DE10005804A1 - Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, sowie durch dieses Verfahren hergestellter Halbleitersensor für eine physikalische Grösse - Google Patents
Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, sowie durch dieses Verfahren hergestellter Halbleitersensor für eine physikalische GrösseInfo
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Abstract
Beschrieben wird ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, mit welchem ein Graben wirksam ausgebildet werden kann, welcher ein hohes Streckungsverhältnis hat, wobei das Verfahren relativ einfache Schritte aufweist. Ein anfänglicher Graben oder Ausgangsgraben (4) wird durch reaktives Ionenätzen unter Verwendung einer Oxidfilmmaske (2) als Ätzmaske in einem Siliziumsubstrat (1) ausgebildet. Nach Ausbilden eines schützenden Oxidfilms (11) an einer inneren Seitenwand des Grabens wird ein Teil des schützenden Oxidfilms an der Stelle der Bodenfläche des Grabens durch reaktives Ionenätzen entfernt, so daß ein Weiterätzen des Siliziumsubstrates durch die Bodenfläche des Grabens erfolgen kann. Der Schritt des Ausbildens des schützenden Oxidfilms und der Schritt des erneuten Ätzens der Bodenfläche des Grabens werden wiederholt durchgeführt, so daß schließlich die Tiefe des Grabens eine bestimmte Tiefe erreicht. Die einzelnen Schritte werden in einer gemeinsamen Kammer unter Verwendung von Plasma (3) durchgeführt, welches durch Umschalten zwischen in die Kammer einzubringenden Gasen prozeßgesteuert wird.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Her
stellung einer Halbleitervorrichtung, nach dem Oberbegriff
des Anspruches 1 bzw. 7 bzw. 13, sowie einen durch derar
tige Verfahren hergestellten Halbleitersensor für eine phy
sikalische Größe, nach dem Oberbegriff des Anspruches 23
bzw. 24. Insbesondere befaßt sich die vorliegende Erfindung
mit einem Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervor
richtung, welche einen Graben hat.
Für gewöhnlich ist der Erkennungsabschnitt zur Erken
nung einer physikalischen Größe eines Sensors für eine phy
sikalische Größe, beispielsweise eines Halbleiter-Beschleu
nigungssensors oder eines Halbleiter-Winkelgeschwindig
keitssensors aus einer träger- oder auslegerartigen Struk
tur mit kleiner oder feiner Kammform (nachfolgend Kamm
struktur genannt) gefertigt, die auf einem Substrat ausge
bildet ist. Da die Kammstruktur oder kammförmige Struktur
so ausgebildet ist, daß die physikalische Größe auf dem We
ge einer elektrostatischen Kraft erfaßt wird, ist es not
wendig, einen Abstand zwischen jeder Kammform eng zu machen
und die Dicke einer jeden Kammform groß zu machen, um den
Sensor zu verkleinern und um eine hohe Erkennungsleistung
zu erhalten. Diese Art von Kammstruktur wird für gewöhnlich
durch Ausbilden einer Maske auf dem Substrat und durch
Trockenätzen des Substrates durch die Maske hindurch gebil
det. Somit ist es notwendig, ein Schlankheits- oder
Streckungsverhältnis, welches die Tiefe eines Grabens rela
tiv zu einer Öffnungsgröße oder -breite des Grabens ist,
während der Grabenherstellung durch einen Ätzvorgang groß
zu machen.
Es besteht jedoch eine Einschränkung von Seiten der
Prozeßtechnologie her, wenn das Streckungsverhältnis des
Grabens groß gemacht wird. Genauer gesagt, im Falle eines
normalen Trockenätzens schreitet das Ätzen allmählich in
Tiefenrichtung des Grabens von einer Oberfläche des
Substrates in den Graben hinein fort, ungeachtet wie hoch
die Anisotropie von anisotropem Ätzen (bei welchem eine
Ätzrate in Vertikalrichtung des Substrates höher als in die
anderen Richtungen ist) gemacht wird. Wenn somit das Ätzen
über eine lange Zeitdauer hinweg durchgeführt wird, kann
die Querschnittsform des Grabens V-förmig werden, da die
Grabenbreite allmählich vergrößert wird, so daß das
Streckenverhältnis bei einem bestimmten Grad an seine Gren
zen gelangt. Eine Gegenmaßnahme zur Beseitigung dieses
Nachteils ist in der US-PS 5,501,893 beschrieben. Bei die
sem US-Patent wird eine Trockenätzungs-Technologie verwen
det, bei der zwei Schritte, nämlich 1. Plasmaätzen mit ho
her Anisotropie und 2. Abscheiden eines Dünnfilms auf Poly
merbasis abwechselnd durchgeführt werden.
Bei dieser Technologie wird im Schritt des Abscheidens
eines Dünnfilmes ein Dünnfilm auf Polymerbasis auf jeder
Seitenwand eines jeden der geätzten Gräben aufgebracht, so
daß der Dünnfilm als Schutzfilm wirkt und verhindert, daß
die Seitenwand des Grabens während des danach durchgeführ
ten Plasmaätzens durch einen Ätzangriff abgetragen wird.
Auf diese Weise kann verhindert werden, daß die Öffnung des
Grabens in Richtung Öffnungsbreitenrichtung abgeätzt wird,
so daß eine obere Grenze des Steckungsverhältnisses der
Grabenform im Vergleich zum normalen Trockenätzen verbes
sert wird. Im Falle eines Dünnfilmes auf Polymerbasis wird
jedoch die Grabenweite ebenfalls etwas vergrößert, wenn
auch um einen kleinen Betrag. Von daher ist es unmöglich,
die Seitenwand vor einem Ätzangriff vollständig zu schüt
zen, so daß nach wie vor eine Einschränkung hinsichtlich
des Streckungsverhältnisses vorliegt. Fig. 9 der beigefüg
ten Zeichnung zeigt die Beziehung zwischen Prozeßzeit und
dem Streckungsverhältnis für den Fall, in welchem der Gra
ben experimentell mit reaktivem Trockenätzen (RIE) in einer
Trockenätzvorrichtung mit der oben beschriebenen Art und
Weise bearbeitet wird. Wie sich aus Fig. 9 ergibt, über
schreitet das Streckungsverhältnis niemals 25, selbst wenn
das Ätzen über eine lange Zeitdauer hinweg durchgeführt
wird.
Eine weitere Gegenmaßnahme zur Lösung des oben be
schriebenen Problems ist in der US-PS 5,658,472 beschrie
ben. Diese Technologie unterteilt den Ätzprozeß ebenfalls
in einen Ätzschritt und in einen Schritt des Ausbildens ei
nes Schutzfilms auf Seitenwänden eines Grabens, wobei diese
beiden Schritte abwechselnd durchgeführt werden. Bei dieser
Technologie wird der Schritt des Ausbildens des Schutzfil
mes durch Abscheiden eines thermischen Oxidfilms (SiO2) in
einer Kammer durchgeführt, welche unterschiedlich zu einer
Kammer ist, in der das Ätzen durchgeführt wird, oder es
wird ein dünner Eisfilm in einer Kammer abgeschieden, in
welcher das Ätzen durchgeführt wird. Da diese Filme eine
(höhere) Haltbarkeit gegenüber einem Seitenwand-Ätzen im
Vergleich zum Film auf Polymerbasis haben, wird das
Streckungsverhältnis im Vergleich zu Filmen auf Polymerba
sis bei dieser Technik verbessert.
Es benötigt jedoch eine lange Zeit, das Substrat aus
der Kammer zu entnehmen und den Oxidfilm auszubilden, was
jedesmal dann geschehen muß, wenn der Schutzfilm abzuschei
den ist. Weiterhin ist ein Anheben und Absenken der
Substrattemperatur jedesmal notwendig. Angesichts der Pro
zeß-Durchlaufzeiten ist diese Vorgehensweise somit nicht
vorteilhaft. Weiterhin ist es notwendig, das Substrat un
terhalb des Gefrierpunktes während des Ätzvorganges zu hal
ten, um den Eisfilm als Schutzfilm zu verwenden, was die
benötigten Vorrichtungen kompliziert macht.
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der oben be
schriebenen Nachteile und Probleme gemacht und es ist eine
erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung, effektiv mit re
lativ einfachen Verfahrensschritten einen Graben auszubil
den, der ein hohes Streckungsverhältnis hat. Eine weitere
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist darin zu sehen, ein
Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung zu
schaffen, wobei die Halbleitervorrichtung einen Graben auf
weist, dessen Streckungsverhältnis problemlos erhöht werden
kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die vorliegende Er
findung die in den Ansprüchen 1 bzw. 7 bzw. 13 bzw. 23 bzw.
