Erfindungsgebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ätzen
des Inneren einer Wolfram-CVD-Reaktionskammer, und
insbesondere ein Verfahren zum Ätzen des Inneren einer Wolfram-
CVD-Reaktionskammer unter Verwendung eines
Plasmaätzverfahrens.
Hintergrund der Erfindung
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Bei einem herkömmlichen Verfahren zum Herstellen einer
Halbleitervorrichtung muß ein elektrisch leitfähiges Loch,
das heißt ein Kontakt, an einer vorbestimmten Position
vorgesehen werden. Als leitfähiges Material ist Aluminium
(Al), das durch Zerstäuben zugeführt worden ist, lange Zeit
verwendet worden. In Verbindung mit der jüngsten
Hochintegration einer Halbleitervorrichtung erreicht jedoch der
Durchmesser eines Kontaktes den Sub-um-Bereich und das
Geometrieverhältnis (ein Verhältnis von Höhe zu Breite)
steigt, wodurch ein Schritt Abdeckung in dem
Aluminiumkontakt verschlechtert wird und einen Kurzschluss verursacht.
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Um dieses Problem zu lösen, wurde ein Verfahren entwickelt,
bei dem vor dem Zerstäuben in einen Kontakt Wolfram
eingesenkt worden ist. Beispielsweise wird ein Wolframfilm als
erstes auf einem Halbleitersubstrat unter Verwendung eines
CVD-Verfahrens ausgebildet, danach wird die gesamte
Oberfläche des Wolframfilms durch Trockenätzen zurückgeätzt. Zu
diesem Zeitpunkt kann der Wolframfilm auf der Oberfläche
des Substrats entfernt werden, aber Wolfram, welches in dem
Kontakt versenkt ist, bleibt bestehen. Dann wird Aluminium
zerstäubt, um das Wolfram in dem Kontakt zu kontaktieren,
wodurch zwischen beiden eine elektrische Leitung erzeugt
wird. Bei diesem Verfahren wird der Vorgang der Wolfram-CVD
unter Bezugnahme auf die Fig. 1 erläutert.
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Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer
herkömmlichen Wolfram-CVD-Vorrichtung. Wie dargestellt, sind in
einer Reaktionskammer 1, die aus Metall besteht, eine Kathode
2 und eine Anode 3 einander gegenüberliegend angeordnet,
wobei der untere Teil der Kathode 2 viele kleine Löcher
hat, die als Gaseinführungseingänge dienen. Ferner ist die
Kathode 2 an eine Hochfrequenzleistungsquelle 4
angeschlossen und die Anode 3 dient auch als Masse. Um die
Reaktionskammer 1 abzusaugen, ist eine Entfernungsvorrichtung 7 für
Stickstofftrifluorid (NF&sub3;) über eine Pumpe 6 angeschlossen.
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Im Betrieb ist ein Halbleitersubstrat 5 auf der Anode 3
angeordnet, dann fließt ein Gas, wie beispielsweise
Wolframhexafluorid (WF&sub6;) mit 200 bis 400 sccm aus den Gaseingängen
in die Reaktionskammer 1, während durch die
Hochfrequenzleistungsquelle 4 eine Hochfrequenz von 13,56 MHz bei 100
bis 300 W erzeugt wird. Dann kann durch Einstellen des
Innendruckes der Reaktionskammer auf ungefähr 66,6 Pa bis
93,3 Pa (0,5 bis 0,7 Torr) durch Steuern der Menge des
abgesaugten Gases und Anheben der Temperatur der Anode 3 auf
300 bis 500ºC ein Wolframfilm auf dem Halbleitersubstrat 5
ausgebildet werden.
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Der Wolframfilm wird auch auf der Innenwand der
Reaktionskammer 1, der Oberfläche der Kathode 2 und der Oberfläche
der Anode 3 mit Ausnahme derjenigen Oberfläche, wo das
Halbleitersubstrat 5 angeordnet ist, ausgebildet, und die
Abscheidungsdicke wird mit Fortschreiten der Abscheidung
graduell erhöht. Da der abgeschiedene Wolframfilm auf der
Innenwand der Reaktionskammer 1 etc. bewirkt, daß Teilchen
bei steigender Filmdicke aus diesem freigegeben werden,
sollte dieser entfernt werden.
