DE19506745C2 - Verfahren und Vorrichtung für reaktives Heisswand-Ionenätzen unter Verwendung einer dielektrischen oder metallischen Abschirmung mit Temperatursteuerung zur Erzielung von Prozeßstabilität - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung für reaktives Heisswand-Ionenätzen unter Verwendung einer dielektrischen oder metallischen Abschirmung mit Temperatursteuerung zur Erzielung von Prozeßstabilität

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DE19506745C2 DE19506745A DE19506745A DE19506745C2 DE 19506745 C2 DE19506745 C2 DE 19506745C2 DE 19506745 A DE19506745 A DE 19506745A DE 19506745 A DE19506745 A DE 19506745A DE 19506745 C2 DE19506745 C2 DE 19506745C2
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Description

Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich auf Halbleiterfertigung, insbeson­ dere auf die Verhinderung der Bildung unerwünschter Filme auf den Oberflächen von Ätzkammern, die während des Ätzens von Halb­ leiterbauelementen einem Plasma ausgesetzt sind.
Hintergrund der Erfindung
Um Unzulänglichkeiten von Ätzkammern nach dem Stand der Technik zu überwinden, werden ein neues Verfahren und eine neue Vorrich­ tung zum Ätzen von Halbleiterbauelementen bereitgestellt.
Reaktoren für trockenes Plasmaätzen sind Vakuumkammern, in denen ein elektrisches Plasma erzeugt wird, um Halbleiterwafer zu ät­ zen. Das Ätzen wird üblicherweise durch eine Photoresistmaske hindurch ausgeführt.
Trockene Ätztechniken werden häufig als reaktives Ionenätzen oder Plasmaätzen bezeichnet. Trockene Ätzeinrichtungen nach dem Stand der Technik bilden ein Plasma durch Injizieren von Aus­ gangsgasen in ein Gebiet, in dem ein HF-Feld erzeugt wird. Die Ausgangsgase können Gase umfassen, die Fluor enthalten, zum Bei­ spiel CHF₃ oder CF₄.
Das HF-Feld kann durch zwei oder drei interne Elektroden, die an eine HF-Quelle gekoppelt sind, oder mit Hilfe von externen Elek­ troden oder einer Spule erzeugt werden. Die Hochfrequenzanregung bewirkt, daß sich die Ausgangsgase in ein Plasma umwandeln, das Ionen und reaktive Spezies erzeugt. Die erzeugten reaktiven Spe­ zies diffundieren zu den zu ätzenden Oberflächen, an denen der Ätzvorgang chemischer Art ist. In ionenunterstützten Prozessen werden die Halbleiterbauelemente den energiereichen Ionen des Plasmas ausgesetzt. Die Ionen werden zu dem Halbleiterbauelement geleitet, an dem die Ionen dann mit den Substraten kollidieren, was bewirkt, daß Teile der Oberfläche des Substrates weggeätzt oder abgetragen werden. Die ionenunterstützten Ätzprozesse beinhalten sowohl chemisches als auch physikalisches Ätzen.
Während des Ätzprozesses werden Fluorkohlenstoff-Filme auf den Wänden der Ätzkammer abgeschieden. Die Deposition der Fluorkohlenstoff-Filme ändert die Impedanz des Systems und führt mit der Zeit zu einer Abnahme der selbstregulierenden Vorspannung der Ätzkammer. Dies ändert die Betriebseigenschaften der Ätzeinrichtung, was den Ätzvorgang beeinflußt. Außerdem kann der auf den Wänden der Ätzkammer abgeschiedene Fluorkohlenstoff-Film abblättern und zu einer Partikelquelle innerhalb der Ätzkammer werden.
Die Deposition von Fluorkohlenstoff-Filmen auf den Wänden der Ätzkammer wird herkömmlicherweise durch Reinigen der Ätzkammer unter Verwendung eines O₂-Plasmas und nachfolgendes Rekonditio­ nieren der Ätzkammer behandelt. Der Reinigungs- und Alterungs­ prozeß der Kammer kann bis zu 30 Prozent der gesamten ver­ fügbaren Betriebszeit des Systems erfordern.
US-A-4,430,547 beschreibt eine Ätzkammer, deren Innenwand aus korrosionsbeständigem Material besteht und mit einer Heizeinrichtung zum Aufheizen auf ca. 150°C versehen ist. Die Kammerwand umgibt dabei den Substrathalter.
