DE4105103A1 - Verfahren zum anisotropen aetzen und vorrichtung zu dessen durchfuehrung - Google Patents

Verfahren zum anisotropen aetzen und vorrichtung zu dessen durchfuehrung

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Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Plasmaätzverfahren und spezieller auf ein verbessertes Plasmaätzverfahren mit verstärkter Anisotropie. Die Erfindung betrifft weiter eine Vorrichtung zur Durchführung eines sol­ chen Plasmaätzverfahrens.
Bei der Herstellung dynamischer Speicher mit wahlfreiem Zu­ griff von 4 Megabit oder noch höher integrierten Einrichtun­ gen ist die Anwendung von Submikrometerstrukturen unentbehr­ lich. Zur Realisierung von Submikrometerstrukturen für die Herstellung von VLSI-Einrichtungen ist es erforderlich, Strukturen mit anisotropem Profil ohne Verunreinigungen und Fäden zu bilden. Als eine diesen Anforderungen genügende Technologie wurde ein neues Ätzverfahren unter Benutzung der Elektronen-Zyklotronresonanz (im folgenden bezeichnet als ECR) vorgeschlagen (1988 DRY PROCESS SYMPOSIUM p. 9).
Das Plasmaätzen unter Nutzung der ECR (im folgenden bezeich­ net als ECR-Plasmaätzen) als Verfahren zum Ätzen von Metallen wird verwendet für einkristallines Silizium, Polysilizium, Verbindungen oder ähnliches, mit dem Plasma eines Halogen­ gases, wie Cl2 oder ähnlichem. Dieses Verfahren ermöglicht das Ätzen eines zu behandelnden Substrates ohne Verunreini­ gung oder Schäden.
Fig. 5 ist eine Querschnittsdarstellung einer die ECR benut­ zenden Plasmareaktionsapparatur. Die Plasmareaktionsapparatur hat eine Probenkammer 2 zur Aufnahme eines zu behandelnden Substrates 4. In der Probenkammer 2 ist eine Probenplatte 3 angeordnet, die das zu behandelnde Substrat 4 trägt. Eine Plasmaerzeugungskammer 1 zur Erzeugung des Plasmas darin ist mit dem oberen Teil der Probenkammer 2 verbunden. Eine Mikro­ welleneinstrahlöffnung ist im oberen Teil der Plasmaerzeu­ gungskammer 1 angeordnet. Eine Mikrowellenquelle 6 ist über einen Wellenleiter 40 mit der Mikrowelleneinstrahlöffnung 5 verbunden. Die Mikrowellenquelle 6 ist beispielsweise ein Magnetron oder Klystron. Magnetische Spulen 9a, 9b zur Erzeu­ gung eines magnetischen Feldes in der Plasmaerzeugungskammer 1 sind um die Plasmaerzeugungskammer 1 herum angeordnet. Im oberen Teil der Plasmaerzeugungskammer 1 ist eine Gaseinlaß­ öffnung 50 zum Einleiten von reaktivem Gas und ähnlichem in die Plasmaerzeugungskammer 1 vorgesehen. Im unteren Teil der Probenkammer 2 ist eine Austrittsöffnung 8 zum Austritt von Gas in der Probenkammer 2 vorgesehen.
Im folgenden wird die Arbeitsweise der Plasmareaktionsappara­ tur beschrieben. Die Fig. 6A und 6B sind Querschnittsdarstel­ lungen, die das Verfahren des Ätzens eines zu behandelnden Substrates unter Nutzung der Plasmareaktionsvorrichtung zei­ gen.
