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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US Anmeldung, Seriennummer 62/261,150, eingereicht am 30. November 2015, die hier in ihrer Gesamtheit zum Zwecke der Bezugnahme zitiert wird.
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HINTERGRUND
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In den letzten Jahren haben der Markt der mikroelektromechanischen Systeme (MEMS) und andere Bereiche der Halbleiterverarbeitung ein rasches Wachstum erfahren. Die MEMS-Herstellung entwickelte sich aus der Prozesstechnologie der Halbleiterbauteilherstellung, einschließlich Abscheideprozesse, Ätzprozesse und anderer Technologien, die kleine Vorrichtungen herstellen können.
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Eine dieser Technologien, ein Bosch-Prozess, wird allgemein verwendet, um ein Ätzen von Siliziummikrostrukturen mit extrem hohem Seitenverhältnis und hoher Ätzrate zu erreichen, der in der gesamten MEMS-Industrie verwendet wird. Der Bosch-Prozess ist ein stufenweiser Prozess, der durch abwechselnde Schritte eines Siliziumätzens, einer Polymerabscheidung und eines Polymerdurchbruchs gekennzeichnet ist. Der Prozess läuft in einem Zyklus, bis die erforderliche Ätztiefe erreicht ist.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Aspekte der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung am besten verständlich, wenn diese mit den beiliegenden Figuren gelesen wird. Es wird betont, dass gemäß der Standardpraxis in der Industrie verschiedene Merkmale nicht im Maßstab gezeichnet sind. Tatsächlich können die Abmessungen der verschiedenen Merkmale der deutlichen Besprechung wegen beliebig vergrößert oder verkleinert sein.
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1 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung zeigt.
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2A bis 2E sind Querschnittsansichten bei einem der verschiedenen Arbeitsgänge zur Herstellung einer Grabenstruktur gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
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3A bis 3E sind Querschnittsansichten bei einem der verschiedenen Arbeitsgänge zur Herstellung einer Grabenstruktur gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
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4 ist eine schematische Ansicht von OES-Signalen von CFx, die im Bosch-Prozess variiert werden, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
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5 ist eine Grafik, die die Intensität von OES-Signalen des Plasmas, die im Laufe der Zeit variiert, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zeigt.
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6 ist eine Grafik, die die Intensität von OES-Signalen des Plasmas, die im Laufe der Zeit variiert, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zeigt.
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7 ist eine Grafik, die die Intensität von OES-Signalen des Plasmas, die im Laufe der Zeit variiert, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zeigt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Die folgende Offenbarung sieht viele verschiedene Ausführungsformen oder Beispiele zur Implementierung verschiedener Merkmale der Offenbarung vor. Spezielle Beispiele von Komponenten und Anordnungen sind in der Folge zur Vereinfachung der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Diese sind natürlich lediglich Beispiele und nicht als Einschränkung gedacht. Zum Beispiel kann die Bildung eines ersten Merkmals über oder auf einem zweiten Merkmal in der folgenden Beschreibung Ausführungsformen enthalten, in welchen das erste und zweite Merkmal in direktem Kontakt gebildet sind, und kann auch Ausführungsformen enthalten, in welchen zusätzliche Merkmale zwischen den ersten und zweiten Merkmalen gebildet sein können, so dass die ersten und zweiten Merkmale nicht in direktem Kontakt sein mögen. Zusätzlich kann die vorliegende Offenbarung Bezugsnummern und/oder -buchstaben in den verschiedenen Beispielen wiederholen. Diese Wiederholung dient der Einfachheit und Klarheit und legt selbst kein Verhältnis zwischen den verschiedenen besprochenen Ausführungsformen und/oder Konfigurationen fest.
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Ferner können raumbezogene Begriffe, wie ”unterhalb”, ”unter”, ”niedriger”, ”oberhalb”, ”oberer”, ”auf”, ”über” und dergleichen hier zur einfachen Beschreibung verwendet werden, um ein Verhältnis eines Elements oder Merkmals zu einem oder mehreren anderen Element(en) oder Merkmal(en) zu beschreiben, die in den Figuren dargestellt sind. Die raumbezogenen Begriffe sollen unterschiedliche Orientierungen der Vorrichtung in Verwendung oder Betrieb zusätzlich zu der in den Figuren dargestellten Orientierung beinhalten. Die Vorrichtung kann anders orientiert (90 Grad oder in anderen Orientierungen gedreht) sein und die raumbezogenen Deskriptoren, die hier verwendet werden, können ebenso dementsprechend interpretiert werden.
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In der vorliegenden Offenbarung kann sich der Begriff ”Halbleitervorrichtung” auf eine Vertiefung, einen Graben, einen Hohlraum, eine Öffnung oder ein Loch beziehen, die bzw. der in einer Strukturschicht oder einem Substrat gebildet ist.
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In der vorliegenden Offenbarung ist der Begriff ”Graben” nicht auf eine lange, schmale Grube beschränkt, wie allgemein zur Definition verwendet wird. Der Begriff ”Graben” ist weitreichend auszulegen, so dass er ein rechteckiges Loch, das nicht so lange und schmal geformt ist, ein quadratisches Loch, ein abgerundetes Loch oder ein polygonal geformtes Loch enthält, die alle als ”Graben” für den Zweck dieser Offenbarung angesehen werden.