Aus den Druckschriften JP-A-61 87 861, JP-A-54 162 969 und JP- A-52 108 67 sind jeweils Beschichtungsmaterialien zur Innenbeschichtung der Wände von Plasmareaktoren bekannt, die depositionsresistente Eigenschaften gegenüber dem verwendeten Ätzgas haben.
Einige Entwürfe nach dem Stand der Technik haben Verfahren und/oder Vorrichtungen in einem Versuch vorgeschlagen, einige der durch die Deposition der Fluorkohlenstoff-Filme auf den Oberflächen innerhalb der Ätzkammer verursachten Probleme zu eliminieren. In einem System wird zum Beispiel ein zu ätzendes Substrat innerhalb der Ätzkammer angeordnet und gekühlt, während die Wände der Kammer auf eine Temperatur von ungefähr 80°C erwärmt werden. Eine Erwärmung der Oberflächen wird durch Zuführung von heißem Wasser zu einem an den Außenflächen der trockenen Ätzvorrichtung angebrachten Rohr erreicht. Dies wird durchgeführt, um das Binden eines Polymerfilmes an die Wände der Ätzvorrichtung während des Ätzens des Substrates zu reduzieren.
Dieses Verfahren und/oder diese Vorrichtung reduziert jedoch die Depositionsrate der Fluorkohlenstoff-Filme auf den Innenwänden der Kammer nur marginal. Des weiteren resultiert in Fällen, in denen Einrichtungen mit einem Plasma hoher Dichte während des Ätzprozesses verwendet werden, eine teilweise Eliminierung der Depositionsrate um zum Beispiel 10 Prozent bis 20 Prozent durch Erwärmen auf 80°C weiterhin in einer großen Häufigkeit der Reinigung der Ätzkammer.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die genannten Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ätzen von Halbleiterbauelementen, wobei die unerwünschte Deposition von Filmen auf den Innenflächen der Vorrichtung während des Ätzprozesses verhindert wird.
Das Ätzsystem beinhaltet eine Ätzkammer mit einer darin angeordneten depositionsresistenten Oberfläche bestehend aus einer Abschirmung, einem Halter zum Halten des zu ätzenden Bauelementes und einer Heizeinrichtung zum Aufheizen der de­ positionsresistenten Oberfläche auf eine Temperatur zwischen 100°C bis 600°C, um die Bildung von Filmen auf den Wänden der Kammer zu hemmen. Die depositionsresistente Oberfläche in dem Ätzsystem umgibt den Halter, während sie das Plasma, das zum Ätzen des Substrates verwendet wird, nicht stört.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird am besten beim Lesen der folgenden detail­ lierten Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeich­ nungen verständlich, in denen durchweg gleiche Bezugszeichen entsprechende Elemente bezeichnen und in denen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer ersten exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 2 eine Querschnittsansicht entlang der Linie 2-2 der er­ sten exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Fig. 1 ist;
Fig. 3a eine schematische Ansicht einer zweiten exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 3b eine Querschnittsansicht entlang der Linie 3b-3b der zweiten exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfin­ dung in Fig. 3a ist;
Fig. 3c eine Querschnittsansicht entlang der Linie 3c-3c der zweiten exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfin­ dung in Fig. 3a ist;
Fig. 4 eine graphische Darstellung ist, welche die Depositions­ rate der Filme auf einer erwärmten Oberfläche innerhalb einer Ätzkammer in Abhängigkeit von der Temperatur jener Oberfläche bei Verwendung dreier verschiedener Ätzgase zeigt.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Fig. 1 zeigt eine Plasmaätzeinrichtung vom Abwärtsströmungstyp, die allgemein mit 1 bezeichnet ist. Die Abwärtsströmungs-Plasma­ ätzeinrichtung 1 beinhaltet Elektroden 2 zur Erzeugung eines Plasmas, die einen Gaseinlaß 3 umgeben. Der Gaseinlaß 3 stellt eine Zuführung von fluorhaltigen Gasen, wie CF₄ und CHF₃, bereit. Wenn die fluorhaltigen Gase die Elektroden 2 passieren, wird das Gas in ein Plasma umgewandelt. Eine Düse 4 verteilt das Gas in die Ätzkammer 9. Der Düse 4 gegenüberliegend und in der Ätzkam­ mer 9 angeordnet befindet sich ein Substrathalter 10 zum Halten von zu ätzenden Substraten 5. Außerdem ist ein Auslaß 6 vorgese­ hen, um das Plasma abzuführen.
