassen sich beim Schritt 1 dieselben Vorteile der Ähnlichkeit des Betriebsfensters erhalten. Die Figur zeigt das auf der Wafertragelektrode 19 liegende Substrat 17. Die Strahlung wird durch die externe Einrichtung 26 geliefert und tritt in die Kammer durch ein geeignetes Fenster 27 über einen Collimator 28 ein. Alternativ dazu beschreibt die US 4 529 475 die Verwendung von zwei Strahlungsquellen lotrecht zueinander, von denen die eine für die Abscheidung (Schritt (ii)) verwendbar ist, während die andere für die Entfernung des Polymers benutzt wird (Schritt (iii)).
  • Damgfabgabeverfahren
  • Elektrostatische Sprühstrahlabgabetechniken lassen sich wie folgt verwenden:
    • a) die Lösung wird in die Kammer eingeführt (beispielsweise mit Hilfe eines MFC oder einer Heberspritze oder einer mit konstanten statischem Druck arbeitenden Förderpumpe), um einen Tropfen Strom zu erzeugen; und
    • b) ein elektrostatisches Feld wird erzeugt, um die Tröpfchen an das Substrat elektrostatisch anzuziehen.
  • Die Tröpfchen werden mit Hilfe einer Hochspannungsstromquelle, die mit dem Tröpfcheneintrittspunkt in die Kammer verbunden ist, mit einer positiven oder negativen Gleichstromladung versehen. Die Substratelektrode wird in Bezug auf die Gleichstromzufuhr geerdet. Am Tröpfcheneintritt sind typische elektrostatische Feldstärken im Bereich von 2 bis 30 kV/mm erforderlich. Bei diesen Intensitäten wird an dem Eintrittspunkt eine Coronaentladung erzeugt, die die Aufladung und Atomisierung der Tröpfchen unterstützt und den sich ergebenden Sprühstrahl gegen die geerdete Substratelektrode lenkt. Die Aufladung der Tröpfchen kann auch die Prozeßreaktionsgeschwindigkeit erhöhen. Auch kann die Lösungsleitfähigkeit die Tröpfchengröße beeinflussen. So führt beispielsweise Oxalsäurezusatz zu einer erhöhten elektrischen Leitfähigkeit und dadurch zu einem feineren Tropfensprühstrahl.
  • Idealerweise weist die Austrittsöffnung eine Düse auf, deren Innendurchmesser kleiner oder gleich 1 mm ist. Im praktischen Fall wird zum Erhalt einer guten Gleichförmigkeit über relativ große Bereiche eines der folgenden Verfahren benötigt:
    • a) Rasterabtastung einer oder mehrerer Düsen (die nur eine teilweise Sprühstrahlabdeckung über dem Substrat ermöglichen) und/oder geeignete Substratrotation;
    • b) mehrere Düsen, die eine vollständige Substratabdeckung bei möglicher Substratrotation erlauben (siehe unten).
  • Vielfachdüsenduschkopf zur Ermöglichung der vollständigen Substratabdeckung
  • Gegenwärtige Verfahren und der Stand der Technik beziehen sich auf die Verwendung einer oder mehrerer Düsen zur Einleitung des Dampfes. Die Düsen müssen leitfähig sein, um die elektrostatische Aufladung der Spitze zu ermöglichen. Da die Spitzenabmessung klein ist (< 1 mm), tritt elektrische Feldverstärkung ein. Diese Verstärkung vergrößert das elektrische Feld an der Spitze im Bereich von 2 bis 30 kV/mm um einige Größenordnungen. Bei diesen hohen Feldern erfolgt eine lokale Coronaentladung, die das Entstehen eines feinen beladenen Tröpfensprühstrahls unterstützt, der von der gleichstromgeerdeten Substratelektrode angezogen wird. Im praktischen Fall ist es schwierig, eine große Anzahl Düsen zu verwenden, um den großen Bereich der Substratbehandlung abzudecken.
  • Dieser Aspekt der Erfindung bezieht sich auf die Gestaltung eines Duschkopfes, der sowohl eine gleichmäßige Dampfverteilung ermöglicht als auch die Beibehaltung hoher elektrischer Feldverstärkungsfaktoren.
  • 10 zeigt die Fabrikationsschritte für die Herstellung des Duschkopfes 29, nämlich
    • A. Eine dielektrische Platte 30 (beispielsweise Quartz, Glas oder Jenaer Glas) wird von der Rückseite aus mit kegelförmigen Löchern 31 durchbohrt (oder einer Anzahl übereinander gelagerter Löcher mit sich verringerndem Querschnitt), um dadurch die gewünschte Düsenform zu erzeugen. Kleine Löcher (beispielsweise bis zu 1 mm) werden von der Vorderseite eingebohrt, gefolgt von größeren Löchern, die von der Rückseite eingebohrt werden. Die gewählte Zahl der Löcher und deren Trennung hängt von verlangter Dampfströmungsgeschwindigkeit und Druck ab, die durch das elektrische Feld verstärkt werden.
    • B. Die Rückseite 32 der Platte wird dann zur Herstellung eines durchgehenden elektrischen Pfades zwischen der hinteren Oberfläche und der Innenseite jeder Düse bis zur Spitze jeder Düse metallisiert.
    • C. An dem metallisierten Abschnitt auf der Rückseite werden dann elektrische Anschlüsse für die Gleichstromzufuhr hergestellt.
