DE4420962C2

DE4420962C2 - Verfahren zur Bearbeitung von Silizium

Info

Publication number: DE4420962C2
Application number: DE19944420962
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dr Benz; Horst Dipl Phys Dr Muenzel; Franz Dr Laermer; Andrea Schilp
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1994-06-16
Filing date: 1994-06-16
Publication date: 1998-09-17
Anticipated expiration: 2014-06-17
Also published as: GB2290413A; GB9511873D0; GB2290413B; DE4420962A1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Bearbeitung von Silizium nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs 1. Aus der US 4 784 720 ist bereits ein Verfahren zur Bearbeitung von Silizium in einer Plasmaätzanlage bekannt, bei dem ein Ätzgas und ein Passiviergas verwendet werden. Durch Anwendung des Ätzgases und des Passiviergases wird ein Graben mit einer Seitenwandpassivierung geschaffen. Als Ätzgas wird ein Chlor- oder Bromlieferant verwendet. Da Chlor und Brom nur bei höheren Ionenenergien im Plasma eine nennenswerte Ätzung von Silizium bewirken, lassen sich mit diesen Ätzgasen nur stark anisotrope Ätzprofile realisieren. Aus der DE 39 27 163 A1 ist ein Verfahren zur Bearbeitung von Silizium bekannt, bei dem ein Ätzgraben mit einer Seitenwandpassivierung erzeugt wird. Durch isotropes Plasmaätzen kann dann ausgehend von den Bodenbereichen der Gräben eine Unterätzung von Strukturen erfolgen. Da als Seitenwandpassivierung ein Niedertemperaturoxid oder -nitrid vorgesehen ist, erfordert das Verfahren mehrere Bearbeitungsschritte in unterschiedlichen Ätzanlagen und Abscheideanlagen (Plasmaätzer, PECVD- oder LPCVD-Anlage).

In der IBM TDB Vol. 34, No. 5, Oct. 1991, S. 368-370, wird ein zweistufiges Ätzverfahren beschrieben, bei dem zunächst mittels eines Chlorplasmas ein Graben eingeätzt wird, dessen Seitenwände mit einer Passivierung aus Siliziumoxid bedeckt werden. In einem zweiten Ätzschritt erfolgt dann ausgehend vom Ätzgrund des Grabens eine Unterätzung in einem Fluorplasma.

Aus der EP 0 200 951 A2 ist ein Ätzprozeß bekannt, bei dem durch ein Fluor lieferndes Ätzgas ein Graben eingeätzt wird. Weiterhin wird ein Fluorkohlenstoff oder Fluorkohlenwasserstoff als Passiviergas verwendet.

Aus der US 4 729 815 ist ein Ätzprozeß bekannt, bei dem ein Graben durch ein Fluor lieferndes Ätzgas eingeätzt wird. Weiterhin wird ein Passivierungsgas mit einem Fluorkohlenwasserstoff verwendet. Die Ätzung erfolgt bei Plasmaenergien von < 200 Elektronenvolt.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß in ein und derselben Ätzanlage sowohl ein Graben mit einer Seitenwandpassivierung erzeugt wird, wie auch eine isotrope Unterätzung der so gebildeten Strukturen erfolgen kann, ohne den Wafer zwischendurch aus der Anlage nehmen zu müssen. Es wird so ein besonders einfaches Verfahren angegeben, mit dem unterätzte Siliziumstrukturen erzeugt werden können. Durch ein Fluorplasma läßt sich Silizium besonders einfach und mit hohen Ätzraten bearbeiten. Durch fluorkohlenstoff- oder fluorkohlenwasserstoffhaltige Prozeßgase wird eine Seitenwandpassivierung aus einem chemisch besonders beständigen Fluorpolymer gebildet. Durch eine geringe Ionenenergie können einfache und dünne Ätzmaskierungen verwendet werden und trotzdem große Unterschiede in der Ätzrate von Siliziumsubstrat und Maskierungsstoff erzielt werden. Die gilt insbesondere bei hohen Plasmadichten und geringer Ionenenergie.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen Verfahrens möglich. Durch die Verstärkung der Seitenwandpassivierung wird die seitliche Ätzbeständigkeit der Siliziumstrukturen bei der nachfolgenden isotropen Unterätzung verbessert. Durch den alternierenden oder gleichzeitigen Einsatz von Ätz- und Passiviergas können tiefe und schmale Grabenstrukturen mit einer Seitenwandpassivierung gebildet werden.