Die Düse 4 und den Substrathalter 10 umgebend ist in der Ätzkam­ mer 9 eine Abschirmung 7 angeordnet, um Wände 15, 16 und 17 der Ätzkammer 9 zu schützen. Die Abschirmung 7 besteht aus einem ätzbeständigen Material, das geheizt werden kann. Die Abschir­ mung 7 ist mit einer Heizquelle 8 gekoppelt, um die Abschirmung 7 während des Ätzprozesses zu heizen. Die Heizquelle 8 kann zum Beispiel eine elektrische Heizquelle zum Aufheizen der Abschir­ mung 7 unter Verwendung einer Widerstandsheizung oder Heizlampe beinhalten. Alternativ kann die Heizquelle 8 eine Flüssigkeit beinhalten, die geheizt wird und die man um die Abschirmung 7 herum oder durch sie hindurch zirkulieren läßt.
Anstelle der Bereitstellung einer externen Heizquelle kann eine Heizquelle in die Abschirmung eingebaut sein, womit die Notwen­ digkeit einer separaten Heizquelle eliminiert ist.
Die Heizquelle 8 beinhaltet ein Steuerungselement zur Steuerung und Aufrechterhaltung der Temperatur der Abschirmung 7. Es kann zum Beispiel ein (nicht gezeigter) Meßfühler, wie ein Thermoele­ ment, in der Ätzkammer 9 in unmittelbarer Nachbarschaft zur Ab­ schirmung 7 angeordnet werden, um die Temperatur der Abschirmung 7 zu bestimmen. Das Steuerungselement innerhalb der externen Heizquelle 8 stellt die der Abschirmung 7 zugeführte oder die von derselben erzeugte Wärme in Reaktion auf die von dem Thermo­ element empfangenen Temperaturdaten ein, um die Abschirmung 7 auf einer gewünschten Temperatur zu halten.
Das Halten der Abschirmung 7 auf einer bestimmten Temperatur unter Verwendung eines Rückkopplungssystems, wie dem Steuerungs­ element, wird während des Ätzprozesses besonders wichtig. Wäh­ rend des Ätzens stellt das erzeugte Plasma eine zusätzliche Wär­ mequelle dar, welche die Abschirmung 7 erwärmt. Um die durch das Plasma erzeugte Wärme zu kompensieren, reduziert das Steuerungs­ element die der Abschirmung 7 durch die Heizquelle 8 zugeführte Wärme. Somit wird eine Regelung zur Aufrechterhaltung der Tempe­ ratur der Abschirmung 7 bereitgestellt.
Es kommen viele verschiedene Verfahren und/oder Vorrichtungen zur Steuerung und Aufrechterhaltung der Temperatur der Abschir­ mung 7 in Kombination mit der Heizquelle 8 in Betracht. Diese können zum Beispiel manuelle oder automatische Steuerungen oder eine Kombination derselben zur Aufrechterhaltung der gewünschten Temperatur in der Kammer umfassen. Das Steuerungselement kann durch Rechner-Hardware und/oder -Software ausgeführt werden.
Fig. 2 zeigt eine Querschnittsansicht von Fig. 1 entlang der Linie 2-2. In dieser Ansicht wurden die Substrate 5 aus Gründen der Klarheit aus Fig. 2 weggelassen.
Fig. 2 zeigt den Halter 10, der von der Abschirmung 7, welche die Wände 15, 16 und 17 der Ätzkammer 9 abschirmt, umgeben ist. Auf diese Weise verhindert die Abschirmung 7, daß die Wände 15, 16, 17 dem Plasma und den Nebenprodukten des Ätzprozesses ausge­ setzt sind, was ansonsten zu einer Filmdeposition auf den Wänden 15, 16 und 17 führt.
