DE19919384A1

DE19919384A1 - Verfahren zum Trockenätzen und Vakuumbehandlungsreaktor

Info

Publication number: DE19919384A1
Application number: DE19919384A
Authority: DE
Inventors: Emmanuel Turlot; Jacques Schmitt; Philippe Grousset
Original assignee: Balzers Hochvakuum AG
Current assignee: TEL Solar AG
Priority date: 1998-04-28
Filing date: 1999-04-28
Publication date: 1999-11-25
Also published as: TW447006B; JP4961064B2; KR19990083571A; FR2777913A1; US6127271A; KR100716806B1; GB9909805D0; GB2339553B; GB2339553A; FR2777913B1; JPH11354512A

Abstract

Ein Trockenätzverfahren ist insbesondere auf die Entfernung von Ablagerungen von PECVD-Reaktoren anwendbar. Ein Reaktivätzgas wird dem evakuierten Reaktor zugeführt und das Gas, das die Reaktionsprodukte des Ätzverfahrens enthält, wird aus dem Reaktor entfernt. Nach einem ersten Gesichtspunkt der Erfindung wird die Zufuhr von Reaktivätzgas nach einer bestimmten Zeitspanne während der Reaktion reduziert, um die Menge an unreagiertem Gas, das an die Umgebung oder an einen abgasseitigen Naßabscheider abgegeben wird, zu reduzieren. Der Fluß der Reaktionsprodukte im Auslaß kann überwacht werden, um eine automatische Steuerung der Zufuhr des Ätzgases als eine Funktion der Reaktionsrate zu ermöglichen. Unter einem zweiten Gesichtspunkt der Erfindung kann SF¶4¶ als Ätzgas verwendet werden. Es wurde gefunden, daß es zumindest so effektiv wie SF¶6¶ bei der Entfernung von siliziumbasierten Ablagerungen ist und daß es aufgrund seiner geringeren Stabilität sich nicht als Verunreinigung in der Umgebung aufhält.

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung ist auf Trockenätztechniken gerichtet.

Hintergrund der Erfindung

Trockenätzen verwendet eine Niederdruckglimmentladung, um eine dünne, feste Oberflächenablagerung zu entfernen, sei es ein Film auf einem Werkstück, wie z. B. einem Wafer als einem Teil eines Produktionsverfahrens von einem derarti gen Werkstück oder von einem Reaktorbehälter für Reinigungszwecke. Die Glimm- oder Plasmaentladung wird versorgt mit einem gegebenen Fluß an Ätz gas. Die Ätzgasmoleküle sind dabei reich an einem ätzenden Element, wie z. B. Fluor, manchmal Chlor oder noch komplexeren Arten. Nach der Zersetzung des Ätzgases bei der Entladung werden Ätzradikale gebildet. Diese Radikale reagie ren auf der Oberfläche mit den dortigen Ablagerungen, die entfernt werden sol len, um sie in ein gasförmiges Produkt zu überführen, welches dann aus dem Reaktor durch Abpumpen entfernt wird.

Andere Gase werden gewöhnlich zu dem Ätzgas hinzugegeben, um das Ätzver fahren zu optimieren, wie z. B. Sauerstoff, wie in Tabelle 1 gezeigt.

Es gibt viele Gründe für derartige additive Gase, wie z. B.:

- Begrenzung der Verunreinigung des Reaktors durch Ätznebenproduk te, wie z. B. durch Schwefel von SF₆ Ätzgas;
- Verbesserung der Selektivität für das Ätzen verschiedener Mate rialoberflächen, wie z. B. bei einem Film der geätzt werden soll, und ei nem, der ungeätzt verbleiben soll;
- Anpassung der relativen Ätzrate für zwei verschiedene Materialober flächen, die geätzt werden sollen, wie z. B. bei zwei Filmen;
- Verbesserung der Gleichförmigkeit der Ätzrate entlang der Oberfläche, die behandelt werden soll.

In Tabelle 1 sind einige Beispiele für bekannte Trockenätzverfahren aufgelistet.

Tabelle 1

Trockenätzen wird gewöhnlich am meisten verwendet, um in dünnen Filmen, die teilweise durch einen Schutzfilm geschützt sind, Muster zu erzeugen. Der Schutzfilm wird gewöhnlicherweise durch ein fotolithografisches Verfahren, ins besondere zur Herstellung von integrierten Schaltungen, abgeschieden.

Nichtsdestotrotz wurde die vorliegende Erfindung besonders für die Anwendung der Reaktorreinigung bei insbesondere PECVD-Reaktoren entwickelt. Dennoch kann die Erfindung zur Trockenätzreinigung von anderen Reaktoren und zum Trockenätzen von Werkstücken im Zusammenhang mit ihren Herstellverfahren angewandt werden. Dies gilt insbesondere für Trockenätzanwendungen auf dem Gebiet der Wafer-Herstellung.

PECVD wird verwendet, um einen dünnen Film auf einem Substrat abzuschei den. Ein reaktives Gas wird in einen Niederdruckreaktor eingeführt, worin eine Glimmentladung aufrechterhalten wird. Das reaktive Gas wird dissoziiert und das interessierende Nebenprodukt lagert sich als ein Feststoffilm auf allen ex ponierten Oberflächen und somit auf der inneren Oberfläche des Reaktors selbst und auf dem zu beschichtenden Substrat ab. Wenn die gewünschte Dicke auf dem Substrat erreicht ist, wird die Glimmentladung gestoppt und das beschichte te Substrat entfernt. Somit ist am Ende des Beschichtungsprozesses nicht nur das Substrat, sondern auch die gesamten Reaktorwandoberflächen, die direkt oder indirekt der Glimmentladung ausgesetzt war, ebenfalls beschichtet.

Das Phänomen, daß nach der Werkstückbeschichtung innerhalb eines Reaktors, die Reaktorwände ebenfalls beschichtet sind, ist nicht einzigartig für PECVD, sondern ist ebenfalls von anderen Beschichtungsverfahren, wie z. B. Zerstäubung, Verdampfung, wie durch kathodische Lichtbogen, Elektronenstrahl oder Schmelztiegelerwärmung, bekannt.

Die typischen Anwendungen von PECVD, auf welche sich die vorliegende Erfin dung insbesondere anwenden läßt, betreffen die Elektronik, Optik und Optoelek tronik. Eine nicht erschöpfende Liste von Beispielen der PECVD-Filmherstellung und ihrer Anwendung ist in Tabelle 2 gegeben.

Tabelle 2

In dem vorliegenden Kontext sollte man klar den Beschichtungsprozeß, wie ins besondere die PECVD-Beschichtung, und den Trockenätzprozeß, auf welchem die vorliegende Erfindung insbesondere aber auch im Zusammenhang mit einer vorhergehenden Beschichtung ausgerichtet ist, unterscheiden.

Es sollte auch berücksichtigt werden, daß die meisten Anwendungen von PECVD-Filmen sehr empfindlich für Staubverunreinigungen sind, was dennoch nicht einzigartig für PECVD-Ablagerungen ist. Oft, und insbesondere für PECVD-Verfahren, soll das Risiko den Film durch Staub, d. h. irgendwelche Fest stoffverunreinigungen, vor, während und nach dem Schichtablagerungsprozeß zu verunreinigen, auf das geringst mögliche Niveau reduziert werden. Wie in Tabel le 2 gezeigt, sind relevante Schichten die durch PECVD abgeschieden werden, siliziumbasiert. Deshalb sollte ein entsprechender Trockenätzprozeß zur Reini gung des Reaktors fluorbasiert sein. Da der Reaktor durch eine derartige Trockenätzreinigung nicht korodiert werden soll, sollte er resistent gegenüber Fluor sein und ist somit aus Fluor beständigem Material, wie beispielsweise Nickel oder/und insbesondere Aluminium, gefertigt.

