DE19502777A1 - Verfahren zur plasmaunterstützten Rückseitenätzung einer Halbleiterscheibe bei belackungsfreier Scheibenvorderseite - Google Patents
Verfahren zur plasmaunterstützten Rückseitenätzung einer Halbleiterscheibe bei belackungsfreier ScheibenvorderseiteInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von
hochintegrierten Schaltungen auf einem Halbleitersubstrat,
bei dem eine Scheibe aus Halbleitermaterial bei mindestens
einem Abscheideprozeß von beiden Seiten beschichtet wird und
bei dem anschließend die Beschichtung auf der Scheibenrück
seite durch eine bei belackungsfreier Scheibenvorderseite
durchgeführte Ätzung wieder entfernt wird.
Im Laufe des Herstellungsprozesses von Halbleiter-Bausteinen
werden die üblicherweise aus Silizium bestehenden Scheiben
immer wieder Abscheideprozessen unterzogen, bei denen die
Scheiben verfahrensbedingt und/oder anlagenbedingt von beiden
Seiten beschichtet werden. Im wesentlichen sind dies Oxida
tionen (thermisches Oxid) sowie CVD (Chemical Vapor Deposi
tion)-Prozesse (Poly-Si-dotiert und undotiert, Siliziumoxid,
Siliziumnitrid). Da der Aufbau mehrerer verschiedener Schich
ten auf der Wafer-Rückseite unerwünscht ist und zu Beein
trächtigungen anderer Prozesse führen kann, werden im Laufe
des gesamten Fertigungsprozesses Rückseiten-Ätzschritte
durchgeführt. Dies geschieht üblicherweise dadurch, daß die
Vorderseite ganzflächig belackt wird und anschließend die je
weilige Schicht auf der Wafer-Rückseite mittels eines Naß-
oder Trockenätzverfahrens wieder entfernt wird. Als Plas
maätz-Equipment wird beispielsweise Tokuda CDE 7, CDE 8 oder
Gasonics IPC verwendet. Danach muß der Lack auf der Scheiben
vorderseite wieder entschichtet werden. Die bei dieser be
kannten Art der Rückseiten-Ätzung auftretenden Zusatzschritte
Belacken und Entlacken der Scheibenvorderseite erfordern
Durchlaufzeit, Anlagenkapazität (Belackungsspur,
Lackentschichtungsbecken bzw. O₂-Plasmastripper, Reinigung)
sowie einen nicht unerheblichen Chemikalienverbrauch.
Inzwischen ist jedoch auch ein Ätzverfahren auf naßchemischer
Basis bekannt geworden, das ohne Vorderseiten-Belackung aus
kommt. Hersteller des entsprechenden Equipments (RST-100) ist
die Firma SEZ, Villach. Bei diesem Verfahren werden die zum
großen Teil bereits mit Strukturen versehenen Silizium-Schei
ben mit dem Gesicht, also der Scheibenvorderseite, nach unten
auf einem rotierenden Luftpolster schnell drehen gelassen,
während von oben auf die Scheibenrückseite die naßchemische
Ätzlösung fliegt. Durch die schnelle Drehung der Scheibe wird
bewirkt, daß die Chemikalien über den Rand der Scheibenrück
seite hinweg nach außen geschleudert werden und so nicht die
Vorderseite angreifen können.
Dieses bekannte Verfahren ist jedoch mit erheblichen Proble
men verbunden, da zum einen das Erfordernis, eine teilprozes
sierte Silizium-Scheibe mit dem Gesicht nach unten und sicher
vor Berührung und damit verbundener Beschädigung auf einem
Luftpolster rotieren zu lassen, eine komplizierte und damit
störanfällige Mechanik voraussetzt. Zum anderen wird in der
Halbleiterherstellung das Beblasen der offenen Scheibenvor
derseite normalerweise möglichst vermieden, um eine Partikel
belastung durch Aufwirbelungsvorgänge zu verhindern. Darüber
hinaus ist der Chemikalienverbrauch bei diesem bekannten Ver
fahren naturgemäß sehr hoch, da wegen des Schleudervorgangs
auf der Scheibenrückseite ein ständiges Nachfließen notwendig
ist. Ein hoher Chemikalienverbrauch sollte aber schon aus Um
weltschutzgründen vermieden werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein
gegenüber den genannten Nachteilen verbessertes Verfahren der
eingangs genannten Art anzugeben, das also eine Scheiben-
Rückseitenätzung ohne Vorderseiten Be- und Entlackung ermög
licht.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten
Art dadurch gelöst, daß die Ätzung in einer Prozeßkammer der
art erfolgt, daß die in einem Plasma erzeugten reaktiven
Teilchen nur die Scheibenrückseite erreichen, während deren
Vordringen zur Scheibenvorderseite durch ein schützendes Neu
tralglas verhindert wird.
