DE112013002348T5

DE112013002348T5 - Herstellungsverfahren für ein Halbleitersubstrat

Info

Publication number: DE112013002348T5
Application number: DE201311002348
Authority: DE
Inventors: c/o DENSO CORPORATION Oda Youhei; c/o DENSO CORPORATION Noda Yoshitaka
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2012-05-07
Filing date: 2013-04-19
Publication date: 2015-01-29
Also published as: CN104285283B; US20150118849A1; WO2013168372A1; TWI518777B; CN104285283A; JP2013254936A; US9299576B2; TW201407681A; JP5713043B2

Abstract

Ein Graben (22) wird in einen Halbleiterwafer (20) geätzt, indem ein in eine Reaktionskammer (10) eingebrachtes erstes Gas in ein Plasma umgewandelt wird. Ein Schutzfilm (23) wird an einer Wandfläche des Grabens (22) ausgebildet, indem ein zweites eingebrachtes Gas, das in die Reaktionskammer (10) eingebracht worden ist, in Plasma umgewandelt wird. Der Schutzfilm (23), der an einer Bodenfläche des Grabens (22) ausgebildet wurde, wird entfernt, indem ein in die Reaktionskammer (10) eingebrachtes drittes eingebrachtes Gas in Plasma umgewandelt wird. Die Reaktionskammer (10) wird geleert, nachdem der Schutzfilm (23), der an der Bodenfläche des Grabens (22) ausgebildet wurde, entfernt worden ist.

Description

[Querverweis auf zugehörige Anmeldung]
Diese Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung Nr. 2012-106014 , angemeldet am 7. Mai 2012 und auf der japanischen Patentanmeldung Nr. 2013-64490 , angemeldet am 26. März 2013; auf die dortigen Offenbarungsgehalte wird vollinhaltlich Bezug genommen.
[Technisches Gebiet]
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für ein Halbleitersubstrat, bei welchem Gräben durch Ätzen gebildet werden.
[Stand der Technik]
Üblicherweise wird, um einen geringen Einschaltwiderstand unter Erhalt einer hohen Durchbruchspannung zu erzielen, eine Halbleitervorrichtung im Stand der Technik unter Verwendung eines Halbleitersubstrats gebildet, welches eine Super-Junction-Struktur mit einer PN-Säulenstruktur hat, die gebildet wird durch wiederholtes Anordnen eines Bereichs vom P-Typ und eines Bereichs vom N-Typ in einer Ebenenrichtung.
Als ein Herstellungsverfahren für ein obiges Halbleitersubstrat schlägt beispielsweise PTL1 das folgende Verfahren vor. Zunächst werden in einem Halbleiterwafer, der eine Mehrzahl von Chipausbildungsbereichen hat, Gräben in den jeweiligen Chipausbildungsbereichen gebildet. Danach werden Gräben einer gewünschten Tiefe durch wiederholtes Durchführen entsprechender Schritte gebildet: eines Schutzfilmausbildungsschritts, bei dem ein Schutzfilm an einer Wandfläche eines jeden Grabens durch Wandeln von C₄F₈-Gas in ein Plasma gebildet wird, eines Entleerungsschritts des Abführens des C₄F₈-Gases, und eines Ätzschritts, bei dem der Graben durch Entfernen des Schutzfilms an einer Bodenfläche des Grabens tiefer gemacht wird, indem SF₆-Gas in ein Plasma umgewandelt wird.
Bei dem oben vorgeschlagenen Verfahren wird ein Halbleitersubstrat mit einer PN-Säulenstruktur hergestellt, indem ein Epitaxialfilm in jeden Graben eingebettet wird. Durch Unterteilen des Halbleitersubstrats in Chips, nachdem ein typischer Halbleiterherstellungsprozess durchgeführt worden ist, wird eine Halbleitervorrichtung mit einer PN-Säulenstruktur gefertigt.
Da das C₄F₈-Gas nach Ausbildung des Schutzfilms abgeführt wird, lässt sich eine Vermischung des C₄F₈-Gases mit dem SF₆-Gas beim Ätzprozess unterdrücken. Folglich kann eine Abnahme der Stärke des Schutzfilms beim Ätzprozess unterdrückt werden und folglich kann eine Schadensbildung am Halbleiterwafer unterdrückt werden.
[Druckschriftenliste]
[Patentliteratur]

PTL1: JP-A-2008-205436

[Zusammenfassung der Erfindung]
[Technisches Problem]
Bei dem obigen Herstellungsverfahren wird jedoch ein Reaktionsgas auf Fluorbasis erzeugt, wenn der Schutzfilm im Ätzschritt entfernt wird und dieses Reaktionsgas verbleibt in dem Graben. Weiterhin ist es normal bei dem Ätzschritt, dass der Halbleiter durch Aufstrahlen von SF₆-Plasma auf den Halbleiterwafer in einer Richtung senkrecht zur Ebenenrichtung behandelt wird. Es sei jedoch festzuhalten, dass eine Strömungsgeschwindigkeit des SF₆-Plasmas zwischen Mitte und Außenrand des Halbleiterwafers unterschiedlich ist. Genauer gesagt, die Strömungsgeschwindigkeit des SF₆-Plasmas, welches auf die Mitte des Halbleiterwafers gestrahlt wird, ist höher als die Flussrate des SF₆-Plasmas, welches auf den Außenrand gestrahlt wird.
