DE3852230T2 - Trockenätzverfahren. - Google Patents
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Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trockenätzen und dabei insbesondere ein Verfahren zum Tieftemperatur- Trockenätzen, das zur Herstellung unterschiedlicher Muster mit einer sich verjüngenden Seitenwand geeignet ist.
- Wie allgemein bekannt, hat sich aufgrund einer wachsenden Integrationsdichte bei Halbleiterbauteilen und einer Miniaturisierung der verschiedenen Bauelemente, wie z. B. des Widerstandes und des Transistors, eine Entwicklung bei der Verdrahtung, der Isolierschicht, etc. hinzu einer senkrechten Seitenwand zur Verringerung der benötigten Fläche ergeben. Diese zweckmäßige Ausgestaltung hat jedoch das Problem nach sich gezogen, daß,wenn eine weitere Verdrahtung oder Isolierschicht auf der senkrechten Verdrahtung oder Isolierschicht ausgebildet wird, eine neu gebildete Verdrahtung oder Isolierschicht durch die scharfe Kante der darunterliegenden Verdrahtung oder Isolierschicht abgeschnitten wird. Um dieses Problem zu lösen, ist die Seitenwand der Verdrahtung, Isolierschicht oder ähnlichem in einem solchen Ausmaß verjüngt worden, daß das oben beschriebene Abschneiden verhindert werden konnte. Zielsetzung war deshalb ein Trockenätzverfahren, das ein Ätzen eines Gegenstandes, wie z. B. einer Verdrahtung oder einer Isolierschicht, unter Einstellen der der Seitenwandverjüngung des Gegenstandes mit hoher Genauigkeit ermöglicht (in der folgenden Beschreibung wird das obengenannte Trockenätzen zum Bilden eines Musters mit einer sich verjüngenden Seitenwand im weiteren als "Verjüngungstrockenätzen" bezeichnet).
- Ein herkömmliches Verjüngungstrockenätzverfahren, wie es z. B. in "Proceeding of Dry Process Symposium" (IEE of JAPAN, Tokyo) P48 (1986) vorgeschlagen wird, weist ein Ätzen des zu ätzenden Gegenstandes durch Einführen eines sich aus einem Ätzgas und einem Gas vom Ablagerungstyp zusammensetzenden Gemisches in einer Reaktionskammer auf.
- Bei diesem Verfahren ergibt sich jedoch das Problem, daß der Einbau des Gases vom Ablagerungstyp sowohl eine Verringerung der Ätzrate als auch des Auswahlverhältnisses mit sich bringt. Da das Gas vom Ablagerungstyp auf der zu ätzenden Halbleiteroberfläche abgeschieden wird, führt die Ablagerung zu einer Verunreinigung der Substratoberfläche. Dies bewirkt aber eine Verringerung der Produktionsausbeute.
- Die EP-A-0 258 698, die eine Art. 54(3) EPC-Druckschrift darstellt, offenbart ein Trockenätzverfahren, bei dem die senkrechten Seitenwände durch Festhalten der Gegenstandsoberfläche auf einer vorbestimmten, niedrigen Temperatur gebildet werden.
- Es ist die Aufgabe der Erfindung die oben beschriebenen, sich bei einem herkömmlichen Verjüngungsätzverfahren ergebenen Schwierigkeiten zu lösen und für ein Verjüngungsätzverfahren zu sorgen, das nicht nur ein Ätzen mit einer hinreichend hohen Rate ermöglicht, sondern auch zu einer nennenswerten Reduzierung der Verunreinigung des zu ätzenden Halbleitersubstrates führt.
- Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst.
- Jede gewünschte Verjüngung des Seitenwandprofils mit einem im wesentlichen senkrechten Oberflächenabschnitt wird durch ein entsprechendes Verändern der Temperatur des Gegenstandes während des Ätzvorgangs erreicht.
