DE4221907A1

DE4221907A1 - Anordnung zur Durchführung von Plasmaprozessen an einer Halbleiterscheibe

Info

Publication number: DE4221907A1
Application number: DE19924221907
Authority: DE
Inventors: Manfred Dr Engelhardt
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1992-07-03
Filing date: 1992-07-03
Publication date: 1994-01-05

Description

Anordnung zur Durchführung von Plasmaprozessen an einer Halbleiterscheibe, auch Plasmareaktoren genannt, werden in der Halbleitertechnologie sowohl zum plasmaunterstützten Ätzen als auch zum plasmaunterstützten Beschichten von Halbleiterscheiben verwendet. Die Plasmaätztechnik findet insbesondere Anwendung bei der Strukturübertragung und dem ganzflächigen Entfernen von Schichten, unter anderem von Photolack, das sogenannte Resist-Strippen.

In einem Plasmareaktor wird üblicherweise zwischen zwei Elektroden ein elektromagnetisches Hochfrequenzfeld er zeugt. Der Plasmareaktor wird zum Betrieb mit einem Pro zeßgas beschickt, in dem aufgrund des Hochfrequenzfeldes ein Plasma gezündet wird. Das Prozeßgas wird in Abhängig keit der zu ätzenden oder abzuscheidenden Schicht ausge wählt.

Um eine hohe Ätzrate bei gleichzeitig geringer Schädigung der bearbeiteten Halbleiterscheiben zu erzielen, werden im Plasmareaktor eine hohe Dichte reaktiver Teilchen bei gleichzeitig relativ niedriger Energie der reaktiven Teil chen angestrebt. Dazu werden in bekannten Plasmareaktoren Magnetfelder eingesetzt, die durch Permanentmagnete und/oder Elektromagnete erzeugt werden. Das Magnetfeld ver dichtet das Plasma, so daß der Druck reduziert werden kann. Darüber hinaus führt das Magnetfeld zu einer gerin gere kinetischen Energie der reaktiven Teilchen.

Die bekannten Plasmareaktoren für magnetfeldunterstützte Plasmaprozesse sind relativ groß und aufwendig aufgebaut.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Anordnung zur Durchführung von Plasmaprozessen an einer Halbleiter scheibe anzugeben, die einfach und kompakt aufgebaut ist und in der die Plasmaprozesse magnetfeldunterstützt durch geführt werden.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß gelöst durch eine An ordnung nach Anspruch 1.

Streifenleitungen werden insbesondere in der Hochfrequenz technik als Filter verwendet. Sie sind bei vorgegebener Geometrie durch ihre Eigenkapazität und ihre Eigenindukti vität pro Längeneinheit charakterisiert.

In der erfindungsgemäßen Anordnung ist in einer Reaktions kammer ein Streifenleitungsresonator vorgesehen, der über eine Hochfrequenzversorgung mit einem elektromagnetischen Feld beaufschlagt wird. Bei Beschickung der Reaktionskam mer mit einem Prozeßgas wird in dem elektromagnetischen Wechselfeld des Streifenleitungsresonators ein Plasma ge zündet, das für den Plasmaprozeß genutzt wird.

Der Streifenleitungsresonator wird insbesondere aus einem diskreten Abstimmelement, zum Beispiel einer regelbaren Kapazität, und einer Streifenleitung gebildet, die einer Metallfläche, die insbesondere ein Teil einer Wand der Reaktionskammer ist, im wesentlichen parallel gegenüber angeordnet ist. Dabei ist es vorteilhaft, den Abstand zwi schen der Streifenleitung und der Metallfläche klein zu wählen im Vergleich zu den lateralen Abmessungen in der Streifenleitung, da in diesem Fall ein räumlich sehr homo genes elektrisches Wechselfeld zwischen der Streifenlei tung und der Metallfläche erzeugt wird. Dieses führt beim Befüllen der Reaktionskammer mit Prozeßgas zu einer sehr homogenen, örtlich begrenzten Entladung. Dieses ist für einen homogenen Ätzabtrag erforderlich.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den übri gen Ansprüchen hervor.

Im weiteren wird die Erfindung anhand der Figuren und eines Ausführungsbeispiels genauer erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch eine erfindungsge mäße Anordnung zur Durchführung von Plasmapro zessen.

Fig. 2 bis Fig. 4 zeigt Ersatzschaltbilder für einen Streifenleitungsresonator.