Falls nach der Schichtablagerung der Reaktor nicht gereinigt wird und nachfol gend ein unbeschichtetes Substrat in diesen ungereinigten Reaktor gegeben wird, um beschichtet zu werden, gibt es zwei ärgerliche Konsequenzen:

- Die Reaktorwände für die zweite und für nachfolgende Verfahrensab läufe sind aufgrund der Reaktorwandbeschichtung unterschiedlich zum vorhergehenden Verfahrensablauf. Somit können die Eigenschaf ten der Beschichtung, die auf dem Substrat abgeschieden wird, von Durchführung zu Durchführung variieren.
- Die Beschichtungen, die insbesondere beim PECVD abgeschieden wer den, sind gewöhnlich hart und spröde. Folglich werden derartige Fil me, die auf den Reaktorwänden abgeschieden werden, wenn sie sich anhäufen, Spannungen aufbauen, reißen und abplatzen. Es ist bei der auf amorphes Silizium bezogenen Industrie sehr gut bekannt, daß pe riodische Reinigung, idealerweise nach jedem Beschichtungsdurch gang, obligatorisch ist, um ein gutes Ergebnis zu erhalten und eine Teilchenverunreinigung des Schichtablagerungsprozesses zu vermei den.

Derartige obligatorische Reaktorreinigung wird weit bequemer durch ein Trockenätzverfahren realisiert als durch manuelle Reinigung. Deshalb ist, insbeson dere auf diesem Gebiet, die Trockenätzreinigung sehr üblich geworden.

Nach einer derartigen Trockenätzreinigung müssen alle Ablagerungen aufgrund der vorhergehenden Schichtablagerung, und insbesondere PECVD- Ablagerungen, entfernt werden. Sollte eine dünne Schicht, selbst in einer ent fernten Ecke des Reaktors, verbleiben, dann wird sich, wenn sich die Zyklen häu fen, diese Filmschicht ebenso aufbauen, bis gewisses Abschälen oder Abblättern eine ernste Teilchenverunreinigung in dem Reaktor erzeugen wird. Folglich ist es sehr wichtig, daß der Reinigungsprozeß solange dauert, bis die letzte verbor gene Ecke des Reaktors richtig gereinigt ist.

Während des Ätzbetriebes ist ein Beschichtungsreaktor und insbesondere ein PECVD-Beschichtungsreaktor ineffektiv in Bezug auf die Beschichtungsproduk tion. Folglich sollten, um den Durchsatz durch die Ausrüstung zu maximieren, die Ätzreinigungszeiten so kurz wie möglich sein und folglich sollte die Ätzrate so groß wie möglich sein.

Die meisten der Gase, die an Trockenätzverfahren beteiligt sind, sind potentiell schädlich für die Umgebung. Unstabile Moleküle sind gewöhnlich sehr giftig und korrosiv. Stabilere Moleküle, falls sie in die Umgebung abgegeben werden, kön nen die Infrarotdurchlässigkeit der Atmosphäre beeinflussen und zur globalen Erwärmung beitragen, wie dies die Verbrennung fossiler Brennstoffe (CO₂) und die landwirtschaftliche Erschließung (CH₄) tun. Deshalb sollte jedes industrielle Prozeßsystem bezüglich Ausstößen in die Atmosphäre minimiert werden. Mei stens haben Trockenätzsysteme und insbesondere Vakuumreaktorreinigungssy steme an der Austrittsseite des Prozeßreaktors und der Pumpenanordnung eine Wascheinrichtung, um potentiell schädliche Gase aus dem Abgasgemisch zu eli minieren.

Somit optimiert die Elektronikindustrie ihre Verfahren nicht nur für die beste Leistung der Geräte, die hergestellt werden sollen, und nicht nur für die niedrig sten Kosten dafür, sondern auch für die möglichst geringsten Umweltbeein trächtigungen durch die Herstellaktivitäten.

Falls industrielle Gase, die an die Umgebung abgegeben werden, stabil genug sind, sich in der Atmosphäre anzureichern, dann können sie das gesamte Gleich gewicht der Atmosphäre verändern. Zwei gut bekannte Beispiele:

- Zerstörung der Ozonschicht,
- globale Erwärmung.

Da es bekannt ist, daß die Ozonzerstörung am meisten auf chlorhaltige Moleküle zurückgeführt wird, und die vorliegende Erfindung auf der allgemeinen Verwen dung von Fluorätzgasen basiert, konzentrieren wir uns nur auf die globale Er wärmung.

Der Antriebsmechanismus der globalen Erwärmung wird mit der Tatsache in Verbindung gebracht, daß industrielle Gasmoleküle durchlässig für das sichtba re, einstrahlende Spektrum der Sonnenstrahlung sind und undurchlässig für die von der Erdoberfläche ausgehende Infrarotstrahlung. Die üblichen Komponenten der Atmosphäre, Stickstoff, Sauerstoff, Argon, sind durchlässig für Infrarotstrah lung. Falls die Atmosphäre teilweise undurchlässig für die Infrarotstrahlung, ty pischerweise in dem Wellenlängenbereich von 5 bis 20 µm wird, findet globale Erwärmung statt.

Für ein gegebenes Gas ist es das Produkt von zwei Schlüsselparametern, nämlich der Konzentration und des Infrarotabsorptionsquerschnitts, was seinen Beitrag zur atmosphärischen Infrarotundurchlässigkeit bestimmt.

Der Infrarotabsorptionsquerschnitt eines gegebenen Moleküls steht in Beziehung zu seiner Struktur. Kurz gesagt, ein Molekül ist aktiv, falls es viele nicht symme trische chemische Verbindungen aufweist. Beispielsweise sind SF₆ und C₂F₆ ak tiv, während F₂ nicht aktiv ist.

Die Konzentration eines gegebenen Moleküls in der Atmosphäre ist ein Ergebnis von zwei entgegengesetzten Mechanismen: die abgegebene Menge dieses Gases in die Atmosphäre und die Zersetzung dieses Moleküls aufgrund von chemischen Reaktionen mit irgendeiner Komponente der Erdoberfläche. Dieser Zerset zungsmechanismus ist in einem Parameter zusammengefaßt, nämlich der atmo sphärischen Lebenszeit, die die Zeitskala für das Molekül, das aus der Atmosphä re eliminiert werden soll, angibt. Somit ist der Konzentrationsschlüsselparame ter eine Funktion der jährlichen Abgabe und der atmosphärischen Lebenszeit.

Die atmosphärische Lebenszeit eines Moleküls ist dabei sehr stark abhängig von der Reaktivität dieses Moleküls. In der Tat wird ein Molekül, falls es sehr passiv ist, in der Atmosphäre für eine sehr lange Zeit überleben und es wird sehr wahr scheinlich sehr sicher in der Handhabung sein, da es nicht in der Lage ist, mit biologischen Molekülen zu reagieren. Andererseits, falls ein Molekül sehr reaktiv ist, wird es nicht in der Atmosphäre angereichtert, aber es wird sehr unsicher sein und im schlimmsten Fall der Reaktivität kann es aufgrund der Korrosion des Aufbewahrungsbehälters und der Durchbruchsbildung sogar schwierig sein, es gespeichert zu halten. Deshalb und angesichts der Erniedrigung der atmo sphärischen Lebenszeit, gibt es einen Handel von verwendeten Industriegasen, die bevorzugt aus moderat chemisch aktiven Molekülen bestehen. Tatsächlich wird, falls sie aktiv genug sind, auf der einen Seite nicht riskiert, daß sie in der Atmosphäre angereichert werden, aber sie werden andererseits ernsthafte Si cherheitshandhabungsfragen aufwerfen, insbesondere wenn sie bei hohem Druck gehandhabt werden.

