DE3118839C2 - - Google Patents

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung der Oberfläche eines Werkstücks durch Trockenätzen unter Anwendung eines Glimmentladungsplasmas nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
In jüngster Zeit werden immer kleinere und kleinere elektronische Bauteile von integrierten Halbleiterschaltungen entwickelt, so daß die sogenannte "Trockenätzmethode", bei der ein Gasplasma verwendet wird, eine schnelle Entwicklung als die Methode genommen hat, mit der die betreffenden Materialien anstelle der herkömmlichen Naßätzmethoden unter Anwendung einer Flüssigkeit mit hoher Genauigkeit und fein bearbeitet werden können. Insbesondere kann mit Hilfe von Plasmaätzeinrichtungen mit einer parallelen Anordnung der Elektrodenplatten ein selektives Ätzen von Aluminium, Aluminiumlegierungen, Siliciumdioxid und dergleichen erfolgen, wobei die praktischen Untersuchungen hoch entwickelt sind.
Bei der Herstellung von integrierten Halbleiterschaltungen oder dergleichen wird im allgemeinen eine Siliciumverbindung, wie Siliciumdioxid, Phosphosilikatglas (Phosphatglas) oder Siliciumnitrid, in großem Umfang als elektrisch isolierender Film zur Trennung von Elementen und zwischen den Schichten, als Maske für das Ätzen, die Diffusion, die Oxidation oder die Ionenimplantation oder als Schutzfilm verwendet. Nach den herkömmlichen Methoden werden als Gas für das Trockenätzen von Siliciumverbindungen oder polykristallinem Silicium oder Molybdän, das als Gate-Material für MOS-Transistoren dient, nicht nur Fluorkohlenstoffe der Formel C n F2n+2 , wie CF₄, oder diese gasförmigen Verbindungen in Mischung mit Sauerstoff oder einem Inertgas verwendet; so beschreibt beispielsweise die DE-OS 27 16 592 ein Verfahren, bei dem Argon und CF₄, CCl₄ oder BCl₃ als Ätzgase in die Ätzkammer eingeleitet werden. Weiter sind auch Fluorkohlenstoff bzw. Fluorkohlenwasserstoff enthaltende Gase, wie CCl₂F₂, CHF₃ oder CBrF₃, oder fluorhaltige Verbindungen, wie SF₆, BF₃, SiF₄ oder NF₃ eingesetzt worden. Aus der DE-OS 29 30 200 ist bekannt, daß zur Vermeidung von Ascherückständen, die sich bei kohlenstoffhaltigen Ätzgasen bilden, SiCl₄ oder andere chlorhaltige Siliciumverbindungen verwendet werden. Vor der Ätzung erfolgt dabei eine Spülung mit Inertgas. Jedoch sind alle diese Gase kostspielig und stellen ein erhebliches Hindernis für die Verminderung der Kosten des Trockenätzverfahrens dar.
Damit das Trockenätzen bei der Halbleiterherstellung für die Praxis geeignet ist, kann es auf der anderen Seite erforderlich sein, ein bestimmtes Material mit einer Geschwindigkeit abzuätzen, die erheblich höher ist als die der Ätzgeschwindigkeit des Photolackmaterials bzw. Photoresistmaterials, das als Ätzmaske oder als Oberflächendeckmaterial für das zu ätzende Material dient, so daß sich ein hohes Maß der sogenannten "Selektivität" erreichen läßt. Ganz allgemein kann man sagen, daß, wenn man eine Siliciumverbindung, wie einen Siliciumdioxidfilm, unter Anwendung des obenerwähnten fluorkohlenstoffhaltigen Gases trocken ätzt, die Ätzgeschwindigkeit des Siliciumdioxids entweder niedriger ist als die des Photolacks bzw. Photoresists oder des Siliciums oder zumindest selbst dann, wenn diese Geschwindigkeit hoch ist, nicht für die Praxis geeignet ist. Als Methode zur Verbesserung der Selektivität wurde daher vorgeschlagen, die obenerwähnten Fluorkohlenstoffgase mit einem Wasserstoff enthaltenden Gas, wie H₂, H₂O, NH₃ oder C₂H₄ zu vermischen. In Solid State Technology, April 1979, S. 117 f. wird über das Ätzverhalten von CF₄-Gas berichtet, dem Sauerstoff, Wasserstoff, Stickstoff, Wasser und C₂F₄ zugesetzt sind. Auch wurde ein hochmolekulares Material, z. B. ein Polyester oder ein Äthylentetrafluoridharz auf der inneren Wandung einer Reaktionskammer oder auf einer Targetelektrode bzw. Auffangelektrode (beispielsweise einer Hochfrequenzelektrode (r.f.-Elektrode)) angeordnet. Bei dieser Methode reagieren die durch Dissoziation unter Einwirkung der Entladung aus dem Fluorkohlenstoffharz freigesetzten Fluorradikale, die als chemisch äußerst reaktives Ätzmittel wirken, mit den Wasserstoffatomen in dem Gasgemisch oder mit dem Targetmaterial und schließlich mit dem Fluorkohlenstoffe (CF n ) enthaltenden Gas, das von dem Targetmaterial freigesetzt wird, so daß ihre Reaktivität gegenüber Silicium oder dem Photolack vermindert wird und wodurch es möglich wird, die Siliciumverbindung, wie das Siliciumdioxid, mit einem Teil des CF₂ oder CF₃ selektiv zu ätzen.