Wenn somit das Reaktionsgas in dem Graben verbleibt, ist ein Anteil von Radikalen in dem SF₆-Plasma, das die Bodenfläche des in der Mitte des Halbleiterwafers ausgebildeten Grabens erreicht und ein Anteil von Radikalen in dem SF₆-Plasma, das die Bodenfläche eines Grabens erreicht, der am Außenrand des Halbleiterwafers ausgebildet ist, unterschiedlich. Folglich schwanken die Ätzraten unter den jeweiligen Ausbildungsbereichen innerhalb einer Ebene des Halbleiterwafers. Mit anderen Worten, die Gräben, welche in den jeweiligen Chipausbildungsbereichen innerhalb einer Ebene des Halbleiterwafers ausgebildet werden, haben schwankende Tiefen.
Wenn eine Halbleitervorrichtung mit einer PN-Säulenstruktur unter Verwendung eines Halbleiterwafers hergestellt wird, bei welchem die in den jeweiligen Chipausbildungsbereichen gebildeten Gräben unterschiedliche Tiefen haben, ändert sich die Durchbruchspannung von Chip zu Chip.
Mit Blick auf das Voranstehende ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Herstellungsverfahren für ein Halbleitersubstrat zu schaffen, welches in der Lage ist, Tiefenschwankungen von Gräben zu unterdrücken, die in jeweiligen Chipausbildungsbereichen innerhalb einer Ebene eines Halbleiterwafers gebildet werden.
[Lösung der Aufgabe]
Gemäß dem einen Aspekt eines Herstellungsverfahrens für ein Halbleitersubstrat, wie es hier beschrieben wird, wird ein Halbleiterwafer mit einem Maskenteil, welches in einem bestimmten Muster gemustert ist und an einer Oberfläche des Halbleitersubstrats ausgebildet ist, in eine Reaktionskammer eingebracht. Ein Graben wird gemäß dem Muster des Maskenteils mittels Behandlung an dem Halbleiterwafer in den Halbleiterwafer geätzt, indem ein erstes Gas in die Reaktionskammer eingebracht wird und das erste eingebrachte Gas in ein Plasma umgewandelt wird. Ein Schutzfilm wird an einer Wandfläche des Grabens durch Behandlung des Halbleiterwafers mittels Einbringen eines zweiten eingebrachten Gases in die Reaktionskammer und durch Umwandeln des zweiten eingebrachten Gases in ein Plasma ausgebildet. Der Schutzfilm, der an einer Bodenfläche des Grabens ausgebildet ist, wird mittels Behandlung an dem Halbleiterwafer durch Einbringen eines dritten eingebrachten Gases in die Reaktionskammer und durch Umwandeln des dritten eingebrachten Gases in ein Plasma entfernt. Der Graben wird durch wiederholtes Ätzen des Grabens, Ausbilden des Schutzfilms und Entfernen des Schutzfilms, der an der Bodenfläche des Grabens ausgebildet ist, tiefer gemacht, während das Maskenteil an dem Halbleiterwafer verbleibt. Die Reaktionskammer wird wenigstens einmal entleert, nachdem der Schutzfilm, der an der Bodenfläche des Grabens ausgebildet ist, entfernt wurde.
Da bei dem obigen Herstellungsverfahren die Reaktionskammer wenigstens einmal nachdem der Schutzfilm an der Bodenfläche des Grabens entfernt worden ist, geleert wird, lässt sich ein in dem Graben verbleibendes Reaktionsgas abführen. Folglich kann eine Schwankung der Ätzrate unter den jeweiligen Chipausbildungsbereichen innerhalb einer Ebene des Halbleiterwafers unterdrückt werden, wenn die Gräben tiefer gemacht werden. Mit anderen Worten, Schwankungen in der Tiefe der Gräben, die in den jeweiligen Chipausbildungsbereichen innerhalb einer Ebene des Halbleitersubstrats gebildet werden, können unterdrückt werden.
[Kurze Beschreibung der Zeichnung]
Die obigen und weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich besser aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung. In der Zeichnung ist:
1 eine schematische Ansicht einer Ätzvorrichtung, die in einem Herstellungsverfahren für ein Halbleitersubstrat gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
2A eine Querschnittsansicht, die einen Teil eines Herstellungsprozesses des Halbleitersubstrats bei der ersten Ausführungsform zeigt;
2B eine Querschnittsansicht, die einen Teil des Herstellungsprozesses des Halbleitersubstrats bei der ersten Ausführungsform zeigt;
2C eine Querschnittsansicht, die einen Teil des Herstellungsprozesses des Halbleitersubstrats bei der ersten Ausführungsform zeigt;
2D eine Querschnittsansicht, die einen Teil des Herstellungsprozesses des Halbleitersubstrats bei der ersten Ausführungsform zeigt;
2E eine Querschnittsansicht, die einen Teil des Herstellungsprozesses des Halbleitersubstrats bei der ersten Ausführungsform zeigt;
2F eine Querschnittsansicht, die einen Teil des Herstellungsprozesses des Halbleitersubstrats bei der ersten Ausführungsform zeigt;
2G eine Querschnittsansicht, die einen Teil des Herstellungsprozesses des Halbleitersubstrats bei der ersten Ausführungsform zeigt;
3A eine Ansicht, welche Tiefenschwankungen von Gräben zeigt, wenn Gräben ohne Durchführung eines Entleerungsschritts gebildet werden;
3B eine Ansicht, welche Tiefenschwankungen von Gräben zeigt, wenn Gräben durch das Herstellungsverfahren für ein Halbleitersubstrat der ersten Ausführungsform gebildet werden;
4 eine Ansicht, welche schematisch einen in einem Si-Wafer gebildeten Graben zeigt;
5 eine schematischen Draufsicht, welche Chipausbildungsbereiche eines Si-Wafers zeigt;
6 eine Ansicht, die eine Beziehung eines Innendrucks in einer Reaktionskammer und Tiefenschwankungen von Gräben zeigt;
7 eine Ansicht, die eine Beziehung eines Verhältnisses eines Innendrucks der Reaktionskammer bei einem Entleerungsschritt bezüglich eines Innendrucks der Reaktionskammer bei einem Ätzschritt und Tiefenschwankungen von Gräben zeigt;
8 eine Ansicht, die eine Beziehung eines Verhältnisses eines Innendrucks der Reaktionskammer bei einem Entleerungsschritt bezüglich eines Innendrucks der Reaktionskammer bei dem Ätzschritt und Tiefenschwankungen von Gräben zeigt;
9 eine Ansicht, die eine Beziehung eines Innendrucks der Reaktionskammer und eines Neigungswinkels zeigt;
10 eine Ansicht, die eine Beziehung eines Verhältnisses von einem Innendruck der Reaktionskammer im Entleerungsschritt bezüglich eines Innendrucks der Reaktionskammer beim Ätzschritt und einen Neigungswinkel zeigt; und
11 eine Ansicht, die eine Beziehung von Seitenverhältnis zu Tiefenschwankung der Gräben zeigt.