- Fig. 1a und 1b sind jeweils ein Querschnitt eines Gegenstandes, der eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt; und
- Fig. 2 und 3 sind eine Darstellung, die das Verhältnis zwischen der Ätzrate und dem Gasdruck zeigt, und eine Darstellung, die das Verhältnis zwischen Ätzrate und RF-Leistung zeigt.
- Von den Erfindern durchgeführte Untersuchungen haben ergeben, daß, wenn ein zu ätzendes Substrat gekühlt und das Trockenätzen dann unter Festhalten des Substrates auf einer sehr niedrigen Temperatur, z. B. 0ºC oder darunter, durchgeführt wird, es möglich ist, ein in hohem Maße anisotropes Atzen begleitet von einem nur geringen Seitenwandätzen durch den ausschließlichen Einsatz eines C und Si freien Gases vom Nicht-Ablagerungstyp ohne Verwendung des oben beschriebenen Gases vom Ablagerungstyp durchzuführen. Weiterhin ist herausgefunden worden, daß die Seitenwandätzrate durch Ändern der Substrattemperatur einfach verändert werden kann. Wenn die Substrattemperatur im Lauf des Ätzens verändert und das Ätzen dann fortgesetzt wird, kann deshalb eine Seitenwand mit einem Neigungswinkel entsprechend der Temperatur hergestellt werden, so daß es möglich ist, die Seitenwand auf einen gewünschten Winkel abzuschrägen.
- Der verwendete Ausdruck "Gas vom Nicht-Ablagerungstyp" zielt darauf ab, ein C und Si freies Gas zu bezeichnen, daß wenig oder keine Ablagerung eines Polymers oder ähnlichem auf dem Substrat während des Ätzens verursacht.
- Die Fig. 1a und 1b zeigen jede ein Beispiel eines Verjüngungsätzens von einer 2 um-dicken Schicht 2, die auf einem Silziumsubstrat 1 abgelagertes Aluminium oder eine hauptsächlich aus Aluminium bestehende Legierung, wie z. B. Aluminiumsilikat, aufweist. Eine Photolackschicht 3 ist als Ätzmaske für die Aluminiumschicht oder die auf Aluminium basierende Legierungsschicht 2 verwendet worden. Reaktives Ionenätzen ist unter Verwendung eines ein Cl&sub2; Gas enthaltendes Ätzgases bei einem Kammerdruck von 13 Pa und einer Eingangsleistung von 400 W ausgeführt worden. Das zu ätzende Substrat ist auf einem Kühltisch eines bekannten planparallelen Platten-Trockenätzgerätes angeordnet worden und ein Temperatursteuermechanismus (+200ºC - -150ºC) ist verwendet worden, so daß die Substrattemperatur während des Ätzens auf einen gewünschten Wert geändert werden konnte.
- Der Querschnitt eines Substrats, das für ca. 2 min bei Festhalten der Temperatur auf -5ºC geätzt wurde, ist in Fig. 1a gezeigt. Das Ätzen hat bei dem Substrat in Tiefenrichtung mit einer Rate von 0,5 um/min stattgefunden, während in seitlicher Richtung die Seitenätzrate bei 0,1 um/min lag. Die Substrattemperatur ist dann auf -15ºC verringert worden und das Ätzen unter denselben Bedingungen für weitere 2 min durchgeführt worden. Dieses Ätzen verursachte wenig oder kein Seitenätzen. Der sich ergebende Querschnitt des geätzten Substrats ist in Fig. 1b gezeigt. Wie sich aus Fig. 1b ergibt, ist die obere Hälfte des Musters der ausgebildeten Aluminiumschicht 4 aufgrund des Auftretens von Seitenätzung dünn, während die untere Hälfte nicht dünn ist, weil kein Seitenätzen aufgetreten ist. Deshalb hat der obere Teil einer zwischen zwei benachbarten Mustern der Aluminiumschicht 4 gebildeten Öffnung eine größere Fläche als zwischen dem unteren Teil, so daß ein Isolierstoff einfach zwischen den zwei Aluminiumschichtmustern 4 eingelagert werden kann.