24 angegebenen Merkmale vor, wobei die jeweiligen Unteran
sprüche vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum In
halt haben.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird so
mit ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrich
tung geschaffen, mit den folgenden Schritten: einem
Substrateinbringschritt zum Einbringen eines Halbleiter
substrates mit einer Maske hierauf in eine Kammer; einem
Grabenausbildungsschritt zum Ausbilden eines Grabens in dem
Halbleitersubstrat unter Verwendung von reaktivem Ionenät
zen unter Anwendung der Maske; einem Schutzfilmausbildungs
schritt zum Ausbilden eines Schutzfilms an einer inneren
Oberfläche oder Innenoberfläche des Grabens; und einem Bo
denflächenätzschritt zum Ätzen eines Teiles des Schutzfil
mes, der an einem Bodenabschnitt des Grabens angeordnet ist
und zum Ätzen des Halbleitersubstrates durch den Bodenab
schnitt des Grabens unter Verwendung von reaktivem Ionenät
zen, um den Graben zu vertiefen, wobei der Grabenausbil
dungsschritt, der Schutzfilmausbildungsschritt und der Bo
denflächenätzschritt mittels eines Plasmas von Gas durchge
führt werden, das in die Kammer eingebracht worden ist, wo
bei abhängig von jedem dieser Schritte die Art des Gases
geändert wird, und wobei ein Satz bestehend aus Schutzfilm
ausbildungsschritt und Bodenflächenätzschritt wiederholt
durchgeführt wird, um den endgültigen Graben zu bilden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren gemäß obiger Erläu
terung wird, nachdem ein Anfangsgraben oder anfänglicher
Graben in dem Grabenausbildungsschritt ausgebildet worden
ist, an der inneren Oberfläche des Ausgangsgrabens ein
Schutzfilm ausgebildet. Danach wird reaktives Ionenätzen
durchgeführt. In diesem Fall wird der Schutzfilm auf der
Bodenfläche des Grabens vor der Entfernung von der Seiten
wand oder inneren Oberfläche des Grabens aufgrund der An
isotropie des Ätzens entfernt. Sodann wird das Ätzen in
Tiefenrichtung des Grabens weitergeführt. Durch wiederhol
tes Durchführen dieser Schritte kann verhindert werden, daß
die Öffnungsweite oder Öffnungsbreite des Grabens vergrö
ßert wird, so daß sich ein hohes Streckungsverhältnis er
reichen läßt.
Da weiterhin diese Schritte dadurch durchgeführt wer
den, daß der Gastyp geändert wird, der in die Kammer einge
bracht wird, wobei die Änderung des Gastypes von den durch
geführten Schritten abhängt, läßt sich das Verfahren ver
einfachen, da es nicht notwendig ist, daß Halbleiter
substrat aus der Kammer zu entnehmen, um den Schutzfilm
auszubilden und es weiterhin nicht notwendig ist, die Tem
peratur des Halbleitersubstrates wiederholt anzuheben und
abzusenken.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung
ergibt sich ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiter
vorrichtung, mit den folgenden Schritten: einer Mehrzahl
von ersten Schritten, wobei jeder erste Schritt aufweist:
einen Grabenausbildungsschritt zum Ausbilden eines Grabens
in dem Halbleitersubstrat unter Verwendung von reaktivem
Ionenätzen; und einen ersten Schutzfilmausbildungsschritt
zum Ausbilden eines Polymerfilms als ersten Schutzfilm an
einer inneren Oberfläche des Grabens; und einem zweiten
Schritt, mit einem zweiten Schutzfilmausbildungsschritt zur
Ausbildung eines zweiten Schutzfilmes mit hoher Haltbarkeit
gegenüber einem Ätzangriff im Vergleich zu dem Polymerfilm
an der inneren Seitenwand oder Oberfläche des Grabens, wo
bei der zweite Schutzfilmausbildungsschritt nach jedem der
Mehrzahl von ersten Schritten durchgeführt wird, wobei ein
Satz aus der Mehrzahl der ersten Schritte und der zweite
Schritt wiederholt durchgeführt wird, um einen endgültigen
Graben zu bilden.
Bei dem soeben genannten Verfahren läßt sich die Halt
barkeit gegenüber einem lateral oder seitlich fortschrei
tenden Ätzen dadurch erhöhen, daß die Seitenwand (-wände)
oder innere Oberfläche des Grabens mit dem ersten und zwei
ten Schutzfilm bedeckt wird. Daher kann ein Ätzfortschritt
in Tiefenrichtung des Grabens, wo nur ein Polymerfilm aus
gebildet und dann von der Bodenfläche des Grabens entfernt
wird, minimiert werden. Somit läßt sich verhindern, daß die
Breite des Grabens ansteigt und der Ätzvorgang aufgrund ei
ner schrägen Form der Grabenwände endet.
Weitere Einzelheiten, Aspekte und Vorteile der vorlie
genden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Be
schreibung von Ausführungsformen anhand der Zeichnung.
Es zeigt:
Fig. 1A bis 1E jeweils Schnittdarstellungen zur Erläu
terungen von Schritten beim Ausbilden eines Grabens gemäß
einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 schematisch eine Kammer, in der der Schritt des
Grabenausbildens gemäß der ersten Ausführungsform durch
führbar ist;
Fig. 3 eine Schnittdarstellung durch eine Halbleiter
vorrichtung nach der Durchführung des Grabenausbildungs
schrittes gemäß der ersten Ausführungsform;
Fig. 4 eine Schnittdarstellung eines Grabenausbildungs
schrittes gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorlie
genden Erfindung;
Fig. 5 und 6 graphische Darstellungen, in welchen ana
lytische Ergebnisse an einer Silizium-Substratoberfläche
dargestellt sind, welche mittels XPS (Röntgenstrahlen-Foto
elektronen-Spektroskopie) erhalten wurden;
Fig. 7A bis 7E jeweils Schnittdarstellungen zur Erläu
terung des Ablaufes eines Grabenausbildungsschrittes gemäß
einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 8 eine schematische Darstellung einer Kammer, in
welcher der Grabenausbildungsschritt gemäß der dritten Aus
führungsform durchführbar ist; und
Fig. 9 eine graphische Darstellung zur Erläuterung ei
ner Beziehung zwischen Ätzzeit und Streckungsverhältnis,
wenn ein Graben gemäß des Standes der Technik ausgebildet
wird.
In den einzelnen Figuren der Fig. 1 ist ein Grabenaus
bildungsschritt gemäß einer ersten Ausführungsform darge
stellt, wobei die vorliegende Erfindung dafür angewendet
wird, in einer Halbleitervorrichtung einen Graben auszubil
den. Dieser Grabenausbildungsschritt gemäß der ersten Aus
bildungsform wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die
Fig. 1A bis 1E näher erläutert.
Ein Oxidfilm (SiO2) wird auf einem Siliziumsubstrat 1
(Si) ausgebildet. In einem bestimmten Bereich, d. h. in ei
nem Bereich, in welchem ein Graben auszubilden ist, wird
der Oxidfilm teilweise geöffnet oder entfernt, um eine
Oxidfilm-Maske 2 zu bilden. Im Ergebnis wird ein Bereich
freigelegt, in welchem das Si-Substrat 1 zu ätzen ist.
Danach wird das Si-Substrat 1 in eine Kammer gebracht.
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung dieser Kammer. Die
Kammer 21, welche als Vakuum- oder Unterdruckkammer ausge
bildet ist, weist einen Gaseinbringeinlaß oder Gaseinlaß 22
und einen Abgas-Auslaß oder Gasauslaß 23 auf. Der Gaseinlaß
22 ist mit Gasleitungen 22a, 22b und 22c verbunden, um eine
Mehrzahl von unterschiedlichen Gasarten zuzuführen. Die An
zahl von Gasleitungen entspricht der Anzahl von einzubrin
genden Gasarten. Jede der Gasleitungen 22a, 22b und 22c
weist ein Ventil 24a, 24b und 24c auf, um das Einbringen
eines jeden Gases in die Kammer 21 steuern zu können. Im
dargestellten Ausführungsbeispiel sind drei Gasleitungen
22a, 22b und 22c mit dem Gaseinlaß 22 verbunden, wobei eine
Gasleitung Sauerstoffgas (O2), eine weitere Gasleitung Ar
gongas (Ar) und die dritte Gasleitung ein Ätzgas führt.
Zwei Elektroden 26a und 26b, welche in Verbindung mit
Hochfrequenz-Energieversorgungen 25a und 25b sind, sowie
eine Masseelektrode 27, welche der Elektrode 26a gegenüber
liegt, sind in der Kammer 21 angeordnet. Auf diese Weise
wird eine zugeführte HF-Energie an dem Si-Substrat 1 ange
legt oder auf dieses aufgebracht.
Das Si-Substrat 1 wird in der so aufgebauten Kammer 21
auf der Elektrode 26a angeordnet. Nachfolgend wird der Va
kuum- oder Unterdruckgrad in der Kammer über den Gasauslaß
23 unter Verwendung einer Vakuumpumpe ausreichend erhöht.
Danach wird jedes der in Frage stehenden Gase über den Gas
einlaß 22 in die Kammer eingebracht und über den Gasauslaß
23 abgeführt, so daß der in der Kammer 21 herrschende Druck
der eingebrachten Gase konstant gehalten wird. Danach wird
das elektrische HF-Feld von den HF-Energieversorgungen 25a
und 25b zugeführt, so daß in dem eingebrachten Gas ein
Plasma erzeugt wird. Hierbei wird die Art oder der Typ des
in die Kammer 21 eingebrachten Gases entsprechend über die
Ventile 24a, 24b und 24c zu jedem Schritt gemäß den Fig.
