DE102009028256B4 - Verfahren zum Ätzen von Siliziumcarbid mittels eines Plasmaätzverfahrens und Siliziumcarbidsubstrat - Google Patents
Verfahren zum Ätzen von Siliziumcarbid mittels eines Plasmaätzverfahrens und Siliziumcarbidsubstrat Download PDFInfo
- Publication number
- DE102009028256B4 DE102009028256B4 DE102009028256.4A DE102009028256A DE102009028256B4 DE 102009028256 B4 DE102009028256 B4 DE 102009028256B4 DE 102009028256 A DE102009028256 A DE 102009028256A DE 102009028256 B4 DE102009028256 B4 DE 102009028256B4
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- silicon carbide
- etching
- process gas
- gas
- range
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 113
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 62
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 51
- 238000005530 etching Methods 0.000 title claims abstract description 48
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims description 25
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 74
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 73
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 claims abstract description 17
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 15
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 19
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims description 17
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 229910018503 SF6 Inorganic materials 0.000 claims description 9
- SFZCNBIFKDRMGX-UHFFFAOYSA-N sulfur hexafluoride Chemical compound FS(F)(F)(F)(F)F SFZCNBIFKDRMGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229960000909 sulfur hexafluoride Drugs 0.000 claims description 9
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 7
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 7
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 7
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 claims description 5
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 4
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 claims description 2
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 claims description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 11
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 9
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 8
- -1 fluorine radicals Chemical class 0.000 description 7
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 5
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 5
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910021418 black silicon Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000011161 development Methods 0.000 description 4
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- TXEYQDLBPFQVAA-UHFFFAOYSA-N tetrafluoromethane Chemical compound FC(F)(F)F TXEYQDLBPFQVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 2
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- QKCGXXHCELUCKW-UHFFFAOYSA-N n-[4-[4-(dinaphthalen-2-ylamino)phenyl]phenyl]-n-naphthalen-2-ylnaphthalen-2-amine Chemical compound C1=CC=CC2=CC(N(C=3C=CC(=CC=3)C=3C=CC(=CC=3)N(C=3C=C4C=CC=CC4=CC=3)C=3C=C4C=CC=CC4=CC=3)C3=CC4=CC=CC=C4C=C3)=CC=C21 QKCGXXHCELUCKW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ABTOQLMXBSRXSM-UHFFFAOYSA-N silicon tetrafluoride Chemical compound F[Si](F)(F)F ABTOQLMXBSRXSM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000002925 chemical effect Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 1
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 1
- 125000001153 fluoro group Chemical group F* 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 238000009832 plasma treatment Methods 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
- C30B29/36—Carbides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B33/00—After-treatment of single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure
- C30B33/04—After-treatment of single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure using electric or magnetic fields or particle radiation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/0445—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising crystalline silicon carbide
- H01L21/0475—Changing the shape of the semiconductor body, e.g. forming recesses
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
- H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
- H01L21/3065—Plasma etching; Reactive-ion etching
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Drying Of Semiconductors (AREA)
Abstract
Verfahren zum Ätzen von Siliziumcarbid (1) mittels eines Plasmaätzverfahrens, umfassend die Schritte: a) Ätzen des Siliziumcarbids (1) mit einem ersten ionisierten Prozessgas, das ein fluorhaltiges Gas umfasst; b) Ätzen des Siliziumcarbids (1) mit einem zweiten ionisierten Prozessgas, das Sauerstoff umfasst, wobei die Schritte a) und b) alternierend durchgeführt werden.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ätzen eines Siliziumcarbid(SiC)-Substrats mit einem Plasmaätzverfahren und ein Siliziumcarbidsubstrat.
- Stand der Technik
- Siliziumcarbid ist aufgrund seiner großen Bandlücke, hohen thermischen Leitfähigkeit, großen Härte, hohen elektrischen Durchbruchfeldstärke und seiner Beständigkeit in rauhen und chemisch aggressiven Umgebungen für Anwendungen in der Mikroelektronik, beispielsweise als Basismaterial zur Herstellung von mikroelektromechanischen Systemen (MEMS) interessant. Voraussetzung für die Anwendung von Siliziumcarbid als Basismaterial ist, dass zuverlässige Verfahren existieren, mittels denen Siliziumcarbid strukturiert werden kann.