Im Bezug auf die jährliche Abgabe als ein Parameter der Infrarotundurchlässig keit ist es erforderlich, daß die Menge an abgegebenen Gasen so niedrig wie möglich bleibt. Kombinationen von Gasnaßabscheider, Brenner und Wascher werden am Ausgang bei Trockenätzprozeßanlagen installiert werden müssen und zunehmend strenge Grenzwerte für Konzentrationen in ausgewaschenen Gasen werden aufgestellt werden, insbesondere für Gase mit einem großen po tentiellen Beitrag zur globalen Erwärmung, d. h. mit dem Produkt von Infrarot querschnitt und atmosphärischer Lebensdauer.

Deshalb wird die Abgasbehandlung einen bedeutenden Anteil am Trockenätzver fahren bekommen und somit deutlich zu den Kosten der Ausrüstung beitragen. Je mehr Ätzgas durch den Ausgang eines Systems fließen kann, um so größer wird die Belastung für ein austrittsseitiges Gasbehandlungssystem werden.

Falls die Abgase im passiven Gas stark verdünnt werden, so wird die Zerstörung der Minderheitenkomponente mehr kosten. Das Naßabscheidersystem wird viel größer sein müssen in seinem Volumen, um die notwendige Reaktionszeit inner halb des Naßabscheiders zu erhalten, und Wärme (und später Kühlmittel) wird verschwendet werden müssen, um das gesamte Zusatzgas zusammen mit den Minderheitenkomponenten zu behandeln.

Sehr reaktive Moleküle werden einfach in einem Naßabscheidersystem zerstört. Auf der anderen Seite sind stabile Moleküle schwer zu eliminieren. Beispielswei se muß CF₄ in einer oxydierenden Atmosphäre bei sehr hoher Temperatur ver brannt werden, um zerstört zu werden. Es ist ebenso sehr schwierig, eine sehr niedrige Konzentration von CF₄ am Naßabscheiderausgang sicherzustellen.

Wesen der Erfindung

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Trockenätzen zu realisieren, das geeignet ist, den Beitrag zur atmosphärischen Infrarotun durchlässigkeit deutlich zu reduzieren. Dabei ist es eine Aufgabe der vorliegen den Erfindung die jährliche Abgabe von Ätzgasen an die Umgebung zu reduzie ren. Dies ist erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Trockenätzen einer Oberfläche mit einem Vakuumbehandlungsreaktor realisiert, wobei das Verfah ren umfaßt:

- Evakuieren des Reaktors;
- Erzeugung einer Glimmentladung innerhalb des Reaktors;
- Zuführen eins reaktiven Ätzgases in den Reaktor und Reaktion dieses Ätz gases innerhalb des Reaktors;
- Entfernen des Gases mit Reaktionsprodukten von der Reaktion aus dem Reaktor,

wobei das Verfahren weiterhin den Schritt umfaßt:

- Einstellung einer anfänglichen Strömung des Ätzgases in den Reaktor und nachfolgende Reduzierung der Strömung während der Reaktion.

Unter diesem Aspekt startet die vorliegende Erfindung von der Erkenntnis, daß in einem Trockenätz- und insbesondere in einem Trockenätzreinigungsverfah ren, wenn die Glimmentladung gestartet ist und das Ätzgas in den Reaktor zuge führt ist, die Oberflächenablagerungen, die durch Trockenätzen entfernt werden sollen, zuerst mit einer im wesentlichen konstanten Rate entfernt werden. Da nach nimmt die Rate der entfernten Oberflächenablagerungen graduell ab. In dieser Zeitspanne nimmt der Anteil an unverbrauchtem Ätzgas, das am Auslaß entfernt wird, zu. Das Öffnen eines Reaktors, der während dieser Zeitspanne durch Trockenätzen gereinigt wurde, hat gezeigt, daß der Reaktor dann nur teil weise sauber war, wobei relativ große Oberflächenbereiche noch durch Oberflä chenablagerungen bedeckt waren, die entfernt werden sollten. Die Ursache für diese zweite Phase ist die Nichtgleichförmigkeit des Reinigungsverfahrens. Es muß beachtet werden, daß diese Nichtgleichförmigkeit die Dickenunterschiede der Beschichtungsablagerung, die vorher in dem Reaktor durchgeführt wurde, insbesondere durch PECVD, welches konstruiert ist, um die Ablagerungsgleich maßigkeit auf dem Substrat und nicht sonstwo zu optimieren, und die lokalen Ätzratenveränderungen kombiniert. Diese zweite Phase der Trockenätzung und insbesondere des Trockenätzreinigungszyklus kann einen bedeutenden Teil der gesamten Trockenätzzeit darstellen, wobei dieser Anteil abhängig von dem Her stellverfahren, das vorher für die Schichtablagerung benutzt wird, variiert. Diese zweite Periode, bei welcher der Anteil von unverbrauchtem Ätzgas, das in Rich tung des Auslasses entfernt wird, zunimmt, kann von einem Drittel zu nahezu zwei Dritteln der gesamten Trockenätzzykluszeit variieren. Zum Ende dieser zweiten Phase wird der Anteil von unverbrauchtem Ätzgas ganz abrupt kon stant.

Wie dann durch eine Öffnung des Reaktors festgestellt, ist keine sichtbare Ober flächenablagerung in dem Reaktor verblieben, genau dann wenn der Anteil von unreagiertem Gas konstant wird. Nichtsdestoweniger wird eine zusätzliche Rei nigungsperiode angehängt, um die Entfernung von irgendwelchen Resten in ver borgenen Ecken des Reaktors zu vervollkommnen. Die Länge dieser erforderli chen zusätzlichen Periode hängt von den Einzelheiten der Reaktorkonstruktion und dem besonderen Beschichtungsabscheidungsverfahren, das vorher darin ausgeführt wurde, ab. Gewöhnlicherweise liegt diese Extrazeit in der Größen ordnung von 10 Prozent der gesamten Trockenätzreinigungszeit.

Somit schlägt unter diesem Aspekt die vorliegende Erfindung vor, daß die Menge an Ätzgas, die für den Trockenätzzyklus benötigt wird, durch Reduzierung der Zufuhr dieses Gases nach einer ersten Trockenätzperiode, bei welcher konstanter Ätzgasfluß beibehalten wird, deutlich reduziert wird. Durch die Reduzierung des Flusses des Ätzgases in der zweiten Zyklusperiode wird keine Reduzierung des Ätzeffektes verursacht, sondern eine deutliche Reduzierung des unverbrauchten Ätzgases, das zum Auslaß fließt, wird erreicht.

Noch unter dem ersten Aspekt der Erfindung ist es eine weitere Aufgabe von die ser, die atmosphärische Lebensdauer des Trockenätzgases deutlich zu reduzie ren. Dies wird durch ein Verfahren zum Trockenätzen einer Oberfläche in einem Vakuumbehandlungsreaktor erreicht, welches umfaßt:

- Evakuieren des Reaktors;
- Erzeugung einer Glimmentladung innerhalb des Reaktors;
- Zuführen eines reaktiven Ätzgases in den Reaktor und Reaktion des Ätzga ses innerhalb des Reaktors;
- Entfernen des Gases mit Reaktionsprodukten von der Reaktion aus dem Reaktor, und

welches weiterhin den Schritt des Bereitstellens von SF₄ innerhalb des Ätzgases umfaßt.

