DE102018127461B4

DE102018127461B4 - Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterstruktur

Info

Publication number: DE102018127461B4
Application number: DE102018127461.0A
Authority: DE
Inventors: Chin-Han Meng; Chih-Hsien Hsu; Jr-Sheng Chen; An-Chi Li; Lin-Ching Huang; Yu-Pei Chiang
Original assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Current assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Priority date: 2017-11-12
Filing date: 2018-11-05
Publication date: 2023-06-29
Anticipated expiration: 2038-11-06
Also published as: DE102018010532B4; DE102018127461A1

Abstract

Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterstruktur mit den folgenden Schritten:Herstellen einer Maskenschicht (110a) auf einem Halbleitersubstrat (100), wobei die Maskenschicht (110a) eine erste Struktur (P1) und eine zweite Struktur (P2) aufweist und wobei die zweite Struktur (P2) zumindest teilweise in Bereichen hergestellt wird, die Öffnungen in der ersten Struktur (P1) entsprechen;anisotropes Ätzen des Halbleitersubstrats (100), das nicht von der Maskenschicht (110a) bedeckt ist, bis eine erste Vertiefung (102) und ein erster Kontakthügel (BP1), der von der zweiten Struktur (P2) bedeckt ist, entstehen;Entfernen der zweiten Struktur (P2) der Maskenschicht (110a) von dem ersten Kontakthügel (BP1); undanisotropes Ätzen des Halbleitersubstrats (100), das nicht von der ersten Struktur (P1) der Maskenschicht (110a) bedeckt ist, bis die erste Vertiefung (102) so vertieft ist, dass aus ihr eine zweite Vertiefung (104) entsteht und aus dem ersten Kontakthügel (BP1) ein zweiter Kontakthügel (BP2) in der zweiten Vertiefung (104) entsteht, wobei das anisotrope Ätzen des Halbleitersubstrats (100), das nicht von der ersten Struktur (P2) der Maskenschicht (110a) bedeckt ist, das Durchführen einer Mehrzahl von Zyklen umfasst, die jeweils das Durchführen eines Passivierungsschritts und das Durchführen eines Ätzschritts nach dem Durchführen des Passivierungsschritts umfassen, wobeiwährend einer ersten Anzahl (n1) der Mehrzahl von Zyklen ein erstes Dauer-Verhältnis einer Dauer des Ätzschritts zu einer Dauer des Passivierungsschritts variabel ist und schrittweise ansteigt, undwährend einer zweiten Anzahl (n2) der Mehrzahl von Zyklen ein zweites Dauer-Verhältnis der Dauer des Ätzschritts zu der Dauer des Passivierungsschritts konstant ist, wobei das erste Dauer-Verhältnis kleiner als das zweite Dauer-Verhältnis ist.

Description

Hintergrund
Zum Erzeugen von Öffnungen, Gräben oder Vertiefungen mit einem hohen Seitenverhältnis in Halbleitersubstraten wird häufig das Bosch-Verfahren verwendet. Bei dem herkömmlichen Bosch-Verfahren sind jedoch die Ätzgleichmäßigkeit und die Ätzprofilsteuerung schlecht, wenn eine Tiefenätzung in den Halbleitersubstraten durchgeführt wird. Verfahren zum Durchführen eines Ätzprozessen mit dem Bosch-Verfahren sind beschrieben in US 2004/0 198 064 A1 , US 2009/0 189 257 A1 , US 2015/0 011 o88 A1 und US 2015/0 255 301 A1 . US 2005/0 136 682 A1 beschreibt einen Ätzvorgang mit einer Gas-Modulation über mindestens drei Zyklen hinweg.
Figurenliste
Aspekte der vorliegenden Erfindung lassen sich am besten anhand der nachstehenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verstehen. Es ist zu beachten, dass entsprechend der üblichen Praxis in der Branche verschiedene Elemente nicht maßstabsgetreu gezeichnet sind. Vielmehr können der Übersichtlichkeit der Erörterung halber die Abmessungen der verschiedenen Elemente beliebig vergrößert oder verkleinert sein.

Die 1A bis 1C sind schematische Schnittansichten eines Verfahrens zum Herstellen einer Halbleiterstruktur gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zum Herstellen einer Vertiefung gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung schematisch zeigt.
Die 3A bis 3C sind Diagramme, die jeweils Ätz- und Passivierungsschritte von ersten, zweiten und dritten Zyklen gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigen.
Die 4A bis 4E sind schematische Schnittansichten eines Verfahrens zum Herstellen einer Vertiefung, die in einem Teil X von 1C gezeigt ist, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Die 5A bis 5F sind schematische Schnittansichten eines Verfahrens zum Herstellen eines Substrats mit Vertiefungen gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Die 6A bis 6E sind schematische Schnittansichten eines Verfahrens zum Herstellen einer zweiten Vertiefung, die in einem Teil Y von 5E gezeigt ist, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Die 7A bis 7C sind schematische Schnittansichten eines Verfahrens zum Herstellen eines MEMS-Bauelements (MEMS: mikroelektromechanisches System), das ein Substrat mit Vertiefungen aufweist, eines MEMS-Substrats und einer Steuerschaltung.

Detaillierte Beschreibung
Die nachstehende Beschreibung liefert viele verschiedene Ausführungsformen oder Beispiele zum Implementieren verschiedener Merkmale des bereitgestellten Gegenstands. Nachstehend werden spezielle Beispiele für Komponenten und Anordnungen beschrieben, um die vorliegende Erfindung zu vereinfachen. Zum Beispiel kann die Herstellung eines ersten Elements über oder auf einem zweiten Element in der nachstehenden Beschreibung Ausführungsformen umfassen, bei denen das erste und das zweite Element in direktem Kontakt hergestellt werden, und sie kann auch Ausführungsformen umfassen, bei denen zusätzliche Elemente zwischen dem ersten und dem zweiten Element so hergestellt werden können, dass das erste und das zweite Element nicht in direktem Kontakt sind. Darüber hinaus können in der vorliegenden Erfindung Bezugszahlen und/oder -buchstaben in den verschiedenen Beispielen wiederholt werden. Diese Wiederholung dient der Einfachheit und Übersichtlichkeit und schreibt an sich keine Beziehung zwischen den verschiedenen erörterten Ausführungsformen und/oder Konfigurationen vor.
Darüber hinaus können hier räumlich relative Begriffe, wie etwa „darunter befindlich“, „unter“, „untere(r)“/„unteres“, „darüber befindlich“, „obere(r)“/„oberes“ und dergleichen, zur einfachen Beschreibung der Beziehung eines Elements oder einer Struktur zu einem oder mehreren anderen Elementen oder Strukturen verwendet werden, die in den Figuren dargestellt sind. Die räumlich relativen Begriffe sollen zusätzlich zu der in den Figuren dargestellten Orientierung andere Orientierungen der in Gebrauch oder in Betrieb befindlichen Vorrichtung umfassen. Die Vorrichtung kann anders ausgerichtet werden (um 90 Grad gedreht oder in einer anderen Orientierung), und die räumlich relativen Deskriptoren, die hier verwendet werden, können ebenso entsprechend interpretiert werden.
Die 1A bis 1C sind schematische Schnittansichten eines Verfahrens zum Herstellen einer Halbleiterstruktur gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
In 1A wird ein Halbleitersubstrat 100 bereitgestellt, auf dem eine Maskenmaterialschicht 110 angeordnet ist. Das Halbleitersubstrat 100 kann zum Beispiel ein Siliziumsubstrat oder Substrate umfassen, die aus anderen Halbleitermaterialien bestehen. Nach dem Herstellen der Maskenmaterialschicht 110 auf dem Halbleitersubstrat 100 wird zum Beispiel ein fotolithografischer Prozess so durchgeführt, dass eine strukturierte Fotoresistschicht PR1 auf der Maskenmaterialschicht 110 entsteht. Die strukturierte Fotoresistschicht PR1 kann mindestens eine oder eine Mehrzahl von Öffnungen zum partiellen Freilegen des Maskenmaterialschicht 110 aufweisen. Bei einigen Ausführungsformen kann die Maskenmaterialschicht 110 Siliziumdioxid oder andere Materialien mit einer hohen Ätzselektivität für das Material des Halbleitersubstrats 100 (z. B. Silizium) aufweisen.
In den 1A und 1B kann unter Verwendung der strukturierten Fotoresistschicht PR1 als eine Maske die Maskenmaterialschicht 110, die nicht von der strukturierten Fotoresistschicht PR1 bedeckt ist, so lange entfernt werden, bis das Halbleitersubstrat 100 freigelegt ist, sodass eine Maskenschicht 110a mit einer festgelegten Struktur auf dem Halbleitersubstrat 100 entsteht. Bei einigen Ausführungsformen kann die Maskenmaterialschicht 110 mit einem Ätzprozess strukturiert werden. Nachdem die Maskenschicht 110a hergestellt worden ist, wird die strukturierte Fotoresistschicht PR1 abgelöst.
In 1C wird ein anisotroper Mehrschritt-Ätzprozess durchgeführt, um eine Vertiefung 102 in dem Halbleitersubstrat 100 zu erzeugen. Unter Verwendung der Maskenschicht 110a als eine Ätzmaske wird das Halbleitersubstrat 100, das nicht von der Maskenschicht 110a bedeckt ist, anisotrop geätzt, bis eine Vertiefung 102 mit einer festgelegten Tiefe D entsteht. Bei einigen Ausführungsformen kann die Tiefe D der Vertiefung 102 etwa 15 µm bis etwa 25 µm betragen.
Der Mehrschritt-Ätzprozess wird nachstehend unter Bezugnahme auf die 2, 3A bis 3C und 4A bis 4E näher beschrieben.
2 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zum Herstellen einer Vertiefung gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung schematisch zeigt. Die 3A bis 3C sind Diagramme, die jeweils Ätz- und Passivierungsschritte von ersten, zweiten und dritten Zyklen gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigen. Die 4A bis 4E sind schematische Schnittansichten eines Verfahrens zum Herstellen der Vertiefung 102, die im Teil X von 1C gezeigt ist, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
In 2 kann der vorgenannte anisotrope Mehrschritt-Ätzprozess das Durchführen einer Mehrzahl von ersten Zyklen C1 und das Durchführen einer Mehrzahl von zweiten Zyklen C2 umfassen, wobei die zweiten Zyklen C2 nach den ersten Zyklen C1 mehrmals durchgeführt werden. Die vorgenannten ersten und zweiten Zyklen C1 und C2 werden in einer Reaktionskammer durchgeführt, die zum Erzeugen eines Plasmas zum anisotropen Ätzen geeignet ist. Jeder Zyklus in den ersten Zyklen C1 und den zweiten Zyklen C2 kann einen Passivierungsschritt und einen Ätzschritt umfassen, der nach dem Passivierungsschritt ausgeführt wird. Nach dem Durchführen der ersten Zyklen C1 und der zweiten Zyklen C2 kann ein Passivierungsbelag auf Seitenwänden der Vertiefung zurückbleiben, und ein Entfernungsprozess R kann durchgeführt werden, um den Passivierungsbelag zu entfernen, der auf den Seitenwänden der Vertiefung entstanden ist. Zum Beispiel können die ersten Zyklen C1 n1-mal durchgeführt werden, und die zweiten Zyklen C2 können n2-mal durchgeführt werden. Zum Beispiel kann n1 eine ganze Zahl von 2 bis 4 sein, und n2 kann ebenfalls eine ganze Zahl von 2 bis 4 sein. Die Werte von n1 und n2 hängen von der Tiefe D der Vertiefung ab.