[Beschreibung von Ausführungsformen]
Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Die Beschreibung erfolgt, indem gleiche oder äquivalente Abschnitte in den folgenden jeweiligen Ausführungsformen mit gleichen Bezugszeichen versehen werden.
(Erste Ausführungsform)
Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird anhand der Zeichnung beschrieben. Ein Herstellungsverfahren für ein Halbleitersubstrat der vorliegenden Ausführungsform wird auf geeignete Weise bei einem Herstellungsverfahren für ein Halbleitersubstrat mit Gräben, verwendet zur Ausbildung einer PN-Säulenstruktur, angewendet. Zunächst wird eine Ätzvorrichtung zur Verwendung bei dem Herstellungsverfahren für das Halbleitersubstrat der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
Wie in 1 gezeigt, enthält eine Ätzvorrichtung 1 eine Reaktionskammer 10. Die Reaktionskammer 10 bildet eine Vakuumkammer und hat einen Gaseinlassanschluss 11 und einen Gasabführanschluss 12. Bei mehr als einer Gasart, welche einzubringen ist, ist der Gaseinlassanschluss 11 mit Gasleitungen 11a bis 11c in einer Anzahl verbunden, welche auf die einzubringenden Gasarten angepasst ist. Die Gasleitungen 11a bis 11c sind mit entsprechenden Schaltventilen 13a bis 13c versehen. Durch Steuerung der jeweiligen Schaltventile 13a bis 13c kann nicht nur eine gewünschte Gasart in die Reaktionskammer 10 eingebracht werden, sondern es kann auch die Flussrate in die Reaktionskammer 10 gesteuert werden.
In der vorliegenden Ausführungsform ist der Gaseinlassanschluss 11 mit drei Gasleitungen 11a bis 11c versehen, um das Einbringen von drei Typen von Gasen zu ermöglichen: ein SF₆-Gas zur Durchführung eines Ätzschritts, ein C₄F₈-Gas zur Durchführung eines Schutzfilmausbildungsschritts und ein O₂-Gas zur Durchführung eines Schutzfilmentfernungsschritts.
Der Gasabführanschluss 12 ist mit einem Abführungsventil 14 versehen. Ein Innendruck der Reaktionskammer 10 kann über das Abführungsventil 14 und die Schaltventile 13a bis 13c an den jeweiligen Gasleitungen 11a bis 11c auf einen gewünschten Wert gesetzt werden.
Weiterhin hat die Reaktionskammer 10 eine eingebaute RF-Wicklung 15. Die RF-Wicklung 15 erzeugt bei Zufuhr von Leistung von einer Plasmaerzeugungsenergieversorgung 16 im Inneren der Reaktionskammer 10 ein RF-Feld.
Weiterhin ist die Reaktionskammer 10 mit einem Installationstisch 17 versehen, auf welchem ein zu ätzender Si-Wafer 20 anordenbar ist. Der Installationstisch 17 ist mit einer Vorspannungsenergieversorgung 18 verbunden, sodass eine bestimmte Vorspannung auf den Si-Wafer 20 aufgebracht werden kann. Obgleich nicht näher dargestellt, hat der Installationstisch 17 einen Mechanismus, über welchen ein He-Kühlgas eingebracht wird, um den Si-Wafer 20 von der Rückseite her zu kühlen.
Es wurde der Aufbau der Ätzvorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Anhand von 2 wird nun ein Herstellungsverfahren für ein Halbleitersubstrat unter Verwendung der Ätzvorrichtung 1 beschrieben.
Bei der vorliegenden Ausführungsform werden, obwohl dies noch näher beschrieben werden wird, bei der Ausbildung von Gräben in dem Si-Wafer 20 die Gräben bis auf eine gewünschte Tiefe tiefer gemacht, indem wiederholt der Ätzschritt, der Schutzfilmausbildungsschritt, der Schutzfilmentfernungsschritt und ein Entleerungsschritt durchgeführt werden.
Hierbei werden der Ätzschritt, der Schutzfilmausbildungsschritt und der Schutzfilmentfernungsschritt durchgeführt, während ein Innendruck der Reaktionskammer 10 gesteuert wird, um einen gewünschten Wert einzunehmen, indem die Schaltventile 13a bis 13c für eine gewünschte Gasart zur Einbringung in die Reaktionskammer 10 von dem Gaseinlassanschluss 11 her geeignet geöffnet und geschlossen werden und indem das Abführungsventil 14 am Gasabführanschluss 12 geeignet eingestellt wird, um die Reaktionskammer 10 zu entleeren.
