DE10004391C2 - Verfahren zur Durchführung eines Plasmaätzprozesses - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durch­ führung eines Plasmaätzprozesses mit kontrollierbarer Abtra­ gung von Material unter Verwendung einer Maskenschicht.

Wenn mittels eines Plasmaätzprozesses Halbleitermaterial bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen auf einem Halblei­ terkörper oder einer Halbleiterschichtstruktur abgetragen wird, ist es erforderlich, den vorgesehenen Endpunkt der Ät­ zung zu erkennen. In der Regel ist es nämlich nicht zulässig, die zu ätzenden Strukturen in einer beliebigen Ätztiefe her­ zustellen. Der Ätzprozeß muß vielmehr an einer vorgesehenen Stelle der Schichtstruktur oder beim Erreichen einer vorgese­ henen Ätztiefe abgebrochen werden. Es kann vorkommen, daß keine ausreichende optische Endpunkterkennung über die von den Ätzprodukten erzeugte Plasmaemission möglich ist. Es kann ferner vorkommen, daß eine Änderung im Verbrauch optisch emittierender Ätzspezies (im Plasma verwendeter Ätzmittel) nicht beobachtbar ist, insbesondere dann, wenn die mittels der Ätzung zu strukturierende Oberfläche auf einem Halblei­ terwafer sehr klein ist (z. B. beim Ätzen von Lochstrukturen mit geringem Durchmesser) sowie bei Ätzungen sogenannter Re­ cesses. Bei derartigen Ätzungen wird üblicherweise die Dauer des Ätzprozesses festgelegt; nach Verstreichen der vorgegebe­ nen Zeit, unter Berücksichtigung einer gewissen Dauer für das erforderliche Überätzen (overetch), wird der Ätzprozeß abge­ brochen. Damit ist aber keine Kontrolle der tatsächlich er­ reichten Ätztiefe während des Ätzprozesses möglich.

In der EP 0 082 993 B1 ist ein Verfahren zur selektiven Ät­ zung von Öffnungen in einem Material variabler Dicke be­ schrieben, bei dem bei Erreichen einer Oberfläche eines zwei­ ten zu ätzenden Materiales von isotropem zu anisotropem Ätzen gewechselt wird. Um den betreffenden Zeitpunkt festzustellen, werden die Emissionsspektren der Ätzprodukte erfasst und aus der zweiten Ableitung der Intensitätskurve ein Kriterium er­ mittelt.

In der Veröffentlichung von K. R. Milkove und C. X. Wang, "Insight into the dry etching of fence-free patterned plati­ num structures" in J. Vac. Sci. Technol. A 15, 596-603 (1997) ist untersucht, wie die anfängliche Dicke und Kontu­ rierung einer Fotolackmaske die Form der damit hergestellten Ätzöffnungen in einer Platinschicht bestimmen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Verfahren zur Durchführung eines Plasmaätzprozesses mit kontrollierbarer Ätztiefe anzugeben, das auch ohne optische Endpunkterkennung für das zu strukturierende Material durchführbar ist.

Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Ausgestaltungen ergeben sich aus den ab­ hängigen Ansprüchen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Hartmaske zur Plasmaätzung verwendet, die während des Ätzprozesses zumin­ dest bereichsweise vollständig abgetragen wird (consumable mask). Eine solche auf die zu ätzende Oberfläche aufgebrachte Maske wird aus einem Material hergestellt, das in dem vorge­ sehenen Plasmaätzprozeß mit einer bekannten Rate abgetragen wird. Die Dicke der Maskenschicht wird dabei so gewählt, daß vorausberechnet werden kann, wieviel von dem eigentlich abzu­ ätzenden Halbleitermaterial, dessen Ätzrate ebenfalls bekannt ist, abgetragen wird, bis das Material der Maske zumindest bereichsweise vollständig abgetragen ist. Es genügt daher ein Vergleich der Ätzraten des Materials der Maske und des abzu­ tragenden Halbleitermateriales, um das Verhältnis der erfor­ derlichen Schichtdicke der Maskenschicht zu der Ätztiefe in dem Halbleitermaterial bestimmen zu können. Wird die Masken­ schicht in einer erforderlichen Dicke aufgebracht, dann ist die Tiefe des Ätzangriffes in dem abzutragenden Halbleiterma­ terial sehr genau bestimmbar, indem festgestellt wird, wann die Maskenschicht zumindest bereichsweise vollständig abge­ tragen ist. Dabei können bestimmte Dickeschwankungen der Mas­ kenschicht berücksichtigt werden, die dazu führen, daß bei Verwendung einer nahezu ganzflächigen Maskenschicht das Mate­ rial der Maske nicht gleichzeitig überall vollständig abge­ tragen wird.