Fig. 2 zeigt außerdem die Abschirmung 7 als eine einzige kon­ tinuierliche Oberfläche, die innerhalb der Ätzkammer 9 angeord­ net ist. Die Abschirmung 7 kann jedoch aus zwei oder mehr ein­ zelnen Komponenten gebildet sein, die in der Ätzkammer 9 ange­ ordnet sind, um die Oberflächen der Ätzkammer zu schützen. Es ist bevorzugt, daß die Abschirmung 7 ein möglichst großes Ober­ flächengebiet der Wände 15, 16 und 17 schützt, solange die Ab­ schirmung 7 das in der Ätzkammer 9 zum Ätzen der Substrate 5 erzeugte Plasma nicht stört. Die Abschirmung 7 sollte zum Bei­ spiel die Sichtlinie zwischen dem erzeugten Plasma und den Sub­ straten 5 nicht stören.
Außerdem kann die Abschirmung 7 durch eine einzige, mit einer Abschirmung mit einzelnen Komponenten gekoppelten Heizquelle gesteuert werden, oder es können zwei oder mehr Heizquellen 8 zum Aufheizen der Abschirmung 7 als ganzes, einzeln oder als eine Untergruppe vorgesehen sein.
Im Betrieb sind die Substrate 5 innerhalb der Ätzkammer 9 auf dem Substrathalter 10 angeordnet. Die Abschirmung 7 wird unter Verwendung der Heizeinrichtung 8, welche die Abschirmung 7 auf eine ungefähre Temperatur von 300°C für den Fluorkohlenstoff- Oxid-Ätzverfahrensablauf heizt, auf eine erhöhte Temperatur auf­ geheizt. Wenngleich Temperaturen von etwa 300°C bevorzugt sind, sind Temperaturen im Bereich von 100°C bis 600°C wünschens­ wert, da in diesem Bereich signifikante Abnahmen der Deposition des Fluorkohlenstoffes auf der Abschirmung 7 festzustellen sind.
Nachdem die Abschirmung 7 die gewünschte Temperatur erreicht hat, wird der Ätzprozeß dadurch eingeleitet, daß man das Gas durch die Elektroden 2 hindurchströmen läßt, die ein HF-Feld erzeugen, welches das Gas anregt und bewirkt, daß es in ein Plasma umgewandelt wird. Die Abschirmung 7 wird während des Ätzprozesses auf einer erhöhten Temperatur gehalten, so daß die Deposition von Fluorkohlenstoff-Filmen auf den Wänden 15, 16 und 17 der Ätzkammer 9 und auf der Abschirmung 7 stark gehemmt wird.
Das Steuerungselement überwacht die Temperatur der Abschirmung 7 und hält sie durch Überwachen der von dem Meßfühler gelie­ ferten Temperaturdaten aufrecht. In Reaktion auf die Temperaturdaten des Meßfühlers wird die der Abschirmung 7 durch die Heizquelle 8 zugeführte Wärmemenge entsprechend eingestellt, so daß die gewünschte Temperatur der Abschirmung 7 aufrechterhalten wird.
Die Verwendung der auf eine Temperatur von 300°C erwärmten Abschirmung 7 führt zu einer Vergrößerung des Prozeßfensters für die Plasmaätzeinrichtung 1. Das Prozeßfenster stellt den Satz von Randbedingungen dar, unter denen die Plasmaätzeinrichtung arbeitet. Diese Randbedingungen beinhalten, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein, die Zeitdauer, während der die Kammer zum Ätzen betrieben werden kann, die Arten von Gasgemischen, die verwendet werden können, und die Leistung, bei der das System betrieben werden kann.
Die Verwendung der Abschirmung 7 reduziert die Ausfallzeit des Systems für Reinigungsvorgänge, womit die gesamte verfügbare Betriebszeit der Plasmaätzeinrichtung zum Ätzen erhöht wird. Dies ist deshalb der Fall, weil eine drastische Reduktion der Deposition der Fluorkohlenstoff-Filme auf den Wänden 15, 16 und 17 der Ätzkammer bei der Verwendung von auf 300°C aufgeheizten Abschirmungen festgestellt wird. Somit ist eine entsprechende Abnahme der Ausfallzeit der Einrichtung zur Reinigung der Ätzkammer festzustellen.