- Es ist bekannt, Silizium, das gegenwärtige Standard-Basismaterial der MEMS- und Halbleiterindustrie, mittels Plasmaätzverfahren isotrop und anisotrop zu strukturieren. Ein derartiges Verfahren offenbart beispielsweise die
DE 42 41 045 C1 . Solche Verfahren nutzen aus, dass Silizium besonders gut von reaktiven freien Fluor-Atomen bzw. Fluor-Radikalen unter Bildung des flüchtigen Siliziumtetrafluorids angegriffen und abgetragen werden kann. Eine effiziente Methode zur Erzeugung freier Fluor-Radikale sind Gasentladungen, bei denen die Elektronen des durch diese Gasentladungen erzeugten Plasmas durch Elektronen-Stoßprozesse die Moleküle des Prozessgases in hochreaktive Radikale umsetzen. Schwefelhexafluorid hat sich als Prozessgas zur Ätzung von Silizium besonders bewährt, weil es zum einen in der Handhabung unkritisch ist und zum anderen viele freie Fluor-Radikale freisetzt. - Ebenfalls ist es bekannt, Siliziumcarbid mittels eines Plasmaätzverfahrens zu strukturieren.
- Des Weiteren ist es bekannt, zum Ätzen von Siliziumcarbid Schwefelhexafluorid als Prozessgas zu verwenden. Die Verwendung von Schwefelhexafluorid als Prozessgas hat allerdings den Nachteil, dass Kohlenstoff mit Fluor-Radikalen verschiedene perfluorierte Fluorkohlenwasserstoffe (FKW) bildet, von denen einige zur Polymerisation auf der Siliziumcarbid-Oberfläche neigen und auf diese Weise den Ätzprozess bremsen. Des Weiteren wird Kohlenstoff langsamer geätzt als Silizium, so dass sich Kohlenstoffrückstände im Ätzbereich ausbilden. Beide Effekte führen zu einer Verlangsamung der Ätzrate.
- Um diese Effekte zu vermeiden, ist es bekannt, dem Prozessgas zum Schwefelhexafluorid einen Anteil an Sauerstoff beizugeben. Die reaktiven Sauerstoffradikale sollen die Kohlenstoff-Atome der Fluorkohlenwasserstoffe oder des kohlenstoff-reichen Ätzgrunds in das flüchtige Kohlendioxid oder Kohlenmonoxid überführen. Dieser Zugabe von Sauerstoff sind allerdings Grenzen gesetzt. Ist der Anteil an Sauerstoff zu hoch, werden auch Silizium-Atome zu chemisch stabileren Siliziumdioxid oxidiert, welches deutlich langsamer ätzt als Silizium. Kleine Sauerstoffanteile beeinträchtigen die Ätzrate wenig, sind aber nicht in der Lage, den gesamten Kohlenstoff zu entfernen.
- Die
DE 36 03 725 A1 beschreibt ein Verfahren zur Strukturierung von Siliciumcarbid durch Photolithographie und Plasmaätzung, wobei ein Substrat aus dem Siliciumcarbid auf einer Flachseite mit einer strukturierten Silicium-Schicht abgedeckt, und dann die Plasmaätzung mit einem Sauerstoffanteil von mindestens 40%, insbesondere etwa 70 bis 95%, vorgenommen wird. - Die
US 5 958 793 A beschreibt ein Verfahren zum Ätzen einer Öffnung mit einer sich verjüngenden Wand in einer Schicht aus Siliciumcarbid (SiC) umfassend das Bilden einer Schutzschicht auf der SiC-Schicht. - Die
JP 2008 - 294 210 A - Die
US 2006 / 0 157 448 A1 beschreibt Verfahren zum Entfernen von schwarzem Silicium oder schwarzem Siliciumcarbid von einer plasmaexponierten Oberfläche einer oberen Elektrode einer Plasmabehandlungskammer. Die Verfahren umfassen das Bilden eines Plasmas unter Verwendung einer Gaszusammensetzung, die ein fluorhaltiges Gas enthält, und das Entfernen des schwarzen Siliziums oder schwarzen Siliziumcarbids von der Oberfläche mit dem Plasma. - Offenbarung der Erfindung
- Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Ätzen von Siliziumcarbid (SiC) mittels eines Plasmaätzverfahrens, umfassend die Schritte: a) Ätzen des Siliziumcarbids mit einem ersten ionisierten Prozessgas, das ein fluorhaltiges Gas umfasst; b) Ätzen des Siliziumcarbids mit einem zweiten ionisierten Prozessgas, das Sauerstoff (O2) umfasst, wobei die Schritte a) und b) alternierend durchgeführt werden.
- Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, Siliziumcarbid mit einer hohen Ätzrate zu ätzen. Kohlenstoffrückstände und FKW-Polymere, die im Schritt a) durch Ätzen mit dem fluorhaltigen Gas gebildet wurden, lassen sich in Schritt b) durch Ätzen mit Sauerstoff entfernen. Anschließend wird das Verfahren mit Schritt a) fortgesetzt.
- Das Ätzen von Siliziumcarbid in alternierenden Schritten ermöglicht es des Weiteren, für das jeweilige Prozessgas ohne Rücksicht auf das andere Prozessgas die jeweilige optimale Prozessbedingung, insbesondere Prozessdruck und Plasmaleistung, zu verwenden. Zudem können störende Beeinflussungen der unterschiedlichen Prozesschemie reduziert oder sogar vollständig vermieden werden.
- Das zu ätzende Siliziumcarbid kann als Einkristall vorliegen, bei denen sich Silizium und Kohlenstoff im stöchiometrischen Verhältnis 1:1 befinden. Das Siliziumcarbid kann ebenso polykristallin oder amorph ausgebildet sein, mit abweichenden stöchiometrischen Verhältnissen. Des Weiteren kann das Siliziumcarbid auch Zusätze, beispielsweise Dotierstoffe, oder Verunreinigungen umfassen. Deren Stoffmengenanteil liegt in der Regel unterhalb von 10 %.
- Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Siliziumcarbidsubstrat, das einen Graben mit einem Ätzgrund und zwei Seitenwänden umfasst, wobei die Seitenwände durch einen seitlichen Barrierebereich einer Barriereschicht gebildet werden, wobei der seitliche Barrierebereich perfluorierte Kohlenwasserstoffe umfasst. Das Siliziumcarbidsubstrat ist hergestellt mit einem erfindungsgemäßen Verfahren.
- Grundsätzlich eignen sich alle fluorhaltigen Gase als Bestandteil des ersten Prozessgases, wie beispielsweise Stickstofftrifluorid (NF3) oder Tetrafluormethan (CF4). Besonders bevorzugt ist die Verwendung von Schwefelhexafluorid (SF6).
- Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
- Erfindungsgemäß bevorzugt ist die teilweise zeitliche Überlappung des Schrittes a) und des Schrittes b). Diese Überlappung ermöglicht es, dass Plasma beim Übergang von Schritt a) zum Schritt b) aufrecht zu erhalten, ein erneutes Zünden des Plasmas kann auf diese Weise vermieden werden.
- Alternativ ist es ebenfalls möglich, die Schritte a) und b) vollständig zu trennen. Um das Plasma während des Wechsels der Schritte aufrecht zu erhalten, kann ein weiteres Gas verwendet werden, das zumindest beim Wechsel der Schritte a) und b) eingespeist wird.
- Ebenfalls ist es möglich, zwischen den Schritten a) und b) Zwischenschritte auszuführen. Bevorzugt ist allerdings die Alternation der Schritte a) und b) ohne Zwischenschritte.
- Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass im Schritt a) und/oder im Schritt b) ein elektrisches Feld angelegt wird. Das elektrische Feld ist vorzugsweise ein elektrisches Wechselfeld, kann aber ebenfalls ein konstantes elektrisches Feld sein. Vorzugsweise ist das elektrische Feld senkrecht zur Oberfläche des Siliziumcarbids angelegt. Das elektrische Feld hat den Zweck, durch die Ionisierung der Prozessgase erzeugte Plasma-Ionen in Richtung des Siliziumcarbids zu beschleunigen. Einem konstanten elektrischen Feld kann auch ein elektrisches Wechselfeld überlagert sein.
- Durch die Anlegung eines elektrischen Feldes lässt sich die physikalische Wirkung der Ätz-Schritte a) und b) verstärken. Insbesondere ist auch diese Weise das Siliziumcarbid anisotrop ätzbar. Dies ermöglicht eine Strukturierung des Siliziumcarbids, beispielsweise das Einbringen von Gräben („trenches“).
- Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das erste Prozessgas und/oder das zweite Prozessgas einen Anteil an Argon umfassen. Durch einen Anteil an Argon lässt sich die physikalische Sputterwirkung des erfindungsgemäßen Ätzverfahrens erhöhen, insbesondere bei Anlegung eines elektrischen Feldes. Des Weiteren unterstützt Argon die Erhöhung des Ionisierungsgrades der Prozessgase in Plasma und vereinfacht die Zündung des Plasmas. Des Weiteren ermöglicht eine kontinuierliche Zuführung von Argon als Bestandteil des ersten Prozessgases und als Bestandteil des zweiten Prozessgases die vollständige zeitliche Trennung der Schritte a) und b) unter Aufrechterhaltung des Plasmas.
- Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung sieht vor, die Ionisation des ersten Prozessgases und des zweiten Prozessgases mittels einer induktiven Kopplung zu erzeugen und aufrecht zu erhalten. Durch die Verwendung einer induktiven Kopplung (ICP) zur Erzeugung und Aufrechterhaltung des Plasmas lassen sich hohe Dichten von Fluor und Sauerstoff-Radikalen erzeugen. Auch erlaubt die induktive Kopplung die Erzeugung eines homogenen Plasmas. Grundsätzlich ist aber auch die Erzeugung und Aufrechterhaltung des Plasmas mittels anderer Methoden, beispielsweise mittels kapazitiver Kopplung, möglich.
- Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Siliziumcarbid beheizt wird. Die chemische Wirkung der Ätzschritte a) und b) lässt sich auf diese Weise erhöhen.
- Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer Ausführungsform, die durch mehrere Zeichnungen dargestellt ist, näher erläutert.
- Figurenliste
- Es zeigen:
-
1 eine Vorrichtung zum Plasma-Ätzen von Siliziumcarbid in einer schematischen Darstellung, -
2 einen Querschnitt durch ein mehrschichtiges Element in einem Zustand am Anfang des Schrittes a) einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Plasmaätzverfahrens, -
3 das in2 gezeigte Element in einem Zustand nach Beendigung des Schrittes a), und -
4 den Zustand des in3 gezeigten Element nach Beendigung des Schrittes b) dieser Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Plasmaätzverfahrens. - Ausführungsformen der Erfindung
- Die
1 zeigt schematisch eine Vorrichtung für die Durchführung eines erfindungsgemäßen Plasmaätzverfahrens. Die2 bis4 zeigen verschiedene Zustände eines mittels einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Plasmaätzverfahrens geätzten Elementes. - Vorrichtungen für die Durchführung eines Plasmaätzverfahrens sind dem Fachmann hinlänglich bekannt. Die hier beispielhaft gezeigte Vorrichtung umfasst eine Ätzkammer
4 zur Aufnahme eines zu ätzenden Elementes3 , einen Gaseinlass5 und einen Gasauslass6 , durch die Prozessgase in die Ätzkammer4 eingeleitet beziehungsweise aus der Ätzkammer4 abgesaugt werden können und ein Unterdruck in der Ätzkammer4 erzeugt werden kann, und eine Spule7 zur Zündung und Aufrechterhaltung eines Plasmas, wobei die Spule7 außerhalb der Ätzkammer4 angeordnet ist. Des Weiteren umfasst die Vorrichtung eine Substratelektrode8 . Die Substratelektroide8 ist innerhalb der Ätzkammer4 angeordnet. Auf der Substratelektrode8 ist das zu strukturierende Element3 angeordnet. Die Substratelektrode8 ist über einen Kondensator9 mit einer elektrischen Energiequelle10 verbunden. Mittels der Energiequelle10 kann ein elektrisches Wechselfeld an der Substratelektrode8 angelegt werden. - Das Element
3 umfasst ein Siliziumcarbidsubstrat1 und eine Ätzmaske2 . - Die Ätzmaske
2 deckt das Siliziumcarbidsubstrat1 an seiner Oberfläche teilweise ab. Die Ätzmaske2 kann beispielsweise eine Oxidmaske oder eine metallische Maske sein. Die Öffnungen in der Ätzmaske2 legen die Bereiche fest, in der das Siliziumcarbidsubstrat1 geätzt werden soll. Die2 zeigt beispielhaft eine Öffnung11 in der Maske2 . Die Erzeugung derartiger Öffnungen ist dem Fachmann hinlänglich bekannt. - Das Element
3 wird mittels eines Plasmaätzverfahrens trocken geätzt. In einem ersten Schritt a) wird die Siliziumcarbidsubstrat1 zunächst mit einem ersten ionisierten Prozessgas geätzt, das Schwefelhexafluorid umfasst. Alternativ kann anstatt Schwefelhexafluorid auch ein anderes fluorhaltiges Gas, beispielsweise Stickstofftrifluorid (NF3) oder Tetrafluormethan (CF4), oder eine Mischung solcher Gase verwendet werden. - Um die Ätzwirkung zu beschleunigen, ist ein elektrisches Wechselfeld angelegt, das senkrecht zur Oberfläche der Siliziumcarbidsubstrat