1B bis 1E umgeschaltet.
Nachfolgend wird das Ätzgas durch Öffnen der Gasleitung
22a zum Einbringen des Ätzgases und durch Schließen der an
deren beiden Gasleitungen 22b und 22c in die Kammer ge
führt. In dieser nun herrschenden Atmosphäre wird ein er
stes Grabenätzen an dem Substrat unter Verwendung der Oxid
film-Maske 2 als Maskierung durchgeführt. Dieses Trockenät
zen wird so eingestellt oder gesteuert, daß das Si-Substrat
1 bis zu einer bestimmten Tiefe geätzt wird. Auf diese
Weise wird ein anfänglicher Graben oder Ausgangsgraben 4
(Fig. 1B) im Si-Substrat 1 gebildet. Dieses Trockenätzen
wird durch ein reaktives Ionenätzen (RIE = reactive ion
etching) wie folgt durchgeführt: SF6, Cl2 oder dergleichen
wird als Ätzgas eingebracht und in dem SF6 wird durch Anle
gen eines entsprechenden elektrischen HF-Feldes an das SF6
in der Kammer 21 ein Plasma 3 erzeugt, so daß ein Winkel
einer Seitenwand des Grabens innerhalb von 90 ± 1 Grad
liegt, wobei die Beziehung zwischen Ätzzeit und Tiefe ent
sprechend geführt wird. Wenn der Winkel des Grabens, d. h.
der Grabenseitenwände auf innerhalb 90 ± 1 Grad eingestellt
ist, kann verhindert werden, daß die Breite oder Weite des
Grabens 4 zu- oder abnimmt.
Die Gasleitung 22a zum Einbringen des Ätzgases wird ge
schlossen und die Gasleitungen 22b und 22c zum Einbringen
des Ar-Gases und des O2-Gases werden unter Verwendung der
Ventile 24b und 24c zugeführt, so daß das in die Kammer 21
eingebrachte Gas vom Ätzgas zu einer Mischung aus Ar-Gas
und O2-Gas umgeschaltet wird, wobei das Si-Substrat 1 in
der Kammer 21 verbleibt. Nachfolgend wird in der Mischung
aus Ar-Gas und O2-Gas ein Plasma 5 durch Anlegen des elek
trischen HF-Feldes an die Gasmischung erzeugt. Reaktions
produkte 8, welche sich an der Seitenwand bzw. den Seiten
wänden des Grabens (d. h. der inneren Oberfläche) während
des Ätzens im Schritt von Fig. 1B niedergeschlagen haben,
werden durch Sauerstoffionen oder eines Sputter-Effekts
aufgrund von Sauerstoffradikalen 6 und Ar-Ionen 7 durch Be
arbeitung des Si-Substrates 1 in der Plasmaatmosphäre ent
fernt. Diese Reaktionsprodukte umfassen sämtliche Nieder
schläge oder Abscheidungen an den Seitenwänden, welche sich
aufgrund einer reziproken Wirkung oder Reaktion zwischen
den Seitenwänden des Grabens 4 und dem Plasma während des
Ätzens ergeben haben. Durch Entfernung der Reaktionsproduk
te 8 kann ein Si-Teil an einer inneren Oberfläche des Gra
bens freigelegt werden.
Nachfolgend wird nur die Gasleitung 22b zum Einbringen
des O2-Gases durch Ansteuerung der Ventile 24a, 24b und 24c
geöffnet, so daß nur das O2-Gas in die Kammer 21 geführt
wird. Durch Anlegen des elektrischen HF-Feldes an die Kam
mer 21 wird nachfolgend ein O2-Plasma erzeugt. Ein Oxid-
Schutzfilm (SiO2) 11 wird an den Seitenwänden des Grabens 4
durch Wirkung von Sauerstoffionen 10 (oder Sauerstoffradi
kalen) ausgebildet, wenn das Si-Substrat 1 in dieser Plas
maatmosphäre bearbeitet wird.
Nachfolgend wird nur die Gasleitung 22a zum Einbringen
des Ätzgases unter entsprechender Ansteuerung der Ventile
24a, 24b und 24c geöffnet, so daß das in die Kammer 21 ein
gebrachte Gas wieder auf das Ätzgas 3 umgeschaltet wird.
Nachfolgend wird wieder das elektrische HF-Feld an die Kam
mer 21 angelegt. Auf diese Weise wird ein Teil des Oxid-
Filmes 11, der an den inneren Seitenwänden des Ausgangsgra
bens 4 und an der Bodenfläche des Ausgangsgrabens 4 gebil
det worden ist, durch anisotropes Ätzens entfernt, so daß
das Si-Substrat 1 an der Bodenfläche des Grabens 1 freige
legt wird (der Oxid-Schutzfilm ist an der Bodenfläche des
Ausgangsgrabens 4 dünner als an den Seitenwänden). Im Er
gebnis kann ein zweiter Ätzvorgang mittels RIE an dem
Si-Substrat 1 an der Bodenfläche des Grabens 4 erfolgen.
Der Ätzbetrag pro einem reaktiven Ionenätzen kann da
durch gesteuert werden, daß entweder die Ätztiefe oder die
Ätzzeit überwacht werden, so daß der Oxid-Schutzfilm 11,
der vor dem reaktiven Ionenätzen ausgebildet worden ist,
nach wie vor die gesamte Seitenwand des Grabens 4 bedeckt,
auch dann, wenn das reaktive Ionenätzen abgeschlossen ist.
Hierbei wird gleichzeitig ein Reaktionsprodukt an der inne
ren Oberfläche des Grabens 4, der tiefer geworden ist, aus
gebildet.
Danach werden die in den Fig. 1C bis 1E gezeigten
Schritte, in welchen ein Oxidfilm 11 erneut an der inneren
Oberfläche des Grabens 4 ausgebildet wird und das Ätzen an
der Bodenfläche des Grabens 4 fortschreitet, wiederholt
durchgeführt, bis der Graben 4 die gewünschte Tiefe er
reicht hat.
Ein experimentelles Ergebnis, welches unter Verwendung
der oben beschriebenen Schritte gemäß dieser Ausführungs
form erhalten worden ist, wird nachfolgend im Vergleich mit
einem experimentellen Ergebnis beschrieben, welches unter
Verwendung des Verfahrens erhalten wurde, wie es in der
US-PS 5,501,893 offenbart ist (nachfolgend "bekanntes Verfah
ren" genannt). Zuerst wird ein Si-Substrat mit 15,24 cm (6 Inch)
Durchmesser, welches mit einer Oxidfilm-Maske gemu
stert ist, wie beim bekannten Verfahren unter Verwendung
einer RIE-Vorrichtung geätzt. Wenn ein Standardätzen für 18
Minuten und 45 Sekunden durchgeführt wird, beträgt in einem
Abschnitt, wo die Öffnungsbreite der Maske 0,5 µm beträgt,
die Grabentiefe 12,3 µm, die Öffnungsbreite des Grabens
0,74 µm und das Streckungsverhältnis 16,6. Wenn jedoch das
Ätzen unter Verlängerung der Ätzzeit weiter durchgeführt
wird, nimmt die Grabenbreite allmählich zu. Wenn beispiels
weise das Ätzen 70 Minuten lang durchgeführt, beträgt die
Grabentiefe 22,1 µm, die Grabenbreite 0,91 µm und das
Streckungsverhältnis 24,3. Mit anderen Worten, das
Streckungsverhältnis nähert sich einem End- oder Grenzwert
an. Rechnerisch läßt sich ermitteln, daß das Streckungsver
hältnis seinen Grenzwert bei annähernd 25 hat, selbst dann,
wenn die Ätzzeit noch weiter verlängert wird.
Die Schritte gemäß den Fig. 1A bis 1E der erfin
dungsgemäßen Ausführungsform werden demgegenüber so durch
geführt, daß das Si-Substrat 1 unter den gleichen Ätzbedin
gungen wie beim bekannten Verfahren und unter zur Hil
fenahme der gleichen RIE-Vorrichtung wie im bekannten Ver
fahren durchgeführt wird. Danach werden die in den Fig.
1A bis 1E gezeigten Schritte erneut durchgeführt, um den
Graben 4 zu bilden. Hierbei erfolgt das Plasmaätzen gemäß
der Fig. 1B und 1E zehn Minuten lang, so daß die gesamte
Ätzzeit 30 Minuten beträgt. Mit anderen Worten, der Graben
4 wird durch zwei Schritte gebildet, in welchen der Oxid-
Schutzfilm 11 zweimal an der inneren Oberfläche des Grabens
ausgebildet wird.
Im Ergebnis beträgt in einem Abschnitt, wo die Öff
nungsbreite der Maske 0,5 µm beträgt, die Grabentiefe 19,4 µm,
die Öffnungsbreite des Grabens 0,58 µm und das
Streckungsverhältnis 33,4. Somit kann das erfindungsgemäße
Verfahren dieser Ausführungsform einen Graben erzeugen, der
im Vergleich zum bekannten Verfahren ein weitaus höheres
Streckungsverhältnis hat. Mit anderen Worten, bei der er
findungsgemäßen Ausführungsform kann verhindert werden, daß
sich die Öffnungsbreite des Grabens während des Ätzens er
höht (Ätzangriff in Richtung der Breite), indem der Oxid-
Schutzfilm an der inneren Oberfläche des Grabens 4 ausge
bildet wird.