Bei einigen alternativen Ausführungsformen kann der anisotrope Mehrschritt-Ätzprozess weiterhin eine Mehrzahl von dritten Zyklen C3 umfassen, die nach den zweiten Zyklen C2 mehrfach durchgeführt werden. Die vorgenannten ersten, zweiten und dritten Zyklen C1, C2 und C3 werden in einer Reaktionskammer durchgeführt, die zum Erzeugen eines Plasmas zum anisotropen Ätzen geeignet ist. Jeder Zyklus in den ersten Zyklen C1, den zweiten Zyklen C2 und den dritten Zyklen C3 kann einen Passivierungsschritt und einen Ätzschritt umfassen, der nach dem Passivierungsschritt ausgeführt wird. Nach dem Durchführen der ersten Zyklen C1, der zweiten Zyklen C2 und der dritten Zyklen C3 kann ein Passivierungsbelag auf Seitenwänden der Vertiefung zurückbleiben, und ein Entfernungsprozess R kann durchgeführt werden, um den Passivierungsbelag zu entfernen, der auf den Seitenwänden der Vertiefung entstanden ist. Zum Beispiel können die ersten Zyklen C1 n1-mal durchgeführt werden, die zweiten Zyklen C2 können n2-mal durchgeführt werden, und die dritten Zyklen C3 können n3-mal durchgeführt werden. Zum Beispiel kann n1 eine ganze Zahl von 2 bis 4 sein, n2 kann eine ganze Zahl von 2 bis 4 sein, und n3 kann ebenfalls eine ganze Zahl von 2 bis 4 sein. Die Werte von n1, n2 und n3 hängen von der Tiefe D der Vertiefung ab.
In den 2, 3A und 4A wird ein Vorbeschichtungsprozess an dem Halbleitersubstrat 100 und der Maskenschicht 110a mit den ersten Zyklen C1 durchgeführt, sodass ein Passivierungsbelag 120 konform auf der Maskenschicht 110a und dem Halbleitersubstrat 100 entsteht. Da der Passivierungsbelag 120 durch die ersten Zyklen C1 entsteht, sind die ersten Zyklen C1 Vorbeschichtungszyklen. Während der ersten Zyklen C1 ist eine Dauer E1 des Ätzschritts variabel und verlängert sich schrittweise, und eine Dauer D1 des Passivierungsschritts ist variabel und verkürzt sich schrittweise, und ein erstes Verhältnis E1/D1 der Dauer des Ätzschritts zu der Dauer des Passivierungsschritts ist variabel und steigt schrittweise an. Bei einigen Ausführungsformen verlängert sich während der ersten Zyklen C1 (d. h., der Vorbeschichtungszyklen) die Dauer E1 des Ätzschritts linear schrittweise, die Dauer D1 des Passivierungsschritts verkürzt sich linear schrittweise, und das erste Dauer-Verhältnis E1/D1 steigt nichtlinear schrittweise an. Das erste Dauer-Verhältnis E1/D1 ist variabel und kann schrittweise von X1 auf Y1 ansteigen, wobei X1 kleiner als 1 (z. B. etwa 0,4) ist und Y1 größer als 1 und kleiner als 1,5 ist.
Wie in 3A gezeigt ist, wird während des Passivierungsschritts jedes ersten Zyklus C1 ein Passivierungsgas (z. B. C₄F₈ oder ein anderes geeignetes Passivierungsgas) in die Reaktionskammer eingeleitet, wobei der Durchsatz des Passivierungsgases etwa 200 Sccm/min bis etwa 300 Sccm/min betragen kann. Bei einigen Ausführungsformen wird während des Passivierungsschritts jedes ersten Zyklus C1 ein Passivierungsgas mit einem Durchsatz von etwa 250 Sccm/min in die Reaktionskammer eingeleitet. Während des Ätzschritts jedes ersten Zyklus C1 wird ein Ätzgas (z. B. SF₆ oder ein anderes geeignetes Ätzgas) in die Reaktionskammer eingeleitet, wobei der Durchsatz des Ätzgases etwa 350 Sccm/min bis etwa 450 Sccm/min betragen kann. Während des Ätzschritts jedes ersten Zyklus C1 wird ein Ätzgas in die Reaktionskammer eingeleitet, und der Durchsatz des Passivierungsgases beträgt zum Beispiel etwa 400 Sccm/min. Mit anderen Worten, das Passivierungsgas und das Ätzgas werden abwechselnd in die Reaktionskammer eingeleitet, wenn die ersten Zyklen C1 durchgeführt werden. Bei einigen Ausführungsformen kann der Passivierungsschritt jedes ersten Zyklus C1 eine Verstärkung (boosting) B1 und eine anschließende Passivierung P umfassen, wobei die Dauer der Verstärkung B1 etwa 0,3 s bis etwa 0,7 s (z. B. etwa 0,5 s) beträgt, der Prozessdruck, der während der Verstärkung B1 für die Reaktionskammer verwendet wird, etwa 35 Torr bis etwa 45 Torr (z. B. etwa 40 Torr) beträgt, sich die Dauer der Passivierung P linear schrittweise von etwa 5 s auf etwa 2 s verkürzt und der Prozessdruck, der während der Passivierung P für die Reaktionskammer verwendet wird, etwa 75 Torr bis etwa 85 Torr (z. B. etwa 80 Torr) beträgt (Dabei entspricht 1 Torr etwa 133 Pascal Pa, so dass ein Druck von 40 Torr beziehungsweise 80 Torr einem Druck von etwa 5330 Pa beziehungsweise 10700 Pa entspricht.).
Bei einigen Ausführungsformen kann während der ersten Zyklen (z. B. der ersten drei Zyklen) in den ersten Zyklen C1 jeder Ätzschritt lediglich eine Verstärkung B2 umfassen, wobei die Dauer der Verstärkung B2 variabel sein kann und sich schrittweise von etwa 2 s auf etwa 2,5 s verlängern kann. Die Verstärkung B2 kann verwendet werden, um Teile des Passivierungsbelags 120, die auf Oberseiten des Halbleitersubstrats 100 und der Maskenschicht 110a entstanden sind, zumindest teilweise zu entfernen, während Teile des Passivierungsbelags 120, die auf Seitenwänden der Maskenschicht 110a entstanden sind, durch die Verstärkung B2 nicht entfernt werden. Zum Beispiel wird während der Verstärkung B2 der ersten Zyklen C1 ein Ionenbeschuss, der durch das Plasma ermöglicht wird, das in der Reaktionskammer erzeugt wird, zum Entfernen der Teile des Passivierungsbelags 120 verwendet, der auf den Oberseiten des Halbleitersubstrats 100 und der Maskenschicht 110a entstanden ist. Die Teile des Passivierungsbelags 120, die auf den Seitenwänden der Maskenschicht 110a entstanden sind, werden mit dem Ionenbeschuss durch das Plasma nicht entfernt. Nach der Durchführung der ersten Schritte (z. B. der ersten drei Schritte) in den ersten Zyklen C1 kann das Halbleitersubstrat 100 auf Grund des Schutzes der Vorbeschichtung (d. h., des Passivierungsbelags 120) nicht geätzt sein. Die Verstärkung B1 jedes ersten Zyklus C1 ist eine Vorbehandlung, die vor der Passivierung P durchgeführt wird, wobei der Passivierungsbelag 120 durch die Passivierung P der ersten Zyklen C1 abgeschieden wird, und die Verstärkung B2 jedes ersten Zyklus C1 wird durchgeführt, um den Passivierungsbelag 120 partiell zu entfernen.
In den 3A und 4B kann während der übrigen Schritte (z. B. des vierten und des fünften Schritts) in den ersten Zyklen C1 jeder Ätzschritt eine Verstärkung B2 mit einer anschließenden Hauptätzung M umfassen. Die Dauer der Verstärkung B2 kann konstant sein und etwa 2 s bis etwa 3 s (z. B. etwa 2,5 s) betragen, der Prozessdruck, der während der Verstärkung B2 für die Reaktionskammer verwendet wird, kann etwa 20 Torr bis etwa 30 Torr (z. B. etwa 25 Torr) betragen, die Dauer der Hauptätzung M kann variabel sein und sich schrittweise linear verlängern, und der Prozessdruck, der während der Hauptätzung M für die Reaktionskammer verwendet wird, kann etwa 75 Torr bis etwa 85 Torr (z. B. etwa 80 Torr) betragen. Wie in 3A gezeigt ist, können nach der Durchführung der übrigen Schritte (z. B. des vierten und des fünften Schritts) in den ersten Zyklen C1 die Teile des Passivierungsbelags 120, die auf den Oberseiten des Halbleitersubstrats 100 und der Maskenschicht 110a entstanden sind, entfernt werden, und auf den Seitenwänden der Maskenschicht 110a entsteht ein Passivierungsbelag 120a. Wie in 4B gezeigt ist, kann nach der Durchführung der übrigen Schritte (z. B. des vierten und des fünften Schritts) in den ersten Zyklen C1 das Halbleitersubstrat 100 geringfügig geätzt werden, und in dem Substrat 100 entsteht eine Aussparung S1.
Bei einigen Ausführungsformen kann während der Verstärkung B2 jedes Ätzschritts in den ersten Zyklen C1 weiterhin Sauerstoffgas (O₂) in die Reaktionskammer eingeleitet werden, wobei der Durchsatz des Sauerstoffgases etwa 45 Sccm/min bis etwa 55 Sccm/min (z. B. etwa 50 Sccm/min) betragen kann. Außerdem kann auch während der Hauptätzung M jedes Ätzschritts in den ersten Zyklen C1 Sauerstoffgas in die Reaktionskammer eingeleitet werden, wobei der Durchsatz des Sauerstoffgases etwa 0,5 Sccm/min bis etwa 1,5 Sccm/min (z. B. etwa 1 Sccm/min) betragen kann.
Beim Durchführen der Passivierungsschritte der ersten Zyklen C1 beträgt eine Spulen-Hochfrequenzleistung, die für die Spule (d. h. die obere Elektrode) der Reaktionskammer verwendet wird, etwa 1800 W bis etwa 2200 W (z. B. etwa 2000 W). Beim Durchführen der Ätzschritte der ersten Zyklen C1 beträgt die Spulen-Hochfrequenzleistung, die für die Spule der Reaktionskammer verwendet wird, etwa 2300 W bis etwa 2700 W (z. B. etwa 2500 W). Während der Verstärkung B2 beträgt eine Platten-Hochfrequenzleistung, die für die Platte (d. h. die untere Elektrode) der Reaktionskammer verwendet wird, etwa 100 W bis etwa 150 W (z. B. etwa 125 W), und während der Hauptätzung M beträgt die Platten-Hochfrequenzleistung, die für die Platte (d. h., die untere Elektrode) der Reaktionskammer verwendet wird, etwa 15 W bis etwa 25 W (z. B. etwa 20 W). Außerdem kann die Platte bei einer hohen Frequenz in dem Bereich von 10 MHz bis 15 MHz, z. B. 13,56 MHz, arbeiten.
Nachdem die ersten Zyklen C1 durchgeführt worden sind, wird der Passivierungsbelag 120a, der in 4B gezeigt ist, auf Seitenwänden der Maskenschicht 110a selektiv hergestellt. Bei einigen Ausführungsformen weist das Material des Passivierungsbelags 120 oder 120a C₄F₈ auf.
In den 2, 3B und 4C bis 4E wird ein Ätzprozess einer ersten Stufe, der die zweiten Zyklen C2 umfasst, durchgeführt, um das Halbleitersubstrat 100, das nicht von der Maskenschicht 110a bedeckt ist, anisotrop zu ätzen. Da das Halbleitersubstrat 100 mit den zweiten Zyklen C2 geätzt wird, werden die zweiten Zyklen C2 als erste Ätzzyklen angesehen. Während der zweiten Zyklen C2 sind eine Dauer E2 des Ätzschritts, eine Dauer D2 des Passivierungsschritts und ein zweites Verhältnis E2/D2 der Dauer des Ätzschritts zu der Dauer des Passivierungsschritts konstant. Bei einigen Ausführungsformen ist das erste Dauer-Verhältnis E1/D1 kleiner als das zweite Dauer-Verhältnis E2/D2. Zum Beispiel kann das zweite Dauer-Verhältnis E2/D2 etwa 1,4 bis etwa 1,6 betragen.