In den Fig. 1 bis 3 sind zur Verdeutlichung des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens Querschnitte einer Oberseite eines Halbleiterkörpers 1, in die geätzt werden soll, nach ver­ schiedenen Phasen des Verfahrens dargestellt.

In Fig. 1 befindet sich auf einer zu ätzenden Oberseite 5 eines Halbleiterkörpers 1 die erfindungsgemäß dimensionierte Maske 2, die einen Bereich 3 der Oberfläche 5 frei läßt, in dem das Ätzmittel angreifen soll. In Fig. 2 ist dieser Aus­ schnitt entsprechend Fig. 1 nach etwa der halben Ätzdauer dargestellt. Die Maske 20 ist nur noch etwa zur Hälfte ihrer Dicke vorhanden, während das Material des Halbleiterkörpers 1 bereits teilweise ausgeätzt ist, um einen Graben 4 oder ein Loch oder dergleichen zu bilden. Von dem Boden 30 dieses Gra­ bens wird weiter Material des Halbleiterkörpers 1 abgetragen. Fig. 3 zeigt diesen Querschnitt nach Beendigung des Ätzpro­ zesses, mit dem der gewünschte Graben 40 hergestellt wurde. Die Maske ist jetzt vollständig abgetragen, so daß die Ober­ seite 5 des Halbleiterkörpers 1, die von der Maske bedeckt war, jetzt frei liegt. Dabei soll nicht ausgeschlossen sein, daß noch einzelne inselartige Bereiche der Maske auf dieser Oberseite 5 verblieben sind. Wesentlich für das erfindungsge­ mäße Verfahren ist jedenfalls, daß zumindest bereichsweise die vollständige Abtragung der Maske festgestellt werden kann. Die Tiefe des Grabens 40 wird durch die Selektivität der Ätzung des Halbleitermateriales bezüglich des Materials der Maske bestimmt. Das Verhältnis der Ätztiefe in dem Halb­ leiterkörper 1 zu der Dicke der Maskenschicht ist gleich dem Verhältnis der Ätzrate in dem Halbleitermaterial zu der Ätz­ rate in dem Material der Maske.

Der Endpunkt der Ätzung kann auf verschiedene Weise detek­ tiert werden. Zum Beispiel ist eine optische Überprüfung der optischen Emission des abgetragenen Materials der Masken­ schicht im Plasma möglich. Außerdem ändert sich während des Ätzens die sogenannte Self-Bias-Spannung an dem geätzten Wa­ fer, die für den Plasmaätzprozeß charakteristisch ist. Diese Änderung kann hervorgerufen werden durch eine Kapazitätsände­ rung des Plasmas über dem Wafer, der in der Plasmaanlage eine mit einer Gleichspannung beaufschlagte Elektrode darstellt, oder durch eine Änderung der Impedanz des Plasmas. Außerdem kann direkt die optische Reflexion der Waferoberfläche z. B. mittels Laserinterferometrie gemessen und damit das Ausmaß bestimmt werden, in dem die Maskenschicht von der Oberfläche des Wafers bereits entfernt ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren bietet daher eine zweckmäßige Möglichkeit zur automatischen Endpunkterkennung von Plasmaät­ zungen, bei denen mit herkömmlichen Methoden eine Endpunkter­ kennung mittels optischer Emission aus dem Plasma nicht mög­ lich ist.

Claims (4)

1. Verfahren zur Durchführung eines Plasmaätzprozesses, bei dem eine Hartmaske mit einer Maskenschicht (2) mit Öff­ nungen (3) verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß
die Maskenschicht (2) aus einem Material hergestellt wird, das in dem vorgesehenen Plasmaätzprozeß mit bekannter Rate abgetragen wird, und
die Maskenschicht so dick hergestellt wird, daß sie zumin­ dest bereichsweise vollständig abgetragen ist, wenn ein zu ätzendes Material in einem vorgesehenen Ausmaß entfernt wor­ den ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem eine optische Emission des Materiales der Masken­ schicht im Plasma detektiert wird und dadurch bestimmt wird, ob das zu ätzende Material in dem vorgesehenen Ausmaß ent­ fernt worden ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem eine Änderung einer für den Plasmaätzprozeß charakte­ ristischen Self-Bias-Spannung detektiert wird und dadurch be­ stimmt wird, ob das zu ätzende Material in dem vorgesehenen Ausmaß entfernt worden ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem eine optische Reflexion der Maskenschicht gemessen wird und dadurch bestimmt wird, ob das zu ätzende Material in dem vorgesehenen Ausmaß entfernt worden ist.