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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Durchführen von
Planarisierungs- und Ausnehmungsätzungen
während
der Herstellung integrierter Schaltungen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch
1.
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Derartige
Verfahren sind beispielsweise aus US-A-5,540,800 und dem Journal of the Electrochemical Society,
Band 139, Nr. 2, Februar 1992, S. 591–599, bekannt.
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Die
Sequenz aus Planarisierungs- und Ausnehmungsätzungen ist bei der Herstellung
einer Vielfalt integrierter Schaltungen (ICs) erforderlich. Beispielsweise
können
als Beispiele bei der Herstellung von integrierten DRAM-Schaltungen
(dynamischer Direktzugriffsspeicher) Grabenkondensatoren über wiederholte
Sequenzen aus Abscheidung, chemisch-mechanischer Planarisierung und Ausnehmungsätzung ausgebildet werden.
Zur Erleichterung der Erörterung
veranschaulichen die 1-3 eine vereinfachte
Sequenz aus Abscheidung, chemisch-mechanischer Planarisierung und
Ausnehmungsätzung,
die im Stand der Technik zum Herstellen eines Grabenkondensators
in einem DRAM verwendet werden könnnen.
Anfangs unter Bezugnahme auf 1 wird ein
Substrat 102, das in der Regel Silizium umfaßt, thermisch
oxidiert, um eine Schicht aus Siliziumdioxid (SiO2) 104 zu
bilden (die etwa 10 nm dick sein kann). Über der Oxidschicht 104 wird
eine Schicht aus Siliziumnitrid 106 unstrukturiert abgeschieden.
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Dann
wird auf der Oberfläche
des Substrats eine herkömmliche
Photolackmaske ausgebildet, um das Ätzen des Grabens 108 im
Substrat 102 durch die Siliziumnitridschicht 106 und
die Oxidschicht 104 zu vereinfachen. Nach dem Entfernen
der Photolackmaske wird über
einen Polysiliziumfüllschritt
Polysilizim über
der oberen Oberfläche
des Substrats 102 und in den Graben 108 abgeschieden.
In 1 ist diese Polysiliziumfüllschicht als Polysiliziumschicht 110 gezeigt.
Um die nachfolgende Ausnehmungsätzung
des Pulysiliziummaterials im Graben 108 zu erleichtern
und die obere Oberfläche
der Polysiliziumschicht 110 zu planarisieren, kann als
nächstes
ein chemisch-mechanischer
Polierschritt (CMP) ausgeführt
werden. Bei dem CMP der Polysiliziumschicht 110 wird in
der Regel die Siliziumnitridschicht 106 als ein CMP-Ätzstopp
verwendet.
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In 2 wurde
die Polysiliziumschicht 110 bis zur oberen Oberfläche der
Siliziumnitridschicht 106 hinunter planarisiert. Im Graben 108 bleibt
jedoch eine Säule
aus Polysiliziummaterial zurück.
Danach wird ein Ätzschritt
des reaktiven Ionenätzens
(RIE) zur Ausnehmungsätzung
der Polysiliziumsäule
im Graben 108 eingesetzt.
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In 3 wurde
durch die RIE-Ätzung
ein Teil der Polysiliziumsäule
im Graben 108 entfernt. Auch die Photolackmaske wurde in 3 entfernt.
Wie man in den 1-3 sehen
kann, wird nach der Sequenz aus Abscheidung (1), chemisch-mechanischer
Planarisierung (2) und Ausnehmungsätzung (3) ein
Polysiliziumplug im Graben 108 ausgebildet. Die Sequenz
aus Abscheidung, chemisch-mechanischem Planarisieren und Ausnehmungsätzung kann
mehrfach wiederholt werden, um die Ausbildung des Grabenkondensators
zu erleichtern.