Bei diesem zweiten Aspekt geht die vorliegende Erfindung von der Erkenntnis aus, daß SF₄ aufgrund seiner chemischen Reaktivität und der kurzen atmosphä rischen Lebensdauer einen sehr geringen Einfluß auf die globale Erwärmung aufweist und daß es einfach und effizient in einem Naßabscheider zerstört wer den wird. Es ist erfindungsgemäß erkannt worden, daß SF₄ perfekt in der Lage ist, die Ätzung auszuführen, insbesondere bei Silizium und siliziumbasierten Verbindungen, und zwar mit einer konkurrenzfähigen Ätzrate und ohne irgend welche nachteiligen Effekte, wie chemische Verunreinigung eines hergestellten Films und/oder der Reaktorwände.

Es ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Trockenätzver fahren vorzuschlagen, mit deutlichst reduziertem negativen Effekt auf die Infra rotundurchlässigkeit in der Atmosphäre durch kombinatorische Reduzierung der Menge des Ätzgases, die aus dem Reaktor während des Trockenätzbetriebs ent fernt wird, und Reduzierung der atmosphärischen Lebensdauer von derartigen Ätzgasen, die aus dem Reaktor entfernt werden, womit beide Parameter, die zur Konzentration des Ätzgases in der Atmosphäre beitragen, reduziert werden. Da die Menge an unverbrauchtem Trockenätzgas, das aus dem Reaktor während des Trockenätzbetriebes entfernt wird, bedeutend ist für die Reduzierung des Ätz gasflusses in den Reaktor, ohne dabei den Ätzprozeß negativ zu beeinflussen, wird weiterhin vorgeschlagen, die Zusammensetzung des Gases, das aus dem Re aktor entfernt wird, zu überwachen und die erfindungsgemäß erreichte Reduzie rung von unreagiertem Reaktivgasfluß zum Reaktor als eine Funktion der über wachten Zusammensetzung zu steuern.

In einem bevorzugten Modus des Trockenätzbetriebs und insbesondere der Trockenätzreinigung mit SF₄, ist es bevorzugt, das Ätzgas so vorzusehen, daß es zumindest überwiegend aus SF₄ besteht.

Eine sehr deutliche Reduzierung von verwendetem Ätzgas wird in einer Anlage erreicht, in welcher der Reaktor ein PECVD-Reaktor ist und wobei er vorzugs weise ein Reaktor aus einer Vielzahl von parallel betriebenen PECVD-Reaktoren zur Chargenbehandlung von Werkstücken durch eine PECVD- Beschichtungsoperation ist, wie sie in der DE-A-44 12 909 oder 44 12 915 und der entsprechenden US-A-5 693 238 und 5 515 986 gezeigt und beschrieben ist, wobei beide als Referenz, die eine Vielfach-PECVD-Reaktorstruktur zeigen, in die vor liegende Beschreibung integriert werden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann unter all seinen Gesichtspunkten zum Trockenätzen von Oberflächen von Substraten in einem Herstellverfahren verwendet werden, wird aber besonders zum Reinigen von Oberflächen, welche die inneren Oberflächen eines Reaktors sind, angewandt.

Dabei werden die erfindungsgemäßen Verfahren besonders zum Trockenätzen von Oberflächen mit kohlenstoffbasierten, siliziumbasierten Oberflächenablage rungen oder mit Ablagerungen, die auf Refraktärmetallen, wie W, Ta, Mo basie ren, angewandt, wobei SF₄ enthaltendes Ätzgas besonders zum Ätzen silizium basierter Oberflächenablagerungen geeignet ist.

Bei einem bevorzugten Modus der Ausführung des Trockenätzverfahrens durch erfindungsgemäßes Anwenden eines Ätzgases, das zumindest im wesentlichen SF₄ enthält, wird Sauerstoff zugefügt.

Ein Vakuumbehandlungsreaktor, der die Aufgabe im Bezug auf die Reduktion des durch den Ätzzyklus verbrauchten Ätzgases erreicht, umfaßt zumindest eine Glimmentladung erzeugende Anordnung, die mit einem elektrischen Netzan schluß verbunden ist, einen Gaseinlaß, der über eine steuerbare Durchflußsteue rung mit einer Gastankanordnung verbunden ist, die ein Trockenätzgas oder eine Gasmischung enthält, sowie weiterhin eine Steuereinheit, deren Ausgang betriebswirksam mit dem Steuereingang der Durchflußsteuerung verbunden ist und ein Ausgangssignal, das die Durchflußsteuerung steuert, um den Gasdurch fluß aus der Tankanordnung zu dem Reaktor während einer vorbestimmten Zeitspanne innerhalb einer vorbestimmten Trockenätzzykluszeit zu reduzieren, erzeugt.

Unter dem Gesichtspunkt des Beitrags zur Reduktion der atmosphärischen Le bensdauer eines Trockenätzgases wird ein Vakuumbehandlungsreaktor vorge schlagen, der eine Pumpenanordnung zur Evakuierung des Reaktors und eine Glimmentladung erzeugende Anordnung, die mit einem elektrischen Netzan schluß verbunden ist, sowie eine Gastankanordnung umfaßt, die mit dem Reak tor verbunden ist und ein reaktives Ätzgas umfaßt, worin das reaktive Ätzgas SF₄ umfaßt.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der Vakuumbehandlungsreaktoren sind in den abhängigen Ansprüchen spezifi ziert.

Kurze Beschreibung der Figuren

Die vorliegende Erfindung wird nun mit Hilfe der Figuren weiter beschrieben, welche als Beispiele zeigen:

Fig. 1 Den Verlauf (a) des verbrauchten Ätzgases SF₆ in Prozent einer kon stanten Strömung zu dem Reaktor während der Trockenätzreinigung und (b) den Verlauf einer Gaskonzentration mit der durch Ätzung entfernten Komponente SiF₃⁺ über der Trockenätzdauer;

Fig. 2 Verlauf (a) des zugeführten frischen Ätzgases und (b) des ver brauchten Abgasätzgases; den Verlauf des durch Ätzung entfernten Siliziums (c); den Zeitverlauf der Rf-Leistung der Plasmaentladung (d), wie bei einem gewöhnlichen Trockenätzreinigungsprozeß ermittelt und als Basiserkenntnis für die vorliegende Erfindung; jeweils über die Prozeßdauer;

Fig. 3 in einer analogen Darstellung zu der in Fig. 2 die Verläufe (a) bis (d) als Ergebnis des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer ersten Aus führungsform;

Fig. 4 in einer Darstellung gemäß den Fig. 2 und 3 die Verläufe (a) bis (d) realisiert durch eine weitere Ausführungsform des erfindungs gemäßen Verfahrens;

Fig. 5 ein erfindungsgemäßer Vakuumbehandlungsreaktor in einer ersten Ausführungsform in schematischer Darstellung;

Fig. 6 zum Vergleich die resultierenden Verläufe der Ätzentfernung mit standardgemäßem konstantem Zufluß von Reaktivgas (a) mit erfin dungsgemäßer schrittweiser Flußreduzierung (b);

Fig. 7 Ergebnisse des Vergleichs der Trockenätzreinigung mit gewöhnlich benutztem SF₆ (a) und mit dem erfindungsgemäß benutztem SF₄, ge zeigt durch die Konzentration des geätztes Material enthaltenden Gases;

Fig. 8 Ergebnisse des Vergleichs bezüglich dem Verbleib von Verunreini gungen auf Dünnfilmtransistoren (TFT), die in einem PECVD-System abgeschieden wurden, direkt nach der Ätzreinigung mit SF₆ (a) und SF₄ basierten Ätzgasen;

Fig. 9 schematische Darstellung eines zweiten erfindungsgemäßen Vakuum behandlungsreaktors.