Zeichnungen

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen die

Fig. 1 ein Siliziumsubstrat mit einer Ätzmaskierung,

Fig. 2 darin eingebrachte Ätzgräben mit Seitenwandpassivierung,

Fig. 3 die Unterätzung ausgehend vom Bodenbereich der Gräben und

Fig. 4 eine Plasmaätzanlage.

Beschreibung der Erfindung

In der Fig. 1 ist ein Siliziumsubstrat 1 mit einer aufge brachten Ätzmaskierung 2 gezeigt. Die Ätzmaskierung 2 bedeckt in vorgegebenen Bereichen die Oberfläche des Siliziumsubstrats nicht. In diesen Bereichen erfolgt in den weiteren Prozeß schritten ein Ätzangriff auf das Silizium. Als Materialien für die Ätzmaskierung 2 eignet sich beispielsweise eine dünne Schicht aus Fotolack oder Siliziumoxid. Das Siliziumsubstrat 1 wird zur weiteren Bearbeitung in eine Plasmaätzanlage einge bracht.

In der Fig. 2 wird das Siliziumsubstrat 1 nach einem ersten Plasmaätzschritt gezeigt. In den Bereichen, die von der Ätzmaske 2 nicht bedeckt waren, sind Gräben 3 eingeätzt. Die Gräben 3 weisen dabei ein Seitenwandpassivierung 4 auf. Im Bereich des Bodens 5 sind die Gräben 3 nicht mit einer Passivierschicht 4 bedeckt, so daß dort das Silizium des Substrats 1 freiliegt. Das Einätzen der Gräben 3 erfolgt durch Anwendung eines Gases, welches Silizium isotrop ätzt und eines Gases, welches eine Passivierschicht bildet. Als isotrop ätzendes Gas wird ein Gas, welches Fluor liefert, beispielsweise SF₆ oder NF₃ verwendet. Als Passiviergas wird ein einen teflonartigen Fluorpolymerfilm bildendes Monomer, in der Regel ein Fluorkohlenstoff oder Fluorkohlenwasserstoff (CHF₃, C₂F₆, C₂F₄, C₄F₈) verwendet. Das Ätz- und Passiviergas kann gleich zeitig in der Plasmaätzanlage in einer geeigneten Mischung ver wendet werden. Alternativ ist es möglich, alternierend eine Vielzahl von aufeinanderfolgenden Ätz- und Passivierschritten vorzunehmen. Im Plasma können so bereits bei geringen Ionenenergien (wenige Elektronen Volt) unter der Voraussetzung einer hohen Plasmadichte perfekt anisotrop geätzte Gräben 3 von großer Tiefe (einige 10 µm) und geringer Breite (wenige µm) er zielt werden. Aufgrund der geringen Ionenenergie ist der Abtrag der Ätzmaske 2 gering. Der Boden 5 der Gräben 3 bleibt infolge der Ioneneinwirkung frei und wird nicht mit dem teflonartigen Fluorpolymerfilm der Seitenwandpassivierung 4 bedeckt. Weiterhin ist es auch möglich, zusätzliche Gase wie Stickstoff, Sauerstoff oder Argon beizumischen, um die Prozeßeigenschaften des Ätzpro zesses zu beeinflussen. Um trotz der geringen Ionenenergie eine ausreichende Plasmadichte, d. h. eine ausreichend hohe Kon zentration chemisch reaktiver Ionen zu gewährleisten, sollte die Plasmaätzanlage über eine geeignete Quelle verfügen und bei spielsweise eine Mikrowellen- oder Magnetronplasmaanregung auf weisen.

Nachdem die gewünschte Ätztiefe der Gräben 3 erreicht ist, kann das Fluor liefernde eigentliche Ätzgas abgestellt werden und nur noch das den teflonartigen Fluorpolymerfilm bildende Passiviergas zugeführt werden. Durch diesen Prozeß kann die Dicke der Seitenwandpassivierung 4 erhöht werden. Dabei wird durch gleichzeitige Ioneneinwirkung dafür ge sorgt, daß sich der Passivierfilm selktiv nur auf den Seitenwän den der Gräben 3 bildet und nicht auf dem Ätzgrund 5.

