DE2814028C2 - Gasätzgerät - Google Patents

Gasätzgerät

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DE2814028C2
DE2814028C2 DE2814028A DE2814028A DE2814028C2 DE 2814028 C2 DE2814028 C2 DE 2814028C2 DE 2814028 A DE2814028 A DE 2814028A DE 2814028 A DE2814028 A DE 2814028A DE 2814028 C2 DE2814028 C2 DE 2814028C2
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etching gas
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Yasuhiro Tokyo Horiike
Masahiro Hiratsuka Kanagawa Shibagaki
Takashi Yokohama Yamazaki
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Toshiba Corp
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
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Description

Die Erfindung betrifft ein Gasätzgerät, bestehend aus einer Ätzgas-Erzeugungskammer, einer Einrichtung zum Einleiten einer Gasmischung, die Fluoratome und ein Gas mit Sauerstoffatomen enthält, in die Ätzgas-Erzeugungskammer, einer Aktivierungseinrichtung zum Aktivieren des Gasgemisches in der Ätzgas-Erzeugungskammer, einer Ätzkammer, die entfernt von der Ätzgas-Erzeugungskammer gelegen ist, die frei von elektrischen Feldern der Aktivierungseinrichtung gehalten ist und die mit einem Auslaß für das Ätzgas versehen ist, und aus einer die Ätzgas-Erzeugungskammer mit der Ätzkammer verbindenden Ätzgas-Übertragungsleitung. Ein derartiges Gasätzgerät ist aus der US-PS 38 79 597 bekannt Dieses Gasätzgerät umfaßt einen Quarzzylinder, der einen perforierten Aluminiumzylinder umschließt welcher als Ätzgas-Übertragungsleitung wirkt Der Quarzzylinder ist von einer HF-Generatoreinrichtung umgeben. Der Ätzprozeß wird in dem perforierten Aluminiumzylinder durchgeführt Bei diesem Gasätzprozeß wird außerhalb des Aluminiumzylinders ein Fluor und Sauerstoff enthaltendes Gasplasma erzeugt
Bei diesem bekannten Gasätzgerät neigt jedoch das außerhalb des Aluminiumzylinders auf hoher Temperatur und hoher Konzentration hergestellte Gasplasma dazu, die Aluminiumkomponente des Aluminiumzylinders zu f'uorinieren. Das auf diese Weise erzeugte Alumkiiumfluorid wird unmittelbar verdampft und zwar aufgrund des Beschüsses durch das Gasplasma und aufgrund des Temperaturanstiegs trotz eines extrem niedrigem Dampfdruckes, was sich dann auf dem zu ätzenden Material niederschlägt Diese Erscheinung führt jedoch zu neuen Problemen, wie beispielsweise das Auftreten von Leckströmen in einem Transistor oder einer Diode. Die durch den als Ätzgas-Übertragungsleitung wirkenden Aluminiumzylinder verwirklichte Trennung der Ätzgas-Erzeugungskammer von der Ätzgaskammer ist daher bei dem bekannten Gasätzgerät nicht ausreichend.
Aus der US-PS 34 10 776 ist ein Gasätzgerät mit einer Ätzgas-Erzeugungskammer, mit einer Einrichtung zum Einleiten einer Gasmischung, die Sauerstoffatome enthält, in die Kammer, mit einer Aktivierungseinrichtung zum Aktivieren des Gasgemisches in der Ätzgaserzeugungskammer, mit einer Ätzkammer, die entfernt von der Ätzgas-Erzeugungskammer gelegen ist, und die im wesentlichen frei von elektrischen Feldern der Aktivierungseinrichtung gehalten ist,
bekannt. Die Ätzkammer und die Ätzgas-Erzeugungskammer bestehen aus zwei im rechten Winkel miteinander verbundenen Hohlzylindern, wobei die Ätzkammer von einem elektromagnetischen Schirm umgeben ist. Die hierdurch verwirklichte Trennung
zwischen Ätzgas-Erzeugungskammer und Ätzkammer ist jedoch nicht ausreichend. Bei dieser bekannten Konstruktion kann zwar das außerhalb der Ätzgas-Erzeugungskammer erzeugte elektromagnetische Aktivierungsfeld gegenüber der Ätzkammer abgeschirmt
werden, jedoch das innerhalb des Ätzgas-Erzeugungskammer erzeugte Aktivierungsfeld kann bis in die Ätzkammer eindringen, da die Ätzgas-Erzeugungskammer direkt mit der Ätzkammer verbunden ist und der elektromagnetische Schirm dicht bei der Ätzkammer angeordnet ist. Bei dieser bekannten Konstruktion wird ferner das zu ätzende Material durch die Wärme erhitzt, die von dem Gasplasma abgestrahlt wird. Dies kann für das zu ätzende Material nachteilige Folgen haben.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht
b5 darin, ein Gasätzgerät der eingangs definierten Art zu schaffen, bei welchem die Ätzgas-Übertragungsleitung so dimensioniert ist, daß die Ätzgas-Erzeugungskammer einerseits noch stärker von der Ätzkammer getrennt ist.