1 steht. Den Zustand des Elements3 am Beginn des Schrittes a) zeigt2 . Durch den Ätzprozess entsteht ein Graben15 , dessen Rand durch die Öffnung11 begrenzt wird. - Die Fluor-Radikale bilden mit dem Silizium des Siliziumcarbidsubstrats
1 flüchtige Siliziumfluoridverbindungen. Die Fluor-Radikale bilden zwar mit dem Kohlenstoff des Siliziumcarbidsubstrats1 ebenfalls flüchtige Verbindungen, beispielsweise Tetrafluormethan, aber auch perfluorierte Fluorkohlenwasserstoffe (FKW), die zur Polymerisation auf der Siliziumcarbid-Oberfläche neigen. Des Weiteren läuft die Ätzung von Kohlenstoff durch die Fluor-Radikale langsamer ab als die Ätzung von Silizium, so dass es zu einer Kohlenstoff-Anreicherung kommt. Auf diese Weise wird eine Kohlenstoff und FKW-reiche Barriereschicht12 ausgebildet. Dieser Barriereschicht12 erstreckt sich sowohl über den Ätzgrund13 (mittlerer Barrierebereich12a ) als auch über die Seitenwände14 (seitlicher Barrierebereich12b ) des Grabens15 . - In einem nächsten Schritt b) wird das Siliziumcarbidsubstrat
1 mit einem zweiten ionisierten Prozessgas, das Sauerstoff umfasst, geätzt. Um die Ätzwirkung zu unterstützen, wird ebenfalls ein elektrisches Wechselfeld, welches senkrecht zur Oberfläche der Siliziumcarbidsubstrat1 orientiert ist, angelegt. Die Leistung, mit der das Wechselfeld im Schritt b) erzeugt wird, ist größer als die Leistung, mit der das Wechselfeld in Schritt a) erzeugt wird. Die Barriereschicht12 wird durch die mittels Ionisierung des zweiten Prozessgases erzeugten Plasma-Ionen unter Bildung von Kohlenstoffmonoxid und/oder Kohlenstoffdioxid chemisch zersetzt. Durch das Anlegen eines elektrischen Feldes senkrecht zur Oberfläche der Siliziumcarbidsubstrat1 ist die Ätzwirkung des ionisierten zweiten Prozessgases gerichtet, und es wird bevorzugt die Barriereschicht12 am Ätzgrund13 im Barrierebereich12a abgetragen. Die Barriereschicht12 an den Seitenwänden14 im Barrierebereich12b bleibt hingegen nahezu unbeschädigt. - Ist die Barriereschicht
12 am Ätzgrund13 im Barrierebereich12a , vorzugsweise vollständig, beseitigt, endet Schritt b). Das Element3 nach Ausführung dieses Schrittes zeigt4 . - Anschließend wird das Verfahren mit dem Schritt a) fortgesetzt. Eine Altemierung der Schritte a) und b) findet solange statt, bis der Graben
15 die gewünschte Tiefe erreicht hat. Die an den Seitenwänden14 nach jedem Schritt b) erhalten gebliebene Barriereschicht12 im Barrierebereich12b verhindert, dass in einem folgenden Schritt a) die Seitenwände geätzt werden. Auf diese Weise lassen 14 sich senkrechte Seitenwände14 im Siliziumcarbidsubstrat1 erzeugen. - In einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfassen das erste Prozessgas und/oder das zweite Prozessgas zur Erhöhung der physikalischen Sputterwirkung einen Anteil an Argon. Die Ätzrate lässt sich hierdurch weiter erhöhen.
- Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, dass der Stoffmengenanteil des Schwefelhexafluorids im ersten Prozessgas mindestens 60 %, vorzugsweise mindestens 90 % beträgt, und der Stoffmengenanteil des Sauerstoffs im zweiten Prozessgas mindestens 60 %, vorzugsweise mindestens 90 % beträgt. Falls das erste und/oder das zweite Prozessgas Argon umfasst, hat sich ein Stoffmengenanteil von Argon von bis 10 %, vorzugsweise von 5 % bis 10 %, als vorteilhaft gezeigt.
