DE69028650T2 - Plasma-Ätzmethode - Google Patents

Plasma-Ätzmethode

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Description

  • Ein Verfahren zum Einstellen des Selektionsverhältnisses, das während einer Plasmaätzung eines Objekts (42) mit einer ersten zu ätzenden Schicht (52, 62) und einer zweiten Schicht (50, 60) erzielt wird, wobei das Selektionsverhältnis das Verhältnis der Ätzrate der ersten Schicht (52, 62) zu der Ätzrate der zweiten Schicht (50, 60) bezeichnet, umfassend die folgenden Schritte:
  • Einleiten eines Ätzgases in den Bereich zwischen den zwei Elektroden,
  • Erzeugen eines Plasmas des Ätzgases durch Anlegen einer vorgegebenen elektrischen Energie zwischen den Elektroden; und
  • Ätzen des Objekts, welches durch das Plasma bearbeitet werden soll.
  • In einer Plasmaätzvorrichtung vom parallelen Ebenentyp, wird RF-Energie an eine obere Elektrode angelegt, während eine untere Elektrode, die einen Wafer haltert, mit Masse verbunden ist. Ein Ätzgas wird zwischen beide Elektroden eingeleitet und ein Plasma wird erzeugt, wodurch der Wafer geätzt wird.
  • Wie in Fig. 2 der beiliegenden Zeichnungen gezeigt, in der ein Oxidfilm (SiO&sub2;) 52, der auf einem Si-Substrat 50 gebildet ist, geätzt wird, wird das Ätzen z.B. in solcher Weise durchgefuhrt, daß die Abschnitte, die ungeätzt bleiben sollen, mit einem Maskierungselement 54 vor Einleitung des Ätzgases maskiert werden.
  • In diesem Fall besteht eine Notwendigkeit, daß das Selektionsverhältnis (nachstehend definiert) verbessert wird.
  • Selektionsverhältnis = [Ätzrate von SiO&sub2; / Ätzrate von Si]
  • Verbesserungen in der Ätzrate von SiO&sub2; (relativ zu Si) sind herkömmlicherweise durch die Auswahl des Ätzgases durchgeführt worden.
  • Da das Element, welches die Ätzcharakteristiken bestimmt, wie voranstehend erwähnt, herkömmlicherweise von der Auswahl des Ätzgases abhing, bestand ein Problem darin, daß, wenn ein unterschiedliches Ätzgas gewählt wurde, dies einen großen Einfluß auf die anderen Ätzcharakteristiken besaß, z.B. auf die Gleichförmigkeit.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Plasmaätzverfahren bereitzustellen, welches ein gleichmäßiges Plasmaätzen unabhängig von der Auswahl des Ätzgases bereitstellen kann.
  • Gemäß der Erfindung ist das eingangs definierte Plasmaätzverfahren durch folgende Schritte gekennzeichnet: Einstellen der Fläche der zweiten Elektrode, die in Kontakt mit dem Ätzgas ist, durch Ändern des Öffnungsdurchmessers des isolierenden Abschirmungsrings, der die zweite Elektrode abdeckt, um das Selektionsverhältnis während eines Ätzens des zu bearbeitenden Objekts einzustellen, wobei das Selektionsverhältnis das Verhältnis der Ätzrate der ersten Schicht zu der Ätzrate der zweiten Schicht bezeichnet.
  • Diese Erfindung läßt sich vollständiger aus der folgenden eingehenden Beschreibung im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen verstehen. In den Zeichnungen zeigen:
  • Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer Plasmaätzvorrichtung, die in der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
  • Fig. 2 eine schematische Querschnittsansicht, die eine Bearbeitung eines Elements zeigt, wenn ein selektives Ätzen von SiO&sub2; durchgeführt wird;
  • Fig. 3 eine schematische Querschnittsansicht, die eine Bearbeitung eines Elements zeigt, wenn ein selektives Ätzen eines Polysiliziumfilms ausgeführt wird.
  • Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
  • In einer Plasmaätzvorrichtung kann die Ätzfunktion grob in eine chemische Reaktion, die von in dem Plasma erzeugten Radikalen (freien Radikalen) verursacht wird, und eine physikalische Funktion, bei der Ionen, die sich bei der Zersetzung von Gasmolekülen ergeben, mit dem zu ätzenden Material kollidieren, klassifiziert werden.
  • Insbesondere wird eine zu ätzende Schicht, beispielsweise eine Oxidfilmschicht, durch den physikalischen Effekt der Ionenbombardierung stärker geätzt als durch eine chemische Reaktion mit dem Plasma.
  • In Fig. 1 umfaßt die Plasmaätzvorrichtung eine obere Elektrode 10 und eine untere Elektrode 30, die einander gegenüberliegend in einer Reaktionskammer angeordnet sind. Ein Wafer 42, der geätzt werden soll, ist auf der unteren Elektrode 30 angebracht. Ferner wird eine RF-Energie, z.B. 380 KHz, zwischen die obere Elektrode 10 und die untere Elektrode 30 angelegt. Dann wird in die Reaktionskammer durch einen auf der oberen Elektrode 10 angebrachten durchlässigen Abschnitt Ätzgas eingeleitet, und ein Plasma wird zwischen der oberen Elektrode 10 und der unteren Elektrode 30 erzeugt, wodurch ein Ätzen des Wafers 42 durchgeführt wird.
  • Die obere Elektrode 10 besitzt ein flanschartiges leitendes Kühlelement 12. Ein Kabel von der RF-Energiequelle 40 ist mit dem Kühlelement 12 verbunden.
  • Ferner sind erste und zweite perforierte Diffusionsplatten 14a und 14b parallel mittels Abstandsstücken 16a und 16b angeordnet. Um die Öffnung des Kühlelements 12 abzudecken, werden ferner eine Verstärkungsplatte 18 und eine Elektrode 20 aus amorphem Kohlenstoff darauf aufgeschichtet. Zusätzlich ist ein Abschirmungsring 22 vorgesehen, um den Umfang der Elektrode 20 aus amorphem Kohlenstoff abzudecken und um den freiliegenden Abschnitt der Elektrode 20 aus amorphem Kohlenstoff, der in Kontakt mit dem Plasma ist, zu definieren.
