DE3142333A1

DE3142333A1 - Verfahren zum bestimmen der aetzabtragung beim plasmaaetzen

Info

Publication number: DE3142333A1
Application number: DE19813142333
Authority: DE
Inventors: Rainer 7100 Heilbronn-Klingenberg Grosholz; Gerhard 7100 Heilbronn Lässing
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Telefunken Electronic GmbH
Priority date: 1981-10-26
Filing date: 1981-10-26
Publication date: 1983-07-14

Description

Verfahren zum Bestimmen der Ätzabtragung beim Plasmaätzen
In der Halbleitertechnik werden heute dielektrische Schichten, die z. B. aus Siliziumdioxid oder aus Siliziumnitrid bestehen, vorzugsweise mittels Plasmaätzen geätzt. Während sich beim naßchemischen Ätzen die Ätzrate relativ leicht bestimmen läßt, und der Endpunkt der Ätzung aus chemischen Gründen häufig nicht gesondert bestimmt werden muß, trifft dies für das Plasmaätzen nicht zu.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, welches die Bestimmung der Åtzabtragung bzw. der Beendigung des Ätzverfahrens beim Plasmaätzen in relativ einfacher Weise ermöglicht. Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Bestimmung der Ätzabtragung beim Plasmaätzen nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Gleichspannung zwischen Anode und Kathode der Ätzvorrichtung während des Plasmaätzens gemessen und mittels einer dabei feststellbaren Gleichspannungsänderung die Ätzabtragung bestimmt wird. Das Verfahren nach der Erfindung eignet sich in besonderer Weise zur Feststellung der Beendigung des vorgesehenen Ätzprozesses.
Die Erfindung wird im folgenden an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
In der Halbleitertechnik werden Scheiben aus Halbleitermaterial bekanntlich mit einer dielektrischen Schicht, die beispielsweise aus Siliziumdioxid oder aus Siliziumnitrid besteht, überzogen, die als Maske bei der Herstellung der Halbleiterzonen für die Bauelemente durch Diffusion oder durch Ionenimplantation dient. Zur Herstellung einer Maske aus der dielektrischen Schicht werden in die dielektrische Schicht nach einem vorgegebenen Muster strukturiert Löcher geätzt.
Erfolgt die Ätzung mittels Plasmaätzens, so werden die Halbleiterscheiben (1) mit der zu ätzenden dielektrischen Schicht auf der Oberseite gemäß der Figur 1 in eine Plasmakammer 2 eingebracht und auf die Oberseite der Kathode 3 gelegt. Über der Kathode 3~befindet sich die Anode 4. Die Plasmakammer 2 hat einen -Gaseinlaßstutzen 5 und einen Pumpstutzen 6. Das Plasmaätzen erfolgt in einer Gasatmosphäre. Als Gase werden beispielsweise Freone oder Gasmischungen aus verschiedenen Freon ndet.
Zum Plasmaätzen benötigt man ein Hochfrequenz-Wechselfeld, welches die Aufgabe hat, das Gasgemisch zu ionisieren und somit die Moleküle in Atome und/oder Ionen aufzuspalten. Der Gasdruck und die Feldstärke des HF-Wechselfeldes sind beim Plasmaätzen so zu wählen, daß lediglich eine Zerlegung der Moleküle erfolgt, nicht aber gleichzeitig auch wie beim Sputtern ein Schleudern der durch die Aufspaltung gewonnenen Partikel gegen das zu behandelnde Objekt.
Das HF-Wechselfeld wird beispielsweise mittels einer Elektronenröhre 7 erzeugt. Um die der Röhre 7 zuzuführende Gleichspannung von der Anode 4 in der Plasmakammer fernzuhalten, ist zwischen die Elektronenröhre 7 und die Anode 4 ein Kondensator 8 geschaltet. Als Gas für die Plasmakammer wird im Ausführun.gsbeispiel beispielsweise C2 C1 F5 verwendet, woraus sich durch die HF-Wechselfeldbehandlung z. B. CF, CF2, CF3, CC1F2 Moleküle abspalten lassen. Diese beim Plasmaätzen entstehenden Spaltprodukte haben die Eigenschaft, daß sie sehr aggressiv sind und das zu ätzende Material angreifen.