- Der Schritt a) wird vorzugsweise für eine Dauer im Bereich von 2 Sek. bis 15 Sek., besonders bevorzugt im Bereich von 5 Sek. bis 10 Sek. ausgeführt, der Schritt b) für eine Dauer im Bereich von 2 Sek. bis 15 Sek., besonders bevorzugt im Bereich von 5 Sek. bis 10 Sek. ausgeführt. Dabei überlappen sich der Schritt a) und der Schritt b) für die beschriebene erste Ausführungsform zeitlich teilweise. Die zeitliche Überlappung liegt vorzugsweise in einem Bereich von 0,5 Sek. bis 3 Sek.. Dies ermöglicht es, die Prozessgase zu wechseln, und das Plasma während dieses Wechsels aufrecht zu erhalten.
- Im Rahmen der beschriebenen alternativen Ausführungsform, gemäß der das erste Prozessgas und das zweite Prozessgas Argon umfassen, können die Schritte a) und b) zeitlich getrennt sein und das Plasma durch die kontinuierliche Einspeisung von Argon aufrechterhalten werden.
- Das Wechselfeld hat vorzugsweise eine Frequenz bis 1 MHz oder eine Frequenz von 13,56 MHz. Letztere entspricht der Standard-RF-Industriefrequenz. Ein konstantes elektrisches Feld ist ebenfalls möglich. Ein Wechselfeld ermöglicht allerdings bei gleicher Leistung gegenüber einem konstanten Feld eine höhere Sputterwirkung.
- Das Wechselfeld im Schritt a) und im Schritt b) vorzugsweise mit Leistungen im Bereich von mindestens 100 Watt erzeugt. Eine hohe Leistung verstärkt die Sputter-Wirkung der Plasma-Ionen der ionisierten Prozessgase. Für die Erzeugung einer gerichteten Sputterwirkung ist insbesondere in Schritt b) eine hohe Leistung vorteilhaft.
- Als Gasflüsse für das erste Prozessgas und das zweite Prozessgas im Schritt a) bzw. im Schritt b) sind beispielsweise Gasflüsse im Bereich von 10 sccm bis 1.000 sccm geeignet.
- Die Ionisation des ersten Prozessgases und des zweiten Prozessgases wird in diesen Ausführungsbeispielen mittels einer induktiven Kopplung erzeugt und aufrechterhalten. Alternativ wäre beispielsweise auch eine kapazitive Kopplung möglich. Die Ionisation der Prozessgase erfolgt vorzugsweise mit einer Leistung von mindestens 1.000 Watt.
- In einer weiteren alternativen Ausführungsform wird das Element
3 , insbesondere das Siliziumcarbidsubstrat1 , beheizt. Bevorzugt sind Temperaturen von mindestens 30°C, besonders bevorzugt Temperaturen von mindestens 70°C. - Als Prozessdrücke innerhalb der Ätzkammer sind insbesondere Prozessdrücke im Bereich von 0,133 Pa bis 26,6 Pa (1 mTorr bis 200 mTorr) geeignet. Vorzugsweise werden Prozessdrücke gewählt, die kleiner sind als
- Die angegebenen Prozessparameter sind insbesondere auf die Erzeugung hoher Ätzraten optimiert. Allerdings sind die optimalen Prozessparameter, abhängig von der Vorrichtung, die für die Durchführung des Verfahrens verwendet wird. Die optimalen Prozessparameter können aufgrund dessen für unterschiedliche Vorrichtungen für die Durchführung des Verfahrens stark variieren.
Claims (17)
- Verfahren zum Ätzen von Siliziumcarbid (1) mittels eines Plasmaätzverfahrens, umfassend die Schritte: a) Ätzen des Siliziumcarbids (1) mit einem ersten ionisierten Prozessgas, das ein fluorhaltiges Gas umfasst; b) Ätzen des Siliziumcarbids (1) mit einem zweiten ionisierten Prozessgas, das Sauerstoff umfasst, wobei die Schritte a) und b) alternierend durchgeführt werden.
- Verfahren nach
Anspruch 1 , wobei der Stoffmengenanteil des fluorhaltigen Gases im ersten Prozessgas mindestens 60% beträgt und der Stoffmengenanteil des Sauerstoffs im zweiten Prozessgas mindestens 60% beträgt. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das fluorhaltige Gas Schwefelhexafluorid ist.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schritt a) und der Schritt b) teilweise zeitlich überlappt werden.
- Verfahren nach
Anspruch 4 , wobei die Überlappung in einem zeitlichen Bereich von 0,5 s bis 3 s liegt. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Prozessgas und/oder das zweite Prozessgas einen Anteil an Argon umfasst, wobei der Stoffmengenanteil von Argon bis 10% beträgt.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Schritt a) und/oder im Schritt b) ein elektrisches Wechselfeld angelegt wird, zum Beschleunigen von Plasma-Ionen in Richtung des Siliziumcarbids.