Weiterhin werden der Ätzschritt, der Schutzfilmausbildungsschritt und der Schutzfilmentfernungsschritt durchgeführt, indem der Si-Wafer 20 mit Plasma behandelt wird, das heißt, aus der eingebrachten Gasart durch Anlegung eines Hochfrequenzfelds an die Plasmaerzeugungsenergieversorgung 16 erzeugt wird und das Plasma durch Anlegen eines Hochfrequenzfeldes an die Vorspannungsenergieversorgung 18 auf den Si-Wafer 20 gestrahlt wird.
Obgleich die Behandlungsbedingungen nicht besonderen Einschränkungen unterliegen, kann der Si-Wafer 20 mit Plasma beispielsweise durch Umwandeln einer eingebrachten Gasart in Plasma durch das Anlegen von Energie mit ungefähr 1400 bis 1500 W an die Plasmaerzeugungsenergieversorgung 16 und durch Anlegen von Energie von ungefähr 0 W bis 50 W an die Vorspannungsenergieversorgung 18 behandelt werden. Weiterhin liegen die Frequenzen der Plasmaerzeugungsenergieversorgung 16 und der Vorspannungsenergieversorgung 18 bei beispielsweise 300 kHz.
Ein konkreter Herstellungsprozess wird nachfolgend beschrieben. Die 2A bis 2G zeigen nur einen Teil des Si-Wafers 20. Es versteht sich jedoch, dass in der Praxis die gleichen Schritte über den gesamten Si-Wafer 20 hinweg durchgeführt werden. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird als Si-Wafer 20 ein 6-Inch-Wafer mit einer Mehrzahl von Chipausbildungsbereichen verwendet und der Si-Wafer 20 entspricht einem Halbleiterwafer.
Zuerst wird gemäß 2A der Si-Wafer 20 mit einem gemusterten SiO₂- oder Resistmaskenteil 21 auf einer Oberfläche 20a bereitgestellt. Dieser Si-Wafer 20 wird in der Reaktionskammer 10 auf dem Installationstisch 17 angeordnet.
Nachfolgend wird gemäß 2B der Ätzschritt zur Ausbildung eines Grabens 22 in dem Si-Wafer 20 durchgeführt. In dem Ätzschritt werden ungefähr 200 bis 300 sccm eines SF₆-Gases in die Reaktionskammer 10 eingebracht, um einen Innendruck der Reaktionskammer 10 auf 1 bis 2 Pa anzuheben. Der Graben 22 wird dann gebildet, indem das SF₆-Gas in Plasma umgewandelt wird und der Si-Wafer 20 1.0 bis 1.5 Sekunden lang mit dem SF₆-Plasma behandelt wird. Ein Druck beim Ätzschritt bedeutet einen durchschnittlichen Druck während einer Periode vom Anstieg des Innendrucks in der Reaktionskammer 10 aufgrund des eingebrachten SF₆-Gases auf einen bestimmten Druck bis zur Beendigung der Behandlung des Si-Wafers 20.
Nachfolgend wird der Schutzfilmausbildungsschritt zum Ausbilden eines Schutzfilms 23 an einer Wandfläche des Grabens 22 durchgeführt, wie in 2C gezeigt. In dem Schutzfilmausbildungsschritt werden 270 sccm eines C₄F₈-Gases in die Reaktionskammer 10 eingebracht, um einen Innendruck der Reaktionskammer 10 auf 1 bis 2 Pa anzuheben. Das C₄F₈-Gas wird in Plasma umgewandelt und der Si-Wafer 20 wird 0.5 bis 1.0 Sekunden lang mit dem C₄F₈-Plasma behandelt. Folglich wird ein Polymerfilm auf Fluorkohlenstoffbasis an der Wandfläche des Grabens 22 gebildet. Dieser Polymerfilm ist der Schutzfilm 23 der vorliegenden Ausführungsform.
Es sei festzuhalten, dass bei diesem Schritt bei Ausbildung des Schutzfilms 23 mit einer Energiezufuhr von 0 W an die Vorspannungsenergieversorgung das Ätzen des Maskenteils 21 während der Ausbildung des Schutzfilms 23 unterdrückt werden kann. Ein Druck beim Schutzfilmausbildungsschritt bedeutet einen Druck während einer Periode vom Anstieg des Innendrucks in der Reaktionskammer 10 aufgrund des eingebrachten C₄F₈-Gases-Gases auf einen bestimmten Druck bis zur Beendigung der Behandlung des Si-Wafers 20.
Nachfolgend wird der Schutzfilmentfernungsschritt des Entfernens des Schutzfilms 23, der an einer Bodenfläche des Grabens 22 ausgebildet ist, gemäß 2D durchgeführt. In dem Schutzfilmentfernungsschritt werden 100 bis 150 sccm eines O₂-Gases in die Reaktionskammer 10 eingebracht, um einen Innendruck der Reaktionskammer 10 auf 1 bis 2 Pa anzuheben. Der Schutzfilm 23, der an der Bodenfläche des Grabens 22 ausgebildet ist, wird durch Umwandeln des O₂-Gases in Plasma und durch Behandeln des Si-Wafers 20 mit dem O₂-Plasma über 0.5 bis 1.0 Sekunden entfernt.