Das zu behandelnde Substrat 4 wird auf der Probenplatte 3 an­ geordnet. Nach Fig. 6A ist das zu behandelnde Substrat 4 her­ gestellt durch Ausbildung einer Oxidschicht 55 auf einem Halbleitersubstrat 53, durch Ausbildung einer Aluminiumlegie­ rungsschicht 54 auf der Oxidschicht 55 und Ausbildung eines Resistmusters 52 mit einer vorgegebenen Form auf der Alumini­ umlegierungsschicht 54. Danach wird während des Einleitens von reaktivem Gas (Cl2, Br2 oder ähnlichem) in die Plasmaer­ zeugungskammer 1 durch die Gaseinlaßöffnung 50 Gas durch die Austrittsöffnung 8 abgeleitet. Auf diese Weise wird das Innere der Plasmaerzeugungskammer und der Probenkammer 2 in einem vorgegebenen Vakuumzustand gehalten. Unter dieser Be­ dingung wird mittels der magnetischen Spulen 9a, 9b in der Plasmaerzeugungskammer 1 ein magnetisches Feld erzeugt. Von der Mikrowellenquelle 6 über den Mikrowellenleiter 40 werden Mikrowellen in die Plasmaerzeugungskammer 1 eingestrahlt. Die Stärke des magnetischen Feldes ist beispielweise 875 Gauß, und dann ist die Frequenz der Mikrowellen beispielsweise 2,45 GHz. Dann absorbieren die Elektronen im reaktiven Gas Energie aus dem Mikrowellenfeld und bewegen sich spiralförmig. Die sich spiralförmig bewegenden Elektronen stoßen gegen die re­ aktiven Gasmoleküle, dadurch wird im Reaktionsgas ein Plasma hoher Dichte erzeugt, und in der Plasmaerzeugungskammer wird ein Plasmagebiet 20 erzeugt. Das in der Plasmaerzeu­ gungskammer 1 erzeugte Plasma des reaktiven Gases wird durch magnetische Kraftlinien in die Probenkammer 2 transportiert. Das in die Probenkammer 2 transportierte Plasma des Reakti­ onsgases ätzt die Oberfläche des zu behandelnden Substrates 4.
Das Oberflächenätzen des zu behandelnden Substrates 4 wird im einzelnen unter Bezugnahme auf Fig. 3B beschrieben.
Fig. 3B zeigt die Bewegung der reaktiven Ionen bei einem Plasmaätzverfahren. Als reaktives Gas wird Cl2 verwendet. Wie in Fig. 3B gezeigt, wird das zu behandelnde Substrat 4 von der Probenplatte 3 getragen. Das zu behandelnde Substrat 4 umfaßt ein Halbleitersubstrat 53, eine auf dem Halbleitersub­ strat 53 gebildete Oxidschicht 55, eine auf der Oxidschicht 55 gebildete (zur Ausbildung einer Verbindung zu ätzende) Aluminiumlegierungsschicht 54 und ein auf der Aluminiumlegie­ rungsschicht 54 gebildetes Resistmuster 52.
Wenn nun in der (nicht gezeigten) Probenkammer ein Plasma­ gebiet 20 gebildet ist, wird die das zu behandelnde Substrat 4 tragende Probenplatte negativ geladen. Dann wird zwischen dem Plasmagebiet 20 und der Probenplatte 3 ein starkes elek­ trisches Feldgebiet erzeugt, das im folgenden als Mantelge­ biet 51 bezeichnet wird. Die reaktiven Ionen (Cl⁺) im Plasma­ gebiet 20 werden mittels des elektrischen Feldes im Mantelge­ biet 51 beschleunigt und auf das zu behandelnde Substrat 4 gelenkt. Auf diese Weise wird die Aluminiumlegierungsschicht 54 graduell geätzt, wie in Fig. 6B gezeigt, was ein Verbin­ dungsmuster 54a liefert. Entsprechend diesem Verfahren kann das Ätzen von Aluminiumlegierungsschichten 54 ohne Verunrei­ nigung und Schädigung des zu behandelnden Substrates durchge­ führt werden.
Es ist jedoch eine Eigenart der ECR-Entladung, daß wegen des schwachen elektrischen Feldes im Mantelgebiet 51 - wie in Fig. 3B gezeigt - die im Plasmagebiet 20 existierenden reak­ tiven Ionen (Cl⁺) nicht vertikal auf das zu behandelnde Sub­ strat 4 auftreffen. Damit kann in der ECR-Entladung kein hin­ reichend anisotropes Ätzen ausgeführt werden, und - wie in Fig. 6B zu sehen - der Querschnitt des Verbindungsmusters weist schräge Seitenwände auf.