Die oben beschriebene Methode wirft jedoch Probleme dadurch auf, daß unter den Plasmaentladungsbedingungen eine Polymerisation erfolgt, wodurch Flecken auf der Oberfläche der Probe oder des Inneren des Reaktionsgefäßes erzeugt werden, so daß die Ätzgeschwindigkeit der Siliciumverbindung vermindert oder der Photolack beeinträchtigt werden. Insbesondere stellt die Beeinträchtigung des Photolacks ein wesentliches Problem dar, da hierdurch eine Deformation erfolgt, wodurch die Genauigkeit des Musters verringert wird, was zur Folge hat, daß es nicht mehr möglich wird, feine Muster mit Abmessungen von weniger als 5 µm zu ätzen, wobei sich das zusätzliche Problem ergibt, daß sich der Photolack nach dem Ätzen nur schwer entfernen läßt. Bei den Plasmaätzeinrichtungen mit parallelen Platten erfolgt häufiger eine Beeinträchtigung des Photolacks bei Anwendung niedriger Gasdrücke und höherer angewandter Energiedichten, wobei der Temperaturanstieg an der Oberfläche der Probe als Ergebnis des Ionenbeschusses als einer der Gründe dafür angesehen wird. Demzufolge ist es möglich, durch Steigerung des Gasdrucks und durch Verminderung der Energiedichte diese Nachteile zu überwinden. In diesem besonderen Falle wird jedoch die Ätzgeschwindigkeit der Siliciumverbindung erniedrigt, so daß eine deutliche Verminderung der Selektivität die Folge ist. Wenn man andererseits das Fluorkohlenstoff enthaltende Gas verwendet, ohne ein Wasserstoffatome enthaltendes Gas einzumischen, ist die Selektivität um so höher, je höher das Molekulargewicht des Gases ist, z. B. C₃F₈ oder C₄F₈ gegenüber C₂F₆ oder C₂F₆ und noch mehr im Fall von CF₄ gegenüber einem Wasserstoffatome enthaltenden Gas, wie CHF₃. In diesem besonderen Fall erfolgt im Gegensatz eine Beeinträchtigung des Photolacks, wobei die Ätzgeschwindigkeit der Siliciumverbindung verringert wird. Wenn die Selektivität bei einer praktisch anwendbaren Ätzgeschwindigkeit in dieser Weise verbessert werden soll, ergibt sich der bemerkenswerte Nachteil, daß eine Beeinträchtigung des Photolacks erfolgt.
Zur Verhinderung der Beeinträchtigung oder Beschädigung des Photolacks wurde auch vorgeschlagen, den thermischen Kontakt zwischen der wassergekühlten Targetelektrode und der Probe zu verbessern. Diese Methode ist insofern wirksam, als die Beschädigung des Photolacks mehr oder weniger verringert wird, kann jedoch das Problem prinzipiell nicht lösen. Es bestehen immer noch praktische Probleme im Hinblick auf die Durchführbarkeit, die Reproduzierbarkeit und die Verunreinigung der Ätzvorrichtung.
Die speziellen Fluorkohlenstoffgase, die eine relativ gute Selektivität besitzen, wie C₂F₆, C₃F₈, C₄F₈ oder CHF₃ sind schwierig herzustellen und mehr als 10mal so teuer als Helium oder Argon, so daß sich mit diesen Materialien erhebliche Kostenprobleme ergeben, wenn sie für die Massenherstellung von Halbleitern eingesetzt werden sollen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, ein Verfahren zum Trockenätzen eines Werkstücks anzugeben, das mit geringen Materialkosten für das Ätzgas eine sehr hohe Ätzgeschwindigkeit und Selektivität ermöglicht, insbesondere beim Ätzen von Siliciumverbindungen, wie z. B. Siliciumdioxid oder von Phosphosilikatglas.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren nach dem Patentanspruch 1 gelöst.
Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Ausführungsformen dieses Verfahrens.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine graphische Darstellung, die die Abhängigkeit der Ätzgeschwindigkeit, des Phosphosilikatglases, eines Photolacks und Silicium in Abhängigkeit von dem Gasdruck verdeutlicht, und
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Plasmaätzvorrichtung.
Bei dem erfindungsgemäßen Trockenätzverfahren wird das Werkstück nicht durch das Plasma des Gases, das von außen eingeführt worden ist, geätzt, sondern durch das Plasma des Gases, das aus einem Material freigesetzt worden ist, das in der Reaktionskammer angeordnet ist, und zwar durch die Reaktion dieses Materials mit dem Plasma des Gases, das von außen zugeführt worden ist.
Demzufolge kann das von außen in die Reaktionskammer eingeführte Gas ein inaktives Gas sein, das unter den Bedingungen der Plasmaentladung gegenüber dem Werkstück inaktiv ist, wie Helium, Argon, Stickstoff oder Sauerstoff. Die Auswahl des inaktiven Gases hängt von der Art des zu bearbeitenden Werkstücks ab. Wenn das Werkstück aus Siliciumdioxid oder Phosphosilikatglas (Phosphatglas) besteht, kann man als inaktives Gas mindestens ein Gas aus der Helium, Argon und Stickstoff (N₂) umfassenden Gruppe verwenden, wobei man ein hochmolekulares, Fluoratome enthaltendes Harz in der Reaktionskammer anordnet. Im Hinblick auf die Ätzgeschwindigkeit und die Selektivität ist Helium am besten, Argon besser und Stickstoff am schlechtesten von diesen drei Gasen geeignet. Wenn das Werkstück andererseits aus Si, Mo, W, Cr, TiW oder Si₃N₄ besteht, kann man als inaktives Gas entweder Sauerstoff (O₂) oder ein Sauerstoff enthaltendes Gas (beispielsweise eine Mischung aus Sauerstoff und Helium, Argon oder Stickstoff) verwenden, wobei man als Material in der Reaktionskammer ein Fluoratome enthaltendes hochmolekulares Harz anordnet, ähnlich wie in dem ersterwähnten Fall. Selbst wenn man lediglich ein solches billiges inaktives Gas in die Reaktionskammer einführt, kann man den Ätzvorgang in ähnlich wirksamer Weise durchführen, wie unter Anwendung eines Fluoratome enthaltenden Gases, wie es bei dem herkömmlichen Verfahren angewandt wird. Bei der Bearbeitung von Siliciumdioxid, Phosphosilikatglas oder dergleichen ergibt sich erfindungsgemäß eine bemerkenswerte Verbesserung der oben angesprochenen Selektivität. Beispiele für in der Reaktionskammer anzuordnende und Fluoratome enthaltende hochmolekulare Harze sind Polytetrafluoräthylen, Polymonochlortrifluoräthylen, Tetrafluoräthylen-Hexafluorpropylen-Copolymere, Polyvinylidenfluorid, Polyvinylfluorid und dergleichen.
Wenngleich es genügt, lediglich eines dieser Materialien in der Reaktionskammer anzuordnen, kann man zwei oder mehrere dieser Materialien gleichzeitig verwenden. Wenn man ein solches Fluoratome enthaltendes hochmolekulares Harz in der Reaktionskammer anordnet, kann das Werkstück aus einem Material bestehen, das durch Einführen eines Fluoratome enthaltenden Gases in die Reaktionskammer zur Erzeugung des Plasmas gemäß den herkömmlichen Verfahren bearbeitet werden kann.
Wenngleich das in der Reaktionskammer anzuordnende Material vorzugsweise auf der Elektrode der Plasmaätzvorrichtung angeordnet wird, kann man es an irgendeiner Stelle der Reaktionskammer anordnen, vorausgesetzt, daß es in der Plasmaatmosphäre vorliegt. Weiterhin sind die Form und die Größe des Materials nicht besonders beschränkt und können beliebig ausgewählt werden. Wenn das Material jedoch mit besonders großer oder kleiner Form oder komplizierter Form verwendet werden soll, sollte der angestrebte Effekt zuvor durch ein Experiment untersucht werden. Wenn diese Voruntersuchung zeigt, daß die Ergebnisse und der Effekt nicht zufriedenstellend sind, kann man unter Anwendung normalerer Formen und Größen eine weitere Voruntersuchung durchführen. Wenn sich dann der angestrebte Effekt einstellt, kann man das Trockenätzverfahren unter Anwendung dieser Größenbedingungen durchführen. Auch in diesem Fall kann man eines oder mehrere Materialien in der Reaktionskammer anordnen.