Ij
so daß Beeinflussungen des Ätzvorganges durch den Aktivierungsvorgang vollständig ausgeschlossen werden können, andererseits jedoch das aktivierte Ätzgas mit größerem Wirkungsgrad in die Ätzkammer eingeleitet werden kann.
Ausgehend von dem Gasätzgerät der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Ätzgas-Übertragungsleiiung derart konstruiert ist, daß sie der folgenden Formel genügt:
10-'SeS C7- ί 5 · 102Se
worin bedeuten:
Ct = Leitwert (l/min) der Ätzgas-Übertragungsleitung
Se = effektive Ausstoßgeschwindigkeit (l/min) des Ätzgases aus der Ätzkammer
Durch die Konstruktion nach der vorliegenden Erfindung wird in der Ätzkammer Hitze von einem 2" Gasplasma nicht in dem Ausmaß wie bei der bekannten Konstruktion abgestrahlt, so daß der Ätzvorgang bei normaler Temperatur vorgenommen werden kann.
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den y, Unteransprüchen.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1, 3 und 7 schematische Konstruktionen von «> Gasätzgeräten entsprechend verschiedenen Ausführungsbeispielen nach der Erfindung;
Fig.2 und 5 graphische Darstellungen, welche die Beziehung zwischen dem Innendurchmesser der Ätzgas-Übertragungsleitung und der Ätzgeschwindigkeit wiedergeben;
Fig.4 eine Draufsicht auf die Ätzkammer eines Gasätzgerätes gemäß dem Ausführungsbeispiel in Fig. 3;
F i g. 6A bis 6F die verschiedenen Formen einer 4« Ätzgas-Übertragungsleitüng und
Fig.8 eine graphische Darstellung, welche die Beziehung des Leitwertes einer Ätzgas-Übertragungsleitung und der Ätzgeschwindigkeit veranschaulicht.
Es wurden von der Anmelderin Experimente hinsichtlich einer optimalen Auswahl der Ätzgas-Übertragungsleitung für ein Gasätzgerät unternommen, wobei eine Ätzgas-Erzeugungskammer und eine Ätzkammer räumlich voneinander getrennt angeordnet waren und wobei beide Kammern über eine Ätzgas-Übertragungsleitung verbunden waren.
Beispiel 1
Dieses Experiment wurde durchgeführt, um die verschiedenen Ätzgasgeschwindigkeiten beispielsweise eines Siliziumchips zu messen, wobei der Durchmesser und die Länge einer Ätzgas-Übertragungsleitung verändert wurde. Das Ätzgas wurde aus einer Mischung aus Kohlenstofftetrafluoridgas und einem Sauerstoffgas hergestellt. Die Gasmischung wurde durch eine Mikrowellenentladeeinrichtung aktiviert, und zwar mit einer Frequenz von 2,45 GHz. F i g. 1 zeigt ein Gasätzgerät, welches bei diesem Experiment verwendet wurde.