Die japanische Offenlegungsschrift Nr. 60-2 17 634 beschreibt ein Plasmaätzverfahren - das allerdings kein Verfahren unter Verwendung der ECR-Entladung ist - , das dadurch gekennzeich­ net ist, daß Aluminium oder etwas ähnliches mit einem Misch­ gas unter Einschluß eines Reaktionsgases vom Chlor-Typ und Wasserstoffplasma geätzt wird. Bei diesem Verfahren gibt es jedoch Probleme mit Verunreinigungen und Schädigungen des Halbleitersubstrates. Es gibt zudem keinen Hinweis auf Gase, mit denen die Anisotropie verhindert werden könnte.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Plasmaätzen eines Substrates ohne Verunreinigungen und Schä­ digungen des Substrates bereitzustellen, das sich durch ver­ besserte Anisotropie auszeichnet. Weiterhin soll eine Plas­ maätzvorrichtung zum Plasmaätzen ohne Verunreinigung oder Schädigung des Substrates und mit verbesserter Anisotropie bereitgestellt werden.
Die genannte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein erfindungs­ gemäßes Plasmaätzverfahren unter Anwendung eines durch Elektronen-Zyklotronresonanz erzeugten Plasmas ausgeführt wird. Zuerst wird ein zu behandelndes Substrat in einem Bear­ beitungsgefäß angeordnet. Das Reaktionsgas wird in das Bear­ beitungsgefäß eingeleitet. Leichtes Gas, das Atome einer Masse enthält, die kleiner als die der Atome ist, die das Reaktionsgas bilden, wird in das Bearbeitungsgefäß eingelei­ tet. Aus dem aus dem Reaktionsgas und dem leichten Gas, die in das Bearbeitungsgefäß eingeleitet wurden, gebildeten Mischgas wird durch Elektronen-Zyklotronresonanz ein Misch­ gasplasma erzeugt.
Entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält das leichte Gas Wasserstoffhalogenide, die aus der Gruppe HF, HCl, HBr und HI ausgewählt werden.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des genannten Verfahrens ist versehen mit einem Bearbeitungsgefäß zur Aufnahme des zu behandelnden Substrates und einer Reaktionsgas-Zufuhreinrich­ tung zum Zuführen von Reaktionsgas in das Bearbeitungsgefäß, die an das Bearbeitungsgefäß angebracht ist. Am Bearbeitungs­ gefäß ist eine Leichtgas-Zufuhreinrichtung zur Zufuhr von Leichtgas mit Atomen, die eine kleinere Masse als die des Re­ aktionsgases haben, angebracht. Die Vorrichtung ist weiter versehen mit einer Plasmaerzeugungseinrichtung zur Erzeugung von Mischgasplasma mittels Elektronen-Zyklotronresonanz aus dem aus dem Reaktionsgas und dem Leichtgas, die in das Bear­ beitungsgefäß eingeleitet wurden, gebildeten Mischgas.
Ein Plasmaätzverfahren entsprechend einem weiteren Gesichts­ punkt der Erfindung betrifft ein Verfahren, in dem ein zu be­ handelndes Substrat durch das Plasma eines reaktiven Gases anisotrop geätzt wird. Zuerst wird das zu behandelnde Sub­ strat in das Bearbeitungsgefäß eingebracht. Ein Reaktionsgas wird in das Bearbeitungsgefäß eingeleitet. Ein Wasserstoffha­ logenid aus der Gruppe HF, HCl, HBr und HI wird in das Bear­ beitungsgefäß eingeleitet. Nachfolgend wird aus dem aus dem Reaktionsgas und dem Wasserstoffhalogenid zusammengesetzten Mischgas ein Plasma erzeugt.
Eine Plasmaätzvorrichtung zum Durchführen des Plasmaätzver­ fahrens enthält ein Bearbeitungsgefäß, das das zu behandelnde Substrat aufnimmt, und eine Reaktionsgas-Zufuhreinrichtung zur Zufuhr des Reaktionsgases in das Bearbeitungsgefäß, die am Bearbeitungsgefäß angebracht ist. Im bzw. am Bearbeitungs­ gefäß ist eine Einrichtung zur Zufuhr von Wasserstoffhaloge­ nid aus der Gruppe von HF, HCl, HBr und HI vorgesehen. Die Vorrichtung weist eine Einrichtung zur Erzeugung eines Plas­ mas aus dem aus dem Reaktionsgas und dem Wasserstoffhalogenid zusammengesetzten Mischgas auf.