Weitere detaillierte Beschreibung der Erfindung

Zusammenfassend sind die Anforderungen für Trockenätzverfahren wie folgt:

- Begrenzung des unverbrauchten Ätzgases, das an das Verfahrensabgas ab gegeben wird,
- das Ätzgas sollte in einen gasförmigen Träger der Oberflächenablagerung, die geätzt werden soll, umgewandelt werden und sollte nicht unverbraucht mit dem Abgas verschwendet werden.

Dies ist erfindungsgemäß durch Verringerung der Strömung von unverbrauch tem Trockenätzgas zum Behälter unter Trockenätzbedingungen realisiert.

- Eliminierung von stabilen Nebenprodukten. Nach Durchquerung des Plas mas wird das Ätzgas in viele Nebenprodukte umgewandelt. Falls eines von diesen ein stabiles Molekül ist, das schädlich für die Umwelt ist und schwierig zu zerstören ist, wird das Verfahren zu nichtakzeptablen Abfäl len führen oder wird die Systemkosten mit kompliziertem Naßabscheiden belasten. Beispielsweise kann Fluorkohlenstoff, als C₂F₆ oder C₃F₆, wenn durch ein Plasma hergestellt, relativ große Mengen an CF₄ produzieren, das schwierig zu eliminieren ist.
Diese Anforderung ist dadurch erfüllt, daß erfindungsgemäß ein Trockenätzgas verwendet wird, welches auf SF₄ basiert.
- Auswahl eines moderat stabilen Ätzgasmoleküls.
Die beste Wahl für ein Fluorätzgas ist erfindungsgemäß das moderat reak tive Molekül SF₄. Dieses Ätzgas erfüllt damit die Anforderungen industriell verfügbar und nicht teuer zu sein.
- Ausreichende Ätzrate für industrielle Anwendung. Das Potential eines ge gebenen Fluorätzgases für schnelles Trockenätzen ist schwierig vorherzusa gen.
Die experimentelle Analyse, der einzige sichere Zugang, hat gezeigt, daß das erfindungsgemäß verwendete SF₄ klar ausreichende Ätzraten bereitstellt. Damit führt das erfindungsgemäß verwendete SF₄ nicht zu potentiellen Feststoffablagerungen wie Metallfluoriden, wie z. B. WF₆, TaF₅. Das erfin dungsgemäß benutzte SF₄ sorgt für ein nicht zu stabiles Molekül und die Plasmaentladung stellt genügend Dissoziierungsenergie für ein derartiges Gas zur Verfügung, wohingegen stabilere Moleküle eine größere Entla dungsleistung des Plasmas für gleichwertige Ergebnisse verbrauchen wür den. Somit sehen wir wiederum einen Vorteil eines Ätzgases, dem es an Stabilität mangelt. Bis jetzt waren SF₆ und NF₃ Gase für akzeptable Ätzra ten, welche deshalb und in bezug auf die vorliegende Erfindung Referenzga se sind.
- Abwesenheit von verunreinigenden Rückständen. Einige Ätzgase neigen dazu, unerwünschte Rückstände in dem Verfahrensbereich und somit im Reaktor zurückzulassen. Dies führt zu langfristigen Verfahrensabweichun gen und macht häufige manuelle Reinigung erforderlich. Beispielsweise ist PF₅ nicht akzeptabel, da es eine falsche Siliziumdotierung der hergestellten siliziumbasierten Geräte erzeugt. C₃F₆ würde zu einer Fluorkohlenstoffpo lymerablagerung auf den Reaktorwänden führen, solange nicht ein großer Anteil an Sauerstoff zum Ätzgas auf Kosten einer reduzierten Ätzrate bei gemischt wird.
Das erfindungsgemäß verwendete SF₄ führt nicht zu mehr Verunreini gungsrückständen als dies bei SF₆ der Fall ist.
- Abwesenheit von größerer Systemkorrosion.
Dies ist ebenfalls ein bedeutender Punkt, der durch das erfindungsgemäß angewandte SF₄ erfüllt wird. Beispielsweise sollte HF von quarzbasierten Reaktoren, SF₆ von kupfer- oder silberhaltigen Reaktoren ausgeschlossen sein.

In Fig. 1 ist die Trockenätzreinigungsfolge des standardgemäßen Trockenätz verfahrens analysiert. Dabei ist die Zeitanalyse des Ätzreinigungsverfahrens ei nes PECVD Reaktors nach TFT Abscheidung gezeigt. Als Ätzgas wird SF₆ be nutzt. Während der Reinigungsdauer wird eine konstante 100% SF₆ Strömung in dem Reaktor aufrechterhalten und die Entladung wird bei konstanter Rf- Leistung gehalten. Die Daten werden durch Massenspektrometrie von Gasproben aus der Reaktorabgasleitung gemessen. Der Verlauf (b) zeigt den Fluß von Silizi um, das durch Ätzen entfernt wird, aus dem Reaktor, als SiF₃⁺. Der Verlauf (a) zeigt den Anteil an verbrauchtem Trockenätzgas, somit von SF₆.

Die Gesamtplasmareinigungsdauer wird entweder durch die Dicke der Oberflä chenablagerung, die entfernt werden soll, bestimmt oder basiert auf einer End punktmessung. In jedem Fall wird die Ätzreinigungsdauer mit einer Zusatzzeit verlängert, um sicherzustellen, daß alle verborgenen Ecken des Reaktors sicher und genau gereinigt werden.

Wie in Fig. 1 gezeigt, kann die Verfahrensabfolge in verschiedene nacheinan derfolgende Perioden unterteilt werden, wie sie in Fig. 2 herausgestellt sind:

(1) Bevor die Rf-Plasmaentladung gestartet wird, wird der Zufluß von trocke nem Ätzgas eingerichtet. Ganz klar muß diese Periode, wo das Ätzgas total unverbraucht durch den Reaktor fließt, minimiert werden.
(2) Die Plasmaentladung wird gestartet. In dieser Periode ist das System in einem stetigen Zustand, das Ätzgas wird in ein Siliziumträgergas umge wandelt und das Ablagerungsmaterial, siliziumbasiert, wird mit einer kon stanten Rate, wie in Fig. 2 (c), Periode Nr. 2, gezeigt ist, entfernt. In die ser Periode ist der Anteil an unverbrauchtem Abfall-Ätzgas, wie durch den schraffierten Bereich der Fig. 2 (b) gezeigt, relativ gering.
(3) In einer dritten Periode des Ätzverfahrenzyklusverlaufs nimmt die Rate der Oberflächenmaterialentfernung, so wie die Siliziumentfernung, Fig. 2 (c), allmählich ab. Entsprechend und als Funktion davon nimmt der Anteil an unverbrauchtem Trockenätzgas, so wie SF₆, zu (Fig. 2 (b)). Das Öffnen des Reaktors während dieser Periode zeigt, daß er teilweise sauber ist, wo bei einige seiner Oberflächenbereiche nichtsdestoweniger noch mit Oberflä chenablagerungen bedeckt sind, die wie bei siliziumbasierten Filmen ent fernt werden sollen.
Der Ursprung für dieses Verhalten in der Periode Nr. 3 ist, wie bereits oben erwähnt wurde, die Nichtgleichförmigkeit des Reinigungsverfahrens. Diese dritte Periode kann im Vergleich zu der Gesamtreinigungszyklusdauer ziemlich lang sein. Am Ende dieser dritten Periode wird ein Wendepunkt E des Abflusses des Gases, das die Oberflächenablagerungskomponenten trägt, die entfernt werden sollen, festgestellt, als ein Wendepunkt im SiF₃⁺ Ionenstrom gemäß Fig. 1. Wie durch Öffnung des Reaktors zu diesem Zeitpunkt E festgestellt wurde, ist genau zu diesem Zeitpunkt keine sicht bare Ablagerung oder ein Film im Reaktor verblieben.
(4) Diese zusätzliche Reinigungszeitspanne stellt eine vollständige Entfernung der Oberflächenablagerungen, wie in dem PECVD Reaktor, in verborgenen Ecken sicher. Die erforderliche Länge dieser vierten Periode hängt von den Einzelheiten der Reaktorkonstruktion und von den Besonderheiten der vorangegangenen Verfahren, wie von dem vorangegangenen PECVD- Ablagerungsverfahren, ab. Gewöhnlicherweise, und bei PECVD, ist diese zusätzliche Zeit in der Größe von 10% der Gesamttrockenätzreinigungs dauer.
(5) Ende des Verfahrens, wenn die Rf-Leistung abgeschaltet wird. Offensicht lich muß der Ätzgasfluß auch abgeschaltet werden, um das Vergeuden von Ätzgas zu vermeiden.