Gemäß Fig. 1 umfaßt die Mikrowellenentladeein- b5 richtung 1 eine Mikrowellenquelle 2, einen Isolator 3, der mit einer Ersatzlast ausgestattet ist, eine Leistungsüberwachungsstufe 4, eine Dreiabstimm-Stichleitung 5 und einen Bestrahlungstubus 7, der mit einem kurzen Stößel 6 ausgestattet ist Die Mikrowellen werden von der Milcrowellenquelle 2 zum Bestrahlungstubus 7 unter der Steuerung der Dreifachabstimm-Stichleitung 5 und des kurzen Stößels 6 in der Weise übertragen, daß der Austritt von Mikrowellenreflexionen aus der Mikrowellenquelle 2 so weit wie möglich reduziert werden kann. Eine hohle zylindrische Ätzgas-Erzeugungskammer 8 durchdringt überkeuz den Bestrahlungstubus 7. Die Ätzgas-Erzeugungskammer ist an eine Ätzgas-Übertragungsleitung 9 aus rostfreiem Stahl angeschlossen, deren Innenwand mit einer Schicht aus Polytetrafluoräthylen überzogen ist. Die Ätzgas-Erzeugungskammer
8 ist mit einer Kühleinrichtung umgeben, um einen Temperaturanstieg in der Ätzgas-Erzeugungskammer 8 zu verhindern. Die Ätzgas-Erzeugungskammer 8 besitzt einen Gaseinlaß 10 und die Ätzgas-Übertragungsleitung
9 besitzt einen Gasauslaß 11. Eine Mischung aus Kohlenstofftetrafluorgas und Sauerstoffgas, welches in die Ätzgas-Erzeugungskammer 8 über den Gaseinlaß 10 eingeleitet wird, wird durch die Energie der Mikrowellen angeregt und bildet ein Gasplasma. Die Bildung des Gasplasmas führt zur Erzeugung eines hochaktivierten Materials, d. h. ein ätzendes Gas. Dieses ätzende Gas wird in die Ätzkammer die hier von einem von der Ätzgas-Erzeugungskammer entfernt liegenden Teil der \tzgas-Übertragungsleitung 9 gebildet ist aus der Ätzgas-Erzeugungskammer 8 über die Ätzgas-Übertragungsleitung 9 eingeleitet und wird Ober die Auslaßleitung 11 abgeführt. Eine Unterdruck-Anzeigevorrichtung 12 vom Membrantyp ist nahe beim Einlaß der Ätzgas-Übertragungsleitung 9 angeordnet und eine ähnliche Unterdruck-Anzeigevorrichtung 13 vom Membrantyp ist an dem Gasauslaß 11 angeschlossen. Ein Durchsatzmeßgerät 14 ist ebenfalls vorgesehen, um die Strömungsgeschwindigkeit eines Ätzgases zu messen, welches in die Ätzgas-Erzeugungskammer 8 eingeleitet wird. Der Gasauslaß 11 ist mit einer Gaseinlaßöffnung 15 versehen, um die effektive Ausstoßgeschwindigkeit zu messen. Das Durchsatzmeßgerät 16 ist so ausgestattet, daß es die Strömungsgeschwindigkeit eines Gases messen kann, welches an der Gaseinlaßöffnung 15 eingeleitet wird. Stromabwärts vom Durchsatzmeßgerät 14 ist ein Ventil 17 angeordnet, und weiter ist in ähnlicher Weise stromabwärts von dem Durchsatzmeßgerät 16 ein Ventil 18 vorgesehen. Zwischen der Ätzgas-Übertragungsleitung 9 und dem Gasauslaß 11 ist ein Ventil 19 vorhanden. Ein zu ätzendes Material 21 oder ein Chip, welches auf einer Halterung 20 angeordnet ist, die in dem die Ätzkammer bildenden Teil der Ätzgas-Übertragungsleitung 9 befestigt ist, wurde geätzt. Es wurde dabei die Ätzgeschwindigkeit des Chips 21 ermittelt. Dieses Chip 21 bestehend aus polykristallinem Silizium, welches durch thermisches Niederschlagen von Monosilan (S1H4) auf einen Siliziumkörper hergestellt wird. Bei diesem Experiment wurden vier verschiedene Ätzgas-Übertragungsleitungen 9 verwendet, die eine Länge von 3 m aufwiesen, die jedoch einen unterschiedlichen Innendurchmesser von lern, 3cm, 5cm und 10cm besaßen. Eine Grenze zwischen der Ätzgas-Erzeugungskammer 8 und der Ätzyas-Übertragungsleitung 9 konnte nicht definitiv bestimmt werden, da der Erregungsstrahlbereich eines Gasplasmas sich mit der erzeugten Mikrowellenenergie ändert, ebenso mit dem erzeugten Gasdruck und der Zusammensetzung des verwendeten Ätzgases. Es wurde daher davon ausgegangen, daß die Ätzgas-Übertragungsleitung 9 eine Länge besitzt, die vom Zentrum