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In der vorliegenden Offenbarung kann sich der Begriff ”Endpunkt” auf einen Punkt beziehen, wenn ein Substrat oder eine Strukturschicht zu einer gewünschten Länge geätzt wird. In einigen Ausführungsformen wird der Endpunkt bestimmt, wenn das Substrat oder die Strukturschicht durchgeätzt ist. In einigen alternativen Ausführungsformen wird der Endpunkt bestimmt, wenn eine von zwei Strukturschichten geätzt ist, um eine Grenzfläche zwischen diesen zwei Strukturschichten freizulegen.
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1 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung zeigt. Das Verfahren 100 kann auch zum Strukturieren eines Substrats oder einer Strukturschicht verwendet werden. In einigen Ausführungsformen ist das Substrat oder die Strukturschicht von einer Maskenschicht wie einer Fotolackschicht oder einer Hartmaskenschicht bedeckt, die eine Öffnung aufweist, die einen Teil des Substrats oder der Strukturschicht freilegt. Das Verfahren 100 beginnt mit Arbeitsschritt 170 (d. h., einem Bosch-Prozess), der Arbeitsschritte 130, 140 und 150 enthält. In Arbeitsschritt 130 wird das Substrat strukturiert. Das Substrat wird zum Beispiel unter Verwendung der Maskenschicht als Hartmaske geätzt, um einen Graben zu bilden. In Arbeitsschritt 130 wird eine Polymerschicht gebildet. Die Polymerschicht wird zum Beispiel an einer Seitenwand und einer Bodenfläche des Grabens abgeschieden. In Arbeitsschritt 150 wird die Polymerschicht strukturiert. Zum Beispiel wird die Polymerschicht, die auf der Bodenfläche des Grabens abgeschieden ist, strukturiert, z. B. wird die Polymerschicht durchgebrochen. Das Verfahren 100 fährt mit Arbeitsschritt 155 fort, um eine Intensität eines Emissionslichts zu erfassen, das durch eine Reaktion eines Plasmas und eines Produkts, das in Arbeitsschritten 130, 140 und 140 hergestellt wird, generiert wird. Das Verfahren 100 fährt mit Arbeitsschritt 160 fort, um anhand der Intensität des Emissionslichts, das durch die Reaktion des Plasmas und des Produkts generiert wird, festzustellen, ob ein Endpunkt beim Strukturieren des Substrats erreicht ist. Wenn kein Endpunkt bestimmt wird, fährt das Verfahren 100 wieder mit Arbeitsschritt 170 fort, bis die erforderliche Ätztiefe erreicht ist.
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Das Verfahren 100 ist nur ein Beispiel und soll die vorliegende Offenbarung nicht über das hinaus einschränken, was ausdrücklich in den Ansprüchen angeführt ist. Zusätzliche Arbeitsschritte können vor, während und nach dem Verfahren 100 vorgesehen sein und einige beschriebene Arbeitsschritte können für zusätzliche Ausführungsformen des Verfahrens ersetzt, eliminiert oder verschoben werden. Das Verfahren 100 ist in der Folge in Verbindung mit 2A–2E und 3A–3E beschrieben, die Querschnittsansichten der Halbleitervorrichtung in verschiedenen Stufen eines Herstellungsprozesses sind.
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2A bis 2E sind Querschnittsansichten bei einem der verschiedenen Arbeitsgänge zur Herstellung einer Grabenstruktur gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Wie in 2A dargestellt, ist ein Substrat 204 vorgesehen. Das hier beschriebene Substrat 204 enthält einen Wafer, über dem Vorrichtungen, wie Halbleitervorrichtungen, MEMS-Vorrichtungen oder andere Vorrichtungen gebildet werden sollen. In einigen Ausführungsformen kann das Substrat 204 ein Halbleitersubstrat, wie ein Bulk-Halbleitersubstrat, enthalten. Das Bulk-Halbleitersubstrat enthält einen elementaren Halbleiter, wie Silizium und/oder Germanium; einen geeigneten Verbindungshalbleiter, wie Siliziumcarbid, Galliumarsen, Galliumphosphid, Indiumphosphid, Indiumarsenid und/oder Indiumantimonid; einen geeigneten Legierungshalbleiter, wie Siliziumgermanium, Siliziumgermaniumcarbid, Galliumarsenphosphid und/oder Galliumindiumphosphid; oder Kombinationen davon. In einigen Ausführungsformen kann das Substrat 204 ein mehrschichtiges Substrat enthalten, wie ein Silizium-auf-Isolator-(SOI)Substrat.