In den Fig. 3 und 4 und beginnend mit der Analyse eines standardgemäßen Trockenreinigungsverfahrens gemäß Fig. 1 oder 2 werden zwei Ausführungs formen eines erfindungsgemäßen Trockenätzreinigungsverfahrens gezeigt.

Gemäß Fig. 3 wird nach Einrichten eines konstanten Anfangsflusses des Ätzga ses bei f₀ der Fluß des Ätzgases reduziert. Die Reduktion beginnt, sobald das Gas im Auslaß anzeigt, daß die Ätzung der zu entfernenden Oberflächenablagerun gen abnimmt. Nichtsdestoweniger ist es nicht kritisch, wenn die Flußreduktion startet, solange eine derartige Reduktion nicht die Ätzrate reduziert. Gemäß Fig. 3 (a) wird der Zufluß von Ätzgas in einem Schritt S reduziert. Wiederum in Fig. 3 (b) zeigt der schraffierte Bereich den Anteil des unverbrauchten Abfallre aktivgases, dessen Anteil deutlich im Vergleich mit dem Standardbetrieb aus Fig. 2 (b) reduziert wird.

In Fig. 4 ist der anfängliche Ätzgasfluß f₀ beständig und wird, wie gezeigt, vor zugsweise linear verringert, sobald das Abgas ein verringertes Ätzen der zu ent fernenden Oberflächenablagerung anzeigt. Der schraffierte Bereich aus Fig. 4 (a) zeigt eine enorme Reduzierung der Vernichtung unverbrauchten Ätzgases, auch im Vergleich mit Fig. 2 (a).

Somit, und wie aus den Fig. 3 und/oder 4 klar wird, kann, abhängig von der gewünschten Reduktion der Vernichtung unverbrauchten Ätzgases eine Ein- oder Vielschritt-Gasflußreduktion gewählt werden bis zu einem hoch entwickel ten Zuschnitt des Zeitverlaufs der Reduktion. Es muß bemerkt werden, daß zu sätzlich weitere Verfahrensparameter wie z. B. Druck in dem Behälter und/oder Rf-Leistung, wie in Fig. 4 (d) gezeigt, variiert werden können, um das Trockenätzverfahren zu optimieren, z. B. zusätzlich in bezug auf den Leistungsver brauch in jener Gasflußreduktionsperiode.

Unter diesem ersten Gesichtspunkt der Erfindung, und wie oben dargelegt, ist es, wenn der zu reinigende Reaktor oder eine Substratoberfläche, die trockenge ätzt werden soll, teilweise geätzt ist, zwecklos den gleichen anfänglichen Fluß f₀ des Ätzgases aufzubringen. Somit kann der Gasfluß reduziert werden, wenn das Trockenätzen teilweise stattgefunden hat, ohne daß die Ätzrate beeinflußt wird.

Dabei wird die Menge an unverbrauchtem und somit vernichtetem Ätzgas dra matisch reduziert, was einerseits die Kosten für ein derartiges Trockenätzgas reduziert, aber was insbesondere zur Reduktion der Abgabe von Ätzgas an die Atmosphäre unter dem Aspekt der jährlichen Abgabe bei einer gegebenen Gas reinigungsleistung an der Abgasseite des Reaktors beiträgt.

Fig. 5 zeigt schematisch einen erfindungsgemäßen Reaktor, der das erfin dungsgemäße Trockenätzverfahren, wie bis jetzt beschrieben, realisiert. Ein Re aktor 1, wie ein PECVD Reaktor, ist durch eine steuerbare Ventilanordnung 3 mit einer Gastankanordnung mit Beschichtungsprozeßgas, z. B. für eine PECVD- Schichtablagerung, verbunden.

In Fig. 6 zeigen die durchbrochenen Linien (a) den standardgemäßen konstan ten Ätzgasfluß bei 1000 sccm, wie für SF₆, und die resultierende Entfernung von siliziumbasierten Oberflächenablagerungen, wie durch den SiF₃⁺ Gehalt im Ab gas angezeigt.

Der Reaktor umfaßt eine Glimmentladung erzeugende Anordnung, wie schema tisch bei 5 gezeigt, die mit einer geeigneten Netzversorgung, wie mit einem Rf- Netzanschluß (nicht gezeigt) verbunden ist. In dem Reaktor 1, wie z. B. dem PECVD-Reaktor, werden Substrate unter Betrieb der Glimmentladung und un ter Zufuhr von Prozeßgas, entsprechend gesteuert durch das steuerbare Ventil 3, PECVD beschichtet.

Zum Trockenätzen in dem Reaktor oder zum Trockenätzreinigen des Reaktors 1 wird ein Trockenätzgas, wie SF₆ oder erfindungsgemäß SF₄ zum Reaktor 1 aus einer Ätzgastankanordnung 7 über eine steuerbare Ventilanordnung 9 zuge führt.

An der Abgasseite des Reaktors 1 mit der Pumpe 11, ist eine Gasanalyseeinheit 13, wie z. B. eine Massenspektrometereinheit, vorgesehen, die die Zusammenset zung des Abgases des Reaktors 1 überwacht. Sobald eine Abnahme der Ätzeffizi enz auftritt, wird dies durch eine Differenzierungseinheit 15 am Ausgang der Einheit 13 und einer Vergleichseinheit 17 festgestellt. Dann wird eine Schaltein heit 19 von einer Signalquelle 21 zum Ausgang der Einheit 13 über vorzugsweise eine nicht lineare Verstärkereinheit 20 geschaltet. Somit wird, bevor eine Ab nahme der Ätzeffizienz entdeckt wird, das Ventil 9 auf einen konstanten Fluß wert gemäß F₀, der durch die Einheit 21 gesetzt wird, geregelt. Sobald eine Ab nahme der Ätzeffizienz festgestellt wird, wird das Ventil 9 über die Verstär kungseinheit 20 als eine Funktion des Verlaufs der Ätzeffizienzabnahme gesteu ert.

Somit ist es durch eine derartige Technik möglich, den Fluß des Ätzgases zum Reaktor 1 als eine Funktion der abnehmenden Ätzrate zu steuern.