Die Strömungsgeschwindigkeit des von außen in die Reaktionskammer einzuführenden inaktiven Gases kann innerhalb des Bereichs liegen, der zur Aufrechterhaltung der Plasmaentladung geeignet ist. Wenn hierüber Unsicherheit bestehen sollte, kann man den geeigneten Bereich durch eine einfache Voruntersuchung ermitteln.
Wenn man andererseits das oben angesprochene inaktive Gas zuführt, bevor die Plasmaentladung gezündet ist und sie anschließend unterbricht, bleibt die Entladung bestehen, so daß das Werkstück geätzt wird. Dies scheint eine Folge der Tatsache zu sein, daß die Plasmaentladung durch das reaktive Gas aufrechterhalten wird, das von dem in der Reaktionskammer angeordneten Material freigesetzt wird. Es versteht sich natürlich, daß man die Zuführung des inaktiven Gases in das Innere der Reaktionskammer nicht unterbrechen muß, sondern fortsetzen kann.
Der erlaubte Bereich des Gesamtdrucks des Gases in der Reaktionskammer hängt von der Art des Werkstücks, der angewandten Energiedichte, der angewandten Frequenz der Plasmaätzvorrichtung und dergleichen ab, liegt jedoch im allgemeinen im Bereich von 1,3 bis 1330 Pa und vorzugsweise im Bereich von 13 bis 133 Pa. Beim Trockenätzen von Siliciumdioxid oder Phosphosilikatglas erstreckt sich der bevorzugte Gesamtdruck von 20 bis 50 Pa. Dies beruht darauf, daß bei Anwendung des Gasdrucks innerhalb des angegebenen Bereichs sich die größte Ätzgeschwindigkeit und die beste Selektivität für das Phosphosilikatglas ergeben.
Der Bereich der bei der Plasmaentladung anzuwendenden Energiedichte kann ähnlich sein wie bei dem Stand der Technik und erstreckt sich im allgemeinen von etwa 0,2 bis 1 W/cm². Die angewandte Frequenz ist ebenfalls ähnlich wie jene, die bei den herkömmlichen Verfahren angewandt wird.
Bei Untersuchungen, bei denen das Polytetrafluoräthylenharz auf der Targetelektrode (d. h. der Hochfrequenzelektrode) angeordnet ist und bei dem lediglich Argongas in die Reaktionskammer zur Bildung der Plasmaentladung eingeführt wird, hat sich gezeigt, daß ein Material, wie Siliciumdioxid oder Phosphosilikatglas mit ähnlicher Geschwindigkeit geätzt werden kann, wie in dem Fall, in dem man ein Fluorkohlenstoffgas (CF₄) einführt. Es hat sich weiterhin gezeigt, daß man die Siliciumverbindung in ähnlicher Weise ätzen kann, selbst wenn man die Entladung durch die Einführung eines inerten Gases, wie Heliumgas, Stickstoffgas oder Sauerstoffgas, bewirkt.
In diesem Fall hat sich gezeigt, daß die Selektivität für Silicium gegenüber dem Fall der Verwendung eines Fluorkohlenstoffgases wesentlich verbessert werden kann und daß man die Selektivität für den Photolack stark durch die Verwendung von Helium verbessern kann. In der nachstehenden Tabelle I sind die Ätzgeschwindigkeiten und deren Verhältnisse (d. h. die Selektivitäten) beim Trockenätzen der aufgeführten Materialien für den Fall angegeben, daß gasförmiges C₃F₈ bzw. Heliumgas verwendet werden, während die übrigen Bedingungen gleich gehalten wurden. Dabei wurde der Gasdruck zuvor auf 13 Pa eingestellt. Das Polytetrafluoräthylen wurde in die Reaktionskammer eingebracht. Die Ätzgeschwindigkeiten des Phosphosilikatglases (PSG) unterscheiden sich wenig im Fall der Verwendung von C₃F₈ und des Heliumgases, während die Ätzgeschwindigkeiten für Silicium und den Photolack geringer sind als die unter Verwendung von Heliumgas erzielten. Als Ergebnis davon betragen die Verhältnisse der Ätzgeschwindigkeiten von Phosphosilikatglas und Silicium und zwischen Phosphosilikatglas und dem Photolack 2,8 bzw. 1,8 für C₃F₈ und für Heliumgas 10 : 3 bzw. 4 : 3. Die beigefügte Fig. 1 verdeutlicht die Abhängigkeit der Ätzgeschwindigkeiten von dem Gasdruck bei der Verwendung von Heliumgas. Die Ätzgeschwindigkeit des Phosphosilikatglases, die mit der Kurve 1 dargestellt ist, erreicht ihr Maximum bei etwa 30 Pa, während die Ätzgeschwindigkeiten für den Photolack und Silicium, die durch die Kurven 2 bzw. 3 wiedergegeben sind, die Neigung besitzen, mit höherem Gasdruck abzunehmen. Wenn man daher den Gasdruck innerhalb eines Bereichs von 20 bis 50 Pa auswählt, kann man das Phosphosilikatglas mit einer Geschwindigkeit von 12 : 16 bzw. 6 : 8 gegenüber dem Silicium und dem Photolack ätzen. Da bei der herkömmlichen Anwendung des einen Fluorkohlenstoff enthaltenden Gases die Ätzgeschwindigkeit des Siliciumdioxids oder des Phosphosilikatglases mit der Steigerung des Gasdrucks deutlich abfällt, ist es nicht möglich, eine Selektivität von 10 oder mehr für Silicium und den Photolack zu erreichen, ohne daß sich eine Schädigung des Photolacks ergibt. Wenn man jedoch erfindungsgemäß Helium oder dergleichen verwendet, kann man die Siliciumverbindung unter Anwendung eines relativ hohen Drucks und einer relativ niedrigen Energiedichte, wie sie oben angegeben sind, ätzen, ohne daß eine Schädigung oder Beeinträchtigung des Photolacks erfolgt.