Außerdem können Fluorkohlenstoff-Gase, die normalerweise nicht zum Ätzen eingesetzt werden, in Verbindung mit der Abschirmung 7 verwendet werden. Während des Ätzens von Oxiden können zum Beispiel Gase wie C₂F₄, C₂F₆, C₂F₈ und C₂HF₅ wegen ihrer höheren Selektivität beim Ätzen der Halbleiterbauelemente verwendet werden. Diese Gase weisen jedoch den unerwünschten Nebeneffekt auf, daß sie die Abscheidung großer Mengen von Fluorkohlenstoff-Filmen auf den freiliegenden Oberflächen der Ätzkammer verursachen. Um dieses Problem zu überwinden, können diese Gase in Verbindung mit der Abschirmung 7 verwendet werden, welche die Bildung der Fluorkohlenstoff-Filme stark unterbindet.
Eine Ätzkammer kann auch bei erhöhten Leistungspegeln betrieben werden, bei denen die Anregung des Gases bei höheren Energiewerten auftritt. Die höheren Leistungspegel stellen eine höhere Ätzrate bereit, verursachen jedoch ein Anwachsen der Deposition von Fluorkohlenstoff-Filmen. Die Deposition von Fluorkohlenstoff-Filmen wird jedoch bei Verwendung einer auf 300°C aufgeheizten Abschirmung signifikant reduziert.
Außerdem wird die inhärente Instabilität bei dem Ätzprozeß unter Verwendung von Fluorkohlenstoffgasen reduziert, da die Deposition von Fluorkohlenstoff-Filmen während des Ätzprozesses stark gehemmt wird. Da die Rate der Bildung von Fluorkohlenstoff-Filmen auf den Wänden der Ätzkammer signifikant reduziert ist, wird die Ätzimpedanz während des Ätzens nicht verändert.
Bei einer alternativen Ausführungsform können die Wände der in Fig. 1 gezeigten Ätzkammer 9 auf eine erhöhte Temperatur aufgeheizt werden, ohne eine separate Abschirmungsoberfläche innerhalb der Kammer anzuordnen. Die Aufheizung der Ätzkammer 9 wird in einer ähnlichen Weise wie bei der ersten exemplarischen Aus­ führungsform durchgeführt, bei welcher die Abschirmung 7 in der Ätzkammer 9 verwendet wird. Bei dieser Ausführungsform werden die Wände der Kammer auf 300°C aufgeheizt, was die gleichen er­ wünschten Wirkungen erzielt, wie wenn die Abschirmung 7 aufge­ heizt wird. Alternativ kann die Abschirmung 7 auf den Wänden 15, 16 und 17 angeordnet werden.
Der Typ von Plasmaätzeinrichtung, bei dem die aufgeheizte Ab­ schirmung verwendet werden kann, ist nicht auf Abwärtsströmungs- Ätzeinrichtungen beschränkt, sondern kann bei einer breiten Vielzahl von Ätzvorrichtungen verwendet werden, zum Beispiel Reaktoren mit parallelen Elektroden, Trommelätzeinrichtungen, zylindrischen Serienätzreaktoren und Magnetronionenätzeinrich­ tungen. Außerdem kann eine Plasmaquelle hoher Dichte in Verbin­ dung mit einer Resonanzfrequenzvorspannung verwendet werden. Das Plasma hoher Dichte kann zum Beispiel ein Elektronenresonanz­ plasma oder ein Plasma mit gekoppelter Resonanzfrequenz sein.
Eine zweite exemplarische Ausführungsform der vorliegenden Er­ findung ist in den Fig. 3a bis 3c gezeigt. Die Ätzeinrichtung 31 mit parallelen Plattenelektroden beinhaltet eine Elektrode 36, die auch als Substrathalter dient. Die zweite Elektrode 33 ist mit Masse verbunden und stellt außerdem die obere Wand der Ätzkammer 38 dar. Während des Ätzprozesses wird zwischen den Elektroden 33, 36 oberhalb von Substraten 35 ein Plasma erzeugt.
Eine Abschirmung, die die Komponenten 37, 39 umfaßt, ist in der Ätzkammer 38 angeordnet, um die Deposition von Fluorkohlenstoff- Filmen auf den freiliegenden Wänden 40, 41 der Ätzkammer 38 zu verhindern.
Im Betrieb verhindert die in den Fig. 3a bis 3c gezeigte Aus­ führungsform die Bildung von Fluorkohlenstoff-Filmen in einer ähnlichen Weise wie bei der in Fig. 1 gezeigten ersten exempla­ rischen Ausführungsform. Wie bei der ersten exemplarischen Aus­ führungsform verwendet diese Ausführungsform eine (nicht gezeig­ te) externe Heizquelle zum Heizen der Abschirmung 37, 39. Die Abschirmungsoberfläche wird vor der Einleitung des Ätzprozesses auf eine Temperatur von 300°C aufgeheizt.