der Ätzgas-Erzeugungskammer 8 bis zum Einlaß der Ätzkammer reicht oder zum Einlaß des Ätzgas-Auslaßrohres 11, wenn, wie im vorliegenden Beispiel, eine Atzkammer nicht vorgesehen ist, wobei dann der Ätzvorgang in der Ätzgas-Übertragungsleitung 9 selbst vorgenommen wird. Auch wurde ein Abstand zwischen dem Material 21 und dem Flansch 22 berücksichtigt. Die effektive Ausstoßgeschwindigkeit Se wurde auf 500 l/min eingestellt. Dieser Wert der effektiven Ausstoßgeschwindigkeit wurde aus einer Gleichung Se = Qe/Pe berechnet (worin Qe die Strömungsgeschwindigkeit einer vorgeschriebenen Menge von N2-Gas bezeichnet, wenn dieses über die Gaseinlaßöffnung 15 bei geschlossenem Ventil 19 eingeleitet wird; und wobei Pe den Druck angibt, der in dem Gasauslaß 11 auftritt).
F i g. 2 zeigt die Ergebnisse der Versuche, die unter den oben angeführten Bedingungen durchgeführt wurden. Die Ordinate der F i g. 2 stellt die Ätzgeschwindigkeit (nm/min) des polykristallinen Siliziums dar, während die Abszisse die Stelle des polykristallinen Siliziums angibt, d. h. einen Abstand zwischen dem Silizium und dem Flansch 22. Die Kurven d, e, f, g der F i g. 2 geben die Ätzgeschwindigkeiten des polykristallinen Silizium relativ zum Abstand an, wenn hohle zylindrische Ätzgas-Übertragungsleitungen verwendet wurden, und zwar mit unterschiedlichem Innendurchmesser von 3 cm, 5 cm, 10 cm und 1 cm. Die zugeführte Mikrowellenleistung betrug 680 W und wurde von dem Leistungsüberwachungsgerät 4 gemessen. Das Kohlenstofftetrafluoridgas und das Sauerstoffgas, welches als Komponenten des Ätzgases verwendet wurden, besaßen einen Partialdruck von 0,53 mbar und 0,13 mbar, was durch das Druckmeßgerät vom Membrantyp ermittelt wurde.
Gemäß der graphischen Darstellung der Fig.2 fällt bei Verwendung einer Ätzgas-Übertragungsleitung mit einem Innendurchmesser von 3 cm (Kurve d) die Ätzgeschwindigkeit nicht merklich ab, auch dann nicht, wenn der Abstand des polykristallinen Siliziums 3 m beträgt, vorausgesetzt, daß die Ätzgas-Übertragungsleitung sehr wirkungsvoll nach vorne ein Ätzgas einleiten kann. Eine Ätzgas-Übertragungsleitung oder Rohr mit einem Innendurchmesser von 5 cm (Kurve e) zeigt eine praktisch zufriedenstellende Zuleitungsgeschwindigkeit, obwohl diese geringfügig kleiner ist als bei der Übertragungsleitung mit 3 cm Innendurchmesser. Dagegen zeigen die Ätzgas-Übertragungsleitungen und -rohre mit einem Innendurchmesser von 10 cm und 1 cm (Kurven /"und g)eine extrem niedrige Gasübertragungsgeschwindigkeit. Wenn beispielsweise das polykristalline Silizium mehr als i m von dem Flansch 22 angeordnet wird, erfolgt eine geringe Ätzung bei Verwendung einer Ätzgas-Übertragungsleitung von 1 cm Innendurchmesser die Ätzgeschwindigkeit selbst in der Nähe der Ätzgas-Erzeugungskammer niedrig liegt.
Beispiel 2
Wie bei dem Beispiel 1 wurden auch Versuche unternommen, um die Ätzgeschwindigkeit des polykristallinen Siliziums zu messen, und zwar bei Verwendung von Ätzgas-Übertragungsleitungen mit unterschiedlichem Innendurchmesser. F i g. 3 zeigt ein Gasätzgerät, welches bei dem Beispiel 2 zur Anwendung gebracht wurde.