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Dieses Entfernen wird durchgeführt, nachdem der Wolframfilm
auf dem Halbleitersubstrat 5 ausgebildet worden ist und das
Halbleitersubstrat 5 aus der Reaktionskammer 1
herausgenommen worden ist. Nach dem Herausnehmen des Substrats 5 wird
die Reaktionskammer 1 evakuiert, um das verbliebene WF&sub6;-
Gas, welches beim Abscheiden des Wolframfilms verwendet
worden ist, abzusaugen, danach wird ein Fluoridgas, wie
beispielsweise Stickstofftrifluorid (NF&sub3;) mit 100 bis 200
sccm in die Reaktionskammer 1 geleitet, dann wird eine
Hochfrequenz von beispielsweise 13,56 MHz bei 300 bis 500 W
erzeugt, währenddessen der Grad des Unterdruckes in der
Reaktionskammer 1 auf beispielsweise 130 Pa bis 200 Pa (100
bis 150 mm Torr) gehalten wird.
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Die Zeit, welche für diese Entfernungsbehandlung
erforderlich ist, ist durch die Dicke des Wolframfilms bestimmt,
der am Inneren der Reaktionskammer 1 anhaftet. Wenn
beispielsweise die Abscheidung eines 500 nm-Films durchgeführt
worden ist, benötigt die Entfernungsbehandlung unter der
vorstehend genannten Bedingung ungefähr 2 Minuten 30
Sekunden. Eine derartige Ätzbehandlung kann nach der Wolfram-CVD
des Halbleitersubstrats 5 durchgeführt werden, wodurch der
Wolframfilm, welcher im Inneren der Reaktionskammer 1 etc.
anhaftet, entfernt wird, um zu verhindern, daß sich
Teilchen lösen. Die Ätzreaktion wird, wie im folgenden gezeigt,
fortgeführt:
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W + 2NF&sub3; WF&sub6; + N&sub2; ..... (1)
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Andererseits wird das NF&sub3;-Restgas, welches mit W nicht
reagiert hat, durch die Pumpe 6 in die Entfernungsvorrichtung
7 abgesaugt, wo es behandelt wird, um nur Stickstoff (N&sub2;)
abzusaugen. Die Entfernungsvorrichtung 7 enthält ein Material
zum Absorbieren von Fluor, welches ungefähr alle drei
bis sechs Monate ausgetauscht wird. Auf diese Art und Weise
kann verhindert werden, daß das schädliche NF&sub3;-Gas direkt
in die Luft geleitet wird. Das durch die vorstehend
genannte Reaktion (1) erhaltene WF&sub6; wird durch ausreichend N&sub2;
verdünnt und danach in die Luft entlassen, so daß kein
Sicherheitsproblem verursacht wird.
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Da jedoch bei dem Plasmaätzen der Reaktionskammer 1 NF&sub3;
verwendet wird, was eine die Erderwärmung steigernde
Substanz ist, kann dies in Zukunft verboten werden. Ferner
besteht das Problem, daß die Entfernungsvorrichtung zum
Behandeln des schädlichen NF&sub3;-Gases teuer ist.
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Die EP-A-0 464 696 offenbart einen
Reaktionskammer-Selbstreinigungsvorgang unter Verwendung eines
fluorkohlenstoffhaltigen Gases und vorzugsweise C&sub2;F&sub6; in Kombination mit
Sauerstoff. Ferner offenbart diese Schrift einen
zweistufigen Vorgang, der als erstes einen kammerweiten Ätzvorgang
bei einem relativ niedrigen Druck, das heißt zwischen 100
und 250 Pa umfaßt und bei dem eine relativ große Trennung
zwischen der Gaseingangsleitung und den Waferhalterungen,
die Hochfrequenzelektroden sind, besteht, und zweitens
einen lokalen Ätzschritt umfaßt, bei dem ein relativ hoher
Kammerdruck von ungefähr 700 bis 1400 Pa verwendet wird und
ein kleiner Elektrodenabstand verwendet wird, um das
Reinigen der Hochfrequenzelektroden zu vervollständigen.
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Ferner offenbart die EP-A-0 574 075 ein Verfahren zum
Reinigen einer Reaktionskammer zum Entfernen von Materialien,
wie beispielsweise Silizium, Siliziumoxid und
Siliziumnitrid, unter Verwendung von Gemischen aus CF&sub4; und O&sub2;SF&sub6; und
N&sub2;O oder C&sub2;F&sub6; und O&sub2;.
Zusammenfassung der Erfindung
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Demgemäß ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren
zum Ätzen des Inneren einer Wolfram-CVD-Reaktionskammer zu
schaffen, bei dem eine Vorrichtung zum Entfernen eines
schädlichen Gases nicht notwendig ist.
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Gemäß der Erfindung wird die vorstehende Aufgabe durch ein
Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Der abhängige
Anspruch bezieht sich auf einen weiteren vorteilhaften Aspekt
der Erfindung.