Tabelle I
Wie oben angegeben ist, kann man mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens wesentlich bessere Ätzeigenschaften als bei der Einführung eines Fluor enthaltenden Gases dadurch erreichen, daß man ein Gas, das kein Fluor enthält, von außen in die Reaktionskammer einführt, so daß das Gas über das gebildete Gasplasma aus einem auf der Targetelektrode angeordneten Material ein reaktives Gas freisetzt, das in selektiver Weise mit einer Siliciumverbindung reagiert.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht auf die Anwendung einer bestimmten Ätzvorrichtung beschränkt, die lediglich dazu geeignet sein muß, unter Anwendung eines Plasmas den Ätzvorgang zu gestatten; dennoch ist es erfindungsgemäß bevorzugt, eine Plasmaätzvorrichtung mit parallelen Dipolplatten zu verwenden, wie sie in der Halbleiterindustrie angewandt werden.
Wie bereits erwähnt, besteht ein Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens darin, eine Ätzgeschwindigkeit zu erreichen, die gleich ist oder größer als die, welche man erzielt, wenn man ein reaktives Gas von außen zuführt, unter bemerkenswerter Verbesserung der Ätzselektivität gegenüber dem Fall der Zuführung eines reaktiven Gases, wobei bei diesem Verfahren von außen lediglich ein Gas in die Reaktionskammer eingeführt wird, das selbst unter den Bedingungen der Plasmaentladung gegenüber dem Werkstück inaktiv ist. Genauer wird nach der sogenannten "reaktiven Sputter- Ätzmethode" des Standes der Technik die Reaktionskammer mit einem Gas versorgt, das Atome enthält, die unter den Bedingungen der Plasmaentladung mit dem zu ätzenden Material reagieren, während bei dem erfindungsgemäßen Verfahren noch ein reaktiver Sputter-Ätzvorgang durchgeführt werden kann, indem man ein Gas zuführt, das mit dem zu ätzenden Material nicht reagiert, wodurch sich das erfindungsgemäße Verfahren ganz erheblich von dem Stand der Technik unterscheidet. Mit anderen Worten umfaßt das erfindungsgemäße Verfahren eine Ätzmethode, das die reaktiven und nichtreaktiven Sputter-Ätzverfahren des Standes der Technik in besonderer Weise kombiniert.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht nur dadurch vorteilhaft, daß eine bemerkenswert hohe Ätzselektivität erreicht werden kann, ohne daß eine Beeinträchtigung oder Schädigung des Photolacks erfolgt, und daß der Preis des zu verwendenden Gases niedrig ist, sondern auch im Hinblick auf das verwendete System dadurch, daß eine Schädigung der Rotationsvakuumpumpen vermieden wird, was Probleme bei Trockenätzverfahren, bei denen ein Fluor oder Chlor enthaltendes Gas verwendet wird, mit sich bringt, und daß eine Verunreinigung der Oberfläche der Probe oder der Ätzeinrichtung durch das Polymere oder dergleichen vermindert wird. Weiterhin wird die Überwachung des Verfahrensablaufs und das Ende des Ätzprozesses durch die Anwendung der Intensität des von dem Plasma emittierten Lichts vereinfacht gegenüber dem Fall der Verwendung eines fluorkohlenstoffhaltigen Gases. Somit zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren durch für die Praxis vorteilhafte Eigenschaften gegenüber den herkömmlichen Verfahren, bei denen ein fluorkohlenstoffhaltiges Gas verwendet wird, aus.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch in der Weise durchgeführt werden, daß man während des Ätzvorgangs kein Gas von außen zuführt. Wenn man nämlich die Zuführung des Gases von außen unterbricht, nachdem man das Gas nach dem Evakuieren der Reaktionskammer in die Reaktionskammer eingeführt hat und dann eine hochfrequente Energie (Radiofrequenz) zur Zündung der Entladung (unter ständigem Evakuieren) angelegt hat, kann man den Ätzprozeß in der Weise durchführen, daß man die Entladung lediglich mit Hilfe der Gasbestandteile aufrechterhält, die aus dem Polytetrafluoräthylenharz freigesetzt werden. Die dabei erzielten Ätzergebnisse unterscheiden sich wenig von den oben angesprochenen.