Das Ätzgerät nach F i g. 3 enthält den gleichen Typ der Mikrowellenentladeeinrichtung 1 wie denjenigen von Fig. 1 bzw. entsprechend dem Beispiel 1. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist die Ätzgas-Auslaßleitung 11 an die Ätzgas-Übertragungsleitung 9 angeschlossen. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.3 ist eine Ätzkammer 31 zwischen die Ätzgas-Übertragungsleitung 9 und dem Ätzgas-Auslaßrohr 11 vorgesehen. Die Ätzgas-Erzeugungskammer 8 besteht hier aus Quarz. Die Ätzgas-Übertragungsleitung 9 und die Ätzkammer 31 wurden aus rostfreiem Stahl hergestellt und wurden mit einer Polytetrafluoräthylen-Schicht ausgekleidet. Die Ätzgas-Übertragungsleitung 9 wurde mit einer Länge von 130 cm ausgeführt (gemessen vom Zentrum der Ätzgas-Erzeugungskammer 8 zum Eingang der Ätzkammer 31).
F i g. 4 zeigt eine Draufsicht auf die scheibenförmige Ätzkammer 31. Eine Reaktionskammer 32 ist mit Beobachtungsfenstern 34,35 ausgestattet und auch eine Proben-Einführkammer 33 ist mit einem Beobachtungsfenster 36 ausgestattet. Die Größe der Reaktionskammer 32 ist auf das niedrigste erforderliche Maß beschränkt, und zwar insofern als eine Abweichung in der Konzentration eines Ätzgases so weit wie möglich verhindert werden kann. Eine Halterungsplatte 37 für die Aufnahme des Probenteiles oder Chips 21 ist
drehbar in der Ätzkammer 31 angeordnet. Die Halterungsplatte 37 ist aus rostfreiem Stahl hergestellt, und ihre Fläche ist mit einer Polytetrafluoräthylen-Schicht überzogen. Die Drehung der Halterungsplatte 37 ermöglicht die Ätzung einer großen Zahl von Chips.
Es wurden Messungen hinsichtlich der Ätzgeschwindigkeit des polykristallinen Siliziums durchgeführt, und zwar wie bei dem Ausführungsbeispiel 1 unter Anwendung des Gasätzgerätes der F i g. 3, welches wie zuvor angegeben konstruiert ist. Bei diesem Versuch wurde
der Innendurchmesser der Ätzgas-Übertragungsleitung 9 innerhalb des Bereiches von 1 —10 cm geändert. Es wurden zwei unterschiedliche Zusammensetzungen (h) und (i) eines Ätzgases getrennt verwendet. Bei der Zusammensetzung (h) besaß das Kohlenstofftetrafluoridgas einen Partialdruck von 0,53 mbar, und das Sauerstoffgas einen Partialdruck von 0.27 mbar. Bei der Zusammensetzung (i)besaß das Kohlenstofftetrafluoridgas einen Partialdruck von 0,4 mbar und das Sauerstoffgas einen Partialdruck von 0,27 mbar. Der Partialdruck wurde durch das Druckmeßgerät 13 vom Membrantyp ermittelt, welches an die Ätzgas-Auslaßleitung 1 angeschlossen wurde. Die angelegte Mikrowellenenergie betrug 600 W und wurde von dem Energie-Überwachungsgerät 4 gemessen.
so F i g. 5 zeigt die Ergebnisse der zuvor angegebenen Versuche. Die Kurve Λ gibt die Ätzgeschwindigkeit an, wenn das Kohienstofftetrafiuoridgas einen Partialdruck von 0,53 mbar besitzt, und das Sauerstoffgas einen Partialdruck von 0,13 mbar. Die Kurve i gibt die Ätzgeschwindigkeit an, wenn das Kohienstofftetrafiuoridgas einen Partialdruck von 0,4 mbar und das Sauerstoffgas einen Partialdruck von 0,27 mbar besitzen. Gemäß F i g. 5 konnte eine hohe Ätzgeschwindigkeit erreicht werden, wenn die Ätzgas-Übertragungsleitung einen Innendurchmesser besaß, der in den Bereich von ca. 1,5 cm bis ca. 9 cm fällt und zwar ungeachtet des zuvor ermittelten partialen Gasdruckes.