  • Die untere Elektrode 30 trägt einen Wafer 42, der geätzt werden soll, auf der oberen Oberfläche eines vorstehenden scheibenartigen Abschnitts davon. Um den Umfang 42a des Wafers 42 mit der unteren Elektrode 20 zu verbunden und daran zu sichern, ist eine ringförmige Klemme 32 um die untere Elektrode 30 herum angeordnet. Zusätzlich ist die untere Elektrode 30 elektrisch mit Masse verbunden.
  • Wie voranstehend erwähnt, liegen die obere Elektrode 10 und die untere Elektrode 30 in der Kammer in einem Abstand zueinander, wodurch die Ätzvorrichtung vom parallelen Ebenentyp gebildet wird.
  • Als eine charakteristische Struktur dieser Ausführungsform wird der Öffnungsdurchmesser des Abschirmungsrings 22 so bestimmt, daß ein gleichmäßiges Ätzen des zu ätzenden Abschnitts erzielt wird. Wenn beispielsweise das Ätz-Selektionsverhältnis einer zu ätzenden Schicht, beispielsweise SiO&sub2;, erhöht wird&sub1; wird ein Abschirmungsring 22 mit einem kleinen Öffnungsdurchmesser verwendet.
  • Der Betrieb dieser Vorrichtung wird nachstehend erläutert.
  • In der obigen Vorrichtung wird eine RF-Energie von der RF-Energiequelle zwischen die obere Elektrode 10 und die untere Elektrode 30 angelegt, und Ätzgas wird über die untere Elektrode durch die obere Elektrode 10 eingeleitet. Dadurch wird zwischen den oberen und unteren Elektroden 10 und 30 ein Plasma erzeugt und Radikale, die in dem Plasma erzeugt werden, haften an der Oberfläche des Wafers 42 an, so daß eine chemische Reaktion unterstützt wird. Ferner werden Ionen in dem Plasma durch das elektrische Feld beschleunigt, das zwischen den parallelen plattenförmigen Elektroden gebildet wird. Dadurch kollidieren Ionen mit dem Wafer 42, und ein Ätzen des Wafers 42 wird durchgeführt. Durch die Verwendung dieser Art von paralleler plattenförmiger Ätzvorrichtung kann ein anisotroper Ätzvorgang, bei dem eine Seitenätzung reduziert ist, ausgeführt werden, und ein Ätzen eines feinen Musters kann verwirklicht werden.
  • Deshalb trägt ein Ätzen durch die physikalische Funktion, bei der Ionen beschleunigt werden und mit der Oberfläche des Wafers 42 kollidieren, mehr zu dem Ätzen des in Fig. 2 gezeigten Oxidfilms 52 als eine chemische Reaktion durch Radikale bei.
  • In dieser Ausführungsform wird das Ätz-Selektionsverhältnis (Vssi) des Oxidfilms 52 erhöht und verbessert, indem ein Ätzen auf Grundlage des physikalischen Effekts der Ionen gefördert wird.
  • Der Abschirmungsring 22 ist aus einem isolierenden Element, beispielsweise Quarz, Keramik etc. gebildet. Wenn deshalb der Öffnungsdurchmesser des Abschirmungsrings 22 schmaler gemacht wird, wird eine Fläche, die zu einem Plasma der Elektrode 20 aus amorphern Kohlenstoff beiträgt, auf den zentralen Abschnitt hin verschmälert. Deshalb fokussiert sich das Plasma an dem Mittenabschnitt gegenüber dem Wafer 42.
  • Wenn infolgedessen Ionen, die in dem Plasma erzeugt werden, zwischen diesen Elektroden beschleunigt werden, wird das Verhältnis, mit dem sich das Ion auf der SiO&sub2;-Schicht 52 des Wafers 42 konzentriert, vergrößert, wodurch die Ätzselektion des SiO&sub2; verbessert werden kann.
  • Andererseits kann in einem Fall, daß das Ätz-Selektionsverhältnis verringert wird, der Öffnungsdurchmesser des Abschirmungsrings 22 vergrößert werden.
  • Im Fall, daß der Polysiliziumfilm 62 aus einem zu ätzenden Material, der einen thermischen Oxidfilrn (Th-SiO&sub2;)60 und einen Polysiliziumfilm 62 (Poly-Si) aufweist, die auf einem Si-Substrat 50 gebildet sind, umfaßt, durch ein Maskierungselement 64 maskiert und, wie in Fig. 3 gezeigt, geätzt wird, wird ein gleichmäßiges Ätzen des Polysiliziurnfilrns erzielt. In diesem Fall ist das Selektionsverhältnis des Ätzens nachstehend definiert:
  • Selektionsverhältnis = [Ätzrate des Polysiliziums / Ätzrate des Grundierungs-Th-SiO&sub2;]
  • Um in diesem Fall das Ätz-Selektionsverhältnis des thermischen Oxidfilms 60 zu steuern, kann der Grad der Konzentration des Plasmas auf dem Wafer 42 durch Verbreitern des Öffnungsdurchmessers des Abschirmungsrings 22 veringert werden.
  • In der vorliegenden Erfindung kann nicht nur ein Polysiliziumfilm, sondern auch der andere Film geätzt werden.
  • Wie voranstehend beschrieben wurde, wird der Öffnungsdurchmesser des Abschirmungsrings, der den Grad einer Fokussierung von Plasma bestimmt, so gewählt, daß ein gleichmäßiges Ätzen erzielt wird. Wenn beispielsweise des Gleichförmigkeit des Ätzvorgangs, die unter dem Einfluß der physikalischen Funktion von Ionen geätzt wird, verbessert wird, wird eine Fläche der Kontaktoberfläche der das Ätzgas kontaktierenden Elektrode verkleinert, indem der Öffnungsdurchmesser klein gemacht wird, wodurch ein Plasma auf das Bearbeitungsmaterial konzentriert wird.
  • Bezugszeichen in den Ansprüchen dienen dem besseren Verständnis und engen den Umfang nicht ein.