Die Abschirmung und/oder die Wände der Ätzkammer bei der ersten und der zweiten exemplarischen Ausführungsform können aus einer breiten Vielzahl von Materialien aufgebaut sein, zum Beispiel aus Keramik, Aluminium, Stahl und/oder Quarz. Aluminium ist das bevorzugte Material, da es leicht maschinell zu bearbeiten ist. Aluminium ist jedoch gegenüber dem aus einigen der Ausgangsgase, die während des Ätzprozesses verwendet werden, erzeugten Plasma reaktiv. Folglich wird Aluminiumoxid oder eine Beschichtung aus demselben, die auf der Abschirmung oder den Kammerwänden aufge­ bracht sind, verwendet, da Aluminiumoxid gegenüber dem Plasma chemisch inert ist.
Zusätzlich zu den Materialien, die zum Aufbau der Abschirmung und/oder der Kammerwände verwendet werden, kann eine Schutz­ schicht auf den Oberflächen der Abschirmung und/oder der Kammer­ wände angebracht werden. Zum Beispiel können Al₂O₃, Sc₂O₃ oder Y₂O₃ als Beschichtungsmaterialien für die freiliegenden Oberflächen verwendet werden. Diese Materialien werden wegen ihrer Ätzbe­ ständigkeit gegenüber dem während des Ätzprozesses erzeugten Plasma ausgewählt.
Die Kriterien für die Auswahl der obigen Materialien und/oder Beschichtung basieren auf der Beständigkeit des Materials und/ oder der Beschichtungen gegenüber einem chemischen Angriff der Spezies, die in dem Plasma durch Anregung des Ausgangsgases wäh­ rend des Ätzprozesses erzeugt werden, und der Fähigkeit des Ma­ terials und/oder der Beschichtung, die Bildung von Partikeln zu verhindern, die von der Oberfläche oder dem Material innerhalb der Ätzkammer abblättern können.
Aluminiumoxid ist zum Beispiel ein wichtiges Beschichtungsmate­ rial, da es chemisch inert gegenüber den bei einigen Ätzprozes­ ses verwendeten Fluorkohlenstoffgasen ist. Außerdem ist es ein gutes Material zur Beschichtung von Aluminium, das häufig zum Aufbau der Ätzkammer verwendet wird.
Die Abschirmung sollte innerhalb der Ätzkammer so angeordnet sein, daß sie den größten Teil des Oberflächengebiets der Ätz­ kammer gegen die Bildung von Fluorkohlenstoff-Filmen abschir­ mt, ohne das Ätzen der Halbleiterbauelemente zu stören. Folg­ lich beinhaltet bei der in den Fig. 3a bis 3c gezeigten zweiten exemplarischen Ausführungsform die Abschirmung mehrere einzelne Komponenten, um eine maximale Abdeckung der Oberflächen der Ätzkammer zu gewährleisten, ohne das Plasma, das erzeugt wird, zu stören. Alternativ kann eine einzige kontinuierliche Abschirmung, wie bei der ersten exemplarischen Ausführungsform von Fig. 1 gezeigt, für die Abdeckung der Oberflächen der Ätzkammer geeignet sein.
Obwohl nicht alle Oberflächen der Ätzkammer durch die Abschir­ mung abgeschirmt werden müssen, ist es erwünscht, daß die Oberflächen in größtmöglichem Maße abgeschirmt werden, um die Deposition von Fluorkohlenstoff-Filmen zu verhindern.