Wie in 3B gezeigt ist, wird während des Passivierungsschritts jedes zweiten Zyklus C2 ein Passivierungsgas (z. B. C₄F₈ oder ein anderes geeignetes Passivierungsgas) in die Reaktionskammer eingeleitet, wobei der Durchsatz des Passivierungsgases etwa 200 Sccm/min bis etwa 300 Sccm/min (z. B. etwa 250 Sccm/min) betragen kann. Während des Ätzschritts jedes zweiten Zyklus C2 wird ein Ätzgas (z. B. SF₆ oder ein anderes geeignetes Ätzgas) in die Reaktionskammer eingeleitet, wobei der Durchsatz des Ätzgases etwa 350 Sccm/min bis etwa 450 Sccm/min (z. B. etwa 400 Sccm/min) betragen kann. Mit anderen Worten, das Passivierungsgas und das Ätzgas werden abwechselnd in die Reaktionskammer eingeleitet, wenn die zweiten Zyklen C2 durchgeführt werden. Bei einigen Ausführungsformen kann der Passivierungsschritt jedes zweiten Zyklus C2 eine Verstärkung B1 und eine anschließende Passivierung P umfassen, wobei die Dauer der Verstärkung B1 etwa 0,3 s bis etwa 0,7 s (z. B. etwa 0,5 s) beträgt, der Prozessdruck, der während der Verstärkung B1 für die Reaktionskammer verwendet wird, etwa 35 Torr bis etwa 45 Torr (z. B. etwa 40 Torr) beträgt, die Dauer der Passivierung P 1,5 s bis 2,5 s (z. B. etwa 2 s) beträgt, und der Prozessdruck, der während der Passivierung P für die Reaktionskammer verwendet wird, etwa 75 Torr bis etwa 85 Torr (z. B. etwa 80 Torr) beträgt.
Bei einigen Ausführungsformen kann der Ätzschritt jedes zweiten Zyklus C2 eine Verstärkung B2 mit einer anschließenden Hauptätzung M umfassen. Die Dauer der Verstärkung B2 kann konstant sein und etwa 2 s bis etwa 3 s (z. B. etwa 2,5 s) betragen, der Prozessdruck, der während der Verstärkung B2 für die Reaktionskammer verwendet wird, kann etwa 20 Torr bis etwa 30 Torr (z. B. etwa 25 Torr) betragen, die Dauer der Hauptätzung M kann konstant sein und etwa 0,3 s bis etwa 0,7 s (z. B. etwa 0,5 s) betragen, und der Prozessdruck, der während der Hauptätzung M für die Reaktionskammer verwendet wird, kann etwa 75 Torr bis etwa 85 Torr (z. B. etwa 80 Torr) betragen.
Wie in den 4C und 4D gezeigt ist, wird nach der Durchführung des Passivierungsschritts jedes zweiten Zyklus C2 ein Passivierungsbelag 120b konform auf der Aussparung S1 des Halbleitersubstrats 100 und der Maskenschicht 110a hergestellt. Die Verstärkung B2 kann zum Entfernen von Teilen des Passivierungsbelags 120b verwendet werden, die auf einer Unterseite der Aussparung S1 des Halbleitersubstrats 100 und einer Oberseite der Maskenschicht 110a hergestellt sind. Teile des Passivierungsbelags 120b, die sich auf den Seitenwänden der Aussparung S1 und den Seitenwänden der Maskenschicht 110a befinden, werden durch die Verstärkung B2 nicht entfernt. Zum Beispiel wird während der Verstärkung B2 der zweiten Zyklen C2 ein Ionenbeschuss, der durch das Plasma ermöglicht wird, das in der Reaktionskammer erzeugt wird, zum Entfernen der Teile des Passivierungsbelags 120b verwendet, sodass ein Passivierungsbelag 120c auf den Seitenwänden der Maskenschicht 110a und den Seitenwänden der Vertiefung 102 entstehen kann. Die Hauptätzung M des zweiten Zyklus C2 kann zum Ätzen des Halbleitersubstrats 100 verwendet werden, sodass die Aussparung S1 vertieft wird, wie in 4D gezeigt ist.
Bei einigen Ausführungsformen kann während der Verstärkung B2 jedes Ätzschritts in den zweiten Zyklen C2 weiterhin Sauerstoffgas (O₂) in die Reaktionskammer eingeleitet werden, wobei der Durchsatz des Sauerstoffgases etwa 45 Sccm/min bis etwa 55 Sccm/min (z. B. etwa 50 Sccm/min) beträgt. Außerdem kann auch während der Hauptätzung M jedes Ätzschritts in den zweiten Zyklen C2 Sauerstoffgas in die Reaktionskammer eingeleitet werden, wobei der Durchsatz des Sauerstoffgases etwa 0,5 Sccm/min bis etwa 1,5 Sccm/min (z. B. etwa 1 Sccm/min) betragen kann.
Beim Durchführen der Passivierungsschritte der zweiten Zyklen C2 beträgt die Spulen-Hochfrequenzleistung, die für die Spule (d. h. die obere Elektrode) der Reaktionskammer verwendet wird, etwa 1800 W bis etwa 2200 W (z. B. etwa 2000 W). Beim Durchführen der Ätzschritte der zweiten Zyklen C2 beträgt die Spulen-Hochfrequenzleistung, die für die Spule der Reaktionskammer verwendet wird, etwa 2300 W bis etwa 2700 W (z. B. etwa 2500 W). Während der Verstärkung B2 beträgt die Platten-Hochfrequenzleistung, die für die Platte (d. h. die untere Elektrode) der Reaktionskammer verwendet wird, etwa 100 W bis etwa 150 W (z. B. etwa 125 W), und während der Hauptätzung M beträgt die Platten-Hochfrequenzleistung, die für die Platte (d. h. die untere Elektrode) der Reaktionskammer verwendet wird, etwa 15 W bis etwa 25 W (z. B. etwa 20 W). Außerdem arbeitet die Platte bei einer hohen Frequenz in dem Bereich von 10 MHz bis 15 MHz (z. B. bei etwa 13,56 MHz).
Nachdem die zweiten Zyklen C2 durchgeführt worden sind, wird ein Passivierungsbelag 120d, der in 4E gezeigt ist, auf den Seitenwänden der Maskenschicht 110a und den Seitenwänden der Vertiefung 102 selektiv hergestellt. Bei einigen Ausführungsformen weist das Material der Passivierungsbeläge 120a, 120b, 120c und 120d C₄F₈ auf.
In den 2, 3C, 4D und 4E kann nach dem Ätzprozess der ersten Stufe, der die zweiten Zyklen C2 umfasst, ein Ätzprozess einer zweiten Stufe, der die dritten Zyklen C3 umfasst, optional durchgeführt werden, um das Halbleitersubstrat 100 anisotrop zu ätzen und die Rauheit der Unterseite der Vertiefung 102 zu erhöhen. Da das Halbleitersubstrat 100 mit den dritten Zyklen C3 geätzt wird, sind die dritten Zyklen C3 zweite Ätzzyklen. Während der dritten Zyklen C3 ist eine Dauer E3 des Ätzschritts variabel und sie verlängert sich schrittweise, eine Dauer D3 des Passivierungsschritts ist konstant, und ein drittes Verhältnis E3/D3 der Dauer des Ätzschritts zu der Dauer des Passivierungsschritts ist variabel und steigt schrittweise an. Bei einigen Ausführungsformen verlängert sich während der dritten Zyklen C3 (d. h., der zweiten Ätzzyklen) die Dauer E3 des Ätzschritts linear schrittweise, die Dauer D3 des Passivierungsschritts ist konstant, und das dritte Dauer-Verhältnis E3/D3 steigt schrittweise linear an. Das dritte Dauer-Verhältnis E3/D3 ist variabel und kann schrittweise von X2 auf Y2 ansteigen, wobei X2 und Y2 kleiner als 1 und kleiner als das zweite Dauer-Verhältnis sind. Das dritte Dauer-Verhältnis E3/D3 kann zum Beispiel etwa 1,2 bis etwa 1,35 betragen.
Wie in 3C gezeigt ist, wird während des Passivierungsschritts jedes dritten Zyklus C3 ein Passivierungsgas (z. B. C₄F₈ oder ein anderes geeignetes Passivierungsgas) in die Reaktionskammer eingeleitet, wobei der Durchsatz des Passivierungsgases etwa 150 Sccm/min bis etwa 250 Sccm/min (z. B. etwa 200 Sccm/min) betragen kann. Während des Ätzschritts jedes dritten Zyklus C3 wird ein Ätzgas (z. B. SF₆ oder ein anderes geeignetes Ätzgas) in die Reaktionskammer eingeleitet, wobei der Durchsatz des Ätzgases etwa 200 Sccm/min bis etwa 300 Sccm/min (z. B. etwa 250 Sccm/min) betragen kann. Mit anderen Worten, das Passivierungsgas und das Ätzgas werden abwechselnd in die Reaktionskammer eingeleitet, wenn die dritten Zyklen C3 durchgeführt werden. Bei einigen Ausführungsformen kann der Passivierungsschritt jedes dritten Zyklus C3 lediglich eine Passivierung P umfassen, wobei die Dauer der Passivierung P konstant sein kann und etwa 1,5 s bis etwa 2,5 s (z. B. etwa 2 s) beträgt und der Prozessdruck, der während der Passivierung P für die Reaktionskammer verwendet wird, etwa 15 Torr bis etwa 25 Torr (z. B. etwa 20 Torr) betragen kann.
Bei einigen Ausführungsformen kann während der dritten Zyklen C3 jeder Ätzschritt eine Verstärkung B2 mit einer anschließenden Hauptätzung M umfassen. Die Dauer der Verstärkung B2 kann konstant sein und etwa 0,5 s bis etwa 1,5 s (z. B. etwa 1 s) betragen, der Prozessdruck, der während der Verstärkung B2 für die Reaktionskammer verwendet wird, kann etwa 10 Torr bis etwa 20 Torr (z. B. etwa 15 Torr) betragen, die Dauer der Hauptätzung M kann variabel sein und sich linear schrittweise verlängern, und der Prozessdruck, der während der Hauptätzung M für die Reaktionskammer verwendet wird, kann etwa 20 Torr bis etwa 25 Torr (z. B. etwa 22 Torr) betragen. Die Dauer der Hauptätzung M verlängert sich zum Beispiel linear schrittweise von etwa 2,4 s auf etwa 2,7 s.
Beim Durchführen der Passivierungsschritte der dritten Zyklen C3 beträgt die Spulen-Hochfrequenzleistung, die für die Spule (d. h. die obere Elektrode) der Reaktionskammer verwendet wird, etwa 1600 W bis etwa 2000 W (z. B. etwa 1800 W). Beim Durchführen der Ätzschritte der dritten Zyklen C3 beträgt die Spulen-Hochfrequenzleistung, die für die Spule der Reaktionskammer verwendet wird, etwa 2300 W bis etwa 2700 W (z. B. etwa 2500 W). Während der Verstärkung B2 beträgt die Platten-Hochfrequenzleistung, die für die Platte (d. h. die untere Elektrode) der Reaktionskammer verwendet wird, etwa 80 W bis etwa 120 W (z. B. etwa 100 W), und während der Hauptätzung M steigt die Platten-Hochfrequenzleistung, die für die Platte (d. h. die untere Elektrode) der Reaktionskammer verwendet wird, linear schrittweise von etwa 85 W auf etwa 87 W an. Außerdem arbeitet die Platte bei einer niedrigen Frequenz in dem Bereich von 350 kHz bis etwa 450 kHz (z. B. bei etwa 380 kHz). Zusammengefasst kann gesagt werden: Die vorstehenden ersten Zyklen C1 und zweiten Zyklen C2 werden bei einer hohen Frequenz in dem Bereich von etwa 10 MHz bis etwa 15 MHz (z. B. bei etwa 13,56 MHz) durchgeführt, und die dritten Zyklen C3 werden bei einer niedrigen Frequenz durchgeführt, die niedriger als die hohe Frequenz ist und etwa 350 kHz bis etwa 450 kHz (z. B. etwa 380 kHz) beträgt.