Wenn dieser Schritt durchgeführt wird, verbleibt ein Reaktionsgas 24 auf Fluorbasis, das durch eine Reaktion des O₂-Plasmas und des Schutzfilms 23 erzeugt wurde, im Graben 22. Das Reaktionsgas 24 ist in 2D schematisch durch die Kreise dargestellt. Ein Druck bei dem Schutzfilmausbildungsschritt bedeutet einen durchschnittlichen Druck während einer Periode vom Anstieg des Innendrucks in der Reaktionskammer 10 aufgrund des eingebrachten O₂-Gases-Gases auf einen bestimmten Druck bis zur Beendigung der Behandlung des Si-Wafers 20.
Nachfolgend wird der Leerpumpschritt des Abführens des Reaktionsgases 24, das in dem Schutzfilmentfernungsschritt erzeugt wurde, gemäß 2E durchgeführt. Obgleich nachfolgend noch genauer beschrieben, wird der Leerpumpschritt für 0.2 bis 0.5 Sekunden durch Öffnen des Abführungsventils 14 durchgeführt, sodass ein Druck während des Leerpumpschritts auf 0.65 Pa oder darunter fällt. Folglich wird nicht nur ein Gas (Plasma) im Inneren der Reaktionskammer 10 abgeführt, sondern auch das im Graben 22 verbliebene Reaktionsgas 24 wird abgeführt.
Der Druck bei dem Entleerungsschritt bedeutet einen durchschnittlichen Druck während einer Zeitdauer ausgehend vom Absinken eines Innendrucks der Reaktionskammer 10 auf einen bestimmten Wert durch Starten des Entleerungsschritts bis zur Beendigung des Entleerens.
Danach wird der Ätzschritt zum tiefer Machen des Grabens 22 gemäß 2F durchgeführt. Bei diesem Ätzschritt werden wie in 2A 200 bis 300 sccm des SF₆-Gases in die Reaktionskammer 10 eingebracht, um einen Innendruck der Reaktionskammer 10 auf 2 Pa anzuheben. Der Graben 22 wird dann durch Umwandeln des SF₆-Gases in Plasma und durch Behandeln des Si-Wafers 20 mit dem SF₆-Plasma für 1.0 bis 2.0 Sekunden tiefer gemacht.
An diesem Punkt ist das Reaktionsgas 24 aufgrund des Entleerungsschritts von 2E bereits abgeführt. Damit können Schwankungen des Radikalenanteils in dem SF₆-Plasma, welches die Bodenfläche eines jeden Grabens 22 erreicht, welche in den jeweiligen Chipausbildungsbereichen innerhalb einer Ebene des Si-Wafers 20 gebildet wurden, unterdrückt werden. Mit anderen Worten, Schwankungen in der Ätzrate unter den jeweiligen Chipausbildungsbereichen innerhalb einer Ebene des Si-Wafers 20 können unterdrückt werden.
Danach wird der Graben 22 auf eine gewünschte Tiefe gemäß 2D vertieft, indem der Schutzfilmausbildungsschritt, der Schutzfilmentfernungsschritt, der Entleerungsschritt und der Ätzschritt gemäß obiger Beschreibung wiederholt durchgeführt werden.
Somit wird der Si-Wafer 20 mit den Gräben 22 in den jeweiligen Chipausbildungsbereichen des Si-Wafers 20 gebildet. Eine Halbleitervorrichtung, welche ein Halbleitersubstrat mit einer PN-Säulenstruktur verwendet, kann durch Teilen des Si-Wafers 20 in Chips nach Aufwachsen eines Epitaxialfilms oder eines typischen Halbleiterherstellungsprozesses am Si-Wafer 20 gefertigt werden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform entspricht das SF₆, das eingebracht wird, wenn der Ätzschritt durchgeführt wird, einem ersten Gas, das C₄F₈-Gas, das eingebracht wird, wenn der Schutzfilmausbildungsschritt durchgeführt wird, entspricht einem zweiten Gas und das O₂-Gas, das eingeführt wird, wenn der Schutzfilmentfernungsschritt durchgeführt wird, entspricht einem dritten Gas. Die obige Erläuterung hat das Herstellungsverfahren für ein Halbleitersubstrat der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
Bei dem obigen Herstellungsverfahren kann das im Graben 22 verbleibende Reaktionsgas 24 entfernt werden, da nach dem Schutzfilmentfernungsschritt der Entleerungsschritt durchgeführt wird. Wenn daher der Graben 22 im Ätzschritt tiefer gemacht wird, kann eine Schwankung der Ätzrate unter den jeweiligen Chipausbildungsbereichen innerhalb einer Ebene des Si-Wafers 20 unterdrückt werden. Mit anderen Worten, Tiefenschwankungen in den Gräben 22, welche in den jeweiligen Chipausbildungsbereichen innerhalb einer Ebene des Si-Wafers 20 gebildet werden, können unterdrückt werden.
Genauer gesagt, gemäß den 3A und 3B kann 3σ verringert werden und eine Tiefenschwankung der Gräben 22 kann durch Durchführung des Entleerungsschrittes auf 0.9 bis 1.1% verringert werden. Eine Tiefenschwankung der Gräben 22 bedeutet einen Wert, der berechnet wird als {3σ/Ave(average)} × 100 und ist in den 3A und 3B in Prozent ausgedrückt.
Die 3A und 3B zeigen Ergebnisse, wenn die Gräben 22 mit einer Tiefe von 45 bis 50 μm gebildet werden. Die Tiefe der Gräben 22 bedeutet eine Länge L von der Oberfläche 20a des Si-Wafers 20 bis zu einer Bodenfläche des Grabens 22, wie in 4 gezeigt.