Beispiel 1
Man ordnet eine Polytetrafluoräthylenscheibe 13 mit einem Durchmesser von 300 mm und einer Dicke von 4 mm nach der in der Fig. 2 dargestellten Weise auf der Hochfrequenzelektrode einer Plasmaätzeinrichtung mit parallel angeordneten Plattenelektroden an. Andererseits bereitet man auf Siliciumplättchen mit einem Durchmesser von 78 mm eine Phosphosilikatglasschicht (mit einer Phosphorkonzentration von 4 Mol-%) mit einer Dicke von 600 nm, eine Siliciumdioxidschicht mit einer Dicke von 600 nm und eine Siliciumnitridschicht mit einer Dicke von 500 nm und bereitet ein Siliciumplättchen mit einem Durchmesser von 78 mm und versieht sie auf ihren Oberflächen mit einem Photolackmuster (mit einer Dicke von etwa 1µm) (unter Verwendung eines handelsüblichen Photolacks AZ 1350 J der Firma Shipley & Co., Ltd., USA). Die in dieser Weise bereiteten Plättchen werden auf die oben angesprochene Polytetrafluoräthylenscheibe 13 aufgelegt. Dann führt man Heliumgas mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 10 cm³/min über das Gaseinführungssystem 14 zu und stellt einen vorbestimmten Gasdruck ein. Dann legt man mit Hilfe der Hochfrequenzenergiequelle 17 über eine Anpassungsschaltung 16 während 8 Minuten eine Hochfrequenzenergie mit einer Frequenz von 13,56 MHz und einer Energiedichte von 0,4 W/cm² an die Reaktionskammer 18 an. Anschließend entnimmt man die Probe und entfernt den Photolack. Dann bestimmt man die Ätzgeschwindigkeiten der betreffenden Materialien durch Bestimmung der Stufe zwischen dem Bereich, auf dem der Photolack vorgelegen hat und dem geätzten Bereich unter Verwendung einer Stufenhöhenmeßeinrichtung (Talystep der Firma Taylor-Hobson Ltd., Großbritannien). Genauer bestimmt man die Ätzgeschwindigkeit des Photolacks durch teilweises Abdecken des Photolacks mit einer dünnen Schicht, die nicht geätzt wird, und Messen der Stufe zwischen diesem Bereich und dem geätzten Bereich. Die gemessenen Ergebnisse sind in der Tabelle I angegeben und in der Fig. 1 dargestellt. Die in der Tabelle I angegebenen Ergebnisse wurden unter Anwendung eines Gasdrucks von 13 Pa ermittelt. Zu Vergleichszwecken sind in der Tabelle I die Ergebnisse angeführt, die man erzielt, wenn man gasförmiges C₃F₈ als Fluorkohlenstoffgas zuführt und die Ätzgeschwindigkeiten der betreffenden Materialien in gleicher Weise mißt. Die in der Fig. 2 dargestellten Bezugsziffern 11, 12, 15 bzw. 19 und 20 stehen für eine Erdungselektrode, eine Hochfrequenzelektrode, ein Vakuumsystem bzw. Ventile.
Wenn man Heliumgas verwendet, kann man das Phosphosilikatglas und das Siliciumdioxid mit ähnlichen Geschwindigkeiten ätzen wie im Fall der Verwendung von C₃F₈, das bei dem herkömmlichen Verfahren verwendet wird, wobei die Ätzgeschwindigkeiten von Silicium und dem Photolack um die Hälfte oder ein Drittel geringer sind als im Fall der Verwendung von C₃F₈. Daraus ist erkennbar, daß erfindungsgemäß die Selektivität um den Faktor 2 bis 3 größer ist als bei dem herkömmlichen Verfahren. Andererseits ergibt sich bei Steigerung des Gasdrucks eine Verbesserung der Selektivität. Wie aus der Fig. 1 zu erkennen ist, kann man beispielsweise unter Anwendung eines Drucks von 20 Pa das Phosphosilikatglas mit einer Geschwindigkeit ätzen, die um den Faktor 16 bzw. 8 größer ist als die Ätzgeschwindigkeit von Silicium bzw. des Photolacks.