Kurze Beschreibung der Figuren
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Die Erfindung wird im einzelnen in Verbindung mit den
anhängenden Figuren beschrieben, in welchen zeigt:
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Fig. 1 eine schematische Darstellung einer
Wolfram-CVD-Aufwachsvorrichtung, die bei einem herkömmlichen
Ätzverfahren verwendet wird, und
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Fig. 2 eine schematische Darstellung einer
Wolfram-CVD-Aufwachsvorrichtung, die in bevorzugten
Ausführungsformen gemäß der Erfindung verwendet wird.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Ein Verfahren zum Ätzen des Inneren einer
Wolfram-CVD-Reaktionskammer gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform
wird in der Fig. 2 erläutert, wobei gleiche Teile mit
gleichen Bezugsziffern, wie in der Fig. 1 verwendet, angegeben
sind. Der Aufbau der Wolfram-CVD-Vorrichtung, der bei der
ersten Ausführungsform verwendet wird, ist ähnlich
demjenigen der herkömmlichen Wolfram-CVD-Vorrichtung. Wie in der
Fig. 2 gezeigt, sind in einer Reaktionskammer 1, die aus
Metall besteht, eine Kathode 2 und eine Anode 3 einander
gegenüberliegend angeordnet, wobei der untere Teil der
Kathode 2 viele kleine Löcher hat, die als
Gaseinleitöffnungen dienen. Ferner ist die Kathode 2 an eine
Hochfrequenzleistungsquelle 4 angeschlossen und die Anode 3 dient ebenfalls
als Masse. An die Ausgangsseite der Reaktionskammer 1
ist eine Pumpe 6 angeschlossen, aber anders als bei der
herkömmlichen Vorrichtung ist an der Ausgangsseite der
Pumpe 6 keine Entfernungsvorrichtung 7 angeschlossen.
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Im Betrieb ist ein Halbleitersubstrat 5 auf der Anode 3
angeordnet, dann fließt ein Gas, wie beispielsweise
Wolframhexafluorid (WF&sub6;) mit 200 bis 400 sccm aus den
Gaseingangsöffnungen in die Reaktionskammer 1, während von der
Hochfrequenzleistungsquelle 4 eine Hochfrequenz von 13,56 MHz
bei 100 bis 300 W erzeugt wird. Dann kann durch Einstellen
des Innendruckes der Reaktionskammer auf ungefähr 66,6 Pa
bis 93,3 Pa (0,5 bis 0,7 Torr) durch Steuern der Menge des
abgesaugten Gases und Anheben der Temperatur der Anode 3
auf 300 bis 500ºC ein Wolframfilm auf dem
Halbleitersubstrat 5 ausgebildet werden. Zu diesem Zeitpunkt, und wie
vorstehend erläutert, wird auch auf der Innenwand der
Reaktionskammer 1, der Oberfläche der Kathode 2 und der
Oberfläche der Anode 3 mit Ausnahme derjenigen Oberfläche, wo
das Halbleitersubstrat 5 abgelegt ist, ein Wolframfilm
ausgebildet, wodurch bewirkt wird, daß an diesem Partikel
freigegeben werden.
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Das Entfernen des an der Innenseite der Reaktionskammer 1
abgeschiedenen Wolframs wird durchgeführt, nachdem der
Wolframfilm auf dem Halbleitersubstrat 5 ausgebildet worden
ist und das Halbleitersubstrat 5 aus der Reaktionskammer 1
herausgenommen worden ist. Nach dem Herausnehmen des
Substrats 5 wird die Reaktionskammer 1 evakuiert, um den Rest
des WF&sub6;-Gases, das bei der Abscheidung des Wolframfilms
verwendet worden ist, abzusaugen, danach wird ein
Gasgemisch aus Schwefelhexafluorid (SF&sub6;) und Sauerstoff (O&sub2;)
eingeleitet, die mit beispielsweise 60 bis 70 sccm SF&sub6; und
5 bis 10 sccm Sauerstoff aus den Gaseingangsöffnungen in
die Reaktionskammer strömen, dann wird eine Hochfrequenz
von beispielsweise 13,56 MHz bei 400 bis 500 W unter
Aufrechterhalten des Unterdruckgrades der Reaktionskammer 1
von beispielsweise 6,67 Pa bis 9,33 Pa (50 bis 70 mm Torr)
erzeugt. Die Zeitspanne, welche für diese
Entfernungsbehandlung bei den vorstehend genannten Bedingungen
erforderlich ist, ist beispielsweise für den Fall, daß WCVD eines
Films mit 500 nm Dicke einmal durchgeführt worden ist,
ungefähr 2 Minuten. Die Ätzreaktion in der Reaktionskammer 1
wird wie folgt ausgeführt:
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W + SF&sub6; + O&sub2; WF&sub6; + SO&sub2; ..... (2)
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In diesem Fall wird das aus der Reaktionskammer 1
abgesaugte Gas durch ausreichend N&sub2; verdünnt, in die Außenluft
freigelassen. Daher ist die Entfernungsvorrichtung 7, die
bei dem herkömmlichen Verfahren benötigt worden ist, nicht
notwendig. Nach Beendigung der Ätzbehandlung wird die
Reaktionskammer 1 wiederum evakuiert, dann wird das nächste
Halbleitersubstrat 5 auf der Anode 3 abgelegt, um die WCVD
zu starten.
