DE10122064A1

DE10122064A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Wafers mit zumindest teilweise mit einer Schutzschicht versehenen Vertiefungen

Info

Publication number: DE10122064A1
Application number: DE2001122064
Authority: DE
Inventors: Christoph Ungermanns
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2001-05-07
Filing date: 2001-05-07
Publication date: 2002-11-21

Abstract

In der Halbleiterherstellung wird häufig ein Wafer (1) mit einem Graben bzw. einem Trench benötigt, der bis zu einer definierten Tiefe (5) - gemessen von der Oberfläche des Wafers (1) - mit einer Schutzschicht (3) gefüllt ist. Erfindungsgemäß wird dazu bei einem Wafer (1) mit Vertiefungen (2), der derart mit einer Schutzschicht (3) beschichtet ist, dass die Vertiefungen (2) mit dem Material der Schutzschicht (3) gefüllt sind und die Schutzschicht (3) auf der Oberfläche des Wafers (1) eine definierte Anfangsdicke (4) aufweist, zuerst das Material der Schutzschicht (3) bis auf die Oberfläche des Wafers (1) abgetragen und eine dafür benötigte erste Zeitdauer bestimmt, und anschließend der Abtragvorgang während einer zweiten Zeitdauer fortgesetzt, die in Abhängigkeit von der ersten Zeitdauer, der Anfangsdicke (4) der Schutzschicht (3) und der gewünschten Tiefe (5) bestimmt wird. Vorzugsweise wird als Schutzschicht (3) eine Lackschicht verwendet und diese mittels Plasmaveraschung abgetragen, wobei das Erreichen der Oberfläche des Wafers (1) beim Abtragen durch Auswertung eines in der Plasmaveraschungsanlage gewonnenen Spaktrums überwacht wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zum Herstellen eines Wafers mit einer Oberfläche, in der Vertiefungen ausgebildet sind, die wenigstens zum Teil mit einer Schutzschicht aufgefüllt sind.

Bei der Herstellung von Halbleiterschaltungen werden oft Halbleiterstrukturen innerhalb einer Vertiefung bzw. eines Grabens ausgebildet. Ein solcher Graben wird in der Halblei tertechnik auch "Trench" genannt. Dabei ist es erforderlich, die Oberfläche der Vertiefung in verschiedenen Tiefen unter schiedlich zu behandeln. Zu diesem Zweck wird in der Vertie fung eine Schutzschicht angeordnet, die bis zu einer bestimm ten Tiefe innerhalb der Vertiefung reicht, so dass bei einem Behandlungsschritt nur die darüber liegende Oberfläche der Vertiefung erfasst wird.

Die Verwendung der vorgenannten Trerichtechnologie ist bei spielsweise ein etabliertes und erfolgreiches Verfahren zur Reduzierung des spezifischen Einschaltwiderstands eines DMOS- Schalters. Eine Schlüsselrolle dabei nimmt die Feldplatten strukturierung der Trench-MOS-Transistorzellen ein, welche ihrerseits durch eine definierte und reproduzierbare Bede ckung der Vertiefung bzw. des Trenchs ab einer bestimmten Tiefe mit einer Schutzschicht bestimmt wird. Die Trerichtech nologie kann jedoch auch auf anderen Gebieten, beispielsweise bei der Herstellung von Halbleiterspeichern zur Erzeugung ei nes Grabenkondensators, eingesetzt werden.

Vordringliches Ziel dabei ist es, innerhalb einer Vertiefung in der Oberfläche eines Wafers eine Schutzschicht in einer bestimmten Tiefe anzuordnen, die trotz wechselnder Herstel lungsbedingungen reproduzierbar ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei denen mit geringem Aufwand eine Schutzschicht in Vertiefungen eines Wafers zuverlässig in einer bestimmten Tiefe angeordnet werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Die Unteransprüche definie ren jeweils bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird bei einem Wafer, auf dessen Oberfläche eine Schutzschicht bestimmter Anfangsdicke aufgetragen ist, das Material der Schutzschicht mit einer be stimmten Abtraggeschwindigkeit abgetragen, bis die Oberfläche des Wafers erreicht ist, wobei die dafür benötigte Zeit als eine erste Zeitdauer bestimmt wird.

Anschließend wird entweder unmittelbar danach oder nach einer Unterbrechung während einer zweiten Zeitdauer der Abtragvor gang fortgesetzt, wobei die zweite Zeitdauer in Abhängigkeit der ersten Zeitdauer der Anfangsdicke der Schutzschicht und einer Tiefe bestimmt wird, bis in die die Schutzschicht in nerhalb der Vertiefungen abgetragen werden soll. Diese Tiefe entspricht nachher der Höhe der Abschnitte innerhalb der Ver tiefungen, in denen keine Schutzschicht angeordnet ist und auf die ein nachfolgendes Halbleiterbearbeitungsverfahren wirkt. Solche Halbleiterbearbeitungsverfahren können bei spielsweise das Auftragen oder Abtragen von leitenden oder isolierenden Verkleidungen oder das Oxidieren oder Dotieren des Halbleitermaterials sein.