- Folglich kann ein Verjüngungstrockenätzen, bei dem die Neigung der Seitenwand variiert wird, mittels Wechselns der Seitenätzrate durch Verändern der Substrattemperatur aus geführt werden. Obwohl die Substrattemperatur in diesem Beispiel von -5ºC auf -15ºC in einem Schritt verändert wurde, kann die Substrattemperatur von -5ºC auf -15ºC in mehreren getrennten Schritten verändert werden, so daß das Ätzen bei z. B. -10ºC durchgeführt werden kann. Dies führt dazu, daß die obere Hälfte der Seitenwand des Aluminiummusters 4 eine weichere Abstufung aufweist.
- Eine weitere genaue Untersuchung hat ergeben, daß, wenn die Substrattemperatur nicht schrittweise sondern kontinuierlich verändert wird, die Seitenwand eine sehr weiche Abstufung hat und ein Muster mit einer sehr vorteilhaften Form hergestellt werden kann.
- Weiter wurde herausgefunden, daß, wenn die Temperatur für anisotropes Atzen und die Temperatur für Seitenätzen so festgelegt werden, daß ihre Temperaturdifferenz 10ºC oder mehr beträgt, sowohl die Temperatur als auch die Form der Verjüngung einfach gesteuert werden kann. Es wird deshalb das anisotrope Ätzen und das Seitenätzen vorzugsweise so durchgeführt, daß die Temperaturdifferenz 10ºC oder mehr beträgt.
- Im folgenden Beispiel soll Verjüngungstrockenätzen einer Polysiliziumschicht dargestellt werden.
- Als Ätzgas ist ein SF&sub6;-Gas verwendet worden. Das Ätzen der unteren Hälfte zum Bilden einer stark geneigten Seitenwand ist bei -100ºC durchgeführt worden, während das Ätzen der oberen Hälfte zum Ausführen einer starken Seitenätzung bei -80ºC durchgeführt worden ist, wodurch eine 1 um-dicke Polysiliziumschicht geätzt wurde.
- Die Ätzvorrichtung entsprach der im Beispiel 1 verwendeten, d. h. eine planparallele Platten-Ätzvorrichtung, und das Ätzen wurde bei einem Gasdruck von 9,3 Pa und eine Eingangsleistung 400 W durchgeführt. Bei einer Schichttemperatur von -80ºC betrug die seitliche (Ansicht) Ätzrate und die senkrechte Ätzrate 0,1 um/min bzw. 0,5 um/min, während bei einer Schichttemperatur von -100ºC die seitliche Ätzrate und die senkrechte Ätzrate 0,03 um/min bzw. 0,5 um/min betrugen. Wenn der Gasdruck verändert wurde, während die Temperatur auf -80ºC festgehalten wurde, wurde die Ätzrate sowohl in Tiefenrichtung als auch in seitliche Richtung, wie in Fig. 2 gezeigt, verändert. Der Unterschied in der Ätzrate zwischen der Tiefenrichtung und der seitlichen Richtung kann deshalb merklich durch geeignete Wahl des Gasdrucks vergrößert werden.
- Als Ätzvorrichtung wurde eine Mikrowellenplasma-Ätzvorrichtung verwendet und das Ätzen wurde bei einem Gasdruck von 0,67 Pa (5 mTorr), einer Eingangsleistung von 280 W und einer RF-Spannung von 30 W durchgeführt. Bei einer Schichttemperatur von 80ºC betrug die seitliche Ätzrate und die senkrechte Ätzrate 0,5 um/min bzw. 1 um/min, während bei einer Schichttemperatur von -100ºC die seitliche Ätzrate und die senkrechte Ätzrate 0,05 um/min bzw. 1 um/min betrugen. Die Abhängigkeit der Ätzrate von der Spannungsleistung ist in Fig. 3 gezeigt. Da der Grad der Seitenätzung sich abhängig von der Leistung verändert, kann der Unterschied bei der Ätzrate zwischen der seitlichen und der senkrechten Richtung durch geeignete Wahl der Leistung sehr groß gemacht werden. Seitenätzung tritt nicht bei einen Temperaturen von -130 bis -110ºC auf.