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In einigen Ausführungsformen ist eine zweite Oberfläche 204B des Substrats 204 an einem Trägersubstrat 200 befestigt. Das Trägersubstrat 200 kann einen Wafer oder ein Substrat enthalten, der bzw. das als Träger oder Stütze konfiguriert ist, um das Substrat 204 während der Lieferung oder Herstellung zu tragen, zu stützen oder zu handhaben. Die Dimension, das Material oder die Eigenschaften des Trägersubstrats 200 und jene des Substrats 204 können dieselben oder unterschiedlich sein. Das Substrat 204 und das Trägersubstrat 200 können durch jede geeignete direkte oder indirekte Bondingtechnik aneinandergebunden sein. In einigen Ausführungsformen wird eine Zwischenschicht 201 wie eine Klebeschicht zum Befestigen des Substrats 204 und des Trägersubstrats 200 verwendet. In einigen Ausführungsformen liegt eine Vertiefung 203 zwischen dem Substrat 204 und dem Trägersubstrat 200, so dass ein Teil des Substrats 204 vom Trägersubstrat 200 abgehängt ist. In einigen Ausführungsformen kann die Vertiefung 204 durch das Substrat 204 und das Trägersubstrat 200 versiegelt werden. In einigen Ausführungsformen ist das Trägersubstrat 200 so gestaltet, dass es verhindert, dass ein Kühlgas, wie Helium oder Stickstoff, in die Vertiefung 203 eindringt und das Erfassen eines Endpunkts stört, wenn das Substrat 204 durchgeätzt wird.
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Wie in 2A dargestellt, wird eine Maskenschicht 202 mit Öffnungen 206 über dem Substrat 204 gebildet. Die Maskenschicht 202 kann unter Verwendung einer Reihe von Abscheidungsarbeitsschritten, wie eines Beschichtungsarbeitsschritts, eines physikalischen Dampfphasenabscheidungs-(PVD)Arbeitsschritts, eines chemischen Dampfphasenabscheidungs-(CVD)Arbeitsschritts oder sämtlicher anderer geeigneter Arbeitsschritte gebildet werden, auf die ein Strukturierungsprozess zur Bildung der Öffnungen 206 folgt. Ein Teil der ersten Oberfläche 204A des Substrats 204 ist durch die Öffnungen 206 der Maskenschicht 202 freigelegt. In einigen Ausführungsformen kann die Maskenschicht 202 aus einer strukturierten Fotolackschicht gebildet sein. In einigen anderen Ausführungsformen kann die Maskenschicht 202 eine strukturierte Oxidschicht, eine strukturierte Nitridschicht oder eine andere Art von Hartmaske sein, die für den folgenden Bosch-Prozess geeignet ist.
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Wie in 2B und im Arbeitsschritt 130 in 1 dargestellt, beginnt das Verfahren 100 mit Arbeitsschritt 130, in dem das Substrat 204 strukturiert wird. In einigen Ausführungsformen wird das Substrat 204 durch die Öffnungen 206 der Maskenschicht 202 geätzt, um Gräben 208 in dem Substrat 204 zu bilden. Die Gräben 208 werden durch Vertiefen der ersten Oberfläche 204A des Substrats 204 gebildet, die durch die Öffnungen 206 der Maskenschicht 202 freigelegt ist. In einigen Ausführungsformen wird in Arbeitsschritt 130 ein reaktionsfähiges Gas auf Fluorbasis (F-basiert) in eine Kammer geleitet, um einen Ätzprozess auszuführen. Beispielsweise ist ein Schwefelhexafluorid-(SF6)Gas als das F-basierte reaktionsfähige Gas zum Ätzen des Substrats 204, das aus Silizium gebildet ist, vorgesehen. In einigen Ausführungsformen können auch andere geeignete Gase wie Argon, Sauerstoff und/oder Helium eingeleitet werden. In Arbeitsschritt 130 wird eine Plasmabehandlung zum Erzeugen von SF6-Plasma durchgeführt, das F-basierte Radikale, Ionen und Elektronen umfasst. Die F-basierten Radikale erreichen das Substrat 204 durch die Öffnungen 206, die in der Maskenschicht 202 gebildet sind, und reagieren mit dem Material des Substrats 204. Somit werden in dem Substrat 204 Gräben gebildet.
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Wie in 2C und Arbeitsschritt 140 in 1 dargestellt, fährt das Verfahren 100 mit Arbeitsschritt 140 fort, in dem eine Polymerschicht 210 auf dem strukturierten Substrat 204 gebildet wird. Zum Beispiel wird die Polymerschicht 210 auf einer Seitenwand und einer Bodenfläche des Grabens 208 abgeschieden. In einigen Ausführungsformen wird ein Gas auf Fluorkohlenstoffbasis in die Kammer in Arbeitsschritt 130 eingeleitet, um die Polymerschicht 210 zu bilden. Beispielsweise ist Octafluorcyclobutan-(C4F8)Gas zur Abscheidung vorgesehen. In einigen Ausführungsformen können auch andere Gase wie Argon, Sauerstoff und/oder Helium eingeleitet werden. In Arbeitsschritt 140 wird eine Plasmabehandlung durchgeführt, um das C4F8-Gas zu zersetzen, und dann werden Polymere auf Fluorkohlenstoffbasis aus dem C4F8-Plasma erzeugt. Diese Polymere auf Fluorkohlenstoffbasis werden abgeschieden, um die Polymerschicht 210 auf einer Seitenwand und einer Bodenfläche des Grabens 208 zu bilden.