Bei der in 1C gezeigten Halbleiterstruktur kann eine Mehrzahl von Vertiefungen 102 in dem Halbleitersubstrat 100 hergestellt werden, und die Tiefengleichmäßigkeit der Vertiefungen 102 kann durch die ersten Zyklen C1 (d. h. die Vorbeschichtungszyklen) verbessert werden. Außerdem kann die Rauheit der Unterseite der Vertiefungen 102 mit den dritten Zyklen C3 erhöht oder optimiert werden.
Die 5A bis 5F sind schematische Schnittansichten eines Verfahrens zum Herstellen eines Substrats mit Vertiefungen gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
In 5A wird ein Halbleitersubstrat 100 bereitgestellt, auf dem eine Maskenmaterialschicht 110 angeordnet ist. Das Halbleitersubstrat 100 kann zum Beispiel ein Siliziumsubstrat oder Substrate umfassen, die aus anderen Halbleitermaterialien bestehen. Nach dem Herstellen der Maskenmaterialschicht 110 auf dem Halbleitersubstrat 100 wird zum Beispiel ein fotolithografischer Prozess so durchgeführt, dass eine strukturierte Fotoresistschicht PR1 auf der Maskenmaterialschicht 110 entsteht. Die strukturierte Fotoresistschicht PR1 kann mindestens eine oder eine Mehrzahl von Öffnungen zum partiellen Freilegen der Maskenmaterialschicht 110 aufweisen. Bei einigen Ausführungsformen kann die Maskenmaterialschicht 110 Siliziumdioxid oder andere Materialien mit einer hohen Ätzselektivität für das Material des Halbleitersubstrats 100 (z. B. Silizium) aufweisen.
In den 5A und 5B kann unter Verwendung der strukturierten Fotoresistschicht PR1 als eine Maske die Maskenmaterialschicht 110, die nicht von der strukturierten Fotoresistschicht PR1 bedeckt ist, so lange entfernt werden, bis das Halbleitersubstrat 100 freigelegt ist, sodass eine erste Struktur P1 einer Maskenschicht 110a auf dem Halbleitersubstrat 100 entsteht. Bei einigen Ausführungsformen kann die Maskenmaterialschicht 110 mit einem Ätzprozess strukturiert werden. Nachdem die erste Struktur P1 der Maskenschicht 110a hergestellt worden ist, wird die strukturierte Fotoresistschicht PR1 abgelöst. Da die erste Struktur P1 eine hohe Ätzselektivität für das Halbleitersubstrat 100 hat, ist die erste Struktur P1 eine strukturierte Hartmaskenschicht.
In 5C wird eine zweite Struktur P2 der Maskenschicht 110a auf dem Halbleitersubstrat 100 hergestellt, das nicht von der ersten Struktur P1 bedeckt ist. Die zweite Struktur P2 und die erste Struktur P1 überdecken einander nicht. Zum Beispiel kann die zweite Struktur P2 auf der Oberseite des Halbleitersubstrats 100 hergestellt werden, und sie kann sich in den Öffnungen befinden, die in der ersten Struktur P1 definiert sind. Bei einigen Ausführungsformen bestehen die erste Struktur P1 und die zweite Struktur P2 aus unterschiedlichen Materialien, und die zweite Struktur P2 der Maskenschicht 110a kann eine strukturierte Fotoresistschicht sein.
In 5D wird ein anisotroper Ätzprozess durchgeführt, um eine erste Vertiefung 102 in dem Halbleitersubstrat 100 und einen ersten Kontakthügel BP1 herzustellen, der von der ersten Vertiefung 102 umschlossen wird. Unter Verwendung der Maskenschicht 110a mit der ersten Struktur P1 und der zweiten Struktur P2 als eine Ätzmaske wird das Halbleitersubstrat 100, das nicht von der Maskenschicht 110a bedeckt ist, anisotrop geätzt, bis die erste Vertiefung 102 mit einer festgelegten Tiefe D1 und der erste Kontakthügel BP1 entstehen, der von der zweiten Struktur P2 der Maskenschicht 110a bedeckt ist. Bei einigen Ausführungsformen können die Höhe des ersten Kontakthügels BP1 und die Tiefe D1 der ersten Vertiefung 102 etwa 9 µm bis etwa 12 µm betragen. Die Höhe des ersten Kontakthügels BP1 und die Tiefe D1 der ersten Vertiefung 102 sind jedoch nicht beschränkt.
Der vorgenannte anisotrope Ätzprozess zum Herstellen der ersten Vertiefung 102 in dem Halbleitersubstrat 100 umfasst eine Mehrzahl von Zyklen. Die Zyklen für die Herstellung der ersten Vertiefung 102 in dem Halbleitersubstrat 100 sind zum Beispiel die Gleichen wie die vorgenannten zweiten Zyklen C2 (die in 3B gezeigt sind) des Ätzprozesses der ersten Stufe. Daher werden Einzelheiten der Zyklen zum Herstellen der ersten Vertiefung 102 in dem Halbleitersubstrat 100 weggelassen.
In 5E wird die zweite Struktur P2 der Maskenschicht 110a von dem ersten Kontakthügel BP1 entfernt, um die Oberseite des ersten Kontakthügels BP1 weiter freizulegen. Bei einigen Ausführungsformen kann die zweite Struktur P2 (z. B. die strukturierte Fotoresistschicht) der Maskenschicht 110a mit einem Ablösungs- oder anderen geeigneten Verfahren entfernt oder abgelöst werden.
In den 5E und 5F wird ein anisotroper Mehrschritt-Ätzprozess an dem Halbleitersubstrat 100 durchgeführt, sodass das Halbleitersubstrat 100, das nicht von der ersten Struktur P1 der Maskenschicht 110a bedeckt ist, anisotrop geätzt wird, bis die erste Vertiefung 102 (die in 5E gezeigt ist) so vertieft ist, dass eine zweite Vertiefung 104 entsteht und in der zweiten Vertiefung 104 ein zweiter Kontakthügel BP2 entsteht. Unter Verwendung der ersten Struktur P1 der Maskenschicht 110a als eine Ätzmaske wird das Halbleitersubstrat 100 mit der ersten Vertiefung 102 und dem ersten Kontakthügel BP1 anisotrop geätzt, bis die zweite Vertiefung 104 mit einer festgelegten Tiefe (D1 + D2) und der zweite Kontakthügel BP2 hergestellt sind. Bei einigen Ausführungsformen kann die Tiefe (D1 + D2) der zweiten Vertiefung 104 etwa 15 µm bis etwa 25 µm betragen. Die Tiefe (D1 + D2) der zweiten Vertiefung 104 ist jedoch nicht beschränkt. Bei einigen Ausführungsformen können die Höhe des zweiten Kontakthügels BP2 und die Höhe des ersten Kontakthügels BP1 (d. h. D1) etwa 9 µm bis etwa 12 µm betragen.
Der Mehrschritt-Ätzprozess zum Herstellen der zweiten Vertiefung 104 und des zweiten Kontakthügels BP2 wird nachstehend unter Bezugnahme auf die 2, 5E, 5F und 6A bis 6E näher beschrieben.
Die 6A bis 6E sind schematische Schnittansichten eines Verfahrens zum Herstellen der zweiten Vertiefung, die in dem Teil Y von 5E gezeigt ist, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
In den 2, 5E, 5F und 6A bis 6E kann der anisotrope Mehrschritt-Ätzprozess zum Herstellen der zweiten Vertiefung 104 und des zweiten Kontakthügels BP2 das Durchführen einer Mehrzahl von ersten Zyklen C1 und das Durchführen einer Mehrzahl von zweiten Zyklen C2 umfassen, wobei die zweiten Zyklen C2 nach den ersten Zyklen C1 mehrmals durchgeführt werden. Die vorgenannten ersten und zweiten Zyklen C1 und C2 werden in einer Reaktionskammer durchgeführt, die zum Erzeugen eines Plasmas zum anisotropen Ätzen geeignet ist. Jeder Zyklus in den ersten Zyklen C1 und den zweiten Zyklen C2 kann einen Passivierungsschritt und einen Ätzschritt umfassen, der nach dem Passivierungsschritt durchgeführt wird. Nach dem Durchführen der ersten Zyklen C1 und der zweiten Zyklen C2 kann ein Passivierungsbelag auf Seitenwänden der zweiten Vertiefung 104 und Seitenwänden des geätzten Kontakthügels BP (der in den 6C bis 6E gezeigt ist) zurückbleiben, und daher kann ein Entfernungsprozess R durchgeführt werden, um den Passivierungsbelag zu entfernen, der auf den Seitenwänden der zweiten Vertiefung 104 und den Seitenwänden des geätzten Kontakthügels BP entstanden ist. Zum Beispiel können die ersten Zyklen C1 n1-mal durchgeführt werden, und die zweiten Zyklen C2 können n2-mal durchgeführt werden. Zum Beispiel kann n1 eine ganze Zahl von 2 bis 4 sein, und n2 kann ebenfalls eine ganze Zahl von 2 bis 4 sein. Die Werte von n1 und n2 hängen von der Tiefe (D1 + D2) der zweiten Vertiefung 104 ab.
Bei einigen alternativen Ausführungsformen kann der anisotrope Mehrschritt-Ätzprozess zum Herstellen der zweiten Vertiefung 104 und des zweiten Kontakthügels BP2 weiterhin eine Mehrzahl von dritten Zyklen C3 umfassen, die nach den zweiten Zyklen C2 mehrfach durchgeführt werden. Die vorgenannten ersten, zweiten und dritten Zyklen C1, C2 und C3 werden in einer Reaktionskammer durchgeführt, die zum Erzeugen eines Plasmas zum anisotropen Ätzen geeignet ist. Jeder Zyklus in den ersten Zyklen C1, den zweiten Zyklen C2 und den dritten Zyklen C3 kann einen Passivierungsschritt und einen Ätzschritt umfassen, der nach dem Passivierungsschritt durchgeführt wird. Nach dem Durchführen der ersten Zyklen C1, der zweiten Zyklen C2 und der dritten Zyklen C3 kann ein Passivierungsbelag auf Seitenwänden der zweiten Vertiefung 104 und einer Seitenwand des geätzten Kontakthügels BP zurückbleiben, und daher kann ein Entfernungsprozess R durchgeführt werden, um den Passivierungsbelag zu entfernen, der auf den Seitenwänden der zweiten Vertiefung 104 und der Seitenwand des geätzten Kontakthügels BP entstanden ist. Zum Beispiel können die ersten Zyklen C1 ni-mal durchgeführt werden, die zweiten Zyklen C2 können n2-mal durchgeführt werden, und die dritten Zyklen C3 können n3-mal durchgeführt werden. Zum Beispiel kann n1 eine ganze Zahl von 2 bis 4 sein, n2 kann eine ganze Zahl von 2 bis 4 sein, und n3 kann ebenfalls eine ganze Zahl von 2 bis 4 sein. Die Werte von n1, n2 und n3 hängen von der Tiefe (D1 + D2) der zweiten Vertiefung 104 ab.