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Nach 1000-facher Wiederholung der Filmabscheidung und dem
Ätzen gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren
bezüglich des WCVD-Aufwachsens eines Films mit einer Dicke von
500 nm treten keine Partikel auf, wodurch erwiesen ist, daß
das Ätzen gut durchgeführt worden ist.
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Ein Verfahren zum Ätzen des Inneren einer
Wolfram-CVD-Reaktionskammer bei einer zweiten bevorzugten Ausführungsform
wird im folgenden erläutert.
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Verglichen mit der ersten Ausführungsform, bei der das
Ätzen des Inneren der Reaktionskammer 1 unter Verwendung
eines Schrittes durchgeführt worden ist, wird bei der zweiten
Ausführungsform das Ätzen unter Verwendung von zwei
Schritten mit unterschiedlichen Bedingungen durchgeführt.
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Im Betrieb wird ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform
nach dem Beenden des Abscheidens des WCVD-Films und Herausnehmens
des Substrats aus der Reaktionskammer 1 die
Reaktionskammer 1 evakuiert, um den Rest des WF&sub6;-Gases, das bei
dem Abscheiden des Wolframfilms verwendet worden ist,
abzusaugen, danach wird ein Gasgemisch aus Schwefelhexafluorid
(SF&sub6;) und Sauerstoff (O&sub2;) eingeleitet, die mit
beispielsweise 60 bis 70 sccm für SF&sub6; und 5 bis 10 sccm Sauerstoff
aus den Gaseingangsöffnungen in die Reaktionskammer
strömen, dann wird eine Hochfrequenz von beispielsweise 13,56
MHz bei 400 bis 500 W erzeugt, währenddessen der Grad des
Unterdruckes in der Reaktionskammer 1 auf beispielsweise
6,67 Pa bis 9,33 Pa (50 bis 70 mm Torr) gehalten wird. Die
Zeitdauer, die für diese Entfernungsbehandlung bei den
vorstehend genannten Bedingungen erforderlich ist, ist
beispielsweise für den Fall, daß eine WCVD eines Films mit 500
mm Dicke durchgeführt worden ist, ungefähr 2 Minuten.
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In der zweiten Ausführungsform wird nach dem Beenden des
vorstehenden (ersten) Ätzschrittes der zweite Ätzschritt
mit einer unterschiedlichen Bedingung durchgeführt. Bei dem
zweiten Schritt wird ein Druck von 70 bis 100 mm Torr
verwendet, was höher als der Druck bei dem ersten Schritt ist,
und es wird eine Hochfrequenzausgangsleistung von 200 bis
300 W bei 13,56 MHz verwendet. Das zweite Ätzen wird unter
den vorstehend genannten Bedingungen für ungefähr 30
Sekunden durchgeführt.
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Bei der zweiten Ausführungsform ist der erste Ätzschritt
hauptsächlich an der Kathode 2 und der Anode 3 effektiv,
das heißt das Ätzen der Innenwand der Reaktionskammer ist
nicht ausreichend. Dies ist deshalb der Fall, weil das
erzeugte Plasma infolge der Ätzbedingung mit niedrigem Druck
und hoher Leistung um die Elektroden konzentriert ist. Da
im Gegensatz hierzu der zweite Ätzschritt unter der
Bedingung mit höherem Druck und niedrigerer Leistung
durchgeführt wird, verteilt sich das Plasma in der gesamten
Reaktionskammer 1, daher wird das Innere der Reaktionskammer 1
wirksam geätzt.
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Nach dem Beenden des zweiten Ätzschrittes wird, ähnlich wie
bei der ersten Ausführungsform, die Reaktionskammer 1
wiederum evakuiert, dann wird das nächste Halbleitersubstrat 5
auf der Anode 3 abgelegt, um die WCVD zu starten. Bei der
zweiten Ausführungsform treten selbst nach einer
3000-fachen Wiederholung des WCVD-Aufwachsens eines Films mit 500
nm Dicke keine Partikel auf. Bei der zweiten
Ausführungsform kann, obwohl die Behandlungszeit pro einem
Halbleitersubstrat lang wird, der Sauberkeitsgrad für eine zweimal
solange Zeitdauer wie bei der ersten Ausführungsform
gehalten werden. Daher ist die Produktivität gleich derjenigen
der ersten Ausführungsform.