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Wie in 2D und Arbeitsschritt 140 in 1 dargestellt, fährt das Verfahren 100 mit Arbeitsschritt 150 fort, in dem die Polymerschicht 210 strukturiert wird. Zum Beispiel wird die Polymerschicht 210, die auf der Bodenfläche des Grabens 208 abgeschieden ist, durchgebrochen, indem wieder ein F-basiertes reaktionsfähiges Gas vorgesehen wird. Beispielsweise wird Hexafluorid-(SF6)Gas als F-basiertes reaktionsfähiges Gas vorgesehen. In einigen Ausführungsformen können auch andere Gase wie Argon, Sauerstoff und/oder Helium eingeleitet werden. Ähnlich dem Arbeitsschritt 130 wird eine Plasmabehandlung durchgeführt, um SF6-Plasma, Plasma, das F-basierte Radikale, Ionen und Elektronen umfasst, zu erzeugen. Eine Eigenvorspannung wird angewendet, um Ionen zum Boden des Grabens 208 zu beschleunigen, so dass ein Teil der Polymerschicht 210, der auf der Bodenfläche des Grabens gebildet ist, selektiv vor dem folgenden Arbeitsschritt 130 entfernt wird. In einigen Ausführungsformen wird zumindest ein Teil der Polymerschicht 210, der auf der Seitenwand des Grabens 208 liegt, bewahrt, so dass der Umkreis des Grabens 208 geschützt ist, ohne vergrößert zu werden.
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In einigen Ausführungsformen sind beispielhafte Prozessbedingungen der Arbeitsschritte 130, 140 und 150 wie in der Folge gezeigt. Gasströmungsrate: zwischen etwa 10 sccm und etwa 1000 sccm; Plasmaleistung: von etwa 100 Watt bis etwa 5000 Watt; Prozessdruck: zwischen etwa 5 mTorr und etwa 500 mTorr. Jede Prozessbedingung in Arbeitsschritten 130, 140 und 150 kann dieselbe sein oder sie können sich voneinander unterscheidet. In einigen Ausführungsformen ist die Eigenvorspannung in Arbeitsschritt 150 höher als in Arbeitsschritt 130, aber nicht darauf beschränkt. Andere Prozessbedingungen können ebenso verwendet werden.
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Wie in 1 dargestellt, fährt das Verfahren 100 mit Arbeitsschritt 155 fort, in dem eine Intensität eines Emissionslichts, das durch eine Reaktion eines Plasmas und eines Produkts, das in Arbeitsschritten 170 hergestellt wurde, erfasst wird. Zum Beispiel wird die Intensität des Emissionslichts mit Hilfe einer optischen Emissionsspektroskopie-(OES)Technik erfasst, die in der Folge beschrieben ist. Dann fährt das Verfahren 100 mit Arbeitsschritt 160 fort, in dem ein Endpunkt beim Strukturieren des Substrats gemäß der Intensität des Emissionslichts, das durch die Reaktion des Plasmas und des Produkts erzeugt wird, festgestellt wird. Wenn der Endpunkt nicht festgestellt wird, fährt das Verfahren 100 mit Arbeitsschritten 130 bis 150 (d. h., dem Bosch-Prozess 170) wiederholt fort, bis eine gewünschte Grabentiefe erreicht ist. In einigen Ausführungsformen ist der Endpunkt erreicht, wenn das Substrat 205 durchgeätzt ist, um die Vertiefung 203 freizulegen (2E). In einigen anderen Ausführungsformen ist der Endpunkt erreicht, wenn eine Grenzfläche 212A zwischen dem Substrat 204 und der Ätzstoppschicht 212 freigelegt ist ( 3E) oder wenn eine erforderliche Grabentiefe erreicht ist. Dieser sukzessive Zyklus wird allgemein verwendet, um ein Ätzen von Siliziummikrostrukturen, die in der gesamten MEMS-Industrie verwendet werden, mit hohem Seitenverhältnis (zum Beispiel bis zu 20:1), mit extrem hohem Seitenverhältnis (zum Beispiel bis zu 100:1) oder hoher Ätzrate (zum Beispiel bis zu 20 Mikrometer pro Minute) zu erreichen. Zum Beispiel kann die Struktur mit der Vertiefung 203 unter den Gräben 208, die in 2E dargestellt ist, als bewegliches Element oder Hängeelement der MEMS-Vorrichtungen verwendet werden, wie als eine Feder, eine Prüfmasse oder andere Strukturen. Nach dem Bosch-Prozess wird der Graben 208 mit vertikaler Seitenwand oder einer annähernd vertikalen Seitenwand in dem Substrat 204 gebildet. In einigen Ausführungsformen jedoch kann ein Graben mit einer v-förmigen oder jeder anderen Seitenwandoberflächengeometrie gebildet werden und die Prozessbedingungen zum Bilden des Grabens können abhängig von dem gewünschte Seitenverhältnis und der gewünschten Ätzrate stark variieren.