In den 2, 3A und 6A wird ein Vorbeschichtungsprozess an dem Halbleitersubstrat 100 und der erste Struktur P1 der Maskenschicht 110a mit den ersten Zyklen C1 durchgeführt, sodass ein Passivierungsbelag 120 konform auf der ersten Struktur P1, dem ersten Kontakthügel BP1 und dem Halbleitersubstrat 100 entsteht. Da der Passivierungsbelag 120 durch die ersten Zyklen C1 entsteht, sind die ersten Zyklen C1 Vorbeschichtungszyklen. Während der ersten Zyklen C1 ist eine Dauer E1 des Ätzschritts variabel und verlängert sich schrittweise, eine Dauer D1 des Passivierungsschritts ist variabel und verkürzt sich schrittweise, und ein erstes Verhältnis E1/D1 der Dauer des Ätzschritts zu der Dauer des Passivierungsschritts ist variabel und steigt schrittweise an. Bei einigen Ausführungsformen verlängert sich während der ersten Zyklen C1 (d. h., der Vorbeschichtungszyklen) die Dauer E1 des Ätzschritts linear schrittweise, die Dauer D1 des Passivierungsschritts verkürzt sich linear schrittweise, und das erste Dauer-Verhältnis E1/D1 steigt nichtlinear schrittweise an. Das erste Dauer-Verhältnis E1/D1 ist variabel und kann schrittweise von X1 auf Y1 ansteigen, wobei X1 kleiner als 1 (z. B. etwa 0,4) ist und Y1 größer als 1 und kleiner als 1,5 ist.
Wie in 3A gezeigt ist, wird während des Passivierungsschritts jedes ersten Zyklus C1 ein Passivierungsgas (z. B. C₄F₈) in die Reaktionskammer eingeleitet, wobei der Durchsatz des Passivierungsgases etwa 200 Sccm/min bis etwa 300 Sccm/min (z. B. etwa 250 Sccm/min) betragen kann. Während des Ätzschritts jedes ersten Zyklus C1 wird ein Ätzgas (z. B. SF₆) in die Reaktionskammer eingeleitet, wobei der Durchsatz des Ätzgases etwa 350 Sccm/min bis etwa 450 Sccm/min (z. B. etwa 400 Sccm/min) betragen kann. Mit anderen Worten, das Passivierungsgas und das Ätzgas werden abwechselnd in die Reaktionskammer eingeleitet, wenn die ersten Zyklen C1 durchgeführt werden. Bei einigen Ausführungsformen kann der Passivierungsschritt jedes ersten Zyklus C1 eine Verstärkung B1 und eine anschließende Passivierung P umfassen, wobei die Dauer der Verstärkung B1 etwa 0,3 s bis etwa 0,7 s (z. B. etwa 0,5 s) beträgt, der Prozessdruck, der während der Verstärkung B1 für die Reaktionskammer verwendet wird, etwa 35 Torr bis etwa 45 Torr (z. B. etwa 40 Torr) betragen kann, sich die Dauer der Passivierung P linear schrittweise von etwa 5 s auf etwa 2 s verkürzt und der Prozessdruck, der während der Passivierung P für die Reaktionskammer verwendet wird, etwa 75 Torr bis etwa 85 Torr (z. B. etwa 80 Torr) betragen kann.
Bei einigen Ausführungsformen kann während der ersten Zyklen (z. B. der ersten drei Zyklen) in den ersten Zyklen C1 jeder Ätzschritt lediglich eine Verstärkung B2 umfassen, wobei die Dauer der Verstärkung B2 variabel sein kann und sich schrittweise von etwa 2 s auf etwa 2,5 s verlängern kann. Die Verstärkung B2 kann verwendet werden, um Teile des Passivierungsbelags 120, die sich auf Oberseiten des Halbleitersubstrats 100 und der ersten Struktur P1 befinden, zumindest teilweise zu entfernen, während Teile des Passivierungsbelags 120, die sich auf Seitenwänden der ersten Struktur P1 befinden, durch die Verstärkung B2 nicht entfernt werden. Zum Beispiel wird während der Verstärkung B2 der ersten Zyklen C1 ein Ionenbeschuss, der durch das Plasma ermöglicht wird, das in der Reaktionskammer erzeugt wird, zum Entfernen der Teile des Passivierungsbelags 120 verwendet, die sich auf den Oberseiten des Halbleitersubstrats 100 und der ersten Struktur P1 befinden. Die Teile des Passivierungsbelags 120, die sich auf den Seitenwänden der ersten Struktur P1 befinden, werden mit dem Ionenbeschuss durch das Plasma nicht entfernt. Nach der Durchführung der ersten Schritte (z. B. der ersten drei Schritte) in den ersten Zyklen C1 können das Halbleitersubstrat 100 und der erste Kontakthügel BP1 auf Grund des Schutzes der Vorbeschichtung (d. h., des Passivierungsbelags 120) nicht geätzt sein.
In den 3A, 6B und 6C kann während der übrigen Schritte (z. B. des vierten und des fünften Schritts) in den ersten Zyklen C1 jeder Ätzschritt eine Verstärkung B2 mit einer anschließenden Hauptätzung M umfassen. Die Dauer der Verstärkung B2 kann konstant sein und etwa 2 s bis etwa 3 s (z. B. etwa 2,5 s) betragen, der Prozessdruck, der während der Verstärkung B2 für die Reaktionskammer verwendet wird, kann etwa 20 Torr bis etwa 30 Torr (z. B. etwa 25 Torr) betragen, die Dauer der Hauptätzung M kann variabel sein und sich linear schrittweise verlängern, und der Prozessdruck, der während der Hauptätzung M für die Reaktionskammer verwendet wird, kann etwa 75 Torr bis etwa 85 Torr (z. B. etwa 80 Torr) betragen. Wie in 3A gezeigt ist, können nach der Durchführung der übrigen Schritte (z. B. des vierten und des fünften Schritts) in den ersten Zyklen C1 die Teile des Passivierungsbelags 120, die auf den Oberseiten des Halbleitersubstrats 100 und der ersten Struktur P1 entstanden sind, entfernt werden, und auf den Seitenwänden der ersten Struktur P1 entsteht ein Passivierungsbelag 120a. Wie in 6C gezeigt ist, kann nach der Durchführung der übrigen Schritte (z. B. des vierten und des fünften Schritts) in den ersten Zyklen C1 das Halbleitersubstrat 100 geringfügig geätzt werden, um einen geätzten Kontakthügel BP herzustellen, wobei eine Oberseite des geätzten Kontakthügels BP niedriger als eine Unterseite der ersten Struktur P1 ist.
Bei einigen Ausführungsformen kann während der Verstärkung B2 jedes Ätzschritts in den ersten Zyklen C1 weiterhin Sauerstoffgas (O₂) in die Reaktionskammer eingeleitet werden, wobei der Durchsatz des Sauerstoffgases etwa 45 Sccm/min bis etwa 55 Sccm/min (z. B. etwa 50 Sccm/min) betragen kann. Außerdem kann auch während der Hauptätzung M jedes Ätzschritts in den ersten Zyklen C1 Sauerstoffgas in die Reaktionskammer eingeleitet werden, wobei der Durchsatz des Sauerstoffgases etwa 0,5 Sccm/min bis etwa 1,5 Sccm/min (z. B. etwa 1 Sccm/min) betragen kann.
Beim Durchführen der Passivierungsschritte der ersten Zyklen C1 beträgt eine Spulen-Hochfrequenzleistung, die für die Spule (d. h. die obere Elektrode) der Reaktionskammer verwendet wird, etwa 1800 W bis etwa 2200 W (z. B. etwa 2000 W). Beim Durchführen der Ätzschritte der ersten Zyklen C1 beträgt die Spulen-Hochfrequenzleistung, die für die Spule der Reaktionskammer verwendet wird, etwa 2300 W bis etwa 2700 W (z. B. etwa 2500 W). Während der Verstärkung B2 beträgt die Platten-Hochfrequenzleistung, die für die Platte (d. h. die untere Elektrode) der Reaktionskammer verwendet wird, etwa 100 W bis etwa 150 W (z. B. etwa 125 W), und während der Hauptätzung M beträgt die Platten-Hochfrequenzleistung, die für die Platte (d. h. die untere Elektrode) der Reaktionskammer verwendet wird, etwa 15 W bis etwa 25 W (z. B. etwa 20 W). Außerdem arbeitet die Platte bei einer hohen Frequenz in dem Bereich von 10 MHz bis 15 MHz, z. B. bei etwa 13,56 MHz.
Nachdem die ersten Zyklen C1 durchgeführt worden sind, wird der Passivierungsbelag 120a, der in 6B gezeigt ist, selektiv auf Seitenwänden der ersten Struktur P1 hergestellt. Bei einigen Ausführungsformen kann das Material des Passivierungsbelags 120 oder 120a C₄F₈ aufweisen.
In den 2, 3B und 6D bis 6E wird ein Ätzprozess einer ersten Stufe, der die zweiten Zyklen C2 umfasst, durchgeführt, um das Halbleitersubstrat 100 und den geätzten Kontakthügel BP, die nicht von der ersten Struktur P1 bedeckt sind, anisotrop zu ätzen. Da das Halbleitersubstrat 100 und der geätzte Kontakthügel BP mit den zweiten Zyklen C2 geätzt werden, sind die zweiten Zyklen C2 erste Ätzzyklen. Während der zweiten Zyklen C2 sind eine Dauer E2 des Ätzschritts, eine Dauer D2 des Passivierungsschritts und ein zweites Verhältnis E2/D2 der Dauer des Ätzschritts zu der Dauer des Passivierungsschritts konstant. Bei einigen Ausführungsformen ist das erste Dauer-Verhältnis E1/D1 kleiner als das zweite Dauer-Verhältnis E2/D2. Zum Beispiel kann das zweite Dauer-Verhältnis E2/D2 etwa 1,4 bis etwa 1,6 betragen.
Wie in 3B gezeigt ist, wird während des Passivierungsschritts jedes zweiten Zyklus C2 ein Passivierungsgas (z. B. C₄F₈) in die Reaktionskammer eingeleitet, wobei der Durchsatz des Passivierungsgases etwa 200 Sccm/min bis etwa 300 Sccm/min (z. B. etwa 250 Sccm/min) betragen kann. Während des Ätzschritts jedes zweiten Zyklus C2 wird ein Ätzgas (z. B. SF₆) in die Reaktionskammer eingeleitet, wobei der Durchsatz des Ätzgases etwa 350 Sccm/min bis etwa 450 Sccm/min (z. B. etwa 400 Sccm/min) betragen kann. Mit anderen Worten, das Passivierungsgas und das Ätzgas werden abwechselnd in die Reaktionskammer eingeleitet, wenn die zweiten Zyklen C2 durchgeführt werden. Bei einigen Ausführungsformen kann der Passivierungsschritt jedes zweiten Zyklus C2 eine Verstärkung B1 und eine anschließende Passivierung P umfassen, wobei die Dauer der Verstärkung B1 etwa 0,3 s bis etwa 0,7 s (z. B. etwa 0,5 s) betragen kann, der Prozessdruck, der während der Verstärkung B1 für die Reaktionskammer verwendet wird, etwa 35 Torr bis etwa 45 Torr (z. B. etwa 40 Torr) betragen kann, die Dauer der Passivierung P 1,5 s bis 2,5 s (z. B. etwa 2 s) beträgt, und der Prozessdruck, der während der Passivierung P für die Reaktionskammer verwendet wird, etwa 75 Torr bis etwa 85 Torr (z. B. etwa 80 Torr) betragen kann.
Bei einigen Ausführungsformen kann der Ätzschritt jedes zweiten Zyklus C2 eine Verstärkung B2 mit einer anschließenden Hauptätzung M umfassen. Die Dauer der Verstärkung B2 kann konstant sein und etwa 2 s bis etwa 3 s (z. B. etwa 2,5 s) betragen, der Prozessdruck, der während der Verstärkung B2 für die Reaktionskammer verwendet wird, kann etwa 20 Torr bis etwa 30 Torr (z. B. etwa 25 Torr) betragen, die Dauer der Hauptätzung M kann konstant sein und etwa 0,3 s bis etwa 0,7 s (z. B. etwa 0,5 s) betragen, und der Prozessdruck, der während der Hauptätzung M für die Reaktionskammer verwendet wird, kann etwa 75 Torr bis etwa 85 Torr (z. B. etwa 80 Torr) betragen.