- Verfahren nach
Anspruch 7 , wobei das Wechselfeld eine Frequenz bis 1 MHz aufweist, oder eine Frequenz von 13,56 MHz aufweist. - Verfahren nach einem der
Ansprüche 7 oder8 , wobei das Wechselfeld in Schritt b) mit einer Leistung erzeugt wird, die größer ist als die Leistung, mit der das Wechselfeld in Schritt a) erzeugt wird. - Verfahren nach einem der
Ansprüche 7 bis9 , wobei das Wechselfeld in Schritt a) und in Schritt b) mit Leistungen im Bereich von mindestens 100 W erzeugt wird. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schritt a) für eine Dauer im Bereich von 2 s bis 15 s ausgeführt wird, und der Schritt b) für eine Dauer im Bereich von 2 s bis 15 s ausgeführt wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in Schritt a) für das erste Prozessgas ein Gasfluss im Bereich von 10 sccm bis 1.000 sccm gewählt wird, und in Schritt b) für das zweite Prozessgas ein Gasfluss im Bereich von 10 sccm bis 1.000 sccm gewählt wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ionisation des ersten Prozessgases und des zweiten Prozessgases mittels einer induktiven Kopplung erzeugt und aufrecht erhalten wird.
- Verfahren nach
Anspruch 13 , wobei die Ionisation der Prozessgase mit einer Leistung von mindestens 1000 W erfolgt. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Siliziumcarbid beheizt wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in Schritt a) und in Schritt b) Prozessdrücke im Bereich von 0,133 Pa bis 26,6 Pa gewählt werden.
- Siliziumcarbidsubstrat (1), hergestellt durch ein Verfahren gemäß einem der
Ansprüche 1 bis16 , umfassend einen Graben (15) mit einem Ätzgrund (13) und zwei Seitenwänden (14), wobei die Seitenwände (14) durch einen seitlichen Barrierebereich (12b) einer Barriereschicht (12) gebildet werden, wobei der seitliche Barrierebereich (12b) perfluorierte Kohlenwasserstoffe umfasst.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102009028256.4A DE102009028256B4 (de) | 2009-08-05 | 2009-08-05 | Verfahren zum Ätzen von Siliziumcarbid mittels eines Plasmaätzverfahrens und Siliziumcarbidsubstrat |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102009028256.4A DE102009028256B4 (de) | 2009-08-05 | 2009-08-05 | Verfahren zum Ätzen von Siliziumcarbid mittels eines Plasmaätzverfahrens und Siliziumcarbidsubstrat |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102009028256A1 DE102009028256A1 (de) | 2011-02-10 |
DE102009028256B4 true DE102009028256B4 (de) | 2019-01-24 |
Family
ID=43429952
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102009028256.4A Active DE102009028256B4 (de) | 2009-08-05 | 2009-08-05 | Verfahren zum Ätzen von Siliziumcarbid mittels eines Plasmaätzverfahrens und Siliziumcarbidsubstrat |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102009028256B4 (de) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB201217712D0 (en) | 2012-10-03 | 2012-11-14 | Spts Technologies Ltd | methods of plasma etching |
DE102016202523A1 (de) * | 2016-02-18 | 2017-08-24 | Sicrystal Ag | Verfahren zur Reinigung eines einkristallinen SiC-Substrats sowie SiC-Substrat |
CN115400774A (zh) * | 2022-09-23 | 2022-11-29 | 江西师范大学 | 一种以生物质废料为原料两步法制备SiC/C光催化剂的方法及SiC/C光催化剂 |
CN116779423B (zh) * | 2023-08-24 | 2024-02-23 | 粤芯半导体技术股份有限公司 | 控片回收方法及硅片 |
CN117524866B (zh) * | 2024-01-05 | 2024-04-05 | 上海谙邦半导体设备有限公司 | 一种碳化硅沟槽表面的修复方法、修复设备及半导体器件 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3603725A1 (de) | 1986-02-06 | 1987-08-13 | Siemens Ag | Verfahren zur strukturierung von siliciumcarbid |
DE4241045C1 (de) | 1992-12-05 | 1994-05-26 | Bosch Gmbh Robert | Verfahren zum anisotropen Ätzen von Silicium |
US5958793A (en) | 1997-12-24 | 1999-09-28 | Sarnoff Corporation | Patterning silicon carbide films |