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In einigen Beispielen wird der Bosch-Prozess nach Durchführen einer festgesetzten Anzahl von Prozesszyklen beendet. Dieses Verfahren kann jedoch zu einem Überätzen oder Unterätzen führen, da der Endpunkt nicht exakt festgestellt werden kann. Zur Kontrolle der Dimension und des Profils des Grabens ist es wichtig, den Endpunkt während des Prozesses exakt zu erfassen. In einigen Ausführungsformen wird Arbeitsschritt 155 mit Hilfe einer optischen Emissionsspektroskopie-(OES)Technik ausgeführt, um In situ-Plasmaprozessbedingungen zu überwachen, so dass die Intensität des Emissionslichts erfasst werden kann, das durch die Reaktion des Plasmas und des Produkts, das in Arbeitsschritt 170 hergestellt wird, erzeugt wird. Die OES-Technik beinhaltet ein Messen der optischen Emission des Plasmas (zum Beispiel Elektronen im Plasma) im UV- und sichtbaren (etwa 200 nm bis 1000 nm) Bereich mit verschiedenen Wellenlängen, die verschiedenen Elementen und Radikalen entsprechen, die in jedem Arbeitsschritt des Bosch-Prozesses (Arbeitsschritt 170) erzeugt wurden. Die optische Emission des Plasmas variiert mit der Produktmenge, die in Arbeitsschritt 170 hergestellt wurde. Wenn die Produktmenge abnimmt, nimmt auch die Intensität der OES-Signale des Plasmas entsprechend der Produktmenge ab. In einigen Ausführungsformen, die in 2E dargestellt sind, endet die Zunahme der Produktmenge, die durch die Reaktion des Plasmas und des Materials des Substrats 204 erzeugt wird, wenn das Substrat 204 durchgeätzt ist und die Vertiefung 203 freiliegt. In einigen Ausführungsformen beginnt die Produktmenge, die durch die Reaktion des Plasmas und des Materials der Ätzstoppschicht 212 erzeugt wird, zuzunehmen, wenn die Grenzfläche 212A zwischen dem Substrat 104 und der Ätzstoppschicht 212 geätzt wird. Wie in 4 dargestellt ist, zeigt die Grafik eine schematische Ansicht der OES-Signale von CFx (das in Arbeitsschritt 140 erzeugt wird), die in dem sukzessiven Zyklus des Bosch-Prozesses gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung variiert werden.
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In einer realen Situation jedoch, die in 5 dargestellt ist, kann der Endpunkt nicht leicht ermittelt werden, da der rasche Wechsel zwischen Arbeitsschritten 130 bis 150 im Bosch-Prozess eine komplexe Signalvariation verursachen kann. Die Dauer jedes Arbeitsschritts ist einstellbar, um besonderen Anforderungen gerecht zu werden. In einigen Ausführungsformen kann die Dauer jedes Arbeitsschritts in einem Bereich von 0,2 Sekunden bis 10 Sekunden liegen. Wie in 5 erkennbar ist, haben Kurven, die die Intensität der empfangenen OES-Signale zeigen, signifikante Variationen und sind schwierig zu interpretieren.
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3A bis 3E sind Querschnittsansichten eines von verschiedenen Arbeitsschritten zur Herstellung einer Grabenstruktur gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. 3A bis 3E sehen eine andere Ausführungsform vor, in welcher eine Ätzstoppschicht 212 auf einer zweiten Oberfläche 204B des Substrats 204 gebildet wird und das Substrat 204 von einer ersten Oberfläche 204A zur Bildung eines Grabens 208 geätzt wird. In einigen Ausführungsformen wird der Endpunkt festgestellt, wenn die Ätzstoppschicht 212 freiliegt.
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Es ist klar, dass 2A bis 2E und 3A bis 3E nur Beispiele sind und die Struktur, in welcher der Bosch-Prozess angewendet wird, nicht einschränken sollen.
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Zur Erleichterung dieser Aufgabe sieht die vorliegende Offenbarung drei Verfahren vor, die imstande sind, eine In situ-Plasmabedingung zu überwachen und den Endpunkt des Bosch-Prozesses festzustellen: (1) Erhöhen der Abtastrate beim Erfassen der Intensität eines Emissionslichts, das durch eine Reaktion eines Plasmas und eines Produkts erzeugt wird; (2) Feststellen des Endpunkts gemäß den Signalen in einem der Arbeitsschritte; oder (3) Anwenden einer Glättungsfunktion an den Prozesssignalen. Jedes der obengenannten Verfahren kann das Erfassen des Endpunkts erleichtern. In einigen Ausführungsformen können zwei dieser drei Verfahren oder alle dieser drei Verfahren, falls notwendig, kombiniert werden.
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Verfahren (1) erhöht die Abtastrate. Aufgrund des raschen Wechsels unter den Arbeitsschritten können empfangene Signale nicht imstande sein, korrekt auf den Prozess anzusprechen. Ein Erhöhen der Abtastrate lässt mehr Abtastpunkte zu, die in einer Zeitperiode empfangen werden, und somit kann die Exaktheit von OES-Signalen des Plasmas verbessert werden. In einigen anderen Ausführungsformen kann die Abtastrate, die in Verfahren (1) verwendet wird, von 1 Punkt/20 ms bis 1 Punkt/100 ms reichen, wie 1 Punkt/50 ms. Es können jedoch auch andere geeignete Abtastraten verwendet werden.
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Verfahren (2) stellt den Endpunkt anhand der Signale in einem der Arbeitsschritte 130, 140 und 150 fest, aber nicht in allen Arbeitsschritten 130, 140 und 150. Der Zweck, Signale in nur einem Arbeitsschritt zu erlangen, ist der Ausschluss unnötiger Signale und eine Erleichterung der Interpretation der Kurve. In einigen Ausführungsformen können Signale, die in Arbeitsschritt 130 gefunden werden, verwendet werden. Es können jedoch auch Signale, die nur in Arbeitsschritt 140 und 150 gefunden werden, verwendet werden. Die Verwendung von OES-Signalen, die in einem einzigen Arbeitsschritt hergestellt werden, lässt einen Ausschluss unnötiger Signale zu und lässt die Intensität empfangender OES-Signale klar und leichter interpretierbar werden.