Auf diese Weise kann der Einfluss einer Veränderung der Pro zessparameter beim Abtragvorgang eliminiert werden. Verändert sich die Abtraggeschwindigkeit in einer Anlage zum Abtragen des Materials der Schutzschicht, was in der Praxis leicht vorkommen kann, so verändert sich auch die erste Zeitdauer, die zum Abtragen der Anfangsdicke des Schutzschichtmaterials erforderlich ist, so dass die veränderte Abtraggeschwindig keit bei der zweiten Zeitdauer berücksichtigt werden kann und das Material der Schutzschicht in den Vertiefungen sicher bis in die gewünschte Tiefe abgetragen wird. Eine Bedingung dafür ist, dass sich die Abtraggeschwindigkeit von der ersten Zeit dauer zu der zweiten Zeitdauer nicht wesentlich verändert.

Da die Abtraggeschwindigkeit maßgeblich von der Temperatur beeinflusst wird, die aufgrund der thermischen Trägheit wäh rend des gesamten Abtragvorgangs im wesentlichen konstant bleibt, kann für die Abtraggeschwindigkeit während der ersten und der zweiten Zeitdauer ein konstanter Wert angenommen wer den. Unter dieser Bedingung kann die zweite Zeitdauer vor teilhafterweise einfach durch die Multiplikation der ersten Zeitdauer mit dem Verhältnis von der gewünschten Tiefe zur Anfangsdicke der Schutzschicht bestimmt werden.

Als Schutzschicht wird vorteilhafterweise eine Lackschicht verwendet, die sich einfach in einer definierten Anfangsdicke auf die Oberfläche des Wafers auftragen lässt. Eine solche Schutzschicht wird allgemein auch als Bulk-Resist bezeichnet.

Vorteilhafterweise wird die Schutzschicht und insbesondere eine Lackschicht durch Veraschung mit Plasma abgetragen. Die ses Verfahren lässt sich einfach durchführen und gewährleis tet eine gleichmäßige Abtragung der Schutzschicht. Bei der Veraschung mit Plasma kann das Erreichen der Oberfläche des Wafers beim Abtragen der Schutzschicht besonders einfach durch eine Spektralanalyse geprüft werden. Dazu werden eine oder mehrere charakteristische Spektrallinien überwacht, die einen Aufschluss auf das Erreichen der Oberfläche des Wafers zulässt, wobei das Transmissions- bzw. Immissions- bzw. Re flexionsspektrum ausgewertet werden kann.

Sobald das Material der Schutzschicht bis auf die Oberfläche abgetragen ist, wird nur noch das Schutzschichtmaterial in nerhalb der Vertiefungen verascht, das jedoch eine wesentlich geringere Gesamtoberfläche aufweist als das zuvor auf der ge samten Waferoberfläche vorhandene Schutzschichtmaterial, so dass je Zeiteinheit eine wesentlich geringere Menge verascht wird und eine starke Veränderung des Spektrums zu bemerken ist. Würde der Abtragvorgang so lange fortgesetzt werden, bis auch das Schutzschichtmaterial in den Vertiefungen vollstän dig verascht ist, so würde sich das Spektrum noch einmal ein wenig ändern, da ab diesem Zeitpunkt überhaupt kein Schutz schichtmaterial verascht wird. Zur Auswertung kann insbeson dere die OH-Linie herangezogen werden. Ein solches System zur Abtragung einer Schutzschicht bzw. Veraschung einer Lack schicht wird auch Endpunktesystem genannt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Aus führungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeich nung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Teil eines Wafers mit einer Vertiefung in seiner Oberfläche,

Fig. 2 zeigt den Waferabschnitt gemäß Fig. 1 nach erfolgtem Auftrag der Schutzschicht,

Fig. 3 zeigt den Waferabschnitt gemäß Fig. 1 nach der ers ten Zeitdauer, und

Fig. 4 zeigt den Waferabschnitt gemäß Fig. 1 nach der zwei ten Zeitdauer.

Fig. 1 zeigt einen Abschnitt eines flachen Wafers 1, in des sen oberen Oberfläche eine Vertiefung 2 ausgebildet ist. Die Vertiefung 2 bildet einen Graben mit im wesentlichen recht eckförmigem Querschnitt. Ziel des Verfahrens ist es, die Ver tiefung 2 bis zu einer bestimmten Tiefe, gemessen von der o beren Oberfläche des Wafers 1, mit einer Schutzschicht zu füllen.

Dazu wird, wie in Fig. 2 dargestellt, die Oberfläche des Wa fers 1 mit einer Schutzschicht 3 derart versehen, dass das Material der Schutzschicht 3 die Vertiefung 2 ausfüllt und die Schutzschicht 3 auf der Oberfläche des Wafers 1 eine kon stante Anfangsdicke 4 aufweist. Als Schutzschicht wird eine Lackschicht 3 verwendet, die mit den bekannten Verfahren in konstanter Dicke aufgetragen werden kann.