Die zuvor beschriebenen Versuche 1 und 2 lassen erkennen, daß bei festgelegter effektiver Ausstoßgeschwindigkeit die Gasätzgeschwindigkeit oder die Wirksamkeit der Übertragung von Ätzgas in erster Linie von dem Innendurchmesser des Ätzgasübertragungsleitung abhängig ist Dort wo nämlich die
Ätzgas-Übertragungsleitung einen Innendurchmesser besitzt, der in einen bestimmten Bereich fällt, lassen sich hohe Ätzgeschwindigkeiten erzielen. Umgekehrt fällt dort, wo der Innendurchmesser außerhalb dieses bestimmten Bereiches fällt, die Ätzgeschwindigkeit scharf ab. Es wird angenommen, daß sich dies auf die folgenden Gründe zurückführen läßt:
Für eine hohe Ätzgeschwindigkeit muß eine große Menge von Ätzgas zugeführt werden. Zu diesem Zweck soll die Ätzgas-Übertragungsleitung einen großen Innendurchmesser besitzen, und zwar unter der Bedingung, daß die effektive Ausstoßgeschwindigkeit festgelegt ist. Umgekehrt nimmt die Strömungsgeschwindigkeit eines Ätzgases in einer Ätzgas-Übertragungsleitung mit großem Innendurchmesser ab. Da das Ätzgas eine bestimmte begrenzte effektive Lebensdauer besitzt, nimmt die Konzentration des aktivierten Ätzgases aufgrund einer langsamen Überführung in die Ätzkammer über die Übertragungsleitung mit großem Innendurchmesser ab, was zu einem entsprechenden Abfall in der Ätzgeschwindigkeit führt. Bei einer effektiv festgelegten Ausstoßgeschwindigkeit bietet eine Ätzgas-Übertragungsleitung mit einem großen Innendurchmesser einen größeren Vorteil hinsichtlich des Transportes einer großen Menge von Ätzgas. Dagegen wird mit enger werdender Ätzgas-Übertragungsleitung immer mehr effektiv die Abnahme der Konzentration des aktivierten Ätzgases verhindert. Wenn man all die zuvor erwähnten Faktoren in Betracht zieht, läßt sich erkennen, daß der Innendurchmesser der Ätzgas-Übertragungsleitung innerhalb eines bestimmten Bereiches fallen muß, um eine hohe Ätzgeschwindigkeit zu erzielen. Aufgrund dieser Tatsache wurde besondere Aufmerksamkeit dem Leitwert einer Ätzgas-Übertragungsleitung geschenkt, und es wurde festgestellt, daß der optimale Wirkungsgrad der Zuführung von Ätzgas in eine Ätzkammer in erster Linie durch den Leitwert der Ätzgas-Übertragungsleitung und der effektiven Ausstoßgeschwindigkeit in der Ätzkammer definiert werden kann.
Die Ätzgas-Übertragungsleitung braucht nicht nur aus einem einzelnen Rohr mit kreisförmigem Querschnitt bestehen, wie dies in den F i g. 3 und 6A gezeigt ist, sondern kann auch anders gestaltet sein, wie dies in den Fig.6B bis 6F gezeigt ist In allen Fig.6A bis 6F zeigt der Buchstabe A ein Ätzgas-Erzeugungskammer an, der Buchstabe B eine Ätzgas-Übertragungsleitung; und der Buchstabe C eine Ätzkammer an. Die in den Fig.6B, 6C und 6D veranschaulichten Ätzgas-Übertragungsleitungen sind so ausgelegt, daß eine einheitliche Ätzwirkung des zu ätzenden Materials oder Chips erzielt wird. Wenn gemäß den F i g. 6E und 6F mehrere Ätzgas-Erzeugungskammern oder Ätzkammern vorgesehen sind, sollte die Ätzgas-Übertragungsleitung aus mehreren Zweigleitungen bzw. -rohren bestehen.