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Verfahren (3) wendet eine Glättungsfunktion zum Verarbeiten der Signale an, so dass die Signale leichter zu interpretieren sind. Verfahren (3) kann durch sämtliche geeignete Glättungsfunktionen ausgeführt werden. Glättungsfunktionen können die Variationen zwischen Signalen verringern und eine relativ glatte Kurve produzieren, so dass ein Endpunkt leicht ermittelt werden kann. In einigen Ausführungsformen kann ein einfacher gleitender Durchschnitt (Simple Moving Average, SMA) angewendet werden. Zum Beispiel wird der Durchschnittswert von jeweils n (zum Beispiel n = 3) aufeinanderfolgenden Signalabtastpunkten als repräsentativer Wert verwendet. Wenn sukzessive repräsentative Werte berechnet werden, kommt ein neuer, sukzessiv erhaltener Signalabtastpunkt in die Summe und der alte Signalabtastpunkt fällt heraus. Insbesondere, wenn 100 Abtastpunkte ermittelt werden, kann die Signalfunktion durch Verwenden des Durchschnittswertes des 1., 2. und 3. Abtastpunkts als 1. repräsentativen Wert, des Durchschnittswertes des 2., 3. und 4. Abtastpunkts als 2. repräsentativen Wert und so weiter erhalten werden. In einigen anderen Ausführungsformen kann jede andere geeignete Glättungsfunktion zum Verarbeiten des Signals verwendet werden. In einigen anderen Ausführungsformen kann ein gewichteter gleitender Durchschnitts-(Weighted Moving Average, WMA)Algorithmus, ein exponentieller gleitender Durchschnitts-(Exponential Moving Average, EMA)Algorithmus oder jeder andere geeignete Glättungsalgorithmus verwendet werden.
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5 und 6 sind Grafiken, die die Intensität von OES-Signalen des Plasmas, die im Laufe der Zeit variiert, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zeigen. Wie in 6 dargestellt, zeigt eine Grafik das Ergebnis, wenn Verfahren (1), (2) und (3) an den Signalen angewendet werden, die im Bosch-Prozess erfasst werden, während, wie in 5 dargestellt, eine Grafik das ursprüngliche Ergebnis zeigt, wenn weder Verfahren (1), (2) noch (3) angewendet wird. In einigen Ausführungsformen ist die Dauer von Arbeitsschritt 130 0,5 Sekunden, die Dauer von Arbeitsschritt 140 ist 0,4 Sekunden und die Dauer von Arbeitsschritt 150 ist 0,5 Sekunden. Die Dauer jedes Arbeitsschritts kann zum Beispiel im Bereich von 0,2 Sekunden bis 10 Sekunden liegen und kann dieselbe oder unterschiedlich sein. In einigen Ausführungsformen ist SF6Gas als Ätzgas für Arbeitsschritt 130 und 150 vorgesehen und C4F8 ist für Arbeitsschritt 140 vorsehen, ohne aber darauf beschränkt zu sein. In einigen Ausführungsformen ist die Eigenvorspannung in Arbeitsschritt 150 höher als in Arbeitsschritt 130.
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5 zeigt die Kurven der Intensität von OES-Signalen. Durch Einsatz der OES-Technik werden spezifische Ionenspezies und Radikale entsprechend ihrer optischen Emissionswellenlängen beobachtet. In einigen Ausführungsformen werden CFx (mit der Wellenlänge von etwa 271 nm), CN (mit der Wellenlänge von etwa 387 nm) und F (mit der Wellenlänge von etwa 487 nm) beobachtet, die im Bosch-Prozess hergestellt werden, und ihre optischen Emissionsintensitäten werden in Arbeitsschritt 155 überwacht. In einigen anderen Ausführungsformen jedoch kann auch jedes geeignete Produkt, das mit dem stufenweisen Prozess variiert, zur Überwachung verwendet werden. Die in 5 dargestellte Abtastrate ist 1 Punkt/200 ms (Sammeln von 1 Abtastpunkt pro 200 Mikrosekunden). Alle Signale, die in Arbeitsschritt 130, 140 und 150 hergestellt werden, sind in der Grafik eingezeichnet und es wird keine Glättungsfunktion an den Signalen anwendet.
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Im Gegensatz dazu zeigt 5 die Kurven, wenn Verfahren (1), (2) und (3) angewendet werden. Zur Ausführung von Verfahren (1) wird eine Abtastrate von 1 Punkt/50 ms (Sammeln von 1 Abtastpunkt pro 50 Mikrosekunden) verwendet. Die Abtastrate ist auf eine viermal schnellere als in 5 erhöht. Somit ist der Wechsel zwischen Arbeitsschritt 130, 140 und 150 sehr schnell (0,5 Sekunden, 0,4 Sekunden bzw. 0,5 Sekunden) und die erhöhte Abtastrate lässt zu, dass mehr Abtastpunkte in einer Zeitperiode empfangen werden, so dass die Exaktheit der OES-Signale des Plasmas verbessert ist und diese korrekt auf den Prozess ansprechen können. Zum Ausführen des Verfahrens (2) sind nur Signale, die in Arbeitsschritt 130 hergestellt wurden, in der Grafik eingezeichnet. Der Grund zur Verwendung von Signalen, die in einem einzigen Arbeitsschritt hergestellt werden, ist der Ausschluss unnötiger Signale, wodurch die Kurven klar und leicht interpretierbar werden. Zum Ausführen des Verfahrens (3) wird ein einfacher gleitender Durchschnittsalgorithmus an den CFx-Signalen angewendet. in 5 wird der Durchschnittswert von jeweils 2 aufeinanderfolgenden Signalabtastpunkten als repräsentativer Wert zum Berechnen der Signale verwendet, so dass die ursprüngliche Intensitätskurve geglättet ist.