Nach dem Plasmaätzverfahren unter Anwendung der Elektronen- Zyklotronresonanz entsprechend der Erfindung wird zusammen mit dem Reaktionsgas ein leichtes Gas mit Atomen, deren Masse kleiner als die des Reaktionsgases ist, in das Bearbeitungs­ gefäß eingeleitet. Damit wird, wenn aus dem Mischgas durch Elektronen-Zyklotronresonanz ein Plasma erzeugt wird, ein Teil der Energie der reaktiven Ionen durch das Plasma der in dem leichten Gas enthaltenen Atome kleinerer Masse aufgenom­ men, was zu einem Absinken der kinetischen Energie der reak­ tiven Ionen führt. Im Ergebnis treffen, da ihre kinetische Energie abgesunken ist, die reaktiven Ionen, wenn sie das Mantelgebiet erreichen, vertikal längs des elektrischen Fel­ des im Mantelgebiet auf das Substrat auf. Dadurch wird ein Ätzprozeß mit starker Anisotropie ermöglicht.
Nach dem Plasmaätzverfahren nach dem anderen Aspekt der Er­ findung wird zusammen mit dem Reaktionsgas Wasserstoffhaloge­ nid aus der Gruppe HF, HCl, HBr und HI in das Bearbeitungsge­ fäß eingeleitet. Damit wird - wofür wiederum die Ursache nicht klar verstanden ist - ein Teil der Energie der reakti­ ven Ionen vom Wasserstoffplasma aufgenommen, das Atome mit kleinerer Masse enthält, was zu einem Abfall der kinetischen Energie der reaktiven Ionen führt. Im Ergebnis treffen die reaktiven Ionen, wenn sie das Mantelgebiet erreichen, mit ihrer abgesunkenen Energie vertikal auf das Substrat entlang der Linien des elektrischen Feldes im Mantelgebiet auf. Damit wird Ätzen mit starker Anisotropie ermöglicht. Außerdem wird entsprechend der Erfindung aus dem Wasserstoffhalogenid Halo­ genplasma (d. h. Cl⁺) erzeugt, so daß das Halogenplasma zum Ätzen beiträgt. Im Ergebnis dessen wird das Plasmaätzen effi­ zienter ausgeführt.
Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen
Fig. 1 eine Querschnittsdarstellung einer Plas­ maätzapparatur zur Durchführung einer Ausführungsform des Verfahrens,
Fig. 2A-2C Querschnittsdarstellungen, die Schritte des Bildens eines Verbindungsmusters auf einem Halbleitersubstrat zeigen,
Fig. 3A eine Skizze, die die Bewegung der reakti­ ven Ionenspezies in dem Fall zeigt, daß das Plasma in einem aus Cl2- und HCl-Gas zusammengesetzten Mischgassystem erzeugt ist,
Fig. 3B eine Skizze, die die Bewegung der reakti­ ven Ionenspezies in dem Fall zeigt, daß das Plasma durch Elektronen-Zyklotron­ resonanz erzeugt wird,
Fig. 4 eine Querschnittsdarstellung einer Plas­ maätzvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einer anderen Ausfüh­ rungsform,
Fig. 5 eine Querschnittsdarstellung einer her­ kömmlichen Plasmaätzvorrichtung, die sich der Elektronen-Zyklotronresonanz bedient,
Fig. 6A und 6B Querschnittsdarstellungen, die die übli­ chen Schritte des Ätzens eines Substrates durch Elektronen-Zyklotronresonanz zei­ gen.
Fig. 1 ist eine Querschnittsdarstellung einer Plasmaätzvor­ richtung entsprechend einer Ausführungsform. Die in Fig. 1 gezeigte Plasmaätzvorrichtung ist die gleiche wie die in Fig. 5 gezeigte herkömmliche Plasmaätzvorrichtung mit Ausnahme der nachfolgenden Punkte, so daß die entsprechenden Abschnitte mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind und deren Be­ schreibung nicht wiederholt wird.
Nach Fig. 1 ist ein Gaseinlaßrohr 7 mit der Gaseinlaßöffnung 50 verbunden. Eine Halogengasflasche 41, die mit Halogengas als Reaktionsgas gefüllt ist, ist über einen Durchflußregler 42 und ein Ventil 43 mit dem Gaseinlaßrohr 7 verbunden. Die in Fig. 1 gezeigte Plasmavorrichtung unterscheidet sich von der herkömmlichen Vorrichtung nach Fig. 5 dadurch, daß die Wasserstoffhalogenid-Gasflasche 44, die mit Wasserstoffhalo­ genid gefüllt ist, über einen Durchflußregler 45 und ein Ven­ til 46 mit dem Gaseinlaßrohr 7 verbunden ist.