Auch zeigen die 3A und 3B Ergebnisse, wenn Ermittlungsgegenstände die Gräben 22 sind, welche in neun Chipausbildungsbereichen a bis i unter den jeweiligen Chipausbildungsbereichen des Si-Wafers 20 gemäß 5 gebildet werden. Hierbei sind die jeweiligen Chipausbildungsbereiche a bis i von quadratischer Form mit einer Seitenlänge von 3 bis 5 mm und 600 bis 800 Gräben 22, die sich in einer bestimmten Richtung erstrecken, sind in jedem Bereich vorgesehen. Weiterhin wird der Si-Wafer 20 behandelt, nachdem er derart angeordnet worden ist, dass der Chipausbildungsbereich c mittig auf dem Installationstisch 17 liegt.
Weiterhin bedeutet der Begriff „lot” in den 3A und 3B jeweils 25 Si-Wafer 20 und der Begriff „Ave” bedeutet einen Tiefenmittelwert der Gräben 22, welche in 25 Si-Wafern 20 ausgebildet wurden.
Da weiterhin ein Innendruck der Reaktionskammer 10 während des Entleerungsschritts auf 0.65 Pa oder darunter bei der vorliegenden Ausführungsform gesteuert wird, kann ein vorteilhafter Effekt des Entleerungsschritts auf befriedigende Weise erhalten werden.
Mit anderen Worten und wie in 6 gezeigt, wenn ein Innendruck der Reaktionskammer 10 beim Entleerungsschritt höher als 0.65 Pa ist, kann das Reaktionsgas 24 nicht ausreichend entfernt werden und eine Tiefenschwankung der Gräben 22 kann nicht ausreichend verringert werden. Im Gegensatz hierzu, wenn ein Innendruck der Reaktionskammer 10 während des Entleerungsschrittes auf 0.65 Pa oder niedriger liegt, wird eine Tiefenschwankung der Gräben 22 erheblich geringer. Folglich ist die vorliegende Ausführungsform so gestaltet, dass ein Innendruck der Reaktionskammer 10 beim Entleerungsschritt auf 0.65 Pa oder darunter gesteuert wird, um den vorteilhaften Effekt des Entleerungsschritts auf befriedigende Weise zu erhalten. 6 zeigt ein Ergebnis, wenn die Gräben 22 mit einer Tiefe von 45 bis 50 μm gebildet werden.
Ein Verhältnis eines Innendrucks der Reaktionskammer 10 beim Entleerungsschritt bezüglich eines Innendrucks der Reaktionskammer 10 beim Ätzschritt kann aus 6 ermittelt werden. In diesem Fall kann gemäß 7 der vorteilhafte Effekt des Entleerungsschritts auf befriedigende Weise erhalten werden, indem ein Verhältnis eines Innendrucks der Reaktionskammer 10 beim Entleerungsschritt bezüglich eines Innendrucks der Reaktionskammer 10 beim Ätzschritt auf 0.5 oder darunter gesteuert wird.
Wie in 8 gezeigt, ist ein Verhältnis eines Innendrucks in der Reaktionskammer 10 beim Entleerungsschritt bezüglich eines Innendrucks in der Reaktionskammer 10 beim Ätzschritt nicht abhängig von der eingebrachten Menge des SF₆-Gases, wenn der Ätzschritt durchgeführt wird. Hierbei bedeutet ein Innendruck in der Reaktionskammer 10 beim Entleerungsschritt bezüglich eines Innendrucks in der Reaktionskammer 10 beim Ätzschritt (Innendruck in der Reaktionskammer 10 beim Entleerungsschritt)/(Innendruck in der Reaktionskammer 10 beim Ätzschritt).
Beim Entleerungsschritt kann das Reaktionsgas 24, das im Graben 22 verbleibt, besser entfernt werden, indem ein Innendruck der Reaktionskammer 10 weiter abgesenkt wird. Es sei jedoch festzuhalten, dass der Graben 22 in einer sich nach oben verjüngenden Form ausgebildet wird, wenn der Druck zu niedrig wird.
Mit anderen Worten, ein Reaktionsgas aus SF₆ und dem Schutzfilm 23 wird auch beim Ätzschritt erzeugt und dieses Reaktionsgas verbleibt im Graben 22. Zusätzlich ist, wenn der Ätzschritt durchgeführt wird, eine Strömungsgeschwindigkeit des C₄F₈-Plasmas zwischen der Mitte und einem äußeren Rand des Si-Wafers 20 unterschiedlich zur Durchführung des Schutzfilmausbildungsschritts. Eine Strömungsgeschwindigkeit des C₄F₈-Plasmas, das auf die Mitte des Si-Wafers 20 gestrahlt wird, ist höher als eine Flussgeschwindigkeit des C₄F₈-Plasmas, das auf den äußeren Rand gestrahlt wird.
Wenn somit das Reaktionsgas im Graben 22 verbleibt, ist ein Anteil von Radikalen in dem C₄F₈-Plasma, welches den Bodenabschnitt des Grabens 22 in der Mitte des Si-Wafers 20 erreicht, und ein Anteil von Radikalen in dem C₄F₈-Plasma, das den Bodenabschnitt des Grabens 22 erreicht, der am Außenrand des Si-Wafers 20 gebildet ist, unterschiedlich. Folglich haben die Schutzfilme 23 in den jeweiligen Chipausbildungsbereichen innerhalb einer Ebene des Si-Wafers 20 unterschiedliche Dicke. Insbesondere werden die Schutzfilme 23, die in den Chipausbildungsbereichen gebildet werden, welche am Außenrand des Si-Wafers 20 liegen, dünner.