- Es werden im wesentlichen dieselben Ergebnisse erhalten, wenn statt der Polysiliziumschicht eine Kristallschicht oder eine Silikatschicht verwendet werden. Weiter kann ein Tiefenkanal zur Isolierung oder eine Kanalkapazität auf dem Siliziumsubstrat durch Ätzen des Siliziumsubstrats bei geeigneter Wahl der Temperatur im Bereich von -130 bis -40ºC gebildet werden. Es entsteht gemäß der Erfindung ein Tiefenkanal mit einem Y-förmigen Querschnitt, bei dem die Seitenwand im oberen Teil stärker abgeschrägt ist als im unteren Teil. Dies ermöglicht es, auf einfache Weise Isolierstoff oder Polysilizium in den Tiefenkanal einzuführen, so daß die Zuverlässigkeit des Halbleiterbauteils merklich verbessert wird. Als Ätzgas wird dabei vorzugsweise SF&sub6; verwendet.
- Im folgenden Beispiel wird die Bildung eines Photolackmusters durch Ätzen einer Photolackschicht dargestellt. Das Ätzen einer Photolackschicht wurde durch 0&sub2;-Plasma bei einer aus dem Bereich von 0 bis -100ºC ausgewählten Temperatur durchgeführt. Bei dem Ätzen kann die Abschrägung der Seitenwand in einem Winkelbereich von 60º bis 90º gesteuert und ein Photolackmuster mit dem gewünschten Querschnitt gebildet werden.
- Es muß nicht darauf hingewiesen werden, daß auch anderen Materialien als die in den obengenannten Beispielen verwendeten gemäß der Erfindung geätzt werden können. Die Art des Ätzgases und die Wafertemperatur kann dabei entsprechend dem zu ätzenden Materialien in geeigneter Weise gewählt werden. In bezug auf die Ätzvorrichtung kann auch neben den zwei oben beschriebenen Vorrichtungen ein Magnetron-Plasma-Ätzgerät verwendet werden.
Claims (9)
1. Verfahren zum Trockenätzen eines Gegenstandes, um ihn
mit einer einen sich verjüngenden Seitenwandabschnitt
aufweisenden Struktur zu versehen, wobei
der Gegenstand in einer Reaktionskammer eingebracht und
zum Ätzen einer freiliegenden Fläche mit einem Ätzgasplasma
kontaktiert und
die Temperatur des Gegenstandes während des Ätzvorgangs
von einer Ausgangstemperatur von oder unter 0ºC auf eine
Endtemperatur geändert wird, die niedriger liegt als die
Ausgangstemperatur, wodurch das Ausmaß der Seitenätzung
verändert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Endtemperatur um
mindestens 10ºC niedriger liegt als die Ausgangstemperatur.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die
Temperaturänderung durch schrittweises Umschalten von der
Ausgangstemperatur auf die Endtemperatur erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der bei der
Endtemperatur gebildete Seitenwandabschnitt im wesentlichen senkrecht
zur Hauptfläche des Gegenstands verläuft.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei es
sich bei dem zu ätzenden Gegenstand um eine Aluminiumschicht
handelt und das Ätzgas Cl&sub2; ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei es
sich bei dem zu ätzenden Gegenstand um eine
Polysiliciumschicht handelt und das Ätzgas SF&sub6; ist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei es
sich bei dem zu ätzenden Gegenstand um ein einkristallines
Siliciumsubstrat handelt und das Ätzgas SF&sub6; ist.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei ein tiefer Graben
ausgebildet wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die
Ätzung unter Verwendung einer Trockenätzapparatur mit
planparallelen Platten oder einer Mikrowellenplasma-Ätzapparatur
erfolgt.
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