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Wie in 5 und 6 erkennbar ist, haben die in 5 dargestellten Kurven signifikante Variationen, die schwierig zu interpretieren sind. Im Gegensatz dazu sind die in 6 dargestellten Kurven leicht interpretierbare Kurven. Wenn die Intensität zu einem relativ stabilen Wert konvergiert, impliziert dies, dass das Substrat 204 durchgeätzt ist und die Variationen der Menge von CFx, CN und F werden langsamer oder hören auf. Daher wird der Endpunkt festgestellt.
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Es ist klar, dass die drei Verfahren nicht unbedingt in Kombination verwendet werden müssen. Jedes der drei Verfahren kann einzeln verwendet werden, um die Feststellung des Endpunkts im Bosch-Prozess zu erleichtern.
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In einigen Ausführungsformen wird nur Verfahren (1) zum Ermitteln des Endpunkts im Bosch-Prozess verwendet. Zum Ausführen von Verfahren (1) wird die Abtastrate auf 1 Punkt/50 ms erhöht, ohne aber darauf beschränkt zu sein. In einigen Ausführungsformen kann die Abtastrate, die in Verfahren (1) verwendet wird, von 1 Punkt/20 ms bis 1 Punkt/100 ms reichen. Durch Anwenden der schnelleren Abtastrate im Überwachungsprozess werden mehr Abtastpunkte empfangen. Dadurch kann der Abtastfehler, der durch einen raschen Wechsel zwischen Arbeitsschritten 130, 140 und 150 (zum Beispiel 0,5 Sekunden, 0,4 Sekunden bzw. 0,5 Sekunden) verursacht wird, gemildert werden. Somit werden die Kurven der Intensität von empfangenen Signalen leichter zu interpretieren.
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In einigen Ausführungsformen wird nur Verfahren (2) zum Ermitteln des Endpunkts im Bosch-Prozess verwendet. Zum Ausführen von Verfahren (2) werden nur Signale, die in Arbeitsschritt 130 hergestellt werden, zum Zeichnen der Kurve verwendet. Jedes Produkt, das sich mit dem stufenweisen Prozess ändert, kann als Beobachtungsobjekt angesehen werden. Zum Beispiel können die OES-Signale von CFx, CN, F oder anderen geeigneten Produkten beobachtet werden. Eine Auswahl von Signalen, die in einem Arbeitsschritt hergestellt werden, trägt dazu bei, die komplexen Muster der Kurven aufzuklären.
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In einigen Ausführungsformen wird nur Verfahren (3) zum Ermitteln des Endpunkts im Bosch-Prozess verwendet. Zum Ausführen von Verfahren (3) wird ein einfacher gleitender Durchschnittsalgorithmus zur Verringerung der Variationen zwischen Signalen und zum sofortigen Zeichnen relativ geglätteter Kurven verwendet; somit kann ein Endpunkt leicht beobachtet werden. In einigen Ausführungsformen wird der Durchschnittswert von jeweils 4 aufeinanderfolgenden Signalabtastpunkten als repräsentativer Wert zum Berechnen der Signale verwendet, so dass die ursprüngliche Kurve geglättet wird. In einigen Ausführungsformen können auch andere Glättungsfunktionen angewendet werden.
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Die Verwendung nur eines der obengenannten Verfahren kann die Kurve leicht interpretierbar machen. Ferner kann in einigen Ausführungsformen die Kombination von zwei dieser Verfahren ein leichtes Ermitteln des Endpunkts im Bosch-Prozess zulassen.
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In einigen Ausführungsformen, dargestellt in 7, werden Verfahren (1) und (2) verwendet, um den Endpunkt im Bosch-Prozess zu ermitteln. Zum Ausführen von Verfahren (1) kann die Abtastrate im Bereich von 1 Punkt/20 ms bis 1 Punkt/100 ms liegen. In einigen Ausführungsformen ist die Abtastrate etwa 1 Punkt/50 ms. Zum Ausführen von Verfahren (2) werden nur Signale, die in Arbeitsschritt 130 hergestellt werden, verwendet. In einigen anderen Ausführungsformen können auch Signale, die in Arbeitsschritt 140 oder 150 hergestellt werden, verwendet werden. Wie in 7 erkennbar ist, kann der Endpunkt im Bosch-Prozess noch ermittelt werden, wenn die Intensität von CFx Signalen zu einem stabilen Wert konvergiert.