Da beim Plasmaätzen von dielektrischen Schichten in der Halbleitertechnik lediglich die dielektrische Schicht stellenwe-ise durchgeätzt werden soll, möglichst aber nicht die darunter befindliche Halbleiterscheibe, die im allgemeinen aus Silizium besteht, angegriffen werden soll, kommt es sehr darauf an, daß der Ätzprozeß beim Erreichen der Halbleiteroberfläche abrupt abgebrochen wird. Dies bzw. die Bestimmung des genauen Zeitpunktes dafür ist nach der Erfindung mit Hilfe einer Gleichspannungsmessung möglich, indem die Gleichspannung zwischen der Anode 4 und der Kathode 3 bestimmt wird. Zur Bestimmung dieser Gleichspannung wird gemäß der Erfindung nach der Figur 1 zwischen Anode 4 und Kathode 3 ein Gleichspannungsmeßgerät 9 angeschlossen und während des Plasmaätzens die zwischen Anode und Kathode liegende Gleichspannung überwacht.
Die Drossel 10 und der Kondensator 11 sorgen dafür, daß die der Plasmakammer zuzuführende Hochfrequenzenergie nicht vor Erreichen der Plasmakammer abfließen kann.
Wie die Figur 2 zeigt, besteht zwischen der Spannung an der Anode 4 in der Plasmakammer 2, der der Plasmakammer zugeführten HF-Leistung und dem Gasdruck in der Plasmakammer ein bestimmter Zusammenhang. Diesen Zusammenhang verdeutlichen die Kurven der Figur 2, die die Abhängigkeit der Anodenspannung von der zugeführten HF-Leistung bei einem bestimmten Gasdruck zeigen.
Die obere Kurve 12 gilt beispielsweise für einen Gasdruck von 100 mTorr C2C1F5 ohne Sauerstoffpartialdruck. Die untere Kurve 13-gilt für den gleichen C2ClF5-Druck, wobei jedoch zusätzlich noch ein Partialdruck von 50 mTorr herrscht, der auf das freigewordene 02 zurückzuführen ist.
Der Partialdruck, der durch das beim Plasmaätzen von Oxiden freiwerdende 02 erzeugt wird, kann bis einige % des in der Plasmakammer herrschenden Gasdruckes betragen. Beim Ätzende, d. h. nach dem Durchätzen der 510 2-Schicht und Erreichen der Si-Oberfläche der Halbleiterscheiben, wird schlagartig die 02-Erzeugung beendet und der 02-Partialdruck sinkt ab. Dieser Zustand und damit die Beendigung des beabsichtigten Ätzprozesses läßt sich erfindungsgemäß mittels einer Gleichspannungsmessung an der Anode der Plasmakammer feststellen, da sich bei einem plötzlichen Gasdruckabfall die Anodenspannung sprunghaft und merklich erhöht.
Wird beispielsweise bei einer mittleren HF-Leistung von zwei-Einheiten während des Ätzprozesses bei einem Gasdruck von 100 mTorr eine Anodenspannung von 50 V gemessen, so steigt diese Gleichspannung nach Beendigung des Ätzprozesses infolge des Ausbleibens von 02-Molekülen auf 70 V an.
Die Gleichspannungsmessung nach der Erfindung kann auch erfolgen, wenn in einer anderen Ausführungsart der Plasmaätzkammer die Anode auf Massepotential und die Kathode isoliert liegt. Die Erfindung ist bei allen reaktiven Ionenätzverfahren anwendbar.

Claims

Patentansprüche Verfahren zur Bestimmung der Ätzabtragung beim Plasmaätzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichspannung zwischen Anode und Kathode derÄtzvorrichtung während des Plasmaätzens gemessen und mittels einer dabei feststellbaren Gleichspannungsänderung die Ätzabtragung bestimmt wird.
2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Gleichspannungsmessung die Beendigung des vorgesehenen Ätzprozesses ermittelt wird.
3) Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 beim Ätzen von dielektrischen Schichten wie Siliziumdioxid oder Siliziumnitrid oder beim Ätzen von Silizium.