Claims (4)

1. Plasma-Ätzverfahren, umfassend die folgenden Schritte:
Anbringen eines zu bearbeitenden Objekts (42) in einem Bereich, der zwischen einer ersten Elektrode (30) und einer zweiten Elektrode (10) gebildet ist, wobei das Objekt (42) eine erste zu ätzende Schicht (52, 62) und eine zweite Schicht (50, 60) aufweist;
Einleiten eines Ätzgases in den Bereich;
Erzeugen eines Plasmas des Ätzgases durch Anlegen einer vorgegebenen elektrischen Energie zwischen die ersten und zweiten Elektroden (30, 10); und
Ätzen des Objekts (42), welches mit dem Plasma bearbeitet werden soll;
dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche der Elektrode (10), die in Kontakt mit dem Ätzgas ist, eingestellt wird, indem der Öffnungsdurchmesser eines isolierenden Abschirmungsrings (22) verändert wird, der die zweite Elektrode (10) abdeckt, um das Selektionsverhältnis während eines Ätzens des zu bearbeitenden Objekts (42) einzustellen, wobei das Selektionsverhältnis das Verhältnis der Ätzrate der ersten Schicht (52, 62) zu der Ätzrate der zweiten Schicht (50, 60) bezeichnet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die zweite Schicht (50, 60) unter der ersten Schicht (52, 62) befindet.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Schichten (52, 50) im wesentlichen aus SiO&sub2; bzw. Si gebildet sind.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Schichten (62, 60) im wesentlichen aus Poly-Si bzw. thermischem SiO&sub2; gebildet sind.
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