Die Verstärkung B2 kann zum Entfernen von Teilen des Passivierungsbelags 120b verwendet werden, die auf einer Unterseite der ersten Vertiefung 102 des Halbleitersubstrats 100 und einer Oberseite der ersten Struktur P1 hergestellt sind. Teile des Passivierungsbelags 120b, die auf den Seitenwänden der ersten Vertiefung 102, auf den Seitenwänden des geätzten Kontakthügels BP und den Seitenwänden der ersten Struktur P1 hergestellt sind, werden durch die Verstärkung B2 nicht entfernt. Zum Beispiel wird während der Verstärkung B2 der zweiten Zyklen C2 ein Ionenbeschuss, der durch das Plasma ermöglicht wird, das in der Reaktionskammer erzeugt wird, zum Entfernen der Teile des Passivierungsbelags 120b verwendet, sodass dieser auf den Seitenwänden der ersten Struktur P1 und den Seitenwänden des geätzten Kontakthügels BP entsteht. Die Hauptätzung M des zweiten Zyklus C2 kann zum Ätzen des Halbleitersubstrats 100 verwendet werden, sodass die erste Vertiefung 102 vertieft wird, wie in 6D gezeigt ist.
Bei einigen Ausführungsformen kann während der Verstärkung B2 jedes Ätzschritts in den zweiten Zyklen C2 weiterhin Sauerstoffgas (O₂) in die Reaktionskammer eingeleitet werden, wobei der Durchsatz des Sauerstoffgases etwa 45 Sccm/min bis etwa 55 Sccm/min (z. B. etwa 50 Sccm/min) betragen kann. Außerdem kann auch während der Hauptätzung M jedes Ätzschritts in den zweiten Zyklen C2 Sauerstoffgas in die Reaktionskammer eingeleitet werden, wobei der Durchsatz des Sauerstoffgases etwa 0,5 Sccm/min bis etwa 1,5 Sccm/min (z. B. etwa 1 Sccm/min) betragen kann.
Beim Durchführen der Passivierungsschritte der zweiten Zyklen C2 beträgt eine Spulen-Hochfrequenzleistung, die für die Spule (d. h. die obere Elektrode) der Reaktionskammer verwendet wird, etwa 1800 W bis etwa 2200 W (z. B. etwa 2000 W). Beim Durchführen der Ätzschritte der zweiten Zyklen C2 beträgt die Spulen-Hochfrequenzleistung, die für die Spule der Reaktionskammer verwendet wird, etwa 2300 W bis etwa 2700 W (z. B. etwa 2500 W). Während der Verstärkung B2 beträgt die Platten-Hochfrequenzleistung, die für die Platte (d. h. die untere Elektrode) der Reaktionskammer verwendet wird, etwa 100 W bis etwa 150 W (z. B. etwa 125 W), und während der Hauptätzung M beträgt die Platten-Hochfrequenzleistung, die für die Platte (d. h. die untere Elektrode) der Reaktionskammer verwendet wird, etwa 15 W bis etwa 25 W (z. B. etwa 20 W). Außerdem arbeitet die Platte bei einer hohen Frequenz in dem Bereich von 10 MHz bis 15 MHz, z. B. bei etwa 13,56 MHz.
Nachdem die zweiten Zyklen C2 durchgeführt worden sind, wird der Passivierungsbelag 120b, der in 6E gezeigt ist, selektiv auf den Seitenwänden der ersten Struktur P1 und den Seitenwänden der ersten Vertiefung 102 hergestellt. Bei einigen Ausführungsformen kann das Material der Passivierungsbeläge 120a und 120b C₄F₈ aufweisen.
In den 2, 3C, 5F, 6D und 6E kann nach dem Ätzprozess der ersten Stufe, der die zweiten Zyklen C2 umfasst, ein Ätzprozess einer zweiten Stufe, der die dritten Zyklen C3 umfasst, optional durchgeführt werden, um das Halbleitersubstrat 100 und den geätzten Kontakthügel BP anisotrop zu ätzen und die Rauheit der Unterseite der zweiten Vertiefung 104 (siehe 5F) zu erhöhen. Da das Halbleitersubstrat 100 und der geätzte Kontakthügel BP weiterhin mit den dritten Zyklen C3 geätzt werden, sind die dritten Zyklen C3 zweite Ätzzyklen. Während der dritten Zyklen C3 ist eine Dauer E3 des Ätzschritts variabel und verlängert sich schrittweise, eine Dauer D3 des Passivierungsschritts ist konstant, und ein drittes Verhältnis E3/D3 der Dauer des Ätzschritts zu der Dauer des Passivierungsschritts ist variabel und steigt schrittweise an. Bei einigen Ausführungsformen verlängert sich während der dritten Zyklen C3 (d. h. der zweiten Ätzzyklen) die Dauer E3 des Ätzschritts linear schrittweise, und das dritte Dauer-Verhältnis E3/D3 steigt linear schrittweise an. Das dritte Dauer-Verhältnis E3/D3 ist variabel und kann schrittweise von X2 auf Y2 ansteigen, wobei X2 und Y2 größer als 1 und kleiner als das zweite Dauer-Verhältnis sind. Das dritte Dauer-Verhältnis E3/D3 kann zum Beispiel etwa 1,2 bis etwa 1,35 betragen.
Wie in 3C gezeigt ist, wird während des Passivierungsschritts jedes dritten Zyklus C3 ein Passivierungsgas (z. B. C₄F₈) in die Reaktionskammer eingeleitet, wobei der Durchsatz des Passivierungsgases etwa 150 Sccm/min bis etwa 250 Sccm/min (z. B. etwa 200 Sccm/min) betragen kann. Während des Ätzschritts jedes dritten Zyklus C3 wird ein Ätzgas (z. B. SF₆) in die Reaktionskammer eingeleitet, wobei der Durchsatz des Passivierungsgases etwa 200 Sccm/min bis etwa 300 Sccm/min (z. B. etwa 250 Sccm/min) betragen kann. Mit anderen Worten, das Passivierungsgas und das Ätzgas werden abwechselnd in die Reaktionskammer eingeleitet, wenn die dritten Zyklen C3 durchgeführt werden. Bei einigen Ausführungsformen kann der Passivierungsschritt jedes dritten Zyklus C3 lediglich eine Passivierung P umfassen, wobei die Dauer der Passivierung P konstant sein kann und etwa 1,5 s bis etwa 2,5 s (z. B. etwa 2 s) beträgt und der Prozessdruck, der während der Passivierung P für die Reaktionskammer verwendet wird, etwa 15 Torr bis etwa 25 Torr (z. B. etwa 20 Torr) betragen kann.
Bei einigen Ausführungsformen kann während der dritten Zyklen C3 jeder Ätzschritt eine Verstärkung B2 mit einer anschließenden Hauptätzung M umfassen. Die Dauer der Verstärkung B2 kann konstant sein und etwa 0,5 s bis etwa 1,5 s (z. B. etwa 1 s) betragen, der Prozessdruck, der während der Verstärkung B2 für die Reaktionskammer verwendet wird, kann etwa 10 Torr bis etwa 20 Torr (z. B. etwa 15 Torr) betragen, die Dauer der Hauptätzung M kann variabel sein und sich schrittweise linear verlängern, und der Prozessdruck, der während der Hauptätzung M für die Reaktionskammer verwendet wird, kann etwa 20 Torr bis etwa 25 Torr (z. B. etwa 22 Torr) betragen. Die Dauer der Hauptätzung M verlängert sich zum Beispiel linear schrittweise von etwa 2,4 s auf etwa 2,7 s.
Beim Durchführen der Passivierungsschritte der dritten Zyklen C3 beträgt die Spulen-Hochfrequenzleistung, die für die Spule (d. h. die obere Elektrode) der Reaktionskammer verwendet wird, etwa 1600 W bis etwa 2000 W (z. B. etwa 1800 W). Beim Durchführen der Ätzschritte der dritten Zyklen C3 beträgt die Spulen-Hochfrequenzleistung, die für die Spule der Reaktionskammer verwendet wird, etwa 2300 W bis etwa 2700 W (z. B. etwa 2500 W). Während der Verstärkung B2 beträgt die Platten-Hochfrequenzleistung, die für die Platte (d. h. die untere Elektrode) der Reaktionskammer verwendet wird, etwa 80 W bis etwa 120 W (z. B. etwa 100 W), und während der Hauptätzung M steigt die Platten-Hochfrequenzleistung, die für die Platte (d. h. die untere Elektrode) der Reaktionskammer verwendet wird, linear schrittweise von etwa 85 W auf etwa 87 W an. Außerdem arbeitet die Platte bei einer niedrigen Frequenz in dem Bereich von 350 kHz bis etwa 450 kHz (z. B. bei etwa 380 kHz). Zusammengefasst kann gesagt werden: Die vorstehenden ersten Zyklen C1 und zweiten Zyklen C2 werden bei einer hohen Frequenz in dem Bereich von etwa 10 MHz bis etwa 15 MHz (z. B. bei etwa 13,56 MHz) durchgeführt, und die dritten Zyklen C3 werden bei einer niedrigen Frequenz durchgeführt, die niedriger als die hohe Frequenz ist und etwa 350 kHz bis etwa 450 kHz (z. B. etwa 380 kHz) beträgt.
In dem Substrat mit Vertiefungen (nachstehend „Vertiefungssubstrat“) , das in 5F gezeigt ist, kann eine Mehrzahl von zweiten Vertiefungen 104 in dem Halbleitersubstrat 100 hergestellt werden, und die Tiefengleichmäßigkeit der zweiten Vertiefungen 104 und das Profil der zweiten Kontakthügel BP können durch die ersten Zyklen C1 (d. h., die Vorbeschichtungszyklen) und die zweiten Zyklen C2 verbessert werden. Außerdem kann die Rauheit der Unterseite der zweiten Vertiefungen 104 mit den dritten Zyklen C3 erhöht oder optimiert werden.
Die 7A bis 7H sind schematische Schnittansichten eines Verfahrens zum Herstellen eines MEMS-Bauelements (MEMS: mikroelektromechanisches System), das ein Vertiefungssubstrat, ein MEMS-Substrat und eine Steuerschaltung aufweist.
In 7A werden ein Vertiefungssubstrat 200 und ein MEMS-Substrat 300 mit mindestens einem oder einer Mehrzahl von beweglichen Teilen 310 und 320 bereitgestellt. Das Vertiefungssubstrat 200 wird mit dem Verfahren hergestellt, das in den 5A bis 5F gezeigt ist. Das Vertiefungssubstrat 200 weist ein Substrat 100 mit Vertiefungen 104 und Kontakthügeln BP2 auf, wobei die beweglichen Teile 310 und 320 in Bezug zu dem MEMS-Substrat 300 beweglich sind. Bei einigen Ausführungsformen können die beweglichen Teile 310 und 320 Bestandteil zum Beispiel eines Beschleunigungsmessers oder eines Gyrometers sein.
In 7B wird das MEMS-Substrat 300 an das Vertiefungssubstrat 200 gebondet. Bei einigen Ausführungsformen werden das Vertiefungssubstrat 200 und das MEMS-Substrat 300 zum Beispiel in Waferform hergestellt, und sie können mit einem Bondprozess auf Waferebene aneinander gebondet werden. Nachdem das Vertiefungssubstrat 200 und das MEMS-Substrat 300 aneinander gebondet worden sind, wird eine Steuerschaltung 400 bereitgestellt. Die Steuerschaltung 400 wird zum Beispiel in Waferform hergestellt.