Es ist klar, daß das Ventil 9 durch einen Zeitgeber und unabhängig von irgendei ner Abgasanalyse, sei es in Schritten oder kontinuierlich, gesteuert werden kann.

Das erfindungsgemaße Verfahren ist insbesondere für Trockenätzreinigung von Vakuumbeschichtungsreaktoren, wie insbesondere PECVD-Reaktoren, geeignet, dabei insbesondere für PECVD-Vielfachreaktoren zur Chargenbeschichtung von Substraten. Dabei wird eine Vielzahl von parallel betriebenen PECVD-Reaktoren parallel trockenätzgereinigt, so daß das erfindungsgemäße Verfahren eine be merkenswerte Menge an Trockenätzgas einspart, das andernfalls an die Umge bung abgegeben würde.

Entsprechend ist der erfindungsgemaße Reaktor, wie er schematisch in Fig. 5 gezeigt ist, vorzugsweise ein PECVD-Reaktor, der erfindungsgemäß gereinigt werden soll, und dabei insbesondere einer aus einer Vielzahl von parallel betrie benen PECVD-Reaktoren.

Die durchgezogenen Linien (b) zeigen die Reduktion des Flusses von Trockenätzgas, wie z. B. SF₆, von 800 sccm in einem Schritt auf 500 sccm. Die resul tierende Abtragskurve zeigt eine minimale Differenz der Ätzeffekte. Die Dauer beider Reinigungsoperationen ist die gleiche, nämlich etwa 170 Sekunden bis zum Punkt E (siehe Fig. 2 (c)).

Unter dem zweiten Gesichtspunkt, nämlich dem der Anwendung eines Ätzgases für ein Trockenätzverfahren mit erheblich reduzierter atmosphärischer Lebens dauer, wurde herausgefunden, daß SF₄ als ein Ätzgas oder zumindest als eine Ätzgaskomponente zu einer am meisten befriedigenden Lösung führt.

Es ist von der chemischen Reaktivität von SF₄ her bekannt, daß es aufgrund der kurzen atmosphärischen Lebensdauer einen sehr geringen Einfluß auf die globa le Erwärmung aufweist, und daß es einfach und effizient in einem Naßabscheider zerstörbar ist.

Nichtsdestoweniger war es nicht vorhersehbar, daß SF₄ zur Ätzung, insbesondere von Silizium und siliziumbasierten Komponenten fähig sein würde, und zwar mit einer konkurrenzfähigen Ätzrate, verglichen mit bekannten Ätzgasen und ohne nachteilige Effekte, wie beispielsweise chemische Verunreinigung der geätzten Oberfläche.

Vergleichende Ätzreinigungsexperimente wurden in einem industriellen PECVD- Reaktor durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Fig. 7 gezeigt. Identisch mit a-Si : H-beschichtete Reaktoren wurden mit einem SF₆ basierten (a) und einem SF₄ basierten Ätzgas gereinigt. Die jeweiligen Zeitverläufe von SiF₃+ im Abgas des Reaktors ist als ein Maß für die Siliziumätzrate dargestellt. Rf-Leistung und Ätz gasfluß wurden konstant gehalten. Als ein Ergebnis ist es offensichtlich, daß Trockenätzen mit SF₄ basiertem Ätzgas zumindest genauso effizient ist wie mit SF₆ basiertem Ätzgas. Die Masse-85-Spitzenintensität - entsprechend SiF₃⁺ - ist in einer logarithmischen Skala dargestellt. Der Endpunkt E, definiert gemäß der Fig. 2, trat etwa nach der gleichen Reinigungszeit, für SF₄ nach kürzerer Zeit, auf.

Weitere Analysen der SF₄ Ätzfähigkeit haben bestätigt, daß SF₄ für Ätzverfahren von dem gleichen Typ ist, wie klassisches atomares Fluorätzgas, so wie SF₆, NF₃ und XeF₂. Ätzen mit SF₄ führt zu allen gut bekannten Kennzeichen von atoma ren Fluorätzgasen:

- schnelles Ätzen von Si (kristallin und amorph, SiN, SiC usw.);
- Ätzen von SiO₂ erfordert Unterstützung durch Ionenbeschuß;
- ohne andere Gaszusätze ist Ätzen von Si isotrop.

Effiziente Ätzreinigung mit SF₄ erfordert genauso wie SF₆, daß ein Anteil an Sauerstoff zu der injizierten Trockengasmischung zugegeben wird. Wie beim SF₆ Ätzen ist es die Rolle des Sauerstoffs, in der Plasmaentladung Fluor weg vom Schwefel zu verdrängen und zu helfen, Schwefel als ein Gas (Schwefeldioxid) wegzutransportieren.

Die hauptsächliche mögliche Verunreinigungsgefahr bei SF₄ ist dabei offensicht lich Schwefel. Die Gefahr besteht bereits bei SF₆, wie durch die Elektronikindu strie untersucht und evaluiert wurde. Die Schwefelrückstände können durch Zu satz von Sauerstoff zum Verfahren minimiert werden. SF₆ wurde als zufrieden stellend angesehen und ist heutzutage häufig in der Industrie benutzt.

Bei SF₄ ist das Risiko jedoch größer, da der molare Anteil von Schwefel pro Mo lekül größer ist (40%). Darüber hinaus könnte eine andere Verunreinigung aus unerwarteten Nebenprodukten aus der Reaktion von SF₄ mit der Wand- und/oder Substratoberflächen resultieren.

Der empfindlichste Umstand, um Nachätzverunreinigungen zu entdecken, ist die PECVD Ablagerung auf einem elektronischen Gerät kurz nach der Trockenätz reinigung des Reaktors. In der Tat wird ein Halbleiter in dem Reaktor abge schieden und falls eine Verunreinigung in dem abgeschiedenen Material einge bracht wird, wird das elektronische Gerät ein erniedrigtes Leistungsprofil auf weisen. Eine von den allerbesten Techniken, um den Grad an Verunreinigung von Silizium nachzuweisen, ist SIMS, Sekundärionenmassenspektrometrie.

Wir haben TFT in einem PECVD-Reaktor abgeschieden, kurz nachdem der Re aktor mit SF₄ basiertem Ätzgas und, zum Vergleich, mit SF₆ basiertem Ätzgas gereinigt worden ist. Die Ergebnisse sind in Fig. 8 gezeigt. Es wurde gefunden, daß der Atomgehalt von Schwefel in amorphem Silizium weniger als 5 × 10¹⁸ cm^-3, folglich weniger als 10 ppm (parts per million) für SF₄ basiertes (b) und für SF₆ basiertes vorausgehendes Ätzreinigen des Reaktors ist. Der Grad an Verunreinigung bei SF₄ basiertem Ätzreinigen (b) und SF₆ basiertem Ätzreinigen (a) sind gleich. Beide Transistoren wurden gemessen und es wurde gefunden, daß sie zufriedenstellende elektronische Leistungen aufweisen.

Somit weist SF₄ als Ätzgas keine Nachteile im Vergleich zu SF₆ auf, ist aber we niger stabil und trägt somit weniger zur Belastung der Atmosphäre bei. SiF₄, das aus dem Trockenätzen siliziumbasierter Oberflächen mit SF₄ resultiert, wird schnell durch Wasser zerstört, um Si (OH)₄ und HF zu bilden. Somit kann ein guter Naßabscheider an der Reaktorabluft einfach ein Naßwäscher mit Alkali neutralisation des HF sein.