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In einigen Ausführungsformen werden Verfahren (1) und (3) verwendet, um den Endpunkt im Bosch-Prozess zu ermitteln. Zum Ausführen von Verfahren (1) kann die Abtastrate im Bereich von 1 Punkt/20 ms bis 1 Punkt/100 ms liegen. In einigen anderen Ausführungsformen ist die Abtastrate etwa 1 Punkt/50 ms. Zum Ausführen von Verfahren (3) wird eine Glättungsfunktion wie ein einfacher gleitender Durchschnittsalgorithmus angewendet, um die Signale zu verarbeiten, um den repräsentativen Wert jeweils 3 aufeinanderfolgender Signalabtastpunkte zu berechnen. In einigen anderen Ausführungsformen kann der repräsentative Wert aus jeweils 4 aufeinanderfolgenden Signalabtastpunkten, jeweils 5 aufeinanderfolgenden Signalabtastpunkten oder beliebigen geeigneten aufeinanderfolgenden Signalabtastpunkten berechnet werden.
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In einigen Ausführungsformen werden Verfahren (2) und (3) verwendet, um den Endpunkt im Bosch-Prozess zu ermitteln. Zum Ausführen von Verfahren (2) werden nur Signale, die in Arbeitsschritt 130 hergestellt werden, verwendet. In einigen anderen Ausführungsformen können auch Signale, die in Arbeitsschritt 140 oder 150 hergestellt werden, verwendet werden. Zum Ausführen von Verfahren (3) wird ein einfacher gleitender Durchschnittsalgorithmus angewendet, um die Signale zu verarbeiten, um den repräsentativen Wert jeweils 3 aufeinanderfolgender Signalabtastpunkte zu berechnen. Alternativ kann der repräsentative Wert aus jeweils 4 aufeinanderfolgenden Signalabtastpunkten, jeweils 5 aufeinanderfolgenden Signalabtastpunkten oder beliebigen geeigneten aufeinanderfolgenden Signalabtastpunkten berechnet werden.
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In einem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung vorgesehen. Das Verfahren umfasst die folgenden Arbeitsschritte. (a) Ein Substrat wird strukturiert. (b) Eine Polymerschicht wird auf dem strukturierten Substrat gebildet. (c) Die Polymerschicht wird strukturiert. Schritte (a), (b) und (c) werden abwechselnd wiederholt. Eine Intensität eines Emissionslichts, das durch eine Reaktion eines Plasmas und eines Produkts, das in Schritten (a), (b) und (c) hergestellt wird, generiert wird, wird erfasst. Eine Abtastrate der Intensität liegt im Wesentlichen in einem Bereich von 1 Punkt/20 ms bis 1 Punkt/100 ms. Ein Endpunkt beim Strukturieren des Substrats wird anhand der Intensität des Emissionslichts, das durch die Reaktion des Plasmas und des Produkts generiert wird, festgestellt.
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In einem anderen beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung vorgesehen. Das Verfahren umfasst die folgenden Arbeitsschritte. (a) Ein Substrat wird strukturiert. (b) Eine Polymerschicht wird auf dem strukturierten Substrat gebildet. (c) Die Polymerschicht wird strukturiert. Schritte (a), (b) und (c) werden abwechselnd wiederholt. Eine Intensität eines Emissionslichts, das durch eine Reaktion des Plasmas und eines Produkts, das in Schritten (a), (b) und (c) hergestellt wird, generiert wird, wird erfasst. Ein Endpunkt beim Strukturieren des Substrats wird anhand der Intensität des Emissionslichts festgestellt, das durch die Reaktion des Plasmas und des Produkts, das nur in einem Schritt der Schritte (a), (b) und (c) hergestellt wird, generiert wird.
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In einem weiteren beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung vorgesehen. Das Verfahren umfasst die folgenden Arbeitsschritte. (a) Ein Substrat wird strukturiert. (b) Eine Polymerschicht wird auf dem strukturierten Substrat gebildet. (c) Die Polymerschicht wird strukturiert. Schritte (a), (b) und (c) werden abwechselnd wiederholt. Eine Intensität eines Emissionslichts, das durch eine Reaktion eines Plasmas und eines Produkts, das in Schritten (a), (b) und (c) hergestellt wird, generiert wird, wird erfasst. Es wird eine Glättungsfunktion zum Verarbeiten der Intensität des Emissionslichts, das durch die Reaktion des Plasmas und des Produkts generiert wird, verwendet. Ein Endpunkt beim Strukturieren des Substrats wird anhand der Intensität des Emissionslichts, das durch die Reaktion des Plasmas und des Produkts generiert wird, verarbeitet durch die Glättungsfunktion festgestellt.
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Zuvor wurden Merkmale von mehreren Ausführungsformen angeführt, so dass Fachleute auf dem Gebiet die Aspekte der vorliegenden Offenbarung besser verstehen können. Fachleute auf dem Gebiet sollten zu schätzen wissen, dass sie die vorliegende Offenbarung leicht als Basis zur Gestaltung oder Modifizierung anderer Prozesse und Strukturen zur Ausführung derselben Zwecke und/oder zum Erreichen derselben Vorteile der hier vorgestellten Ausführungsformen verwenden können. Fachleute auf dem Gebiet sollten auch erkennen, dass solche äquivalenten Konstruktionen nicht vom Wesen und Umfang der vorliegenden Offenbarung abweichen und dass sie hier verschiedene Änderungen, Ersetzungen und Abänderungen vornehmen können, ohne vom Wesen und Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.