Beispiel 3
Es wurde die Ätzgeschwindigkeit bei polykristallinem Silizium relativ zum Leitwert der Ätzgas-Übertragungsleitung gemessen und ebenso die effektive Ausstoßgeschwindigkeit in der Ätzkammer unter Verwendung eines Gasätzgerätes, welches mit einer verzweigten Ätzgas-Übertragungsleitung ausgestattet ist Fig.7 zeigt ein Gasätzgerät, welches bei diesem Versuch zur Anwendung gebracht wurde. In Fig.7 sind die Mikrowellenentladeeinrichtung 1 und die Ätzgas-Erzeugungskammer 8 in derselben Weise ausgeführt wie bei den Beispiel 1 und 2. Eine Ätzgas-Übertragungsleitung 41 ist in vier Zweige am stromabwärts gelegenen Abschnitt aufgeteilt. Die unteren Enden der jeweiligen Zweige sind zu einem gemeinsamen Verteilungsrohr 43 zusammengeführt und mit einer großen Zahl von
kleinen öffnungen 42 ausgestattet. Dieses Verteilerrohr 43 ist auch so ausgeführt, daß eine einheitliche Einführung von Ätzgas in eine Ätzkammer 44 sichergestellt wird. Die jeweilige Zweigleitungen sind mit einem Ventil 45 ausgestattet, um die Strömungsge-
schwindigkeit des Ätzgases zu steuern. Eine Halterungsplatte 46 aus rostfreiem Stahl ist einer Polytetrafluoräthylen-Schicht überzogen und in der Ätzkammer 44 angeordnet. Mehrere polykristalline Siliziumkörper oder -chips 21 werden auf die Halterungsplatte 46 aufgelegt. Ein gemeinsames Gasauslaßrohr 47 ist für eine einheitliche Abführung des Ätzgases aus der Ätzkammer 44 vorgesehen. Die Ätzkammer 44 ist darüber hinaus mit einem Druckmeßgerät 48 vom Membrantyp, einem Gaseinlaßrohr 49, einem Durchsatzmeßgerät 50 und einem Ventil 51 ausgestattet, die alle zur Ermittlung einer effektiven Ausstoßgeschwindigkeit erforderlich sind.
Es läßt sich nun der Leitwert Ctder Ätzgas-Übertragungsleitung durch die folgende Gleichung ausdrücken:
Cr =
P7(Se-QA/PT)
worin bedeuten:
Se = effektive Ausstoßgeschwindigkeit (l/min) in der Ätzkammer 44;
Pt = Gasdruck (mbar) an einem Einlaß zur Ätzgas-Übertragungsleitung 41;
Qa = Massenströmungsgeschwindigkeit (mbar · 1/ min) des Ätzgases, welches in das Gasätzgerät eingebracht wird;
Se kann aus der an früherer Stelle angegebenen Gleichung Se = Qe/Pe ermittelt werden.
Das polykristalline Silizium wurde durch das Gasätzgerät nach F i g. 7 geätzt. Es wurde die Ätzgeschwindigkeit des polykristallinen Siliziums relativ zu dem zuvor definierten Leitwert der Ätzgas-Übertragungsleitung
gemessen. Es wurde Ct durch Änderung des Durchmessers der kleinen öffnungen 42 und durch Steuerung des Ventils 45 verändert. Ferner wurde Pt mit Hilfe des Druckmeßgeräts 12 gemessen, ebenso QA mit Hilfe des Massenströmungsmeßgerätes 14, Pe mit Hilfe des Druckmeßgerätes 48 und Qe mit Hilfe eines Durchsatzmeßgerätes 5ö. Das in das Gasätzgeräi für die Ermittlung des Leitwertes Cr eingeführte Gas war /V2. Die weiteren bei dem zuvor erwähnten Versuch gegebenen Bedingungen waren wie folgt:
Temperatur 300 K
Druckbereich (in der Ätzkammer) 0,13—2,0 mbar
Länge der Ätzgas-Übertra-
gungsleitung 1 m
Se 500 l/min
2000 l/min
das geätzte Material eine polykristalline
Siliziumprobe oder
-chip
Ätzgaszusammensetzung Kohlenstofftetra-
fluoridgas mit einem
Partialdruck von
Mikrowellenleistung
0,53 mbar und Sauerstoffgas mit einem
Partialdruck von
0,27 mbar
680W.