Wie oben beschrieben, wird der Oxid-Schutzfilm 11, der
verhindert, daß sich die Grabenbreite während des Plasmaät
zens zur Ausbildung des Grabens erhöht, wiederholt ausge
bildet. Somit kann ein Graben mit hohem Streckungsverhält
nis durch im Vergleich zum bekannten Verfahren einfache
Verfahrensschritte ausgebildet werden.
Als Ergebnis dieses Grabenausbildungsschrittes erhält
das Si-Substrat 1 eine Kammform, indem es mit einem bestimm
ten Muster mehrfach unterteilt wird, so daß sich eine Halb
leitervorrichtung, beispielsweise ein Halbleiter-Beschleu
nigungssensor, ein Halbleiter-Winkelgeschwindigkeitssensor
oder dergleichen herstellen läßt, die einen Erkennungsab
schnitt für eine physische Größe hat, welche eine kammför
mige Struktur aufweist.
Nachfolgend wird eine zweite Ausführungsform der vor
liegenden Erfindung beschrieben. Bei dieser Ausführungsform
sind ein Reaktionsprodukt-Entfernungsschritt (gemäß Fig. 1C
der ersten Ausführungsform) bei dem das Plasma in der Mi
schung aus Ar-Gas und O2-Gas verwendet wird und der Ausbil
dungsschritt des Oxid-Schutzfilmes (Fig. 1D der ersten Aus
führungsform) unter Verwendung des O2-Plasmas durch einen
Reaktionsprodukt-Entfernungsschritt und eine Oxidation der
inneren Oberfläche des Grabens unter Verwendung von Sauer
stoff ersetzt, welcher durch UV-Strahlen (ultraviolettes
Licht) angeregt wird. In Fig. 4 ist diese Vorgehensweise
gezeigt. Es sei hier festzuhalten, daß die Schritte der
Fig. 1A, 1B und 1E gemäß der ersten Ausführungsform im we
sentlichen nochmals durchgeführt werden, so daß eine noch
malige Erläuterung nicht erfolgt.
Gemäß Fig. 4 werden UV-Strahlen 14 auf das Si-Substrat
1 in der Kammer 21 gemäß Fig. 2 mit strömendem Sauerstoff
gas hierin gerichtet. Sauerstoffmoleküle 15, welche sich im
Bereich der inneren Oberfläche des Grabens 4 befinden, wer
den durch die UV-Strahlen 14 angeregt und in Ozon (O3), ei
nen Radikal-Zustand oder den Ionen-Zustand umgewandelt. In
diesen Zuständen sind die Sauerstoffmoleküle 15 chemisch
hoch aktiv und es kann mit ihnen leicht eine Oxidation
durchgeführt werden. Wenn die Sauerstoffmoleküle 15 unter
derartigen Bedingungen auf die innere Oberfläche des Gra
bens 5 auftreffen, wird das Reaktionsprodukt
(beispielsweise ein Film auf Polymerbasis) abgelöst und in
den gasförmigen Zustand übergeführt und das Reaktionspro
dukt wird so entfernt. Weiterhin wird ein Oxidfilm (SiO2)
16 an der inneren Oberfläche des Grabens 4 aufgrund einer
Oxidation der freiliegenden Siliziumoberfläche des Grabens
4 ausgebildet.
Die Auswirkungen des Verfahrens gemäß der zweiten Aus
führungsform werden nachfolgend anhand eines experimentel
len Ergebnisses erläutert.
Fig. 5 ist eine graphische Darstellung, in der analyti
sche Ergebnisse einer Silizium-Substratoberfläche darge
stellt sind, wie sie durch XPS (X-ray photoelectron
spectroscopy = Röntgenstrahl-Fotoelektronen-Spektroskopie)
erhalten wurden. Bei dieser Untersuchung wird eine Probe
dadurch erzeugt, daß absichtlich ein Reaktionsprodukt abge
schieden wird, welches an der inneren Oberfläche des Gra
bens 4 anhaftet und welches ein Dünnfilm auf Polymerbasis
ist, oder aber welches auf der gesamten Oberfläche des
Si-Substrates ausgebildet wird. Mit XPS werden vorhandene Kom
ponenten und Kombinationsarten gemessen. Beim Ergebnis er
scheinen Spitzen für Kohlenstoff (C) und Fluor (F) mit ho
hen Intensitäten. Es zeigt sich, daß die Oberfläche des
Si-Substrates mit einem Film bedeckt ist, der hauptsächlich
aus einer C-F-Verbindung besteht, d. h., einem Film auf Po
lymerbasis.
Demgegenüber zeigt Fig. 6 eine graphische Darstellung
von Untersuchungsergebnissen an einer Siliziumsubstrat-
Oberfläche mittels XPS. Bei dieser Untersuchung wird nach
Bestrahlen des Substrates, welches auf gleiche Weise wie
dasjenige von Fig. 5 ausgebildet worden ist, wobei Sauer
stoffgas zur Anwendung gelangte, die Oberfläche des
Substrates mittels XPS untersucht. Beim Ergebnis zeigt
sich, daß die Spitzenwerte betreffend Kohlenstoff (C) und
Fluor (F) niedriger werden und eine Spitze für Sauerstoff
(O) anstelle hiervon mit hoher Intensität auftritt. Der
Spitzenwert für Silizium (Si) wird ebenfalls hoch. Es kann
somit gefolgert werden, daß sich ein Oxidfilm 16 (SiO2) auf
der Oberfläche des Substrates nach Entfernung des Polymer
filmes ausgebildet hat. Wenn gemäß obiger Beschreibung die
UV-Strahlen mit strömendem Sauerstoffgas verwendet werden,
tritt an der inneren Oberfläche des Grabens eine starke
Oxidationswirkung ein, so daß das an der inneren Oberfläche
des Grabens haftende Reaktionsprodukt entfernt und anstelle
hiervon ein Oxidfilm ausgebildet wird. Um den Bestrahlungs
schritt mit ultravioletter Strahlung durchzuführen, kann
das Sauerstoffgas 13 durch die Kammer 21 gemäß Fig. 2 strö
men, wobei die UV-Strahlen 14 von der Kammeraußenseite her
durch ein Fenster aus Silikatglas eingebracht werden oder
indem die UV-Strahlen 14 von der Kammeraußenseite her über
einen Lichtleiter oder dergleichen direkt eingebracht wer
den.
Weiterhin können die UV-Strahlen 14 in eine andere Kam
mer eingebracht werden, welche mit der Ätzkammer 21 in Ver
bindung steht, wobei das Sauerstoffgas 13 entsprechend ge
führt wird und wobei das Si-Substrat von der Ätzkammer 21
in die andere Kammer bewegt wird. Da die Kammern miteinan
der in Verbindung stehen, ist diese Vorgehensweise immer
noch effektiv im Vergleich zu dem Fall, indem das
Si-Substrat 1 aus der Kammer 21 entnommen und in einer separa
ten Oxidationsvorrichtung oxidiert wird.
Wenn der Ätzschritt wiederholt wird, wobei der Ausbil
dungsschritt für den Schutzfilm zwischengeschaltet wird,
wird ein vernachlässigbar kleiner Ebenensprung (Stufe) an
der inneren Oberfläche des Grabens 4 erzeugt. Dieser Ab
schnitt mit dem Ebenensprung oder der Stufe wird wie folgt
erzeugt: wenn das Ätzen von dem Bodenabschnitt des Grabens
4 aus weiter fortschreitet, wird, da in diesem Abschnitt
kein Schutzfilm an der Seitenwand des Grabens vorhanden
ist, die Grabenbreite gegenüber der mit dem Schutzfilm be
deckten Seitenwand etwas vergrößert. Wie bereits erwähnt,
ist dieser Stufenabschnitt jedoch vernachlässigbar klein.
Eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
wird nachfolgend beschrieben. Die Fig. 7A bis 7E zeigen
einen Grabenausbildungsschritt für eine Halbleitervorrich
tung gemäß dieser Ausführungsform.
Der Oxidfilm SiO2 wird auf dem Siliziumsubstrat (Si) 1
ausgebildet. In einem bestimmten Bereich, d. h. einem Be
reich, wo ein Graben auszubilden ist, wird der Oxidfilm
teilweise geöffnet oder entfernt, um die Oxidfilm-Maske 2
zu bilden.
Das Si-Substrat 1 wird in die Kammer 21 von Fig. 2 ge
bracht. SF6, Cl2 oder dergleichen wird als Ätzgas in die
Kammer 21 gebracht. In diesem Ätzgas wird durch Anlegen ei
nes entsprechenden elektrischen HF-Feldes ein Plasma, bei
spielsweise ein induktiv gekoppeltes Plasma in der Kammer
21 erzeugt. Unter Verwendung dieses Plasmas wird das Gra
benätzen mit hoher Anisotropie an dem Si-Substrat 1 durch
geführt, so daß in dem Substrat 1 der Graben 4 ausgebildet
wird. Bei diesem Ätzvorgang wird die Ätzzeit überwacht oder
gesteuert, so daß das Si-Substrat 1 bis zu einer bestimmten
Tiefe geätzt wird.