Im folgenden wird ein Verfahren zur Ausbildung eines Verbin­ dungsmusters auf einem Halbleitersubstrat unter Verwendung der beschriebenen Plasmaätzvorrichtung erläutert.
Die Fig. 2A bis 2C sind Querschnittsdarstellungen zur Be­ schreibung der Schritte zur Bildung eines Verbindungsmusters auf einem Halbleitersubstrat.
Nach Fig. 2A wird auf einem Halbleitersubstrat 53 eine Oxid­ schicht 55 und auf der Oxidschicht 55 eine Aluminiumlegie­ rungsschicht 54 gebildet. Auf der Aluminiumlegierungsschicht 54 wird ein eine vorgegebene Gestalt aufweisendes Resistmu­ ster 52 ausgebildet.
Das auf diese Weise hergestellte Substrat 4 wird nach Fig. 1 auf eine Probenplatte 3 gebracht. Dann wird das Ventil 43 ge­ öffnet, um aus der Halogengasflasche 41 Reaktionsgas in die Plasmaerzeugungskammer 1 einzuleiten. Zur gleichen Zeit wird das Ventil 46 geöffnet, um aus der Wasserstoffhalogenid-Gas­ flasche 44 Wasserstoffhalogenid in die Plasmaerzeugungskammer 1 einzuleiten. Die eingeleitete Menge des Wasserstoffhaloge­ nids beträgt 20 bis 70 Vol.-% des Reaktionsgases, vorzugs­ weise 50 Vol.-%. Das Reaktionsgas ist Halogengas, vorzugs­ weise Cl2. Das bevorzugte Wasserstoffhalogenidgas ist HCl- Gas. Das HCl-Gas und das Cl2-Gas werden in die Plasmaerzeu­ gungskammer 1 mit einer Gesamt-Durchflußrate von 30 bis 200 Standard-ccm/min (Standard-ccm pro Minute) eingeleitet. Da­ nach wird das in der Plasmaerzeugungskammer 1 und der Proben­ kammer 2 befindliche Gas durch die Austrittsöffnung 8 abge­ leitet, so daß in der Plasmaerzeugungskammer 1 und der Pro­ benkammer 2 ein Vakuum von 0,1 bis 1 Pa entsteht. In diesem Zustand wird mittels der magnetischen Spulen 9a und 9b in der Plasmaerzeugungskammer 1 ein magnetisches Feld erzeugt. Von der Mikrowellenquelle 6 werden durch einen Wellenleiter 40 Mikrowellen mit einer Leistung von 50 bis 500 W in die Plas­ maerzeugungskammer 1 eingekoppelt. Die Stärke des magneti­ schen Feldes ist beispielsweise 875 Gauß, und dann ist die Mikrowellenfrequenz beispielsweise 2,45 GHz. Auf diese Weise absorbieren Elektronen im Reaktionsgas Energie aus dem Mikro­ wellenfeld, so daß die Reaktionsgasmoleküle ionisiert werden.
Das wird als Elektronen-Zyklotronresonanz bezeichnet, die in der Plasmaerzeugungskammer 1 ein Plasmagebiet 20 erzeugt.
Fig. 3A zeigt die Bewegung der reaktiven Ionenspezies in dem Falle, daß das Plasma im Mischgassystem entsprechend der Aus­ führungsform erzeugt wird. Wenn aus einem Mischgas aus Cl2- Gas und HCl-Gas durch ECR-Resonanz ein Plasma erzeugt wird, wird - wovon die Ursache nicht klar verstanden ist - die Energie bzw. ein Teil der Energie der reaktiven Ionen (Cl⁺) durch das H⁺-Plasma aufgenommen, was zu einem Abfallen der kinetischen Energie der Cl⁺-Ionen führt. Im Ergebnis dessen treffen die Cl⁺-Ionen mit verringerter kinetischer Energie beim Erreichen des Mantelgebietes 11 entlang dem elektrischen Feld im Mantelgebiet senkrecht auf das zu behandelnde Sub­ strat 4 auf. Damit kann, wie in Fig. 2B gezeigt, die Alumi­ niumlegierungsschicht 54 mit ausgeprägter Anisotropie geätzt werden. In diesem Falle trägt, da ein Halogenplasma (Cl⁺) aus Wasserstoffhalogenid erzeugt wird, auch dieses Halogenplasma zum Ätzen bei. Im Ergebnis dessen kann das Plasmaätzen effi­ zienter ausgeführt werden.