Wenn daher der Schutzfilmentfernungsschritt durchgeführt wird, wird nicht nur der Schutzfilm 23, der an der Bodenfläche des Grabens 22 ausgebildet ist, sondern auch der Schutzfilm 23, der an der Seitenwand ausgebildet ist, insbesondere in den Chipausbildungsbereichen entfernt, welche am Außenrand des Si-Wafers 20 liegen.
Wenn in diesem Zustand der Ätzschritt durchgeführt wird, erreicht das SF₆-Plasma problemlos die Bodenfläche und die Seitenwand an der Bodenflächenseite des Grabens 22, wenn ein Innendruck der Reaktionskammer 10 beim Entleerungsschritt zu stark abgesenkt wird. Somit wird ein Teil (Seitenwand an der Seite der Bodenfläche) des Grabens 22 ebenfalls geätzt und der Graben 22 erhält die sich nach oben verjüngenden Form.
Wenn in diesen Graben 22 ein Epitaxialfilm eingebettet wird, kann möglicherweise ein Hohlraum im Graben 22 gebildet werden. Wenn eine Halbleitervorrichtung unter Verwendung eines solchen Halbleitersubstrats hergestellt wird, wird durch den Hohlraum die Durchbruchspannung verringert.
Es ist daher bevorzugt, einen Innendruck in der Reaktionskammer 10 beim Entleerungsschritt auf 0.25 Pa oder höher zu steuern, wie in 9 gezeigt. Mit anderen Worten, es ist bevorzugt, einen Druck bei der Durchführung des Entleerungsschrittes so zu steuern, dass er in einem Bereich von 0.25 Pa bis 0.65 (beide Werte inklusive) liegt. Mit dieser Konfiguration kann die Ausbildung von Gräben 22 mit einer sich nach oben verjüngenden Form unterdrückt werden, wobei eine Tiefenschwankung der Gräben 22 innerhalb einer Ebene des Si-Wafers 20 unterdrückt ist.
9 zeigt ein Ergebnis, wenn Gräben mit einer Tiefe von 45 bis 50 μm gebildet werden und eine Untersuchung an den Gräben 22 gemacht wird, die in dem Chipausbildungsbereich c von 5 dadurch gebildet werden, dass ungefähr 200 bis 300 sccm des SF₆-Gases eingebracht werden, wenn der Ätzschritt durchgeführt wird. Weiterhin bedeutet gemäß 4 ein Neigungswinkel einen Winkel θ, der zwischen der Oberfläche 20a des Si-Wafers 20 und der Seitenwand des Grabens 22 gebildet ist.
Zusätzlich kann aus 9 ein Verhältnis eines Innendrucks der Reaktionskammer 10 beim Entleerungsschritt bezüglich eines Innendrucks der Reaktionskammer 10 beim Ätzschritt abgeleitet werden. In diesem Fall lässt sich gemäß 10 die Ausbildung des Grabens 22 mit einer sich nach oben verjüngenden Form unterdrücken, indem ein Verhältnis eines Innendrucks der Reaktionskammer 10 beim Entleerungsschritt bezüglich eines Innendrucks der Reaktionskammer 10 beim Ätzschritt auf 0.2 oder darunter gesteuert wird.
(Andere Ausführungsformen)
In der obigen ersten Ausführungsform wird beim Schutzfilmentfernungsschritt ein O₂-Gas in die Reaktionskammer 10 eingebracht. Es versteht sich jedoch, dass beim Schutzfilmentfernungsschritt anstelle hiervon ein SF₆-Gas eingebracht werden kann. Kurz gesagt, ein SF₆-Gas kann sowohl als erstes als auch als drittes Gas verwendet werden.
Die obige erste Ausführungsform wurde anhand eines Herstellungsverfahrens beschrieben, bei dem die Gräben 22 durch wiederholtes Durchführen von Ätzschritt, Schutzfilmausbildungsschritt, Schutzfilmentfernungsschritt und Entleerungsschritt tiefer gemacht werden. Es versteht sich jedoch, dass der Entleerungsschritt nicht jedes Mal durchgeführt werden muss, wenn die Schritte wiederholt durchgeführt werden. Mit anderen Worten, in einem Fall, wenn ein Seitenverhältnis, das ausgedrückt ist als (Grabentiefe)/(Öffnungsbreite) niedrig ist, verbleibt das Reaktionsgas 24 kaum in den Gräben 22 und das Reaktionsgas 24 tritt auf natürlichem Weg aus den Gräben 22 aus. Damit kann der Entleerungsschritt vor dem Ätzschritt durchgeführt werden, wenn Gräben 22 mit einem hohen Seitenverhältnis gebildet werden.
Genauer gesagt und wie in 11 gezeigt, wenn die Gräben 22 ohne Durchführung des Entleerungsschrittes gebildet werden, wird eine Tiefenschwankung der Gräben 22 abrupt größer, wenn die Gräben 22 mit einem Seitenverhältnis von 10 oder höher gebildet werden. Somit kann der Entleerungsschritt vor dem Ätzschritt bei der Ausbildung von Gräben 22 mit einem Seitenverhältnis von 10 oder mehr durchgeführt werden.
Mit anderen Worten, in einem Fall, bei dem Gräben 22 mit einem Seitenverhältnis von 10 oder niedriger gebildet werden, werden, obgleich der Ätzschritt durchgeführt wird, die Gräben 22 dadurch tiefer gemacht, dass der Ätzschritt, der Schutzfilmausbildungsschritt und der Schutzfilmentfernungsschritt wiederholt durchgeführt werden. Der Entleerungsschritt wird vor dem Ätzschritt bei der Ausbildung von Gräben 22 hinzugefügt, die ein Seitenverhältnis von 10 oder höher haben, sodass die Gräben 22 tiefer gemacht werden, indem wiederholt der Ätzschritt, der Schutzfilmausbildungsschritt, der Schutzfilmentfernungsschritt und der Entleerungsschritt durchgeführt werden.