Nachfolgend wird entweder C4H8-Gas oder eine Gasmi
schung aus CF4 und CHF3 in die Kammer 21 gebracht. Durch
Anlegen eines passenden elektrischen HF-Feldes wird in dem
C4H8 ein Plasma, beispielsweise ein induktiv gekoppeltes
Plasma erzeugt. Unter Verwendung des Plasmas wird an der
inneren Oberfläche des Grabens 4 ein Polymerfilm 31 als er
ster Schutzfilm ausgebildet. Die Prozeßzeit des Polymer-
Ausbildungsschrittes wird gesteuert, so daß die Dicke des
Polymerfilmes 31 einen bestimmten Wert annimmt.
Danach werden der Grabenausbildungsschritt von Fig. 7A
und der Polymerfilmausbildungsschritt von Fig. 7B wieder
holt durchgeführt. Hierbei sind die Grabenätzungszeit und
die Polymerfilm-Ausbildungszeit auf diejenigen Werte ge
setzt, wie sie in den Schritten der Fig. 7A und 7B ge
wählt worden sind. Wenn ein Satz bestehend aus Grabenaus
bildungsschritt und Polymerfilm-Ausbildungsschritt als ein
Satz definiert sei, wird in dieser Ausführungsform eine
Mehrzahl von Sätzen durchgeführt. Im Ergebnis wird der Po
lymerfilm an der Bodenfläche des Grabens 4 vor demjenigen
an der Seitenwand durch die Anisotropie des Ätzangriffes
während des Grabenätzungsschrittes entfernt. Danach wird
der Graben allmählich vertieft, wenn das Ätzen weiterge
führt wird. Hierbei kann verhindert werden, daß ein seitli
cher Ätzangriff im Graben 4 erfolgt, da der Polymerfilm 31
an der Seitenwand des Grabens 4 als Schutzfilm wirkt, bis
er vollständig entfernt worden ist. Es sei festzuhalten,
daß die Fig. 7A bis 7E dem Schritt von Fig. 1B entspre
chen.
Das an der inneren Oberfläche des Grabens 4 befindliche
Reaktionsprodukt wird durch den gleichen Schritt wie in
Fig. 1C entfernt. Danach wird ein Oxidfilm 32 als zweiter
Schutzfilm an der inneren Oberfläche des Grabens 4 unter
Verwendung des gleichen Schrittes wie in Fig. 1D ausgebil
det.
Danach werden der Grabenausbildungsschritt und der Po
lymerfilm-Ausbildungsschritt wie in den Fig. 7A bis 7E
wiederholt durchgeführt. Da in diesem Schritt die Seiten
wand des Grabens 4 aufgrund des Polymerfilms 31 geschützt
ist, wird der Oxidfilm 32 an der Bodenfläche des Grabens 4
vor demjenigen an der Seitenwand entfernt. Danach erfolgt
an der Bodenfläche des Grabens 4 der Ätzangriff weiter in
Tiefenrichtung, indem die Aufbringung und Entfernung des
Primärfilms 31 abwechselnd wiederholt wird. Demgegenüber
ist an der Seitenwand des Grabens 4 der Polymerfilm 31 an
dem Oxidfilm 32 als zweiter Schutzfilm abgeschieden, so daß
die Seitenwand des Grabens 4 mit zwei Lagen von Schutzfil
men bedeckt ist. Selbst wenn somit der Polymerfilm 31 wäh
rend des Grabenätzungsschrittes entfernt wird, liegt noch
der Oxidfilm 32 unter dem Polymerfilm 31, so daß das Ätzen
des Grabens weiter durchgeführt werden kann, wobei die Sei
tenwand des Grabens 4 nach wie vor geschützt ist.
Wenn beim Grabenätzen nur ein Schutzfilm, der in seit
licher Richtung während des Ätzens Leicht abätzbar ist,
verwendet werden würde, würde beim Tieferätzen des Grabens
4 der Ätzangriff auch in Seitenrichtung fortschreiten, so
daß die Grabenbreite sich vergrößern würde. In einem ande
ren Fall, indem nur ein Schutzfilm verwendet werden würde,
der eine hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber einem seitlich
wirkenden Ätzangriff hat, wird der Graben 4, da es schwie
rig wird, das Ätzen an der Bodenfläche des Grabens 4 voran
zutreiben, allmählich schräg verlaufend oder im Querschnitt
V-förmig, wobei sich die Breite in Richtung Bodenfläche des
Grabens 4 nach und nach verringert, so daß schließlich der
Ätzvorgang ganz unterbrochen wird.
Demgegenüber wird bei der erfindungsgemäßen Ausfüh
rungsform gemäß obiger Beschreibung der Oxidfilm 32 mit ho
her Haltbarkeit oder Widerstandsfähigkeit gegenüber seitli
chem Ätzangriff nur einmal für eine Mehrzahl von Grabenätz
schritten ausgebildet. Somit kann die Widerstandsfähigkeit
gegenüber seitlichem Ätzen durch Bedecken der Seitenwand
des Grabens 4 mit zwei Lagen von Schutzfilmen erhöht werden
und weiterhin kann der Ätzfortschritt in Tiefenrichtung des
Grabens verbessert werden, indem die Bodenfläche des Grabens
4 lediglich mit dem Polymerfilm 31 bedeckt wird. Somit kann
verhindert werden, daß sich die Breite des Grabens 4 ver
größert und es kann verhindert werden, daß das Ätzen auf
grund einer zunehmenden Verjüngung des Grabens in Tiefen
richtung aufhört.
Danach wird das an der inneren Oberfläche des Grabens 4
haftende Reaktionsprodukt wie im Schritt Fig. 7F entfernt,
und der Oxidfilm 32 wird als zweiter Schutzfilm an der in
neren Oberfläche des Grabens 4 ausgebildet. Auf diese Weise
wird der Oxidfilm als zweiter Schutzfilm durch Durchführung
mehrerer Schritte ausgebildet, welche den Grabenätzschritt
und den Polymerfilm-Ausbildungsschritt beinhalten.
Nachfolgend wird der Satz mit dem Grabenätzschritt und
dem Polymerfilm-Ausbildungsschritt wiederholt. Die Auswir
kung ist die gleiche wie in Fig. 7G, da die Seitenwand des
Grabens 4 während des Grabenätzens mit zwei Lagen von
Schutzfilmen abgedeckt ist.
Nachdem die Schritte der Fig. 7F bis 7I abhängig von
der gewünschten Tiefe des Grabens 4 mehrfach wiederholt
worden sind, ist schließlich der Graben 4 mit der gewünsch
ten Tiefe ausgebildet. Wie oben beschrieben ist hierbei das
Streckungsverhältnis des Grabens 4 weiter erhöht, da mit
diesem Verfahren die Breite des Grabens 4 gering gehalten
werden kann und verhindert werden kann, daß sich der Graben
in Tiefenrichtung gesehen allmählich verjüngt.
Bei dieser Ausführungsform werden unterschiedliche Gase
in dem Grabenätzschritt und dem Polymerfilm-Ausbildungs
schritt verwendet. Es kann jedoch gemäß Fig. 8 eine Gaslei
tung 22a' zur Ausbildung des Polymerfilmes zusätzlich bei
der Kammer 21 zu der Gasleitung 22a für den Grabenätz
schritt vorgesehen werden, so daß diese Gasleitungen 22a
und 22a' in jedem Schritt umgeschaltet werden.
Nachfolgend seien noch Abwandlungen und Weiterbildungen
der Erfindung erläutert.
Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen wird das
an der inneren Oberfläche des Grabens 4 entstehende Reakti
onsprodukt im Schritt gemäß Fig. 1C entfernt. Auf diesen
Schritt kann jedoch verzichtet werden, wenn der Plasmaer
zeugungszustand oder die Plasmaerzeugungsbedingungen im
Schritt Fig. 1D entsprechend abgewandelt werden.
In der ersten Ausführungsform wird der Oxidfilm 11 als
Schutzfilm für die Seitenwand des Grabens 4 erzeugt; an
stelle hiervon kann jedoch auch ein Nitridfilm (SiNx) als
Schutzfilm erzeugt werden. Mit dieser Abwandlung lassen
sich die gleichen Ergebnisse wie in der beschriebenen er
sten Ausführungsform erzielen.