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Mit
der in den 1–3 beschriebenen
Sequenz aus Abscheidung, chemisch-mechanischer Planarisierung und
Ausnehmungsätzung
sind jedoch Nachteile verbunden. Als Beispiel kann die Verwendung
eines CMP-Schritts zum Planarisieren der Polysiliziumschicht 110 gelegentlich
eine Einwölbung
(„dishing") in den Graben verursachen (d.h.
eine geringfügige
Vertiefung in den Graben), was zu einem Verlust an Ausnehmungstiefensteuerung
und Prozeßschwierigkeiten
bei späteren
Stufen führt.
Der Einwölbungseffekt
ist in 2 zu sehen, die eine Vertiefung über dem
Siliziumplug im Graben 108 zeigt.
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Der
CMP-Schritt weist außerdem
gegenüber
Nitrid eine geringe Selektivität
auf und verursacht eine Erosion der Padnitridschicht 106.
Falls als CMP-Ätzstopp
für mehrere
CMP-Schritte die Siliziumnitridschicht 106 verwendet wird,
kann es zu einen übermäßigen Grad
an Nitriderosion kommen, wodurch das Bauelement möglicherweise
fehlerhaft wird. Zudem kann der CMP-Ätzschritt
eine ungleichförmige
Erosion der Siliziumnitridschicht 106 verursachen, was
auch bei nachfolgenden Prozeßschritten
Schwierigkeiten verursacht. CMP ist allgemein als ein aufwendiger
Prozeß bekannt,
d.h. als Nachteil erfordert er teure Werkzeuge und reduziert den
Waferdurchsatz. Als Nachteil erzeugt der CMP-Prozeß auch eine
Teilchenkontamination in Form einer Aufschlemmung, was danach zeitraubende
Reinigungs- und Trocknungsschritte erfordert.
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Der
CMP-Schritt nach dem Stand der Technik ist nicht nur aufwendig,
der zur Ausnehmungsätzung der
Polysiliziumsäule
im Graben 108 verwendete Schritt des reaktiven Ionenätzens (RIE)
erfordert außerdem seine
eigenen teuren RIE-Werkzeuge. Die Verwendung einer RIE-Technik zur Ausnehmungsätzung des
Polysiliziummaterials im Graben 108 bewirkt auch eine zusätzliche
und/oder ungleichförmige
Erosion der Siliziumnitridschicht 106, da die RIE-Ätzung im
allgemeinen eine physikalische Ätzung
ist, bei der die bombardierenden Ionen im allgemeinen gegenüber Nitrid
eine geringe Selektivität
aufweisen.
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Auch
herkömmliche
Ausnehmungsätzungstechniken
mit einer guten Selektivität
gegenüber
Nitrid weisen ihre Probleme auf. Beispielsweise haben zwar isotrope Ätztechniken
(d.h. solche, die als den Hauptätzmechanismus
die reaktiven Neutralteilchen verwenden) gegenüber Nitrid im allgemeinen eine
gute Selektivität,
doch führen
diese isotropen Ätzprozesse
im allgemeinen zu der Vergrößerung von
Hohlräumen
oder Nähten
in der Polysiliziumsäule
im Graben 108, weil der Polysiliziumfüllschritt, der die Polysiliziumschicht 110 in 1 bildet,
im Graben 108 Nähte
oder Hohlräume
erzeugen kann, falls der Polysiliziumabscheidungsprozeß nicht
sorgfältig
ausgelegt wird oder falls das Seitenverhältnis des Grabens 108 besonders
aggressiv ist. Die Naht oder der Hohlraum ist in 4 als
ein Hohlraum 402 gezeigt. Falls zum Ausnehmen der Polysiliziumsäule im Graben 108 später ein
ausschließlich
oder überwiegend
isotropes Werkzeug verwendet wird, kann ein seitlicher Angriff (der
durch das Vorliegen der neutralen Spezies im Plasma der isotropen Ätzung verursacht
wird) den Hohlraum vergrößern und
während
der Ausnehmungsätzung
einen Verlust an Tiefensteuerung verursachen. Um das eben Gesagte
zu veranschaulichen, ist der seitliche Angriffsmechanismus in 5 dargestellt, in
der der Hohlraum 402 aufgrund der isotropen Ätzwirkung
der im Plasma des isotropen Ätzschritts
vorliegenden reaktiven neutralen Spezies vergrößert wird.