Fig. 5 zeigt schematisch den Verlauf der Feldlinien des elektrischen Feldes E und des magnetischen Feldes B einer Streifenleitung.

Eine Reaktionskammer 1 ist mit einem Gaseinlaß 2 und einem Pumpstutzen 3 versehen (siehe Fig. 1). In der Reaktions kammer 1 ist als Streifenleitungsresonator eine Streifen leitung 4 und ein Abstimmelement 5 angeordnet. Das Abstimm element 5 ist zum Beispiel als regelbarer Kondensator aus zwei einander gegenüber angeordneten Metallscheiben 51, von denen die eine fest mit der Streifenleitung 4 verbun den ist und von denen die andere mit einer Stellschraube 52 verbunden ist, ausgebildet. Die Stellschraube 52 ist durch die Wand der Reaktionskammer 1 hindurchgeführt und mit der Wand der Reaktionskammer 1 elektrisch verbunden.

Die Reaktionskammer 1 ist auf Erdpotential gelegt. Die Streifenleitung 4 ist über einen Koppelkondensator 6 mit der Wand der Reaktionskammer 1 verbunden.

Über einen Anschluß 7, der direkt mit der Streifenleitung 4 verbunden ist, kann die Streifenleitung 4 mit einer Gleichspannungsquelle verbunden werden.

Im Betrieb der Anordnung wird zwischen der Streifenleitung 4 und einer Metallfläche 8, die Teil der Wand der Reak tionskammer 1 ist und die parallel zu der Streifenleitung 4 angeordnet ist, ein Plasma erzeugt. Die Metallfläche 8 ist an der der Streifenleitung 4 nächstgelegenen Wand der Reaktionskammer 1 angeordnet. Eine zu bearbeitende Halb leiterscheibe 9 wird zwischen der Streifenleitung 4 und der Metallfläche 8 angeordnet. Dazu ist es zweckmäßig, auf der Streifenleitung 4 oder auf der Metallfläche 8 einen Scheibenhalter (nicht dargestellt) anzubringen.

Durch Einkopplung einer Hochfrequenzleistung in den Strei fenresonator wird zwischen der Streifenleitung 4 und der Metallfläche 8 ein elektromagnetisches Wechselfeld er zeugt. Die Einkopplung der Hochfrequenzleistung kann auf unterschiedliche Arten erfolgen. Sie ist zum Beispiel über Koppelleitungen induktiv/kapazitiv oder über das Abstimm element 5 möglich.

Die Streifenleitung 4 besteht zum Beispiel aus Kupfer und weist parallel zur Metallfläche 8 eine Ausdehnung von zum Beispiel 25 cm × 25 cm auf. Der Abstand zwischen der Metallfläche 8 und der Streifenleitung 4 beträgt zum Bei spiel 3,5 cm.

Bei Einkopplung der Hochfrequenzleistung wird zwischen der Streifenleitung 4 und der Metallfläche 8 wegen der im Ver gleich zum Abstand großen lateralen Abmessungen der Strei fenleitung 4 ein räumlich sehr homogenes elektrisches Wechselfeld erzeugt. Bei Befüllen der Reaktionskammer 1 mit Prozeßgas führt dieses homogene elektrische Wechsel feld zu einer sehr homogenen, örtlich begrenzten Plasma entladung und damit zu einem homogenen Ätzabtrag an der Halbleiterscheibe 9.

Die Magnetfeldlinien verlaufen in dem Bereich zwischen der Streifenleitung 4 und der Metallfläche 8 ebenfalls räum lich sehr homogen parallel zu den beiden Flächen und damit auch parallel zu der Halbleiterscheibe 9. Das Magnetfeld bewirkt eine hohe Dichte des Plasmas im Bereich der Halb leiterscheibe 9. Das Plasma besteht aus relativ niederener getischen reaktiven Teilchen.

Durch die galvanische Trennung der Streifenleitung 4 von der Metallfläche 8 durch den Koppelkondensator 6 ist es möglich, daß sich bei der Plasmaentladung durch Aufladung der Streifenleitung 4 eine Self-bias-voltage aufbaut. Fer ner ist die Möglichkeit gegeben, über den Anschluß 7 die Streifenleitung 4 mit einer Gleichspannungsversorgungs quelle zu verbinden. In Anwendungen, in denen auf eine Self-bias-voltage und eine Gleichspannung an der Streifen leitung 4 verzichtet werden kann, kann die Streifenleitung 4 unmittelbar mit der Wand der Reaktionskammer 1 verbunden werden.