Beispiel 2
Man wiederholt die Maßnahmen des Beispiels 1, führt jedoch gasförmiges Argon bzw. Stickstoff anstelle von Helium zur Zündung des Plasmas ein. Der Gasdruck wird auf 20 Pa eingestellt und die übrigen Bedingungen entsprechen den in Beispiel 1 angegebenen. In dieser Weise kann man mit Argongas und Stickstoffgas ebenso wie im Fall von Heliumgas die Siliciumverbindung selektiv ätzen und das Phosphosilikatglas mit einer Geschwindigkeit ätzen, die um den Faktor 4 bis 8 und um den Faktor etwa dreimal so groß ist wie die Ätzgeschwindigkeit für Silicium bzw. für den Photolack. Somit ist die Selektivität bei Anwendung des in Beispiel 1 eingesetzten Heliums größer als die gemäß dem vorliegenden Beispiel unter Verwendung von Argon und Stickstoff erzielte.
Beispiel 3
Man wiederholt die Maßnahmen des Beispiels 1 und führt anstelle von Heliumgas Sauerstoffgas (O₂) ein und führt die Entladung durch. Währenddem man die übrigen Bedingungen des Beispiels 1 aufrechterhält, stellt man den Gasdruck auf 20 Pa ein. Die Ergebnisse zeigen, daß die Ätzgeschwindigkeit für Siliciumnitrid um etwa den Faktor 5 bzw. 7mal größer ist als für das Phosphosilikatglas bzw. Siliciumdioxid und daß die Ätzgeschwindigkeit des Siliciumdioxids etwa um den Faktor 2,3 bzw. 3,5mal so groß ist wie die Ätzgeschwindigkeit für das Phosphosilikatglas bzw. das Siliciumdioxid.
Durch die Anwendung des unter Verwendung von Sauerstoffgas gebildeten Entladungsplasmas kann man polykristallines Silicium, das über das Siliciumdioxid auf dem Siliciumplättchen mit einem Durchmesser von 75 mm durch ein chemisches Aufdampfverfahren gebildet worden ist, und eine Titan- Wolfram-Legierung bzw. Molybdän, die durch Aufsputtern auf ein entsprechendes Siliciumplättchen gebildet worden sind, mit Ätzgeschwindigkeiten von 73 nm/min, 65 nm/min bzw. 93 nm/min ätzen.
Beispiel 4
Man ätzt zwei Plättchen, die durch Aufdampfen einer Phosphosilikatglasschicht (mit einer Phosphorkonzentration von 4 Mol-%) mit einer Dicke von 600 nm auf einem Siliciumplättchen mit einem Durchmesser von 78 mm und durch Ausbilden eines Photolackmusters (Photolack AZ 1350 J) mit einer Dicke von 1000 nm gebildet worden sind unter Anwendung der in Beispiel 1 beschriebenen Verfahrensweise. Dabei stellt man den Gasdruck auf 33 Pa ein und legt die Hochfrequenzenergie während 12 Minuten an. Durch Messen der Ätztiefen unter Anwendung eines Stufenhöhenmessers und aufgrund der Beobachtungen unter Anwendung eines optischen Mikrometers nach der Durchführung des Ätzvorgangs ist erkennbar, daß das Phosphosilikatglas auf beiden Plättchen vollständig abgeätzt worden ist. In diesem Fall läßt sich keine Beschädigung oder Beeinträchtigung des Photolacks feststellen, der noch mit einer Dicke von etwa 880 nm vorhanden ist, so daß die Dickenverringerung der Photolackschicht als Folge des Ätzvorgangs lediglich 120 nm beträgt. Andererseits wird die Siliciumoberfläche nur wenig geätzt (indem die Ätztiefe, falls sie überhaupt feststellbar ist, etwa 50 nm im Höchstfall beträgt). Weiterhin läßt sich mit einem Rasterelektronenmikroskop auf dem Plättchen das sogenannte "Hinterschneidungsphänomen" beobachten, wobei ein Teil des Materials unterhalb der Photolackschicht geätzt wird, währenddem Muster mit Breiten und Abständen von im Minimum 1 µm gebildet werden entsprechend dem Muster der Photolackmaske.