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteran
sprüchen.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei
spiels und der Figuren der Zeichnung, die, schematisch und
geschnitten, verschiedene Abdichtungsausführungen einer zur
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Ein
zelscheiben-Ätzanlage zeigen, näher erläutert.
Erfindungsgemäß können die zu entfernenden Schichten auf der
Scheibenrückseite insbesondere mit einem Mikrowellen- oder
HF-angeregten Chemical Downstream Verfahren unter Verwendung
von Fluor-Verbindungen geätzt werden, ohne daß der eigentli
che Rückätzprozeß modifiziert werden müßte. Der Schutz der
Scheibenvorderseite geschieht jedoch nicht mehr wie bisher
durch Belacken und nachträgliches Entlacken, sondern über ein
Neutralgas. Die Schutzwirkung des Neutralgases kann über ein
geeignetes Design der Prozeßkammer und eine geeignete Prozeß
führung unterstützt werden. Vorteilhaft beim erfindungsgemä
ßen Verfahren ist vor allem auch die Möglichkeit, die Sili
zium-Scheibe in ihrer natürlichen Lage, also mit dem Gesicht
nach oben, nach bei Einzelscheiben-Ätzern üblichen Methoden
vollautomatisch in die Prozeßkammer transportieren zu können.
In der Fig. 1 sind Teile eines Einzelscheiben-Ätzers schema
tisch dargestellt, bei dem die durch Mikrowellen angeregten
reaktiven Teilchen des eingelassenen Ätzgases 1 während des
Rückseitenätzens von unten her an die Scheibenrückseite 2 ge
langen. Sie können anschließend zusammen mit den Ätzprodukten
beispielsweise über einen ringförmigen Spalt 3, der unter dem
Scheibenrand angeordnet ist, abgesaugt werden. Während des
Ätzvorganges wird die Scheibenoberseite durch ein nicht
ätzendes Neutralgas geschützt. Es kann beispielsweise Stick
stoff, aber auch das nicht angeregte Ätzgas selbst, bei
spielsweise CF₄ oder NF₃, verwendet werden. Das Neutralgas
kann beispielsweise, wie in der Fig. 1 dargestellt, über der
Scheibenmitte eingelassen und über den Scheibenrand hinweg
über eine Ringleitung 4 abgesaugt werden. Für die Schutzwir
kung des Neutralgases ist eine Gasströmung jedoch nicht un
bedingt erforderlich.
Es ist vorteilhaft, wenn der Druck im oberen Prozeßkammerteil
5 mindestens gleich hoch wie im unteren Prozeßkammerteil 6
gewählt wird. Einerseits wird dadurch ein unbeabsichtigtes
Anheben der Scheibe verhindert, während gleichzeitig der
Überdruck über der Scheibe bewirkt, daß im Falle von Undich
tigkeiten im Auflagebereich 7 des Scheibenrandes eine Gas
strömung immer von oben nach unten stattfindet. Dadurch wird
ein Eindringen von angeregten Ätzteilchen in den oberen Pro
zeßkammerteil 5 und damit ein Anätzen der Scheibenoberfläche
verhindert. Das damit möglicherweise gegebene Eindringen von
Neutralgas in den unteren Prozeßkammerteil 6 führt dagegen
nur zu einer leichten Verdünnung des Ätzgases, was sich le
diglich in einer geringfügigen Erhöhung der Inhomogenitäten
der Ätzraten bemerkbar macht. Außerdem ist durch die Anbrin
gung des Absaugspaltes 3 am Scheibenrand ein schnelles Weg
pumpen des eingedrungenen Neutralgases gewährleistet. Aller
dings sollte durch eine geeignete Profilanpassung der Aufla
gefläche im Flat-Bereich der Scheibe, oder durch Abdichten
auf Stoß, die Ausbildung von Undichtigkeiten möglichst unter
drückt werden. Durch die in der Fig. 1 dargestellte Abschrä
gung des Auflagebereichs 7 wird erreicht, daß die Ätzung bis
zum Scheibenrand stattfinden kann. Bei entsprechend gewählter
Form bzw. Abschrägung des Auflagebereichs 7 ist auch ein ge
zieltes Ätzen in die Kante der Scheibe hinein möglich. Die
Abdichtung der beiden Prozeßkammerteile ist jedoch auch von
oben her, beispielsweise durch einen am Außenrand der Schei
benvorderseite angreifenden Zylinder, möglich. Insgesamt
liegt es durchaus im Rahmen der Erfindung, wenn auch der Au
ßenrand der Scheibenvorderseite im wünschenswerten Umfang,
höchstens wenige Millimeter, rückgeätzt wird. Im einzelnen
ist dabei folgendermaßen vorzugehen:
Die Scheibe wird in ihrer natürlichen Lage (Rückseite nach
unten) beispielsweise mit mehreren Spitzen gegen eine Ring
blende 8, gedrückt, die in ihrem Verlauf der Form des Wafers
nachgebildet ist (Flat), wobei ein leichter Überdruck des
Neutralgases auf der Innenseite der Blende verhindert, daß
durch kleine Undichtigkeiten hindurch ein Angriff des Ätzga
ses auf die Scheibenoberseite stattfindet. Durch die Form und
Größe der Ringblende wird schließlich auch der Bereich auf
der Scheibe festgelegt, der vom Rand her zusätzlich freige
ätzt werden soll.