Fig. 4 zeigt die erzielten Ergebnisse, wenn eine innerhalb einer Ätzkammer angeordnete Oberfläche auf eine erhöhte Temperatur aufgeheizt wird. Ein Siliciumsubstrat wurde bei einem Druck von 13.33 N/m² (100 mTorr) geätzt, wobei die Spitzenspannung während des Ätzprozesses ungefähr -580 V betrug. Zu Vergleichszwecken wurden drei verschiedene Gase, die CHF₃ (100%), CHF₃/H₂ (30%) und CHF₃/H₂ (50%) umfassen, zur Erzeugung des Plasmas verwendet. Die Figur vergleicht die Depositionsrate von Fluorkohlenstoff-Filmen bei Verwendung der drei verschiedenen Gase. Wie für die drei verschiedenen Gase ersichtlich ist, ist die Depositionsrate der Fluorkohlenstoff-Filme auf der aufgeheizten Oberfläche bei 300°C ausgehend von einer Depositionsrate von ungefähr 10 nm/min bei Raumtemperatur auf nahezu null vermindert. Außerdem zeigen, wenngleich eine gewisse Reduktion der Deposi­ tionsrate bereits unterhalb 100°C erreicht wird, Temperaturen über 100°C und bis zu 300°C und darüber eine wesentliche Reduktion der Depositionsrate.

Claims (18)

1. Vorrichtung zur Verhinderung der unerwünschten Deposition eines Films in einem System zum Ätzen eines Bauelementes mit einem Plasmastrom, die folgendes umfaßt:
eine Ätzkammer mit einer depositionsresistenten Oberflächeneinrichtung, bestehend aus einer innerhalb der Ätzkammer angeordneten Abschirmung;
Mittel zum Halten des Bauelementes in der Ätzkammer, wobei die Abschirmung die Haltemittel umgibt;
Mittel zum Aufheizen der Abschirmung auf eine Temperatur zwischen 100°C und 600°C, um die Bildung der Filme innerhalb der Ätzkammer zu hemmen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Abschirmung den Plasmastrom nicht stört.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Abschirmung auf eine Temperatur zwischen 275°C und 325°C aufgeheizt wird.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Abschirmung auf eine Temperatur von ungefähr 300°C aufgeheizt wird.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Abschirmung auf den Wänden der Ätzkammer angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Abschirmung mit einem Material beschichtet ist, das in dem Plasmastrom eine niedrige Erosionsrate aufweist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Abschirmung mit einem Material beschichtet ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Al₂O₃, Y₂O₃ und Sc₂O₃ besteht.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Abschirmung ein Material beinhaltet, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Metallen und Dielektrika besteht.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Abschirmung ein Material beinhaltet, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Edelstahl, Keramik, Quarz und Aluminium besteht.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Abschirmung dem in der Ätzkammer erzeugten Plasma gegenüberliegt.
11. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Ätzkammer entweder eine oxid-reaktive Ionenätzkammer oder eine Trockenätzkammer ist, bei der ein Fluorkohlenstoffgasge­ misch verwendet wird.
12. Vorrichtung nach Anspruch 1, die eine Quelle für ein Plasma hoher Dichte mit einer Resonanzfrequenzvorspannung beinhaltet.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Quelle für das Plasma hoher Dichte entweder ein Elektronenresonanzplasma oder ein Plasma mit gekoppelter Resonanzfrequenz ist.
14. Verfahren zum Hemmen der Deposition von unerwünschten Filmen in einer Ätzkammer, das folgende Schritte umfaßt:
Anordnen einer depositionsresistenten Oberfläche in Form einer Abschirmung, die die Haltemittel zum Ätzen eines Bauelements umgibt, in dem Hohlraum der Ätzkammer; und
Aufheizen der depositionsresistenten Oberfläche in der Ätzkammer auf eine Temperatur zwischen 100°C und 600°C, um die Bildung der Filme in der Ätzkammer während des Ätzvorgangs zu verhindern.
15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die depositionsresistente Oberfläche auf eine Temperatur zwischen 275°C und 325°C aufgeheizt wird.
16. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die depositionsresistente Oberfläche auf eine Temperatur von ungefähr 300°C aufgeheizt wird.
17. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Ätzkammer ein Plasma erzeugt und wobei die depositionsresistente Oberfläche mit einem Material beschichtet ist, das in dem Plasma eine niedrige Erosionsrate aufweist.
18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei die depositionsresistente Oberfläche mit einem Material beschichtet ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Al₂O₃, Y₂O₃ und Sc₂O₃ besteht.
DE19506745A 1994-03-08 1995-02-27 Verfahren und Vorrichtung für reaktives Heisswand-Ionenätzen unter Verwendung einer dielektrischen oder metallischen Abschirmung mit Temperatursteuerung zur Erzielung von Prozeßstabilität Expired - Lifetime DE19506745C2 (de)

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