In 11 ist ein Ergebnis im Fall einer Abführung das Ergebnis, wenn der Entleerungsschritt durch Steuern eines Innendrucks der Reaktionskammer 10 auf 0.3 Pa durchgeführt wird.
Weiterhin können die Gräben 22 mit einer gewünschten Tiefe gebildet werden, indem der Entleerungsschritt durchgeführt wird, nachdem der Ätzschritt, der Schutzfilmausbildungsschritt und der Schutzfilmentfernungsschritt mehrfach wiederholt worden sind, gefolgt von einem erneuten Durchführen des Ätzschritts, des Schutzfilmausbildungsschritts und des Schutzfilmentfernungsschritts. Mit anderen Worten, durch wenigstens einmaliges Durchführen des Entleerungsschritts kann eine Tiefenschwankung der Gräben 22 im Vergleich zu einem herkömmlichen Herstellungsverfahren für ein Halbleitersubstrat unterdrückt werden.
Weiterhin wurde die obige erste Ausführungsform so beschrieben, dass es vorteilhaft ist, einen Innendruck der Reaktionskammer 10 beim Entleerungsschritt auf 0.25 Pa oder höher zu steuern, um die Ausbildung von Gräben 22 mit einer sich nach oben verjüngenden Form zu unterdrücken. Jedoch kann die Konfiguration wie folgt sein: Das heißt, der Entleerungsschritt kann auch dem Ätzschritt folgend durchgeführt werden. Bei einer derartigen Konfiguration kann ein im Ätzschritt erzeugtes Reaktionsgas abgeführt werden. Daher kann das C₄F₈-Plasma den Bodenabschnitt des Grabens 22 bei dem Schutzfilmausbildungsschritt leichter erreichen und die Ausbildung eines dünneren Schutzfilms 23 am Boden des Grabens 22 kann unterdrückt werden. Folglich kann die Ausbildung eines Grabens 22 mit einer sich nach oben verjüngenden Form beim tiefer Machen des Grabens 22 während des Ätzschritts unterdrückt werden.

Claims

Ein Herstellungsverfahren für ein Halbleitersubstrat, dadurch gekennzeichnet, dass es aufweist: Einbringen eines Halbleiterwafers (20) mit einem Maskenteil (21), das in einem bestimmten Muster gemustert ist und auf einer Oberfläche des Halbleiterwafers (20) ausgebildet ist, in eine Reaktionskammer (10); Ätzen eines Grabens (22) in dem Halbleiterwafer (20) gemäß dem Muster des Maskenteils (21) durch Behandlung des Halbleiterwafers (20), indem ein erstes Gas in die Reaktionskammer (10) eingebracht wird und das erste eingebrachte Gas in ein Plasma umgewandelt wird; Ausbilden eines Schutzfilms (23) an einer Wandfläche des Grabens (22) durch Behandlung des Halbleiterwafers (20), indem ein zweites eingebrachte Gas in die Reaktionskammer (10) eingebracht wird und durch Umwandeln des zweiten eingebrachten Gases in ein Plasma; Entfernen des Schutzfilms (23), der an einer Bodenfläche des Grabens (22) ausgebildet worden ist, durch Behandlung des Halbleiterwafers (20), indem ein drittes eingebrachte Gase in die Reaktionskammer (10) eingebracht wird und durch Umwandeln des dritten eingebrachten Gases in ein Plasma; tiefer Machen des Grabens (22) durch wiederholtes Ätzen des Grabens (22), Ausbilden des Schutzfilms (23) und Entfernen des Schutzfilms (23), der an der Bodenfläche des Grabens (22) ausgebildet ist, während das Maskenteil (21) an dem Halbleiterwafer (20) verbleibt; und Leeren der Reaktionskammer (10) wenigstens ein Mal nachdem der Schutzfilm (23), der an der Bodenfläche des Grabens (22) ausgebildet worden ist, entfernt wurde.
Das Herstellungsverfahren für ein Halbleitersubstrat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass: der Graben (22) durch wiederholtes Ätzen des Grabens (22), Ausbilden des Schutzfilms (23), Entfernen des Schutzfilms (23), der an der Bodenfläche des Grabens (22) ausgebildet wurde und Leeren der Reaktionskammer (10) tiefer gemacht wird.
Das Herstellungsverfahren für ein Halbleitersubstrat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass: die Reaktionskammer (10) so entleert wird, dass ein Innendruck der Reaktionskammer (10) 0.65 Pa oder weniger wird.
Das Herstellungsverfahren für ein Halbleitersubstrat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass: ein Verhältnis eines Innendrucks der Reaktionskammer (10), wenn die Reaktionskammer (10) entleert wird, bezüglich eines Innendrucks der Reaktionskammer (10), wenn der Graben (22) geätzt wird, 0.5 oder weniger beträgt.
Das Herstellungsverfahren für ein Halbleitersubstrat nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass: unter der Voraussetzung, dass ein Seitenverhältnis als ein Verhältnis einer Tiefe des Grabens (22) bezüglich einer Öffnungsweite des Grabens (22) ausgedrückt ist, dann die Reaktionskammer (10) entleert wird, bevor der Graben (22) mit dem Seitenverhältnis von 10 oder mehr geätzt wird.
Das Herstellungsverfahren für ein Halbleitersubstrat nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass: die Reaktionskammer (10) auch entleert wird, nachdem der Graben (22) geätzt wurde und bevor der Schutzfilm (23) ausgebildet wird.