  • 11 zeigt eine Abänderung, bei der unterschiedliche Bereiche des Duschkopfes 33 an verschiedene Stromzuführungen angeschlossen werden können, wobei entweder dasselbe Potential oder unterschiedliche Potentiale Verwendung finden, um einen Feldgradienten über der Düsenspitze des Duschkopfes zu bilden. Diese Ausführungsform kann zur gewünschten Einstellung der Dampfverteilung über dem Duschkopf verwendet werden. Der Duschkopf wird durch einen nicht metallisierten Abschnitt 36 in die Bereiche 34, 35 unterteilt, wobei getrennte Gleichstromkontakte 37, 38 für jeden Bereich hergestellt werden. Die Düsenlöcher 39 (nur teilweise gezeigt) bedecken den Duschkopf 33 gleichmäßig.

Claims (25)

  1. Verfahren zur Behandlung eines Substratmaterials oder Films (17) auf der Materialoberfläche, die mit einem Abdeckmuster versehen worden ist, umfassend die zyklische Durchführung der folgenden Schritte: a) Ätzen des Materials oder Films; b) Abscheidung oder Ausbildung einer Passivierungsschicht auf den Oberflächen eines geätzten Merkmals und c) selektives Entfernen der Passivierungsschicht von dem geätzten Merkmal, um zu bewirken, daß die Ätzung in einer Richtung im wesentlichen lotrecht zur Material- oder Filmoberfläche fortschreitet, wobei der Zyklus wiederholt durchgeführt wird mit dem Ergebnis, daß nach jedem Zyklus Merkmale tiefer in das Substrat eingeätzt sind, und wobei wenigstens der Schritt a) der Schritte a) und b) in Abwesenheit eines Plasmas erfolgt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei Schritt a) mit einem oder mehreren geeigneten chemischen Stoffen durchgeführt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei Schritt b) in Gegenwart eines Plasmas durchgeführt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Material oder der Film ein Dielektrikum ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Material oder der Film ein Oxid ist, vorzugsweise Silizium, Quarz, Glas, Pyrex, SiO2, abgeschieden durch CVD oder SiO2, gewachsen durch thermische, Plasma- oder andere Mittel zur Ablagerung oder zum Wachsen des Oxids.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Material oder der Film mit HF geätzt ist.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei H2O und/oder ein Alkohol beim Schritt a) vorhanden sind.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, wobei das Material oder der Film ein Halbleiter ist, vorzugsweise ein Si-, SiGe- oder Ge-Halbleiter.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Material oder der Film mit HF, HNO3 und CH3COOH geätzt wird oder mit einer Wasserstoff enthaltenden Verbindung, vorzugsweise einem Wasserstoff enthaltenden Gas, das nur Wasserstoffkomponenten enthält.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Material und der Film ein Leiter, vorzugsweise ein Au- oder Pt-Leiter ist.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Material oder der Film unter Verwendung von Königswasser geätzt wird.
  12. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei N2 oder ein anderes inertes Gas beim Schritt a) vorhanden ist und/oder als Reinigungsgas zwischen den Verfahrensschritten verwendet wird.
  13. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die Passivierungsschicht gegen die ätzenden Chemikalien resistent und auf einer Oberfläche ausgebildet ist.
  14. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die Passivierungsschicht ein Polymer ist.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Polymer der Formel n (CxFy) entspricht, wobei x und y irgendwelche geeigneten Werte sind.
  16. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei dann, wenn beim Schritt b) kein Plasma vorhanden ist, ein fotoverstärkter Polymerisationsprozeß beim Abscheiden der Passivierungsschicht benutzt wird.
  17. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die selektive Entfernung der Passivierungsschicht durch Oberflächenbestrahlung ausgeführt wird.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Bestrahlung eine thermische Erwärmung entweder der vorderen und/oder der hinteren Oberfläche des Materials oder Films ist, um eine thermolytische Auflösung zu bewirken, oder durch eine Lichtquelle auf der Vorderseite des Materials oder Films bewirkt wird, die eine fotolytische Auflösung zur Folge hat, oder wobei als Strahlungsquelle ein Anregungslaser dient.
  19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, wobei die Strahlung gerichtet ist oder parallel zur Richtung der fortschreitenden Ätzfront kollimiert ist.
  20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei die selektive Entfernung der Passivierungsschicht unter Verwendung eines Plasmas ausgeführt wird, wobei die Ionenenergie in dem Plasma vorzugsweise größer als 10 eV ist.
  21. Verfahren nach Anspruch 20, wobei das Plasma ein Vorstufengas oder eine Mischung von Vorstufengasen aufweist.
  22. Verfahren nach Anspruch 21, wobei das Vorstufengas ein inertes Gas aufweist, das in der Lage ist, die Passivierungsschicht physikalisch zu entfernen und/oder ein Gas, das in der Lage ist, die Passivierungsschicht physikalisch mit chemischer Verstärkung zu entfernen.
  23. Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, wobei das Vorstufengas ein chemisches Ätzmittel aufweist, das im Schritt a) verwendet wird oder ein Material, das zur Ablagerung der Passivierungsschicht im Schritt b) verwendet wird.
  24. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei irgendwelche Gase Verwendung finden, die an einem Benutzungspunkt eines Liefersystems abgegeben werden, das in der Nähe eines Raums liegt, in dem das Verfahren durchgeführt wird.
  25. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch zur Behandlung eines Substratmaterials oder Films, der aus metallischen und magnetischen Materialien gebildet wird, wobei das Verfahren unter Drücken über Atmosphärendruck und/oder bei erhöhten Temperaturen unter Verwendung von Ätzmate rialien betrieben wird, wobei die letztgenannten Materialien irgendeiner oder mehrere der folgenden Stoffe sind: Diketone, Ketoamine, halogenisierte Carboxylsäure, Essigsäure und ameisensaure Chemikalien sowie Streckungen einschließlich Hexafluor-2,4-Pentanione und andere fluorinierte Acetyl-Azeton-Gruppen.
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