Die Ergebnisse des Versuchs sind in F i g. 8 festgehalten. Die Kurven j, k geben die Daten an, die erhalten wurden, wenn Se auf 500 l/min und 2000 l/min eingestellt wurde. Es wurde Se mit Hilfe von unterschiedlichen Vakuumpumpen verändert. Es wurde aus den zwei Kurven ji k herausgefunden, daß eine Ätzgeschwindigkeit von 10 nm/min erhalten werden kann, wobei die folgende Formel befriedigt wird:
10
10-'Se < Cr < 5
Diese Formel ist anwendbar auf jeden Typ einer Ätzgasübertragungsleitung. Speziell dort, wo die Ätzgas-Übertragungsleitung aus einem einzelnen Rohr mit kreisrundem Querschnitt besteht, sollte der Innendurchmesser der Übertragungsleitung in den Bereich von 1,5—9 cm fallen, um die zuvor angegebene Formel zu befriedigen.
Wie sich aus der vorangegangenen Beschreibung erkennen läßt, kann man mit Hilfe des Gasätzgerätes nach der Erfindung sehr wirkungsvoll und mit hohem Wirkungsgrad eine polykristalline Siliziumprobe oder -chip ätzen.
Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:
1. Gasätzgerät, bestehend aus einer Ätzgas-Erzeugungskammer, einer Einrichtung zum Einleiten einer Gasmischung, die Fluoratome und ein Gas mit Sauerstoffatomen enthält in die Ätzgas-Erzeugungskammer, einer Akrivierungseinrichtung zum Aktivieren des Gasgemisches in der Ätzgas-Erzeugungskammer, einer Ätzkammer, die entfernt von der Ätzgas-Erzeugungskammer gelegen ist, die frei von elektrischen Feldern der Aktivierungseinrichtung gehalten ist und die mit einem Auslaß für das Ätzgas versehen ist, und aus einer die Ätzgaserzeugungskammer mit der Ätzkammer verbindenden Ätzgas-Übertragungsleitung, dadurch gekennzeichnet, daß die Ätzgas-Übertragungsleitung (9, 41, B) derart konstruiert ist. daß iie der folgenden Formel genügt:
10-'Se< Ct £ 5- 102Se
worin bedeuten:
Ct = Leitwert (l/min) der Ätzgas-Übertragungsleitung
Se = effektive Ausstoßgeschwindigkeit (1/min) des Ätzgases aus der Ätzkammer.
2. Gasätzgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ätzgas-Erzeugungskammer (8) aus Quarz besteht und daß die Ätzgas-Übertragungsleitung (9, 41, B) und die Ätzkammer (31, 44) aus Metall bestehen, das mit einer Schicht aus Polytetrafluoräthylen überzogen ist.
3. Gasätzgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ätzgas-Übertragungsleitung (9,41) aus einem Rohr besteht.
4. Gasätzgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ätzgas-Übertragungsleitung (B) aus mehreren getrennten Rohren besteht (F i g. 6).
5. Gasätzgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ätzgas-Übertragungsleitung (B) aus mehreren Zweigrohren besteht (F i g. 6).
6. Gasätzgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ätzgas-Übertragungsleitung (9,41) aus einem einzigen Rohr mit kreisrundem Querschnitt besteht, welches einen Innendurchmesser im Bereich zwischen 1,5 und 9 cm besitzt.
7. Gasätzgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ätzgas-Übertragungsleitung (41) in die Ätzkammer (44) derart eingeführt ist, daß der zwischenliegende Abschnitt in mehrere Zweige aufgeteilt ist, deren untere Enden zu einem einzigen gemeinsamen Verteilungsrohr (43) zusammengeführt sind, welches mit einer großen Zahl von kleinen Öffnungen (42) ausgestattet ist, und daß die Ätzkammer (44) mit einem Auslaßrohr (47) vom Ansaugrohrtyp ausgestattet ist (F i g. 7).
8. Gasätzgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluoratome enthaltende Gas aus Kohlenstofftetrafluoridgas und das Sauerstoffatome enthaltende Gas aus Sauerstoff gas besteht.
DE2814028A 1977-03-31 1978-03-31 Gasätzgerät Expired DE2814028C2 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3544877A JPS53121469A (en) 1977-03-31 1977-03-31 Gas etching unit

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