US20060157448A1 (en) | 2004-12-23 | 2006-07-20 | Lam Research Corporation | Methods for removing black silicon and black silicon carbide from surfaces of silicon and silicon carbide electrodes for plasma processing apparatuses |
JP2008294210A (ja) | 2007-05-24 | 2008-12-04 | Fuji Electric Device Technology Co Ltd | 炭化珪素半導体装置の製造方法 |
-
2009
- 2009-08-05 DE DE102009028256.4A patent/DE102009028256B4/de active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3603725A1 (de) | 1986-02-06 | 1987-08-13 | Siemens Ag | Verfahren zur strukturierung von siliciumcarbid |
DE4241045C1 (de) | 1992-12-05 | 1994-05-26 | Bosch Gmbh Robert | Verfahren zum anisotropen Ätzen von Silicium |
US5958793A (en) | 1997-12-24 | 1999-09-28 | Sarnoff Corporation | Patterning silicon carbide films |
US20060157448A1 (en) | 2004-12-23 | 2006-07-20 | Lam Research Corporation | Methods for removing black silicon and black silicon carbide from surfaces of silicon and silicon carbide electrodes for plasma processing apparatuses |
JP2008294210A (ja) | 2007-05-24 | 2008-12-04 | Fuji Electric Device Technology Co Ltd | 炭化珪素半導体装置の製造方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE102009028256A1 (de) | 2011-02-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE69725245T2 (de) | Verfahren zur Ätzung von Substraten | |
DE19706682C2 (de) | Anisotropes fluorbasiertes Plasmaätzverfahren für Silizium | |
DE69736969T2 (de) | Verfahren zur Behandlung der Oberfläche von halbleitenden Substraten | |
DE4241045C1 (de) | Verfahren zum anisotropen Ätzen von Silicium | |
EP1620581B1 (de) | Plasmabehandlung zur reinigung von kupfer oder nickel | |
DE602004010786T2 (de) | Endpunktbestimmung in zeitmultiplex-ätzprozessen | |
DE69909248T2 (de) | Verfahren zur verminderung der erosion einer maske während eines plasmaätzens | |
DE102009028256B4 (de) | Verfahren zum Ätzen von Siliziumcarbid mittels eines Plasmaätzverfahrens und Siliziumcarbidsubstrat | |
DE3686092T2 (de) | Verfahren zur in-situ-herstellung einer schutzschicht auf photolack fuer plasmaaetzen. | |
DE4420962A1 (de) | Verfahren zur Bearbeitung von Silizium | |
EP1644954B1 (de) | Verfahren zum anisotropen ätzen einer ausnehmung in ein siliziumsubstrat und verwendung einer plasmaätzanlage | |
DE10016938A1 (de) | Selektives Trockenätzen eines dielektrischen Films | |
DE3030814C2 (de) | Verfahren zum Plasmaätzen eines Werkstücks | |
DE10318568A1 (de) | Siliziumsubstrat mit positiven Ätzprofilen mit definiertem Böschungswinkel und Verfahren zur Herstellung | |
DE102013223490A1 (de) | Verfahren zur Herstellung einer strukturierten Oberfläche | |
DE19841964B4 (de) | Verfahren zur Einstellung der Ätzgeschwindigkeit beim anisotropen Plasmaätzen von lateralen Strukturen | |
DE102012200236B3 (de) | Verfahren zur Strukturierung von Siliziumcarbid und SiC-Graben-MOSFET | |
DE10102745C2 (de) | Verfahren zur Reinigung eines CVD-Reaktors | |
DE102013100035B4 (de) | Ätzverfahren für III-V Halbleitermaterialien | |
DE19945140B4 (de) | Verfahren zur Herstellung einer Maskenschicht mit Öffnungen verkleinerter Breite | |
DE60036215T2 (de) | Methoden zur verminderung der abhängigkeit des verfahrens von bedingungen der kammerwand | |
EP2084734A1 (de) | Verfahren zum plasmaätzen zur erzeugung positiver ätzprofile in siliziumsubstraten | |
DE10246063A1 (de) | Verfahren zum anisotropen Ätzen eines Siliziumsubstrates | |
DE10053780A1 (de) | Verfahren zur Strukturierung einer Siliziumoxid-Schicht | |
DE10245671B4 (de) | Herstellungsverfahren für eine Halbleiterstruktur durch selektives isotropes Ätzen einer Siliziumdioxidschicht auf einer Siliziumnitridschicht |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final |