In der Fig. 3 werden die Gräben 3 nach einem weiteren Ätz schritt gezeigt. In diesem weiteren Ätzschritt wird das Siliziumsubstrat 1 ausschließlich mit dem Fluor liefernden Ätz gas bearbeitet. Die Energie des Plasmas wird dabei in der Größenordnung von nur wenigen Elektronenvolt gewählt, so daß die Ätzung nahezu perfekt isotrop erfolgt. Ausgehend von den frei liegenden Ätzgrund 5 der Gräben 3 bildet sich dann die Unter ätzung 6, wie sie in der Fig. 3 gezeigt wird. Die Ionenenergie wird dabei nicht exakt gleich null Elektronenvolt gesetzt, um zufällige mikroskopische Ablagerungen auf den Böden 5 während des isotropen Unterätzens noch entfernen zu können. Aufgrund der geringen Ionenenergie verursachen zufällig auf die Seitenwand treffende Ionen kaum einen Angriff an der Seitenwandpassivierung 4 oder an der Ätzmaske 2. Wenn, wie in der Fig. 3 gezeigt wird, zwei Gräben 3 in unmittelbarer Nachbarschaft angeordnet sind, so kann durch die isotrope Unterätzung 6 ein Siliziumsteg 7, der zwischen den beiden Gräben 3 angeordnet ist, komplett vom Substrat 1 gelöst werden. Mit derartigen Strukturen lassen sich beispielsweise dünne Biegezungen oder Kammstrukturen reali sieren, die als Beschleunigungssensoren genutzt werden können.

An dem in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Prozeßablauf ist beson ders vorteilhaft, daß alle Ätzprozesse in ein und derselben Plasmaanlage in einem Prozeß ohne Unterbrechung oder Aus schleusen des Wafers erfolgen können. Die angesprochenen Ätz- und Passiviergase können miteinander oder nacheinander in ein und derselben Ätzanlage angewendet werden. Weiterhin erlau ben sie die Ausbildung von besonders schmalen und tiefen Gräben 3, die in einem weiteren Prozeßschritt unterätzt werden können. Es können so Strukturen erzeugt werden, die als Sensoren ver wendbar sind.

In der Fig. 4 wird schematisch eine Plasmaätzanlage 11 gezeigt. In der Plasmaätzanlage 11 ist das Siliziumsubstrat 1 und ein weiteres Mittel 10 zur Plasmaerzeugung eingebracht. An das Substrat 1 kann eine hochfrequente Spannung angelegt werden, die die Energie, mit der Ionen auf das Substrat 1 auftreffen, be stimmt. Die weiteren Mittel zur Plasmaerzeugung 10 können als einfache Elektrode, Mikrowellengenerator, Magnetron oder jede andere Plasmaquelle die eine hohe Plasmadichte erzeugt ausgebil det sein.

Claims

1. Verfahren zur Bearbeitung von Silizium, bei dem ein Siliziumsubstrat (1) mit einer Ätzmaskierung (2) versehen wird und in eine Plasmaätzanlage eingebracht und mit einem Plasma beaufschlagt wird, wobei durch Bearbeitung mit einem Ätzgas und einem Passiviergas ein Graben (3) mit einer Seitenwandpassivierung (4) erzeugt wird, wobei in einem weiteren Bearbeitungsschritt ausgehend vom Ätzgrund (5) des Grabens (3), eine Unterätzung (6) eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Bearbeitungsschritt in derselben Ätzanlage durch das Ätzgas erfolgt, daß für das Ätzgas ein Fluor lieferndes Gas ausgewählt wird, daß als Passiviergas ein Fluorkohlenstoff oder Fluorkohlenwasserstoff lieferndes Gas ausgewählt wird, das eine aus einem Fluorpolymer bestehende Seitenwandpassivierung bildet, und daß die Plasmaenergie geringer als 50 Elektronenvolt gewählt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Einätzen der Unterätzung (6) durch einen Abscheideschritt die Seitenwandpassivierung (4) verstärkt wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum Einbringen des Grabens (3) das Silizium substrat (1) abwechselnd mit dem Ätz- und dem Passiviergas be arbeitet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Einbringen des Grabens (3) das Siliziumsubstrat (1) gleichzeitig mit einer Mischung des Ätz- und des Passiviergases bearbeitet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Plasmaenergie geringer als 10 Elektronenvolt gewählt wird.