In 7C wird die Steuerschaltung 400 so an das MEMS-Substrat 300 gebondet, dass sie mit diesem elektrisch verbunden wird. Nachdem die Steuerschaltung 400 an das MEMS-Substrat 300 gebondet und mit diesem elektrisch verbunden worden ist, ist das MEMS-Bauelement im Wesentlichen fertiggestellt. Wie in 7C gezeigt ist, wird das MEMS-Bauelement zwischen das Vertiefungssubstrat 200 und die Steuerschaltung 400 geschichtet. Bei einigen Ausführungsformen werden das Vertiefungssubstrat 200, das MEMS-Substrat 300 und die Steuerschaltung 400 alle zum Beispiel in Waferform hergestellt, und sie können mit einem Bondprozess auf Waferebene aneinander gebondet werden.
Wenn sich in dem MEMS-Bauelement die beweglichen Teile 310 und 320 in die Vertiefungen 104 des Vertiefungssubstrats 200 bewegen, kann die Bewegung der beweglichen Teile 310 und 320 von den Kontakthügeln BP2 des Vertiefungssubstrats 200 beschränkt oder gestoppt werden. Somit fungieren die Kontakthügel BP2 als Stopper für die beweglichen Teile 310 und 320.In dem MEMS-Bauelement können die Tiefengleichmäßigkeit der Vertiefungen 104 und das Profil der Kontakthügel BP2 durch die ersten Zyklen C1 (d. h. die Vorbeschichtungszyklen) und die zweiten Zyklen C2 verbessert werden. Da außerdem die Rauheit der Unterseite der Vertiefungen 102 durch die dritten Zyklen C3 erhöht werden kann, kann die Van-der-Waals-Kraft, die zwischen den Kontakthügeln BP2 und den beweglichen Teilen 310 und 320 entsteht, minimiert werden. Dadurch kann die Haftreibung der beweglichen Teile 310 und 320 verbessert oder vermieden werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterstruktur mit den folgenden Schritten bereitgestellt. Auf einem Halbleitersubstrat wird eine Maskenschicht hergestellt, wobei die Maskenschicht eine erste Struktur und eine zweite Struktur aufweist und wobei die zweite Struktur zumindest teilweise in Bereichen hergestellt wird, die Öffnungen in der ersten Struktur entsprechen. Das Halbleitersubstrat, das nicht von der Maskenschicht bedeckt ist, wird anisotrop geätzt, bis eine erste Vertiefung in dem Halbleitersubstrat und ein erster Kontakthügel, der von der zweiten Struktur bedeckt ist, entstehen. Bei einigen Ausführungsformen umfasst das anisotrope Ätzen des Halbleitersubstrats, das nicht von der Maskenschicht bedeckt ist, das Durchführen einer Mehrzahl von ersten Zyklen und das Durchführen einer Mehrzahl von zweiten Zyklen nach dem Durchführen der ersten Zyklen umfasst, wobei jeder Zyklus in den ersten und den zweiten Zyklen das Durchführen eines Passivierungsschritts und das Durchführen eines Ätzschritts nach dem Durchführen des Passivierungsschritts umfasst. Während der ersten Zyklen ist ein erstes Verhältnis einer Dauer des Ätzschritts zu einer Dauer des Passivierungsschritts variabel und steigt schrittweise an. Während der zweiten Zyklen ist ein zweites Verhältnis der Dauer des Ätzschritts zu der Dauer des Passivierungsschritts konstant, wobei das erste Dauer-Verhältnis kleiner als das zweite Dauer-Verhältnis ist. Die zweite Struktur der Maskenschicht wird von dem ersten Kontakthügel entfernt. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Halbleitersubstrat, das nicht von der ersten Struktur der Maskenschicht bedeckt ist, anisotrop geätzt bis die erste Vertiefung so vertieft ist, dass aus ihr eine zweite Vertiefung entsteht und aus dem ersten Kontakthügel ein zweiter Kontakthügel in der zweiten Vertiefung entsteht, wobei das anisotrope Ätzen des Halbleitersubstrats, das nicht von der ersten Struktur der Maskenschicht bedeckt ist, das Durchführen einer Mehrzahl von Zyklen umfasst, die jeweils das Durchführen eines Passivierungsschritts und das Durchführen eines Ätzschritts nach dem Durchführen des Passivierungsschritts umfassen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterstruktur mit den folgenden Schritten bereitgestellt. Auf einem Halbleitersubstrat wird eine Maskenschicht hergestellt, wobei die Maskenschicht eine erste Struktur und eine zweite Struktur aufweist und wobei die zweite Struktur zumindest teilweise in Bereichen hergestellt wird, die Öffnungen in der ersten Struktur entsprechen. Das Halbleitersubstrat, das nicht von der Maskenschicht bedeckt ist, wird anisotrop geätzt, bis eine erste Vertiefung und ein erster Kontakthügel, der von der zweiten Struktur bedeckt ist, entstehen. Die zweite Struktur der Maskenschicht wird von dem ersten Kontakthügel entfernt. Das Halbleitersubstrat, das nicht von der ersten Struktur der Maskenschicht bedeckt ist, wird anisotrop geätzt, bis die erste Vertiefung so vertieft ist, dass aus ihr eine zweite Vertiefung entsteht und aus dem ersten Kontakthügel ein zweiter Kontakthügel in der zweiten Vertiefung entsteht. Bei einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfasst das anisotrope Ätzen des Halbleitersubstrats, das nicht von der ersten Struktur der Maskenschicht bedeckt ist, das Durchführen einer Mehrzahl von ersten Zyklen und das Durchführen einer Mehrzahl von zweiten Zyklen nach dem Durchführen der ersten Zyklen, wobei jeder Zyklus in den ersten und den zweiten Zyklen das Durchführen eines Passivierungsschritts und das Durchführen eines Ätzschritts nach dem Durchführen des Passivierungsschritts umfasst. Während der ersten Zyklen ist ein erstes Verhältnis einer Dauer des Ätzschritts zu einer Dauer des Passivierungsschritts variabel und steigt schrittweise an. Während der zweiten Zyklen ist ein zweites Verhältnis der Dauer des Ätzschritts zu der Dauer des Passivierungsschritts konstant, wobei das erste Dauer-Verhältnis kleiner als das zweite Dauer-Verhältnis ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterstruktur mit den folgenden Schritten bereitgestellt. Auf einem Halbleitersubstrat wird eine Maskenschicht hergestellt, wobei die Maskenschicht eine erste Struktur und eine zweite Struktur aufweist. Das Halbleitersubstrat, das nicht von der Maskenschicht bedeckt ist, wird anisotrop geätzt, bis eine erste Vertiefung und ein erster Kontakthügel entstehen, die von der zweiten Struktur bedeckt sind. Die zweite Struktur der Maskenschicht wird von dem ersten Kontakthügel entfernt. Das Halbleitersubstrat, das nicht von der ersten Struktur der Maskenschicht bedeckt ist, wird anisotrop geätzt, bis die erste Vertiefung so vertieft ist, dass eine zweite Vertiefung entsteht und in der zweiten Vertiefung ein zweiter Kontakthügel entsteht, wobei das anisotrope Ätzen des Halbleitersubstrats, das nicht von der ersten Struktur der Maskenschicht bedeckt ist, eine Mehrzahl von Vorbeschichtungszyklen und eine Mehrzahl von ersten Ätzzyklen umfasst. Bei einigen Ausführungsformen wird die Mehrzahl von ersten Ätzzyklen nach den Vorbeschichtungszyklen durchgeführt. Bei einigen Ausführungsformen umfasst das anisotrope Ätzen des Halbleitersubstrats, das nicht von der ersten Struktur der Maskenschicht bedeckt ist, weiterhin eine Mehrzahl von zweiten Ätzzyklen, die nach den ersten Ätzzyklen durchgeführt werden. Jeder Zyklus in den Vorbeschichtungszyklen und den ersten Ätzzyklen umfasst einen Passivierungsschritt und einen Ätzschritt umfasst, der nach dem Passivierungsschritt durchgeführt wird. In Ausführungsformen mit den zweiten Ätzzyklen umfassen diese ebenfalls einen Passivierungsschritt und einen Ätzschritt, der nach dem Passivierungsschritt durchgeführt wird. Während der Vorbeschichtungszyklen ist ein erstes Verhältnis der Dauer des Ätzschritts zu der Dauer des Passivierungsschritts variabel und steigt schrittweise an. Bei einigen Ausführungsformen ist während der Vorbeschichtungszyklen eine Dauer des Ätzschritts variabel und verlängert sich schrittweise und eine Dauer des Passivierungsschritts ist variabel und verkürzt sich schrittweise. Während der ersten Ätzzyklen ist ein zweites Verhältnis der Dauer des Ätzschritts zu der Dauer des Passivierungsschritts konstant. Bei einigen Ausführungsformen sind die Dauer des Ätzschritts und die Dauer des Passivierungsschritts konstant. In Ausführungsformen mit den zweiten Ätzzyklen ist während der zweiten Ätzzyklen die Dauer des Ätzschritts variabel und verlängert sich schrittweise, die Dauer des Passivierungsschritts ist konstant, und ein drittes Verhältnis der Dauer des Ätzschritts zu der Dauer des Passivierungsschritts ist variabel und steigt schrittweise an. Das zweite Dauer-Verhältnis ist größer als das erste Dauer-Verhältnis. In Ausführungsformen mit den zweiten Ätzzyklen ist das zweite Dauer-Verhältnis größer als das dritte Dauer-Verhältnis.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer MEMS-Vorrichtung (MEMS: mikroelektromechanisches System) mit den folgenden Schritten mit den folgenden Schritten bereitgestellt. Auf einem Halbleitersubstrat wird eine Maskenschicht hergestellt, wobei die Maskenschicht eine erste Struktur und eine zweite Struktur aufweist und wobei die zweite Struktur zumindest teilweise in Bereichen hergestellt wird, die Öffnungen in der ersten Struktur entsprechen. Das Halbleitersubstrat, das nicht von der Maskenschicht bedeckt ist, wird anisotrop geätzt, bis eine erste Vertiefung und ein erster Kontakthügel, der von der zweiten Struktur bedeckt ist, entstehen. Die zweite Struktur der Maskenschicht wird von dem ersten Kontakthügel entfernt. Das Halbleitersubstrat, das nicht von der ersten Struktur der Maskenschicht bedeckt ist, wird anisotrop geätzt, bis die erste Vertiefung so vertieft ist, dass aus ihr eine zweite Vertiefung entsteht, und aus dem ersten Kontakthügel ein zweiter Kontakthügel in der zweiten Vertiefung entsteht, wobei das anisotrope Ätzen des Halbleitersubstrats, das nicht von der ersten Struktur der Maskenschicht bedeckt ist, eine Mehrzahl von Vorbeschichtungszyklen, eine Mehrzahl von ersten Ätzzyklen, die nach den Vorbeschichtungszyklen durchgeführt werden, und eine Mehrzahl von zweiten Ätzzyklen umfasst, die nach den ersten Ätzzyklen durchgeführt werden, wobei jeder Zyklus in den Vorbeschichtungszyklen, den ersten Ätzzyklen und den zweiten Ätzzyklen einen Passivierungsschritt und einen Ätzschritt umfasst, der nach dem Passivierungsschritt durchgeführt wird. Während der Vorbeschichtungszyklen ist ein erstes Verhältnis einer Dauer des Ätzschritts zu einer Dauer des Passivierungsschritts variabel und steigt schrittweise an, so dass ein erstes Dauer-Verhältnis aus der Dauer des Ätzschritts und der Dauer des Passivierungsschritts variabel ist und schrittweise ansteigt. Während der ersten Ätzzyklen ist ein zweites Verhältnis der Dauer des Ätzschritts zu der Dauer des Passivierungsschritts konstant, so dass ein zweite Dauer-Verhältnis aus der Dauer des Ätzschritts und der Dauer des Passivierungsschritts konstant ist. Während der zweiten Ätzzyklen ist ein drittes Verhältnis der Dauer des Ätzschritts zu der Dauer des Passivierungsschritts variabel und steigt schrittweise an, so dass ein drittes Dauer-Verhältnis aus der Dauer des Ätzschritts und der Dauer des Passivierungsschritts variabel ist und schrittweise ansteigt. Das zweite Dauer-Verhältnis ist größer als das erste Dauer-Verhältnis und das dritte Dauer-Verhältnis.