Gemäß der Fig. 9 umfaßt ein erfindungsgemäßer Reaktor 1 eine Ätz gastankanordnung 7, die einen Gastank mit SF₄ und vorzugsweise einen Gastank mit Sauerstoff, wie bei 7A und 7B gezeigt, umfaßt. Weiterhin umfaßt er, wie schematisch bei 25 gezeigt, vorzugsweise eine Naßabscheidereinheit zum Naßreinigen des Abgases in einer Alkalilösung. Offensichtlich werden die beiden erfindungsgemäßen Techniken zur Reduzierung der Menge von Ätzgas, das für ein gegebenes Ätzverfahren verwendet wird, und zur Verwendung von SF₄ kom biniert, so daß ein erfindungsgemäßer Reaktor, insbesondere PECVD-Reaktor gemäß Fig. 6 resultiert, wobei die Ätzgastankanordnung 7 Aufbewah rungstanks für SF₄ und vorzugsweise für Sauerstoff und vorzugsweise eine Naß abscheidereinheit, wie mit Bezug auf Fig. 9 beschrieben, umfaßt.

Zusammenfassend bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Trockenätzver fahren, das insbesondere auf die Entfernung von Ablagerungen von PECVD- Reaktoren anwendbar ist. Ein Trockenätzverfahren ist insbesondere auf die Ent fernung von Ablagerungen von PECVD-Reaktoren anwendbar. Ein Reaktivätz gas wird dem evakuierten Reaktor zugeführt und das Gas, das die Reaktionspro dukte des Ätzverfahrens enthält, wird aus dem Reaktor entfernt. Nach einem ersten Gesichtspunkt der Erfindung wird die Zufuhr von Reaktivätzgas nach ei ner bestimmten Zeitspanne während der Reaktion reduziert, um die Menge an unreagiertem Gas, das an die Umgebung oder an einen abgasseitigen Naßab scheider abgegeben wird, zu reduzieren. Der Fluß der Reaktionsprodukte im Auslaß kann überwacht werden, um eine automatische Steuerung der Zufuhr des Ätzgases als eine Funktion der Reaktionsrate zu ermöglichen. Unter einem zwei ten Gesichtspunkt der Erfindung kann SF₄ als Ätzgas verwendet werden. Es wurde gefunden, daß es zumindest so effektiv wie SF₆ bei der Entfernung von siliziumbasierten Ablagerungen ist und daß es aufgrund seiner geringeren Stabi lität sich nicht als Verunreinigung in der Umgebung aufhält.

Claims

1. Verfahren zum Trockenätzen einer Oberfläche in einem Vakuumbehand lungsreaktor, wobei das Verfahren umfaßt:

- Evakuieren des Reaktors;
- Erzeugen einer Glimmentladung innerhalb des Reaktors;
- Zuführen eines reaktiven Ätzgases in den Reaktor und Reaktion des Ätzgases innerhalb des Reaktors;
- Entfernen des Gases mit Reaktionsprodukten der Reaktion aus dem Reaktor;
wobei das Verfahren weiterhin den Schritt des Einstellens eines anfängli chen Flusses (f₀) des Ätzgases in den Reaktor und Reduzieren des Flusses nach einer bestimmten Zeitspanne und während der Reaktion umfaßt.

2. Verfahren zum Trockenätzen einer Oberfläche innerhalb eines Vakuumbe handlungsreaktors, umfassend:

- Evakuieren des Reaktors;
- Erzeugen einer Glimmentladung innerhalb des Reaktors;
- Zuführen eines reaktiven Ätzgases in den Reaktor und Reaktion des Ätzgases innerhalb des Reaktors;
- Entfernen des Gases mit den Reaktionsprodukten der Reaktion aus dem Reaktor;
weiterhin umfassend den Schritt des Bereitstellens von SF₄, zumindest als ein Teil des Ätzgases.

3. Verfahren nach Anspruch 1, in welchem das Ätzgas SF₄ umfaßt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, das weiterhin den Schritt des Überwa chens von zumindest eines Gehalts des Gases, das aus dem Reaktor entfernt wird, und die Steuerung der Reduzierung als eine Funktion des überwach ten Gehalts umfaßt, wobei die Durchführung der Steuerung vorzugsweise automatisch erfolgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, das weiterhin den Schritt des Auswählens des reaktiven Gases umfaßt, so daß es zumindest zu einem dominierenden Teil aus SF₄ und vorzugsweise O₂ besteht.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welchem der Reaktor ein PECVD Reaktor ist, dabei vorzugsweise ein Reaktor einer Vielzahl von parallel betriebenen PECVD Reaktoren zur Chargenbehandlung von Werk stücken.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welchem die Oberfläche innerhalb des Reaktors eine innere Oberfläche des Reaktors ist, die trockenätzgereinigt werden soll.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei welchem die Oberfläche zumindest von einem der kohlenstoffbasierten, siliziumbasierten, Refrak tär-Metall, wie Wolfram, Tantal, Molybdän-basierten Oberflächenablage rungen gereinigt werden soll und in welchem siliziumbasierte Ablagerungen vorzugsweise mit SF₄ geätzt werden.

9. Vakuumbehandlungsreaktoranordnung umfassend:

- eine Pumpenanordnung (11) zum Evakuieren des Reaktors (1);
- eine Glimmentladung erzeugende Anordnung (5), die mit einer elektrischen Netzversorgung verbunden ist;
- eine Gaszufuhr, die mit einer Gastankanordnung (7), die ein Trockenätzgas oder eine Gasmischung enthält, über eine steuerbare Durchflußsteuerung (9) verbunden ist;
- eine Steuereinheit (13, 15, 17, 19, 20); wobei der Ausgang davon betriebswirksam mit dem Steuereingang der Durchflußsteuerung (9) verbunden ist und ein Ausgangssignal erzeugt, das die Durchfluß steuerung (9) steuert, um den Gasfluß von der Tankanordnung (7) zu dem Reaktor (1) während einer vorbestimmten Zeitspanne inner halb einer vorbestimmten Trockenätzzyklusdauer zu vermindern.

10. Vakuumbehandlungsreaktoranordnung mit einem Reaktor (1),

- einer Pumpenanordnung (11) zum Evakuieren des Reaktors (1);
- eine Glimmentladung erzeugende Anordnung (5), die mit einer elektrischen Netzversorgung verbunden ist;
- einer Gastankanordnung (7; 7a, 7b), die mit dem Reaktor (1) ver bunden ist und ein reaktives Ätzgas enthält, wobei das reaktive Ätz gas SF₄ (7a) umfaßt.

11. Anordnung nach Anspruch 9, bei welchem die Gastankanordnung (7) zu mindest einen Gastank mit einem Reaktivätzgas umfaßt, welches SF₄ um faßt.

12. Anordnung gemäß einem der Ansprüche 9 oder 11, bei welcher die Steuer einheit zumindest eine Gasgehalt analysierende Einheit (13) umfaßt, die mit dem Reaktor (1) in Wirkverbindung steht, wobei die Steuereinheit ein Steuersignal für die Gasdurchflußsteuereinheit (9) in Abhängigkeit von dem Ausgang der analysierenden Einheit (13) erzeugt.

13. Anordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, bei welcher ein vorherr schender Teil des Reaktivätzgases SF₄ ist und vorzugsweise O₂.

14. Anordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei der Reaktor (1) ein PECVD Reaktor ist, bei welchem die Tankanordnung zumindest einen Tank mit einem Gas zur chemischen Dampfabscheidung umfaßt, wobei der Reaktor vorzugsweise einer von einer Vielzahl von parallel betriebenen Re aktoren für eine Werkstückchargenbehandlungsinstallation ist.

15. Anordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, umfassend eine naßreini gende Abscheideeinheit flußabwärts des Reaktors (1).