Bei Verwendung eines Kondensators als Abstimmelement 5 mit einer Kapazität von 3 pF und der Streifenleitung 4 mit einer Ausdehnung parallel zur Metallfläche 8 von 25 cm × 25 cm und einem Abstand zwischen der Streifenleitung 4 und der Metallfläche 8 von 2,5 cm schwingt der Streifenlei tungsresonator mit einer Resonanzfrequenz von etwa 12 MHz. Diese ist ähnlich wie bei Standard-RIE-Anlagen, die mit 13,56 MHz arbeiten. Die beispielhaft angegebenen geometri schen Abmessungen der Streifenleitung 4 und des Abstandes sind realistische Abmessungen für die Auslegung eines Plasmareaktors zur Prozessierung von 8′ Halbleiterschei ben.

Wenn sich bei Beschickung der Reaktionskammer 1 mit Prozeß gas die Impedanz der Streifenleitung 4 ändert, kann der Resonator über das Abstimmelement nachgeregelt werden.

Fig. 2 zeigt ein Ersatzschaltbild für einen regelbaren Kondensator C und eine Streifenleitung S. Der regelbare Kondensator C und die Streifenleitung S sind in Reihe ge schaltet und jeweils mit Massepotential verbunden. Die Streifenleitung S weist eine Kapazität C_s und eine Induk tivität L_S auf, die als Parallelschaltung wirken (siehe Fig. 3). Der regelbare Kondensator C und die Kapazität der Streifenleitung C_s können als eine Kapazität C + C_s zusammengefaßt werden, die mit der Induktivität L_S in Reihe geschaltet ist (siehe Fig. 4).

Bei einer großen lateralen Abmessung der Streifenleitung S im Vergleich zum Abstand zwischen der Streifenleitung S und der Metallfläche M bildet sich zwischen der Streifen leitung S und der Metallfläche M ein sehr homogenes elek trisches Wechselfeld E aus (siehe Fig. 5). Die magneti schen Feldlinien B verlaufen im Bereich zwischen der Streifenleitung S und der Metallfläche M parallel zur Oberfläche der Streifenleitung S und der Metallfläche M. Die Magnetfeldlinien B schließen sich um die Streifen leitung S.

Claims

1. Anordnung zur Durchführung von Plasmaprozessen an einer Halbleiterscheibe mit folgenden Merkmalen:

a) es ist eine Reaktionskammer (1) mindestens mit einem Gaseinlaß (2) und einem Pumpstutzen (3) vorgesehen,
b) die Reaktionskammer (1) umfaßt einen Streifenleitungs resonator (4, 5, 8), der über eine Hochfrequenversor gung mit einem elektromagnetischen Feld, in dem die Halbleiterscheibe (9) zur Bearbeitung angeordnet wird, beaufschlagt wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, bei der der Streifenleitungs resonator eine Streifenleitung (4) und eine der Streifen leitung (4) gegenüberliegende, der Streifenleitung (4) im wesentlichen parallele Metallfläche (8) umfaßt, wobei die Halbleiterscheibe zwischen der Streifenleitung (4) und der Metallfläche (8) angeordnet wird.

3. Anordnung nach Anspruch 2, bei der die lateralen Abmes sungen der Streifenleitung (4) parallel zur Metallfläche (8) größer sind als der Abstand zwischen der Streifenlei tung (4) und der Metallfläche (8).

4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, bei der die Streifen leitung (4) über ein Abstimmelement (5) mit Massepotential verbunden ist,
bei der die Metallfläche (8) mit Massepotential verbunden ist,
bei der die Streifenleitung (4) und die Metallfläche (8) mindestens hochfrequenzmäßig verbunden sind.

5. Anordnung nach Anspruch 4, bei der das Abstimmelement (5) ein regelbarer Kondensator ist.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, bei der die Streifenleitung (4) über eine Koppelkapazität (6) mit der Metallfläche (8) verbunden ist.

7. Anordnung nach Anspruch 6, bei der die Streifenleitung (4) mit einer Gleichspannungsversorgungsquelle verbunden ist.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, bei der die Metallfläche (8) Teil einer Wand der Reaktionskammer (1) ist.

9. Anordnung nach Anspruch 8, bei der Streifenleiter (4) eine Ausdehnung parallel zur Metallfläche (8) von 25 cm × 25 cm aufweist und in einem Abstand von 2,5 cm von der Me tallfläche (8) angeordnet ist.