Bei einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterstruktur mit den folgenden Schritten bereitgestellt: Herstellen eines Vertiefungssubstrats; Bereitstellen eines MEMS-Substrats (MEMS: mikroelektromechanisches System) mit einem beweglichen Teil; Bonden des MEMS-Substrats an das Vertiefungssubstrat; und elektrisches Verbinden des MEMS-Substrats, das an das Vertiefungssubstrat gebondet ist, mit einer Steuerschaltung. Das Vertiefungssubstrat wird mit den folgenden Schritten hergestellt. Auf einem Halbleitersubstrat wird eine Maskenschicht mit einer ersten Struktur und einer zweiten Struktur hergestellt. Das Halbleitersubstrat, das nicht von der Maskenschicht bedeckt ist, wird anisotrop geätzt, bis eine erste Vertiefung und ein erster Kontakthügel entstehen, die von der zweiten Struktur bedeckt sind. Die zweite Struktur der Maskenschicht wird von dem ersten Kontakthügel entfernt. Das Halbleitersubstrat, das nicht von der ersten Struktur der Maskenschicht bedeckt ist, wird anisotrop geätzt, bis die erste Vertiefung so vertieft ist, dass eine zweite Vertiefung entsteht und in der zweiten Vertiefung ein zweiter Kontakthügel entsteht, wobei das anisotrope Ätzen des Halbleitersubstrats, das nicht von der ersten Struktur bedeckt ist, das Durchführen einer Mehrzahl von ersten Zyklen und das Durchführen einer Mehrzahl von zweiten Zyklen nach dem Durchführen der ersten Zyklen umfasst, wobei jeder Zyklus in den ersten und den zweiten Zyklen das Durchführen eines Passivierungsschritts und das Durchführen eines Ätzschritts nach dem Durchführen des Passivierungsschritts umfasst. Während der ersten Zyklen ist ein erstes Verhältnis einer Dauer des Ätzschritts zu einer Dauer des Passivierungsschritts variabel und steigt schrittweise an. Während der zweiten Zyklen ist ein zweites Verhältnis der Dauer des Ätzschritts zu der Dauer des Passivierungsschritts konstant, wobei das erste Dauer-Verhältnis kleiner als das zweite Dauer-Verhältnis ist. Die Bewegung des beweglichen Teils wird von dem zweiten Kontakthügel beschränkt, der in der zweiten Vertiefung hergestellt ist.

Claims

Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterstruktur mit den folgenden Schritten: Herstellen einer Maskenschicht (110a) auf einem Halbleitersubstrat (100), wobei die Maskenschicht (110a) eine erste Struktur (P1) und eine zweite Struktur (P2) aufweist und wobei die zweite Struktur (P2) zumindest teilweise in Bereichen hergestellt wird, die Öffnungen in der ersten Struktur (P1) entsprechen; anisotropes Ätzen des Halbleitersubstrats (100), das nicht von der Maskenschicht (110a) bedeckt ist, bis eine erste Vertiefung (102) und ein erster Kontakthügel (BP1), der von der zweiten Struktur (P2) bedeckt ist, entstehen; Entfernen der zweiten Struktur (P2) der Maskenschicht (110a) von dem ersten Kontakthügel (BP1); und anisotropes Ätzen des Halbleitersubstrats (100), das nicht von der ersten Struktur (P1) der Maskenschicht (110a) bedeckt ist, bis die erste Vertiefung (102) so vertieft ist, dass aus ihr eine zweite Vertiefung (104) entsteht und aus dem ersten Kontakthügel (BP1) ein zweiter Kontakthügel (BP2) in der zweiten Vertiefung (104) entsteht, wobei das anisotrope Ätzen des Halbleitersubstrats (100), das nicht von der ersten Struktur (P2) der Maskenschicht (110a) bedeckt ist, das Durchführen einer Mehrzahl von Zyklen umfasst, die jeweils das Durchführen eines Passivierungsschritts und das Durchführen eines Ätzschritts nach dem Durchführen des Passivierungsschritts umfassen, wobei während einer ersten Anzahl (n1) der Mehrzahl von Zyklen ein erstes Dauer-Verhältnis einer Dauer des Ätzschritts zu einer Dauer des Passivierungsschritts variabel ist und schrittweise ansteigt, und während einer zweiten Anzahl (n2) der Mehrzahl von Zyklen ein zweites Dauer-Verhältnis der Dauer des Ätzschritts zu der Dauer des Passivierungsschritts konstant ist, wobei das erste Dauer-Verhältnis kleiner als das zweite Dauer-Verhältnis ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Struktur (P1) der Maskenschicht (110a) eine strukturierte Hartmaskenschicht umfasst, die zweite Struktur (P2) der Maskenschicht (110a) eine strukturierte Fotoresistschicht umfasst und das Herstellen der Maskenschicht (110a) mit der ersten Struktur (P1) und der zweiten Struktur (P2) auf dem Halbleitersubstrat (100) Folgendes umfasst: Herstellen einer Hartmasken-Materialschicht (110) auf dem Halbleitersubstrat (100); Strukturieren der Hartmasken-Materialschicht (110), um die strukturierte Hartmaskenschicht auf dem Halbleitersubstrat (100) herzustellen; und Herstellen der strukturierten Fotoresistschicht auf dem Halbleitersubstrat (100), das nicht von der strukturierten Hartmaskenschicht bedeckt ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das erste Dauer-Verhältnis nichtlinear schrittweise ansteigt, und/oder das erste Dauer-Verhältnis variabel ist und schrittweise von X1 auf Y1 ansteigt, wobei X1 kleiner als 1 ist und Y1 größer als 1 und kleiner als das zweite Dauer-Verhältnis ist.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei das anisotrope Ätzen des Halbleitersubstrats (100), das nicht von der ersten Struktur (P1) bedeckt ist, weiterhin das Durchführen einer dritten Anzahl (n3) der Mehrzahl von Zyklen umfasst, die nach dem Durchführen der zweiten Anzahl (n2) der Mehrzahl von Zyklen durchgeführt werden, wobei während der dritten Anzahl (n3) der Mehrzahl von Zyklen ein drittes Verhältnis der Dauer des Ätzschritts zu der Dauer des Passivierungsschritts variabel ist und schrittweise ansteigt.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das dritte Dauer-Verhältnis linear schrittweise ansteigt, und/oder die dritte Dauer variabel ist und das dritte Dauer-Verhältnis schrittweise von X2 auf Y2 ansteigt, wobei X2 und Y2 größer als 1 und kleiner als das zweite Dauer-Verhältnis sind.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei die erste Anzahl (n1) der Mehrzahl von Zyklen und die zweite Anzahl (n2) der Mehrzahl von Zyklen durchgeführt werden, wenn eine untere Elektrode bei einer ersten Frequenz arbeitet, und die dritte Anzahl (n3) der Mehrzahl von Zyklen durchgeführt wird, wenn die untere Elektrode bei einer zweiten Frequenz arbeitet, die niedriger als die erste Frequenz ist.
Verfahren zum Herstellen einer MEMS-Vorrichtung mit den folgenden Schritten: Herstellen einer Maskenschicht (110a) auf einem Halbleitersubstrat (100), wobei die Maskenschicht (110a) eine erste Struktur (P1) und eine zweite Struktur (P2) aufweist und wobei die zweite Struktur (P2) zumindest teilweise in Bereichen hergestellt wird, die Öffnungen in der ersten Struktur (P1) entsprechen; anisotropes Ätzen des Halbleitersubstrats (100), das nicht von der Maskenschicht (110a) bedeckt ist, bis eine erste Vertiefung (102) und ein erster Kontakthügel (BP1), der von der zweiten Struktur (P2) bedeckt sind, entstehen; Entfernen der zweiten Struktur (P2) der Maskenschicht (110a) von dem ersten Kontakthügel (BP1); und anisotropes Ätzen des Halbleitersubstrats (100), das nicht von der ersten Struktur (P1) der Maskenschicht (110a) bedeckt ist, bis die erste Vertiefung (102) so vertieft ist, dass aus ihr eine zweite Vertiefung (104) entsteht und aus dem ersten Kontakthügel (BP1) ein zweiter Kontakthügel (BP2) in der zweiten Vertiefung (104) entsteht, wobei das anisotrope Ätzen des Halbleitersubstrats (100), das nicht von der ersten Struktur (P1) der Maskenschicht (110a) bedeckt ist, eine Mehrzahl von Vorbeschichtungszyklen (C1), eine Mehrzahl von ersten Ätzzyklen (C2), die nach den Vorbeschichtungszyklen (C1) durchgeführt werden, und eine Mehrzahl von zweiten Ätzzyklen umfasst, die nach den ersten Ätzzyklen durchgeführt werden, wobei jeder Zyklus in den Vorbeschichtungszyklen, den ersten Ätzzyklen und den zweiten Ätzzyklen einen Passivierungsschritt und einen Ätzschritt umfasst, der nach dem Passivierungsschritt durchgeführt wird, wobei während der Vorbeschichtungszyklen (C1) eine Dauer des Ätzschritts variabel ist und sich schrittweise verlängert und eine Dauer des Passivierungsschritts variabel ist und sich schrittweise verkürzt, so dass ein erstes Dauer-Verhältnis aus der Dauer des Ätzschritts und der Dauer des Passivierungsschritts variabel ist und schrittweise ansteigt, während der ersten Ätzzyklen (C2) die Dauer des Ätzschritts und die Dauer des Passivierungsschritts konstant sind, so dass ein zweite Dauer-Verhältnis aus der Dauer des Ätzschritts und der Dauer des Passivierungsschritts konstant ist, während der zweiten Ätzzyklen (C3) die Dauer des Ätzschritts variabel ist und sich schrittweise verlängert und die Dauer des Passivierungsschritts konstant ist, so dass ein drittes Dauer-Verhältnis aus der Dauer des Ätzschritts und der Dauer des Passivierungsschritts variabel ist und schrittweise ansteigt, und das zweite Dauer-Verhältnis größer als das erste Dauer-Verhältnis und das dritte Dauer-Verhältnis ist.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei während der Vorbeschichtungszyklen (C1) sich die Dauer des Ätzschritts linear schrittweise verlängert, sich die Dauer des Passivierungsschritts linear schrittweise verkürzt und das erste Dauer-Verhältnis nichtlinear schrittweise ansteigt, und während der zweiten Ätzzyklen (C3) sich die Dauer des Ätzschritts linear schrittweise verlängert, die Dauer des Passivierungsschritts konstant ist und das dritte Dauer-Verhältnis linear schrittweise ansteigt.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei das erste Dauer-Verhältnis variabel ist und schrittweise von X1 auf Y1 ansteigt, wobei X1 kleiner als 1 ist und Y1 größer als 1 und kleiner als das zweite Dauer-Verhältnis ist, und/oder das dritte Dauer-Verhältnis variabel ist und schrittweise von X2 auf Y2 ansteigt, wobei X2 und Y2 größer als 1 und kleiner als das zweite Dauer-Verhältnis sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Vorbeschichtungszyklen (C1) und die ersten Ätzzyklen (C2) durchgeführt werden, wenn eine untere Elektrode bei einer ersten Frequenz arbeitet, und die zweiten Ätzzyklen (C3) durchgeführt werden, wenn eine untere Elektrode bei einer zweiten Frequenz arbeitet, die niedriger als die erste Frequenz ist.