Dann kann, wie Fig. 2B und 2C zeigen, nach Entfernen des Resistmusters 52 ein Verbindungsmuster 54a mit zum Substrat senkrechten Seitenwänden erhalten werden.
Obwohl als Beispiel eines Reaktionsgases in der Ausführungs­ form Cl2-Gas gewählt wurde, ist das Verfahren auf dieses Gas nicht beschränkt, es kann ein anderes Halogengas bzw. Reakti­ onsgas, wie CF4, SF6, NF3 und CHF3 verwendet werden.
Obwohl in der Ausführungsform der Fall dargestellt wurde, daß als leichtes Gas HCl benutzt wird, ist das Verfahren darauf nicht beschränkt, es kann irgendein Gas mit Atomen, die eine Masse kleiner als die der das Reaktionsgas bildenden Atome haben, verwendet werden. Vorzugsweise können z. B. Wasser­ stoffhalogenide wie HF, HBr und HJ verwendet werden.
Obgleich eine Aluminiumlegierung als Beispiel für ein zu ätzendes Material dargestellt wurde, kann das auch ein an­ deres Material, wie Poly-Si, W, WSi und AlSi sein.
Fig. 4 ist eine Querschnittsdarstellung einer Plasmaätzvor­ richtung vom Parallelplattentyp entsprechend einer anderen Ausführungsform. Die Vorrichtung erzeugt ein Plasma eines reaktiven Gases ohne Verwendung der ECR-Resonanz.
Unter Bezugnahme auf Fig. 4 hat die Plasmaätzvorrichtung ein Bearbeitungsgefäß 10. Im Bearbeitungsgefäß 10 sind eine Platten-Hochfrequenzelektrode 11 und eine flache Platten- Hochfrequenzelektrode 12 zueinander parallel angeordnet. Eine Austrittsöffnung 8 zum Ableiten von Gas im Bearbeitungsgefäß 10 zur Erzeugung von Vakuumbedingungen in diesem ist im unte­ ren Teil des Bearbeitungsgefäßes 10 angeordnet. Im oberen Teil des Bearbeitungsgefäßes 10 ist ein Gaseinlaßrohr 7 zum Einleiten von Reaktionsgas in das Bearbeitungsgefäß 10 vorge­ sehen. Eine mit Halogengas gefüllte Halogengasflasche 41 ist über einen Durchflußregler 42 und ein Ventil 43 mit dem Gaseinlaßrohr 7 verbunden. Eine Wasserstoffhalogenid-Gasfla­ sche 44, die mit Wasserstoffhalogenid gefüllt ist, ist über einen Durchflußregler 45 und ein Ventil 46 ebenfalls mit dem Gaseinlaßrohr 7 verbunden. Im oberen Teil ist die Platten­ hochfrequenzelektrode 11 angeordnet. Der Ausgang der Hochfre­ quenz-Spannungsquelle 13 ist mit der Platten-Hochfrequenz­ elektrode 12 im unteren Teil über einen Kondensator 14 ver­ bunden. Von der im unteren Teil angeordneten Platten-Hochfre­ quenzelektrode 12 wird ein zu behandelndes Substrat 4 getra­ gen.
Im folgenden wird die Wirkungsweise des Ätzens eines zu be­ handelnden Substrates unter Verwendung der beschriebenen Plasmaätzvorrichtung erläutert.