Zwar ist ein Berühren der Scheibenvorderseite im (nichtakti
ven) Randbereich der Scheiben ein durchaus gängiges Verfahren
(z. B. Clampringe für die He-Rückseitenkühlung bei RIE-Verfah
ren), dennoch wäre aus Defektdichtegründen eine möglichst ge
ringe Auflagefläche bzw. ein berührungsloses Verfahren vor
zuziehen. Zwei Möglichkeiten hierzu sind in Fig. 2 bzw. Fig. 3
dargestellt.
Nach Fig. 2 wird die Scheibe durch mehrere keilförmige Ab
standsnasen 9 über einen definierten Spalt (ca. 0,1 mm) von
der Blende ferngehalten. Durch einen leichten Überdruck in
nerhalb der Blende 8 findet auch hier eine Gasströmung nach au
ßen statt, die ein Eindringen von reaktiven Teilchen in den
Raum über der Scheibe verhindert.
In Fig. 3 wird gezeigt, wie dieser Spalt über einen indirek
ten Anschlag 10 völlig berührungsfrei für die Vorderseite
eingestellt werden kann.
Erfahrungsgemäß werden an den Stellen der Auflagepunkte der
Haltespitzen 9 die Schichten während des isotropen Ätzvorgan
ges mitentfernt. Dennoch kann bei Bedarf die Scheibe, wie in
Fig. 2 gezeigt, durch runde Stifte 11 an Punkten im Scheiben
rand selbst gehalten werden, so daß in Kombination mit einem
indirekten Anschlag am Scheibenrand die Scheibe während der
Ätzung weder auf der Oberseite noch auf der Unterseite
berührt wird.
Als typische Parameter bei der Rückätzung einer 200 nm dicken
Polysiliziumschicht auf thermischem Oxid seien genannt:
Scheibenoberseite: | ||
N₂-Fluß | 5000 sccm | |
Druck | 1,8 torr | |
Scheibenrückseite: @ | CF₄-Fluß | 100 sccm |
O₂-Fluß | 50 sccm | |
Druck | 1,5 torr | |
Mikrowellenleistung | 800 W | |
Ätzzeit | 1 min |
Claims (11)
1. Verfahren zur Herstellung von hochintegrierten Schaltungen
auf einem Halbleitersubstrat, bei dem eine Scheibe aus Halb
leitermaterial bei mindestens einem Abscheideprozeß von bei
den Seiten beschichtet wird und bei dem anschließend die Be
schichtung auf der Scheibenrückseite durch eine bei be
lackungsfreier Scheibenvorderseite durchgeführte Ätzung wie
der entfernt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ätzung in einer Prozeßkammer derart erfolgt, daß die
in einem Plasma erzeugten reaktiven Teilchen nur die Schei
benrückseite (2) erreichen, während deren Vordringen zur
Scheibenvorderseite durch ein schützendes Neutralgas verhin
dert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Druck des auf die Scheibenvorderseite wirkenden Neu
tralgases mindestens gleich hoch wie der auf die Scheiben
rückseite (2) wirkende Druck gewählt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Scheibenvorderseite durch ein darüberströmendes Neu
tralgas geschützt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß Mittel zur mindestens teilweisen Abdichtung eines ersten,
die Scheibenrückseite (2) enthaltene Prozeßkammerteils (6)
gegenüber einem zweiten, die Scheibenvorderseite enthaltenen
Prozeßkammerteil (5) vorgesehen werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Abdichtung durch eine Profilanpassung der zur Prozeß
kammer gehörenden Auflagefläche an den Flat-Bereich der
Scheibe erfolgt.
6. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die teilweise Abdichtung durch eine im Außenrandbereich
der Scheibenvorderseite angeordnete Ringblende (8) erfolgt.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß Mittel (9, 10, 11) vorgesehen sind, um die Ringblende (8)
in einem Abstand von höchstens wenigen Millimetern und mög
lichst berührungslos gegenüber der Scheibe anzuordnen.
8. Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ringblende (8) und die Scheibe durch einen indirekten
Anschlag (10) völlig berührungslos für die Scheibenvordersei
te gegeneinander gehalten sind.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Neutralgas das auch für die Ätzung eingesetzte, je
doch nicht angeregte Ätzgas verwendet wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Neutralgas Stickstoff verwendet wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ätzung in einem Einzelscheiben-Ätzer mit horizontal
nach oben weisender Scheibenvorderseite durchgeführt wird.
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