Weitherhin wird in der dritten Ausführungsform der
Oxidfilm als zweiter Schutzfilm verwendet; anstelle hiervon
kann als zweiter Schutzfilm genauso gut ein Nitridfilm ver
wendet werden. In diesem Fall wird der Nitridfilm als
(zweiter) Schutzfilm durch Verwendung eines Gases, welches
Stickstoff (N2) enthält, in den Schritten der Fig. 1C
und 1D oder der Fig. 1F und 1H und durch Bearbeiten des
Si-Substrates in einer Stickstoffplasma-Atmosphäre gebildet
werden. Insbesondere in dem Fall, in welchem eine Resist
maske anstelle der Oxidfilmmaske 2 verwendet wird kann die
Resistmaske während des Oxidfilm-Ausbildungsschrittes voll
ständig beseitigt werden. Insbesondere ist diese Abwandlung
dann vorzuziehen, wenn die Resistmaske als Maskierung ver
wendet wird, da die Resistmaske in einem Stickstoffplasma
nicht beseitigt wird. In diesem Fall kann der Schritt zum
Entfernen des Reaktionsproduktes von der inneren Oberfläche
des Grabens 4 weggelassen werden, indem die Plasmaerzeu
gungsbedingungen im Schritt der Fig. 1D oder 7F und 7G
entsprechend modifiziert werden. Mit anderen Worten, der
Oxidfilm (oder Nitridfilm) kann mit Entfernen des Reakti
onsproduktes alleine durch das Sauerstoffplasma (oder
Stickstoffplasma) gebildet werden.
Weiterhin kann im Schritt von Fig. 7F der dritten Aus
führungsform das Reaktionsprodukt an der inneren Oberfläche
des Grabens 4 entfernt werden oder die innere Oberfläche
des Grabens 4 kann oxidiert werden, indem ein Sauerstoff
gas, welches durch die UV-Strahlen angeregt worden ist,
eingebracht wird und indem ein Plasma des angeregten Sauer
stoffgases in der Kammer 21 erzeugt wird.
Weiterhin wird in der dritten Ausführungsform der Oxid
film als zweiter Schutzfilm durch eine Mehrzahl von Sätzen
ausgebildet, von denen jeder den Grabenätzprozeß und den
Polymerfilmausbildungsschritt beinhaltet. Die Anzahl von
Sätzen, welche zwischen jedem der zweiten Schutzfilm-Aus
bildungsschritte durchgeführt wird, wird so bestimmt, daß
die Sätze enden, bevor der Oxidfilm (oder Nitridfilm) als
zweiter Schutzfilm von der Seitenwand des Grabens 4 während
des Grabenätzschrittes entfernt wird. Unter Verwendung die
ser Abwandlung ist die Seitenwand des Grabens stets gegen
über Ätzangriffen durch den stets vorhandenen Oxidfilm
(oder Nitridfilm) geschützt, so daß zuverlässig verhindert
werden kann, daß sich die Breite des Grabens erhöht.
Weiterhin können die Erzeugungsbedingungen des Plasmas
während des Grabenätzschrittes und des Polymerfilmausbil
dungsschrittes entsprechend abgewandelt oder modifiziert
werden, wenn der Graben 4 vertieft wird. Allgemein gesagt,
wenn der Graben mit festgelegten Plasmaerzeugungsbedingun
gen während des Grabenätzschrittes und des Polymerfilmaus
bildungsschrittes bearbeitet wird, ändert sich der Graben
allmählich in die sich verjüngende Form, da die Menge von
Ätzmittel, welches an der Bodenfläche des Grabens ankommt,
abnimmt. Wenn somit die Plasmabedingungen oder Plasmaerzeu
gungsbedingungen entsprechend eingestellt und geändert wer
den, kann verhindert werden, daß die Ätzleistung abnimmt
und der Graben somit in Bodenrichtung sich verjüngt. Bei
spielsweise kann die Beschleunigungsspannung von Ionen in
Richtung des Substrates erhöht werden, wenn während des
Grabenätzschrittes der Graben sich vertieft. Ähnliche Ab
wandlungen können bei der Erzeugung von Sauerstoffplasma
(oder Stickstoffplasma) während des Ausbildens des zweiten
Schutzfilmes und der Prozeßzeit hiervon angewandt werden.
Allgemein gesagt, je tiefer der Graben wird, um so leichter
kann die Seitenwand des Grabens 4 angeätzt werden, da die
auftreffenden Ionen schräg auftreffen oder aus anderen
Gründen. Durch Änderung der Plasmabedingungen des Sauer
stoff- oder Stickstoffplasmas kann somit die Seitenwand des
Grabens vollständig geschützt werden. Beispielsweise können
die Plasmaerzeugungsbedingungen bei tieferwerdendem Graben
geändert werden, oder die Prozeßzeit kann bei tiefer wer
dendem Graben verlängert werden, um die Ausbildung des
Oxidfilms zu erleichtern.
Beschrieben wurde somit ein Verfahren zur Herstellung
einer Halbleitervorrichtung, mit welchem ein Graben wirksam
ausgebildet werden kann, welcher ein hohes Streckungsver
hältnis hat, wobei das Verfahren relativ einfache Schritte
aufweist. Ein anfänglicher Graben oder Ausgangsgraben wird
durch reaktives Ionenätzen unter Verwendung einer Oxidfilm
maske als Ätzmaske in einem Siliziumsubstrat ausgebildet.
Nach Ausbilden eines schützenden Oxidfilms an einer inneren
Oberfläche des Grabens wird ein Teil des schützenden Oxid
films an der Stelle der Bodenfläche des Grabens durch reak
tives Ionenätzen entfernt, so daß ein Weiterätzen des Sili
ziumsubstrates durch die Bodenfläche des Grabens erfolgen
kann. Der Schritt des Ausbildens des schützenden Oxidfilmes
und der Schritt des erneuten Ätzens der Bodenfläche des
Grabens werden wiederholt durchgeführt, so daß schließlich
der Tiefe des Grabens eine bestimmte Tiefe erreicht. Die
einzelnen Schritte werden in einer gemeinsamen Kammer unter
Verwendung von Plasma durchgeführt, welches durch Umschal
ten zwischen in die Kammer einzubringenden Gasen prozeßge
steuert wird.
Claims (24)
1. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrich
tung, mit den folgenden Schritten:
einem Substrateinbringschritt zum Einbringen eines Halbleitersubstrates (1) mit einer Maske (2) hierauf in ei ne Kammer (21);
einem Grabenausbildungsschritt zum Ausbilden eines Grabens (4) in dem Halbleitersubstrat unter Verwendung von reaktivem Ionenätzen unter Anwendung der Maske;
einem Schutzfilmausbildungsschritt zum Ausbilden eines Schutzfilms (11) an einer inneren Oberfläche des Grabens; und
einem Bodenflächenätzschritt zum Ätzen eines Teiles des Schutzfilmes, der an einem Bodenabschnitt des Grabens angeordnet ist und zum Ätzen des Halbleitersubstrates durch den Bodenabschnitt des Grabens unter Verwendung von reakti vem Ionenätzen, um den Graben zu vertiefen, wobei
der Grabenausbildungsschritt, der Schutzfilmausbil dungsschritt und der Bodenflächenätzschritt mittels eines Plasmas von Gas durchgeführt werden, das in die Kammer ein gebracht worden ist, wobei abhängig von jedem dieser Schritte die Art des Gases geändert wird, und wobei
ein Satz bestehend aus Schutzfilmausbildungsschritt und Bodenflächenätzschritt wiederholt durchgeführt wird, um den endgültigen Graben zu bilden.
einem Substrateinbringschritt zum Einbringen eines Halbleitersubstrates (1) mit einer Maske (2) hierauf in ei ne Kammer (21);
einem Grabenausbildungsschritt zum Ausbilden eines Grabens (4) in dem Halbleitersubstrat unter Verwendung von reaktivem Ionenätzen unter Anwendung der Maske;
einem Schutzfilmausbildungsschritt zum Ausbilden eines Schutzfilms (11) an einer inneren Oberfläche des Grabens; und
einem Bodenflächenätzschritt zum Ätzen eines Teiles des Schutzfilmes, der an einem Bodenabschnitt des Grabens angeordnet ist und zum Ätzen des Halbleitersubstrates durch den Bodenabschnitt des Grabens unter Verwendung von reakti vem Ionenätzen, um den Graben zu vertiefen, wobei
der Grabenausbildungsschritt, der Schutzfilmausbil dungsschritt und der Bodenflächenätzschritt mittels eines Plasmas von Gas durchgeführt werden, das in die Kammer ein gebracht worden ist, wobei abhängig von jedem dieser Schritte die Art des Gases geändert wird, und wobei
ein Satz bestehend aus Schutzfilmausbildungsschritt und Bodenflächenätzschritt wiederholt durchgeführt wird, um den endgültigen Graben zu bilden.
2. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrich
tung nach Anspruch 1, wobei das während des Schutzfilmaus
bildungsschrittes in die Kammer eingebrachte Gas Sauer
stoffgas beinhaltet und wobei der Schutzfilm (11), der in
dem Schutzfilmausbildungsschritt erzeugt wird, ein Oxidfilm
ist.
3. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrich
tung nach Anspruch 1, wobei das während des Schutzfilmaus
bildungsschrittes in die Kammer eingebrachte Gas Stickstoff
beinhaltet und wobei der Schutzfilm (11), der in dem
Schutzfilmausbildungsschritt erzeugt wird, ein Nitridfilm
ist.
4. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrich
tung nach Anspruch 1, welches vor dem Schutzfilmausbil
dungsschritt weiterhin aufweist:
einen Reaktionsproduktentfernungsschritt zur Entfer nung eines Reaktionsproduktes, welches durch Durchführung des reaktiven Ionenätzens erzeugt und an der inneren Ober fläche des Grabens niedergeschlagen wird, wobei das in die Kammer einzubringende Gas durch ein anderes Gas ersetzt wird, welches unterschiedlich zu dem während des Grabenaus bildungsschrittes verwendeten Gases ist und wobei ein Plas ma des geänderten oder anderen Gases in der Kammer erzeugt wird.
einen Reaktionsproduktentfernungsschritt zur Entfer nung eines Reaktionsproduktes, welches durch Durchführung des reaktiven Ionenätzens erzeugt und an der inneren Ober fläche des Grabens niedergeschlagen wird, wobei das in die Kammer einzubringende Gas durch ein anderes Gas ersetzt wird, welches unterschiedlich zu dem während des Grabenaus bildungsschrittes verwendeten Gases ist und wobei ein Plas ma des geänderten oder anderen Gases in der Kammer erzeugt wird.
5. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrich
tung nach Anspruch 4, wobei das in dem Reaktionsproduktent
fernungsschritt eingebrachte Gas wenigstens ein Inertgas
beinhaltet.
6. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrich
tung nach Anspruch 4, wobei das während des Reaktionspro
duktentfernungsschrittes eingebrachte Gas eine Gasmischung
mit Argongas (Ar) und Sauerstoffgas (O2) ist.
7. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrich
tung, mit den folgenden Schritten:
einem Substrateinbringschritt zum Einbringen eines Halbleitersubstrates (1) mit einer Maske (2) hierauf in ei ne Kammer (21);
einem Grabenausbildungsschritt zum Ausbilden eines Grabens (4) in dem Halbleitersubstrat unter Verwendung von reaktivem Ionenätzen unter Anwendung der Maske;
einem Schutzfilmausbildungsschritt zur Entfernung ei nes durch die reaktive Ionenätzung erzeugten und an einer inneren Oberfläche des Grabens niedergeschlagenen Reakti onsproduktes und zur Ausbildung eines Nitridfilmes als Schutzfilm (11) an der inneren Oberfläche des Grabens; und
einem Bodenflächenätzschritt zum Ätzen eines Teiles des Schutzfilmes, der an einem Bodenabschnitt des Grabens angeordnet ist und zum Ätzen des Halbleitersubstrates durch den Bodenabschnitt des Grabens unter Verwendung von reakti vem Ionenätzen, um den Graben zu vertiefen, wobei
der Schutzfilmausbildungsschritt in einer Sauerstoff gasatmosphäre durchgeführt wird, wobei ultraviolette Strah len in das Sauerstoffgas einstrahlen,
der Grabenausbildungsschritt und der Bodenflächenätz schritt mittels eines Plasmas von Gas durchgeführt werden, das in die Kammer eingebracht worden ist, und wobei
ein Satz bestehend aus Schutzfilmausbildungsschritt und Bodenflächenätzschritt wiederholt durchgeführt wird, um den endgültigen Graben zu bilden.
einem Substrateinbringschritt zum Einbringen eines Halbleitersubstrates (1) mit einer Maske (2) hierauf in ei ne Kammer (21);
einem Grabenausbildungsschritt zum Ausbilden eines Grabens (4) in dem Halbleitersubstrat unter Verwendung von reaktivem Ionenätzen unter Anwendung der Maske;
einem Schutzfilmausbildungsschritt zur Entfernung ei nes durch die reaktive Ionenätzung erzeugten und an einer inneren Oberfläche des Grabens niedergeschlagenen Reakti onsproduktes und zur Ausbildung eines Nitridfilmes als Schutzfilm (11) an der inneren Oberfläche des Grabens; und
einem Bodenflächenätzschritt zum Ätzen eines Teiles des Schutzfilmes, der an einem Bodenabschnitt des Grabens angeordnet ist und zum Ätzen des Halbleitersubstrates durch den Bodenabschnitt des Grabens unter Verwendung von reakti vem Ionenätzen, um den Graben zu vertiefen, wobei
der Schutzfilmausbildungsschritt in einer Sauerstoff gasatmosphäre durchgeführt wird, wobei ultraviolette Strah len in das Sauerstoffgas einstrahlen,
der Grabenausbildungsschritt und der Bodenflächenätz schritt mittels eines Plasmas von Gas durchgeführt werden, das in die Kammer eingebracht worden ist, und wobei
ein Satz bestehend aus Schutzfilmausbildungsschritt und Bodenflächenätzschritt wiederholt durchgeführt wird, um den endgültigen Graben zu bilden.
8. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrich
tung nach Anspruch 1, bei dem jedes Plasma aus Gas durch
einen Plasma aus Gas durch einen Plasmaausbildungsschritt
erzeugt wird, wobei jeder Plasmaausbildungsschritt durch
individuelles Bestimmen von Plasmaerzeugungsbedingungen und
einer Prozeßzeit durchgeführt wird.
9. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrich
tung nach Anspruch 1, wobei das in die Kammer während des
Grabenausbildungsschrittes und des Bodenflächenätzschrittes
eingebrachte Gas ein SF6-Gas oder Cl2-Gas enthaltendes Gas
ist.
10. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrich
tung nach Anspruch 1, wobei ein Ätzbetrag pro einem reakti
ven Ionenätzen so gesteuert wird, daß der schützende Ni
tridfilm, der vor dem reaktiven Ionenätzen vorhanden ist,
nach wie vor die gesamte Seitenwand des Grabens nach dem
reaktiven Ionenätzen bedeckt, in dem entweder die Ätztiefe
oder die Ätzzeit gesteuert werden.
11. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrich
tung nach Anspruch 1, wobei jede der Ätzzeiten beim reakti
ven Ionenätzen im Grabenausbildungsschritt und Bodenflä
chenätzschritt so gesteuert wird, daß ein Winkel der Sei
tenwand des Grabens innerhalb von 90 ± 1 Grad bezüglich ei
ner Oberfläche des Halbleitersubstrates beträgt.
12. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrich
tung nach Anspruch 1, wobei der Grabenausbildungsschritt,
der Schutzfilmausbildungsschritt und der Bodenflächenätz
schritt jeweils in einer gemeinsamen Kammer durchgeführt
werden.
13. Ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervor
richtung, mit den folgenden Schritten:
einer Mehrzahl von ersten Schritten, wobei jeder erste Schritt aufweist:
einen Grabenausbildungsschritt zum Ausbilden eines Grabens (4) in dem Halbleitersubstrat unter Verwendung von reaktivem Ionenätzen; und
einen ersten Schutzfilmausbildungsschritt zum Ausbil den eines Polymerfilms (31) als ersten Schutzfilm an einer inneren Oberfläche des Grabens; und
einem zweiten Schritt, mit einem zweiten Schutzfilm ausbildungsschritt zur Ausbildung eines zweiten Schutzfil mes (32) mit hoher Haltbarkeit gegenüber einem Ätzangriff im Vergleich zu dem Polymerfilm an der inneren Oberfläche des Grabens, wobei der zweite Schutzfilmausbildungsschritt nach jedem der Mehrzahl von ersten Schritten durchgeführt wird, wobei
ein Satz aus der Mehrzahl der ersten Schritte und der zweite Schritt wiederholt durchgeführt wird, um einen end gültigen Graben zu bilden.
einer Mehrzahl von ersten Schritten, wobei jeder erste Schritt aufweist:
einen Grabenausbildungsschritt zum Ausbilden eines Grabens (4) in dem Halbleitersubstrat unter Verwendung von reaktivem Ionenätzen; und
einen ersten Schutzfilmausbildungsschritt zum Ausbil den eines Polymerfilms (31) als ersten Schutzfilm an einer inneren Oberfläche des Grabens; und
einem zweiten Schritt, mit einem zweiten Schutzfilm ausbildungsschritt zur Ausbildung eines zweiten Schutzfil mes (32) mit hoher Haltbarkeit gegenüber einem Ätzangriff im Vergleich zu dem Polymerfilm an der inneren Oberfläche des Grabens, wobei der zweite Schutzfilmausbildungsschritt nach jedem der Mehrzahl von ersten Schritten durchgeführt wird, wobei
ein Satz aus der Mehrzahl der ersten Schritte und der zweite Schritt wiederholt durchgeführt wird, um einen end gültigen Graben zu bilden.
14. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrich
tung nach Anspruch 13, wobei jeder aus der Mehrzahl der er
sten Schritte und der zweite Schritte in einer gemeinsamen
Kammer durchgeführt wird und so durchgeführt wird, daß die
Gasart, welche in die Kammer eingebracht wird, abhängig von
diesen Schritten geändert wird.
15. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrich
tung nach Anspruch 13, wobei das während des Grabenausbil
dungsschrittes in die Kammer eingebrachte Gas ein Gas ist,
welches SF6-Gas oder Cl2-Gas beinhaltet.
16. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrich
tung nach Anspruch 1, wobei das während des Polymerfilmaus
bildungsschrittes in die Kammer eingebrachte Gas ein Gas
ist, welches C4H8-Gas oder eine Gasmischung aus CF4 und
CHF3 beinhaltet.
17. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrich
tung nach Anspruch 13, wobei das in die Kammer während des
zweiten Schutzfilmausbildungsschrittes eingebrachte Gas
Sauerstoffgas beinhaltet und wobei der in dem zweiten
Schutzfilmausbildungsschritt ausgebildete zweite Schutzfilm
aus einem Oxidfilm besteht.
18. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrich
tung nach Anspruch 13, wobei:
das während des zweiten Schutzfilmausbildungsschrittes in die Kammer eingebrachte Gas Sauerstoffgas beinhaltet;
der zweite Schutzfilmausbildungsschritt in Sauerstoff gasatmosphäre durchgeführt wird, wobei das Sauerstoffgas mit ultravioletten Strahlen bestrahlt wird; und
der zweite Schutzfilm, der in dem zweiten Schutzfilm ausbildungsschritt ausgebildet wird, aus einem Oxidfilm be steht.
das während des zweiten Schutzfilmausbildungsschrittes in die Kammer eingebrachte Gas Sauerstoffgas beinhaltet;
der zweite Schutzfilmausbildungsschritt in Sauerstoff gasatmosphäre durchgeführt wird, wobei das Sauerstoffgas mit ultravioletten Strahlen bestrahlt wird; und
der zweite Schutzfilm, der in dem zweiten Schutzfilm ausbildungsschritt ausgebildet wird, aus einem Oxidfilm be steht.
19. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrich
tung nach Anspruch 13, wobei das in die Kammer während des
zweiten Schutzfilmausbildungsschrittes eingebrachte Gas
Stickstoffgas beinhaltet und wobei der in dem zweiten
Schutzfilmausbildungsschritt ausgebildete zweite Schutzfilm
aus einem Nitridfilm besteht.
20. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrich
tung nach Anspruch 13, wobei eine gesamte Prozeßzeit der
Mehrzahl von ersten Schritten, welche zwischen jedem zwei
ten Schritt durchgeführt werden, kürzer als eine Zeit ge
macht wird, während der der zweite Schutzfilm vollständig
von der Seitenwand des Grabens entfernt wird.
21. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrich
tung nach Anspruch 13, wobei der Grabenätzschritt und der
Polymerfilmausbildungsschritt unter einem Gasplasma durch
geführt werden, welches in der Kammer befindlich ist, wobei
individuell eine Plasmaerzeugungsbedingung abhängig von der
Tiefe des Grabens festgelegt wird.
22. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrich
tung nach Anspruch 13, wobei der zweite Schutzfilmausbil
dungsschritt in einem Gasplasma durchgeführt wird, welches
in der Kammer enthalten ist, wobei eine Plasmaerzeugungsbe
dingung und eine Prozeßzeit abhängig von einer Tiefe des
Grabens individuell festgelegt werden.
23. Ein Halbleitersensor für eine physikalische Größe,
hergestellt durch ein Verfahren, welches umfaßt:
einen Substrateinbringschritt zum Einbringen eines Halbleitersubstrates (1) mit einer Maske (2) hierauf in ei ne Kammer (21);
einen Grabenausbildungsschritt zum Ausbilden eines Grabens (4) in dem Halbleitersubstrat unter Verwendung von reaktivem Ionenätzen unter Anwendung der Maske;
einen Schutzfilmausbildungsschritt zum Ausbilden eines Schutzfilms (11) an einer inneren Oberfläche des Grabens; und
einen Bodenflächenätzschritt zum Ätzen eines Teiles des Schutzfilmes, der an einem Bodenabschnitt des Grabens angeordnet ist und zum Ätzen des Halbleitersubstrates durch den Bodenabschnitt des Grabens unter Verwendung von reakti vem Ionenätzen, um den Graben zu vertiefen, wobei
der Grabenausbildungsschritt, der Schutzfilmausbil dungsschritt und der Bodenflächenätzschritt mittels eines Plasmas von Gas durchgeführt werden, das in die Kammer ein gebracht worden ist, wobei abhängig von jedem dieser Schritte die Art des Gases geändert wird, und wobei
ein Satz bestehend aus Schutzfilmausbildungsschritt und Bodenflächenätzschritt wiederholt durchgeführt wird, um den endgültigen Graben zu bilden; und
wobei der Halbleitersensor für die physikalische Größe weiterhin aufweist:
den endgültigen Graben mit einem Sprungabschnitt an der inneren Seitenwand, der durch wiederholtes Durchführen des Satzes bestehend aus Schutzfilmausbildungsschritt und Bodenflächenätzschritt gebildet wird; und
eine von dem endgültigen Graben unterteilte Ausleger struktur.
einen Substrateinbringschritt zum Einbringen eines Halbleitersubstrates (1) mit einer Maske (2) hierauf in ei ne Kammer (21);
einen Grabenausbildungsschritt zum Ausbilden eines Grabens (4) in dem Halbleitersubstrat unter Verwendung von reaktivem Ionenätzen unter Anwendung der Maske;
einen Schutzfilmausbildungsschritt zum Ausbilden eines Schutzfilms (11) an einer inneren Oberfläche des Grabens; und
einen Bodenflächenätzschritt zum Ätzen eines Teiles des Schutzfilmes, der an einem Bodenabschnitt des Grabens angeordnet ist und zum Ätzen des Halbleitersubstrates durch den Bodenabschnitt des Grabens unter Verwendung von reakti vem Ionenätzen, um den Graben zu vertiefen, wobei
der Grabenausbildungsschritt, der Schutzfilmausbil dungsschritt und der Bodenflächenätzschritt mittels eines Plasmas von Gas durchgeführt werden, das in die Kammer ein gebracht worden ist, wobei abhängig von jedem dieser Schritte die Art des Gases geändert wird, und wobei
ein Satz bestehend aus Schutzfilmausbildungsschritt und Bodenflächenätzschritt wiederholt durchgeführt wird, um den endgültigen Graben zu bilden; und
wobei der Halbleitersensor für die physikalische Größe weiterhin aufweist:
den endgültigen Graben mit einem Sprungabschnitt an der inneren Seitenwand, der durch wiederholtes Durchführen des Satzes bestehend aus Schutzfilmausbildungsschritt und Bodenflächenätzschritt gebildet wird; und
eine von dem endgültigen Graben unterteilte Ausleger struktur.
24. Ein Halbleitersensor für eine physikalische Größe,
hergestellt durch ein Verfahren, welches aufweist:
eine Mehrzahl von ersten Schritten, wobei jeder erste Schritt aufweist:
einen Grabenausbildungsschritt zum Ausbilden eines Grabens (4) in dem Halbleitersubstrat unter Verwendung von reaktivem Ionenätzen; und
einen ersten Schutzfilmausbildungsschritt zum Ausbil den eines Polymerfilms (31) als ersten Schutzfilm an einer inneren Oberfläche des Grabens; und
einen zweiten Schritt, mit einem zweiten Schutzfilm ausbildungsschritt zur Ausbildung eines zweiten Schutzfil mes (32) mit hoher Haltbarkeit gegenüber einem Ätzangriff im Vergleich zu dem Polymerfilm an der inneren Oberfläche des Grabens, wobei der zweite Schutzfilmausbildungsschritt nach jedem der Mehrzahl von ersten Schritten durchgeführt wird, wobei
ein Satz aus der Mehrzahl der ersten Schritte und der zweite Schritte wiederholt durchgeführt wird, um einen end gültigen Graben zu bilden; und
wobei der Halbleitersensor für die physikalische Größe weiterhin aufweist:
den endgültigen Graben mit einem Sprungabschnitt an der inneren Seitenwand, der durch wiederholtes Durchführen des Satzes aus der Mehrzahl der ersten Schritte und der zweite Schritte gebildet wird; und
eine von dem endgültigen Graben unterteilte Ausleger struktur.
eine Mehrzahl von ersten Schritten, wobei jeder erste Schritt aufweist:
einen Grabenausbildungsschritt zum Ausbilden eines Grabens (4) in dem Halbleitersubstrat unter Verwendung von reaktivem Ionenätzen; und
einen ersten Schutzfilmausbildungsschritt zum Ausbil den eines Polymerfilms (31) als ersten Schutzfilm an einer inneren Oberfläche des Grabens; und
einen zweiten Schritt, mit einem zweiten Schutzfilm ausbildungsschritt zur Ausbildung eines zweiten Schutzfil mes (32) mit hoher Haltbarkeit gegenüber einem Ätzangriff im Vergleich zu dem Polymerfilm an der inneren Oberfläche des Grabens, wobei der zweite Schutzfilmausbildungsschritt nach jedem der Mehrzahl von ersten Schritten durchgeführt wird, wobei
ein Satz aus der Mehrzahl der ersten Schritte und der zweite Schritte wiederholt durchgeführt wird, um einen end gültigen Graben zu bilden; und
wobei der Halbleitersensor für die physikalische Größe weiterhin aufweist:
den endgültigen Graben mit einem Sprungabschnitt an der inneren Seitenwand, der durch wiederholtes Durchführen des Satzes aus der Mehrzahl der ersten Schritte und der zweite Schritte gebildet wird; und
eine von dem endgültigen Graben unterteilte Ausleger struktur.
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