Gemäß Fig. 4 wird das zu behandelnde Substrat auf der Platten-Hochfrequenzelektrode 12 auf der Unterseite angeord­ net. Dann wird das Ventil 43 geöffnet, um Halogengas aus der Halogengasflasche 41 in die Bearbeitungskammer 10 einzulei­ ten. Zur gleichen Zeit wird das Ventil 46 geöffnet, um Was­ serstoffhalogenid aus der Wasserstoffhalogenid-Gasflasche 44 in die Bearbeitungskammer 10 einzuleiten. Die Menge des ein­ geleiteten Wasserstoffhalogenids ist etwa 50% des Halogen­ gases. Als Halogengas wird vorzugsweise Cl2 verwendet. Als Wasserstoffhalogenid wird vorzugsweise HCl verwendet. Gleich­ zeitig mit dem Einleiten des Halogengases und des Wasser­ stoffhalogenids in die Bearbeitungskammer 10 wird das Gas über die Austrittsöffnung 8 abgesaugt. Durch dieses Vorgehen wird im Inneren der Bearbeitungskammer 10 ein vorgegebener Grad von Vakuum aufrechterhalten. Durch Einschalten der Hoch­ frequenz-Spannungsquelle 13 wird an die Platten-Hochfrequenz­ elektrode 11 und die Platten-Hochfrequenzelektrode 12 eine Hochfrequenzspannung angelegt. Durch Anlegen der Hochfre­ quenzspannung wird ein Plasma des aus Cl2-Gas und HCl-Gas zu­ sammengesetzten Mischgases zwischen der Platten-Hochfrequenz­ elektrode 11 und der Platten-Hochfrequenzelektrode 12 er­ zeugt, wodurch ein Plasmagebiet 21 im Bearbeitungsgefäß 10 erzeugt wird. Wenn das Innere des Bearbeitungsgefäßes 10 die­ sen Zustand erreicht hat, ist die Platten-Hochfrequenzelek­ trode 12 auf der Seite, auf der sie das zu behandelnde Sub­ strat 4 trägt, negativ aufgeladen. Damit wird ein starkes elektrisches Feldgebiet, was als Mantelgebiet 22 bezeichnet wird, zwischen dem Plasmagebiet 21 und der Platten-Hochfre­ quenzelektrode 12 erzeugt. Zu diesem Zeitpunkt wird die Ener­ gie der reaktiven Ionen (Cl⁺) durch das H⁺-Plasma aufgenom­ men, was zu einem Abfall der kinetischen Energie der reakti­ ven Ionen führt. Im Ergebnis dessen treffen die reaktiven Ionen mit verringerter kinetischer Energie nach Erreichen des Mantelgebietes 22 senkrecht entlang dem elektrischen Feld im Mantelgebiet auf das zu behandelnde Substrat auf. Im Ergebnis dessen wird Ätzen mit hoher Anisotropie ermöglicht.
Wie oben beschrieben, wird nach dem Plasmaätzverfahren unter Verwendung der Elektroden-Zyklotronresonanz Leichtgas mit Atomen, die eine Masse kleiner als die der das Reaktiongas bildenden Atome haben, zusammen mit dem Reaktionsgas in das Bearbeitungsgefäß eingeleitet. Damit wird, wenn aus dem Mischgas durch Elektronen-Zyklotronresonanz ein Plasma er­ zeugt wird, die Energie der reaktiven Ionen durch das Plasma der Atome kleinerer Masse, die im Leichtgas enthalten sind, aufgenommen, was zu einem Abfall der kinetischen Energie der reaktiven Ionen führt. Im Ergebnis treffen die reaktiven Ionen, wenn sie das Mantelgebiet erreichen, da ihre kineti­ sche Energie verringert ist, senkrecht entlang der Linien des elektrischen Feldes des Mantelgebietes auf das zu behandelnde Substrat auf. Im Ergebnis dessen wird ein Ätzen mit starker Anisotropie ermöglicht.
Entsprechend dem Plasmaätzverfahren nach dem zweiten Aspekt wird zusammen mit dem Reaktionsgas ein Wasserstoffhalogenid aus der Gruppe HF, HCl, HBr und HI in das Bearbeitungsgefäß eingeleitet. Dadurch wird, wenn aus dem Mischgas ein Plasma erzeugt wurde, die Energie der reaktiven Ionen vom Wasser­ stoffplasma (H⁺) aufgenommen, was zu einem Abfall der kineti­ schen Energie der reaktiven Ionen führt. Im Ergebnis dessen treffen die reaktiven Ionen mit verringerter kinetischer Energie beim Erreichen des Mantelgebietes senkrecht entlang dem elektrischen Feld im Mantelgebiet auf das zu behandelnde Subtrat auf. So wird ein Ätzen mit starker Anisotropie ermög­ licht. Zudem wird aus dem Wasserstoffhalogenid ein Halogen­ plasma (z. B. Cl⁺) erzeugt, das ebenfalls zum Ätzen beiträgt. Im Ergebnis dessen wird die Effizienz des Plasmaätzens er­ höht.