Beispiel 5
Man bringt ein Polytetrafluoräthylenharz nicht nur auf die Hochfrequenzelektrode 12 auf, wie es in Beispiel 1 geschehen ist, sondern auch auf die Erdungselektrode 11 (d. h. die Gegenelektrode). Hierbei zeigt sich, daß die Siliciumverbindung in ähnlicher Weise geätzt werden kann wie in Beispiel 1, wobei sich die Selektivität nur wenig von der in Beispiel 1 erreichten unterscheidet. Demzufolge kann man das Polytetrafluoräthylenharz entweder auf der Hochfrequenzelektrode, auf die die Probe aufgelegt wird, oder auf die Erdungselektrode auf der gegenüberliegenden Seite anordnen, so daß sich hierdurch keine besonderen Beschränkungen ergeben. Auch wenn man das Polytetrafluoräthylenharz an irgendeiner anderen Stelle statt auf der Elektrode in der Reaktionskammer anordnet, kann man ähnliche Effekte erzielen, wenn das Gas durch die Plasmaentladung freigesetzt wird. Das Polytetrafluoräthylenharz muß auch nicht auf die gesamte Elektrode aufgebracht werden, da man auch ausreichende Effekte dann erzielt, wenn das Harz lediglich den das Probenplättchen umgebenden Bereich oder lediglich einen Teil der Elektrode bedeckt. Somit ergibt sich bezüglich der Form oder der Anordnung des Harzes keine Einschränkung.
Beispiel 6
Man wiederholt die Maßnahmen des Beispiels 1, verwendet jedoch anstelle des Polytetrafluoräthylens Polymonochlortrifluoräthylen. In dieser Weise kann die Siliciumverbindung mit höherer Geschwindigkeit geätzt werden als Silicium und der Photolack. Die erzielte Selektivität ist etwas geringer als im Fall der Anwendung von Polytetrafluoräthylen, ist jedoch der herkömmlichen Verfahrensweise überlegen. Ähnliche Effekte erzielt man auch dann, wenn man die oben angegebenen Materialien durch ein Tetrafluoräthylen-Hexafluorpropylen- Copolymer, Polyvinylidenfluorid oder Polyvinylfluorid, d. h. ein fluorhaltiges Harz, ersetzt.
Beispiel 7
Man ätzt das Phosphosilikatglas nach der Verfahrensweise von Beispiel 1, mit dem Unterschied, daß man nach der Zuführung des Heliumgases und dem Anlegen der Hochfrequenzenergie und dem Zünden der Entladung das Ventil 19 schließt, um die Heliumgaszufuhr zu unterbrechen. In dieser Weise erzielt man Ergebnisse, die im wesentlichen denen von Beispiel 1 ähnlich sind.

Claims (13)

1. Verfahren zur Bearbeitung der Oberfläche eines Werkstücks durch Trockenätzung unter Anwendung eines Glimmentladungsplasmas, wobei in die Reaktionskammer ein auch unter Plasmaentladungsbedingungen gegenüber dem Werkstück inaktives Gas eingeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Plasmaentladung in der Reaktionskammer (18) aus einem darin angeordneten Material ein Gas freigesetzt wird, das unter Plasmaentladungsbedingungen gegenüber dem Werkstück reaktiv ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Material ein Fluoratome aufweisendes hochmolekulares Harz in der Reaktionskammer (18) anordnet.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als hochmolekulares Harz mindestens einen Vertreter der Gruppe verwendet, die Polytetrafluoräthylenharze, Polymonochlortrifluoräthylenharze, Tetrafluoräthylenhexafluorpropylen-Copolymerharze, Polyvinylidenfluoridharze und Polyvinylfluoridharze umfaßt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß man als inaktives Gas mindestens einen Vertreter der Helium, Argon, Stickstoff (N₂) und Sauerstoff (O₂) umfassenden Gruppe verwendet.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man als inaktives Gas Heliumgas verwendet.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man als inaktives Gas Sauerstoffgas oder ein Sauerstoff enthaltendes Gas verwendet.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Werkstück aus SiO₂ oder einem Phosphosilikatglas bearbeitet.
8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Werkstück aus Si, Mo, W, Cr, TiW und/oder Si₃N₄ bearbeitet.
9. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man das inaktive Gas ständig in das Innere der Reaktionskammer (18) einführt.
10. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man das inaktive Gas nur vor der Zündung der Plasmaentladung in die Reaktionskammer einführt.
11. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Gasdruck in der Reaktionskammer von 1,3 bis 1330 Pa anwendet.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß man bei einem Gasdruck von 13 bis 133 Pa arbeitet.
13. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Gasdruck in der Reaktionskammer von 20 bis 50 Pa anwendet.
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