Auf den in Fig. 2 dargestellten Wafer 1 wird nun das erfin dungsgemäße Verfahren angewendet. Dazu wird in einer Plasma veraschungsanlage das Material der Schutzschicht 3 so lange abgetragen, bis die Oberfläche des Wafers 1 erreicht ist. Das heißt, es wird die Anfangsdicke 4 der Lackschicht 3 abgetra gen. Das Erreichen der Oberfläche 3 des Wafers 1 wird in der Plasmaveraschungsanlage durch Spektralanalyse überwacht, so dass auf diese Weise eine erste Zeitdauer bestimmt werden kann, die für das Abtragen der Anfangsdicke 4 der Lackschicht 3 erforderlich war. In Fig. 3 ist der Wafer 1 am Ende der ersten Zeitdauer abgebildet. In dieser Phase ist die Vertie fung 2 des Wafers 1 vollständig mit dem Material der Schutz schicht 3 gefüllt. Für den weiteren Abtragvorgang wird eine zweite Zeitdauer vorgegeben, die durch Multiplizieren der ersten Zeitdauer mit dem Verhältnis der gewünschten Tiefe 5, bis in die das Material der Schutzschicht 3 abgetragen werden soll, zu der Anfangsdicke 4 bestimmt wird, wobei das Verhält nis der Abtraggeschwindigkeiten während der ersten und der zweiten Zeitdauer als konstant angenommen wird.

Am Ende der zweiten Zeitdauer wird der in Fig. 4 dargestell te Zustand erreicht. Dabei ist die Vertiefung 2 des Wafers 1 zum Teil mit dem Material der Lackschicht 3 gefüllt, wobei die Lackschicht 3 sich nur vom Boden der Vertiefung 2 bis zu der gewünschten Tiefe 5 erstreckt, wobei die Tiefe 5 von der Oberfläche des Wafers 1 bzw. dem oberen Ende der Vertiefung 2 gemessen wird. Als Folge des Verfahrens wird ein Wafer 1 mit einer Vertiefung 2 geschaffen, in der ein oberer bis in die Tiefe 5 reichender Abschnitt frei von Lack ist und in einem nachfolgenden Verfahrensschritt bearbeitet werden kann, wobei der unter der Tiefe 5 liegende Bereich der Vertiefung 2 mit einer Lackschicht bedeckt ist, die für andere Verfahrens schritte herausgelöst werden kann.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen eines Wafers (1) mit einer O berfläche, in der Vertiefungen (2) ausgebildet sind, die we nigstens zum Teil mit einer Schutzschicht (3) gefüllt sind, bei welchem Verfahren
bei einem Wafer (1), bei dem eine Schutzschicht (3) derart aufgetragen ist, dass die Vertiefungen (2) mit dem Material der Schutzschicht (3) gefüllt sind und die Schutzschicht (3) im wesentlichen glatt ist und auf der Oberfläche des Wafers (1) eine bestimmte Anfangsdicke (4) aufweist,
das Material (3) so lange abgetragen wird, bis die Oberfläche des Wafers (1) erreicht ist und eine dafür benötigte erste Zeitdauer bestimmt wird, und
der Abtragvorgang eine zweite Zeitdauer lang fortgesetzt wird, die in Abhängigkeit der ersten Zeitdauer, der Anfangs dicke (4) und einer Tiefe (5), bis in die die Schutzschicht (3) innerhalb der Vertiefungen (2) abgetragen werden soll, bestimmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Zeitdauer durch Multiplikation der ersten Zeitdauer mit dem Verhältnis von der Tiefe (5) zur Anfangsdi cke (4) bestimmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Abtraggeschwindigkeiten für die Schutzschicht (3) während der ersten und der zweiten Zeitdau er konstant ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht ein Schutzlack ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Schutzschicht durch Veraschung oder Ät zung mittels eines Plasmas abgetragen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Spektralanalyse geprüft wird, ob die Ober fläche des Wafers (1) erreicht ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich die zweite Zeitdauer ohne Unterbrechung an die ers te Zeitdauer anschließt.

8. Vorrichtung zur Herstellung eines Wafers (1) mit einer Oberfläche, in der Vertiefungen (2) ausgebildet sind, die we nigstens zum Teil mit einer Schutzschicht (3) gefüllt sind, wobei die Vorrichtung derart eingerichtet ist, dass sie
bei einem Wafer (1), auf dessen Oberfläche eine Schutzschicht (3) derart aufgetragen ist, dass die Vertiefungen (2) mit dem Material der Schutzschicht (3) gefüllt sind und die Schutz schicht (3) im wesentlichen glatt ist und auf der Oberfläche des Wafers (1) eine bestimmte Anfangsdicke (4) aufweist,
das Material der Schutzschicht (3) so lange abträgt, bis die Oberfläche des Wafers (1) erreicht ist, und eine dafür benö tigte erste Zeitdauer bestimmt, und
den Abtragvorgang eine zweite Zeitdauer lang fortsetzt, die die Vorrichtung in Abhängigkeit der ersten Zeitdauer, der An fangsdicke (4) und einer Tiefe (5), bis in die die Schutz schicht (3) innerhalb der Vertiefungen (2) abgetragen werden soll, bestimmt wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, eingerichtet zur Durchfüh rung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7.