Claims (16)

1. Verfahren zum anisotropen Ätzen eines Substrates unter Verwendung eines Plasmas eines reaktiven Gases mit den Schritten
Einbringen des zu behandelnden Substrates in ein Bearbei­ tungsgefäß,
Einleiten eines reaktiven Gases in das Bearbeitungsgefäß,
Einleiten eines Leichtgases, das Atome mit einer Masse ent­ hält, die kleiner als die Masse der Atome des reaktiven Gases ist, in das Bearbeitungsgefäß und
Ausbildung eines Plasmas des Mischgases, das das in das Bear­ beitungsgefäß eingeleitete reaktive Gas und Leichtgas ent­ hält.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das reaktive Gas Halogengas enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Halogengas Chlorgas enthält.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Leichtgas Wasserstoffhalogenid aus der Gruppe HF, HCl, HBr und HI enthält.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasserstoffhalogenid HCl enthält.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Leichtgas H2-Gas enthält.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Leichtgas in das Bearbeitungsgefäß der­ art eingeleitet wird, daß das Leichtgas im Mischgas mit 20 bis 70 Vol.-% enthalten ist.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Leichtgas in das Bearbeitungsgefäß derart eingeleitet wird, daß die Menge des Leichtgases im Mischgas etwa 50 Vol.-% be­ trägt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das reaktive Gas und das Leichtgas in das Bearbeitungsgefäß mit einer Gesamt-Durchflußmenge von 30 bis 200 Standard-ccm/min eingeleitet werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Plasma durch Elektronen-Zyklotronreso­ nanz erzeugt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Erzeugung des Mischgasplasmas durch Elektro­ nen-Zyklotronresonanz die Schritte umfaßt:
Einkoppeln der Mikrowellenenergie in das Bearbeitungsgefäß, in das das Mischgas eingeleitet wurde,
Erzeugen eines magnetischen Feldes im Bearbeitungsgefäß, in das das Mischgas eingeleitet wurde, und
Ableiten eines Teiles des Mischgases aus dem Bearbeitungsge­ fäß.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß in das Bearbeitungsgefäß Mikrowellenenergie mit einer Lei­ stung von etwa 50 bis 500 W eingeleitet wird.
13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Ableitungsschritt so ausgeführt wird, daß das Vakuum im Bearbeitungsgefäß bei etwa 0,1 bis 1 Pa liegt.
14. Vorrichtung zum anisotropen Ätzen eines Substrates mit dem Plasma eines reaktiven Gases mit
einem Bearbeitungsgefäß (10) zur Aufnahme des zu behandelnden Substrates (4),
einer Reaktionsgas-Zufuhreinrichtung (41, 42, 43, 7, 50), die mit dem Gefäß zur Zuleitung des reaktiven Gases in das Bear­ beitungsgefäß (10) verbunden ist,
einer Leichtgaszufuhreinrichtung (44, 45, 46, 7, 50), die mit dem Gefäß zur Zufuhr eines Leichtgases, das Atome mit einer Masse geringer als die Masse der Atome des reaktiven Gases enthält, in das Bearbeitungsgemäß (10) verbunden ist und
einer Plasmaerzeugungseinrichtung zur Erzeugung eines Misch­ gasplasmas (20; 21) aus dem Mischgas, das das in das Bearbei­ tungsgefäß (10) eingeleitete reaktive Gas und Leichtgas ent­ hält.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Plasmaerzeugungseinrichtung enthält:
eine Einrichtung zur Zufuhr von Mikrowellenenergie (6, 5) in das Bearbeitungsgefäß (10), in das das Mischgas eingeleitet wurde,
eine Einrichtung zur Erzeugung eines magnetischen Feldes (9a, 9b) im Bearbeitungsgefäß (10), in das das Mischgas eingelei­ tet wurde, und
eine Austrittseinrichtung (8) zum Ableiten eines Teiles des in das Bearbeitungsgefäß (10) eingeleiteten Mischgases.
16. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Plasmaerzeugungseinrichtung zwei parallele Platten (11, 12), die im Bearbeitungsgefäß (10) angeordnet sind, und von denen eine das Substrat (4) trägt, und eine Hochfrequenz- Spannungsquelle (13) zum Anlegen einer Hochfrequenz an die Platten (11, 12) enthält.
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