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Wie
man aus dem oben Gesagten erkennen kann, werden verbesserte Techniken
zum Ausführen
der Planarisierungs-/Ausnehmungsätzsequenz
erwünscht,
die vorteilhafterweise einen hohen Grad an Ätztiefensteuerung bei gleichzeitiger
Minimierung der Erosion an der Siliziumnitridschicht bereitstellen.
Die verbesserten Techniken und die Vorrichtungen dafür bewerkstelligen
bevorzugt das oben Gesagte bei gleichzeitiger Minimierung der Kosten,
wodurch Bauelementbeschädigung
aufgrund von Ladung reduziert und der Waferdurchsatz verbessert
wird.
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KURZE DARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft bei einer Ausführungsform ein Verfahren zum
Durchführen
einer Planarisierungsätzung
und einer Ausnehmungsätzung
einer ersten Schicht auf einem Halbleiterwafer in einer HF-blasierten Plasmabehandlungskammer.
Das Verfahren beinhaltet das Platzieren des Halbleiterwafers mit
einem darin ausgebildeten Graben in die Plasmabehandlungskammer
und seine Bearbeitung nach Anspruch 1.
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Diese
und weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden unten in
der ausführlichen
Beschreibung der Erfindung und in Verbindung mit den folgenden Figuren
ausführlicher
beschrieben.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
vorliegende Erfindung wird beispielhaft und nicht als Einschränkung in
den Figuren der beiliegenden Zeichnungen veranschaulicht, in denen
sich gleiche Bezugszahlen auf gleiche Elemente beziehen. Es zeigen:
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1–3 den
Prozeß nach
dem Stand der Technik der CMP-Planarisierungs- und RIE-Ausnehmungsätzung bei
der Herstellung eines Grabenkondensators,
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4 die
Nähte oder
Hohlräume,
die während
der Polysiliziumabscheidung im Polysiliziumplug entstehen können,
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5 den
Mechanismus, durch den die Nähte
oder Hohlräume
im Polysiliziumplug durch die isotrope Ätzung vergrößert werden können,
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6 eine
induktiv gekoppelte Plasmabehandlungskammer nach dem Stand der Technik,
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7 gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung Modifikationen an der oben erwähnten, induktiv
gekoppelten Plasmabehandlungskammer von 6, um den
im wesentlichen isotropen Planarisierungsschritt und die ionenunterstützte Ausnehmungsätzungssequenz
zu erleichtern,
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8 gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung den Wafer von 1,
nachdem eine im wesentlichen isotrope Ätzung verwendet worden ist,
um die Polysiliziumschicht zu planarisieren,
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9 gemäß einem
Aspekt der Erfindung den Polysiliziumplug im Graben, nachdem die
ionenunterstützte
Ausnehmungsätzung
durchgeführt
worden ist.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf einige wenige
veranschaulichende Ausführungsformen,
wie sie in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind, ausführlich beschrieben.
In der folgenden Beschreibung werden zahlreiche spezifische Einzelheiten
dargelegt, um ein eingehendes Verständnis der vorliegenden Erfindung
zu ermöglichen.
Für den
Fachmann ist jedoch offensichtlich, daß die vorliegende Erfindung
ohne einige oder alle dieser spezifischen Einzelheiten praktiziert
werden kann. In anderen Fällen
sind wohlbekannte Prozeßschritte
und/oder -strukturen nicht ausführlich
beschrieben worden, um die vorliegende Erfindung nicht unnötig undeutlich
zu machen.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung werden verbesserte Techniken zum
Durchführen der
Planarisierungs-/Ausnehmungsätzsequenz
bereitgestellt, vorteilhafterweise die Kosten und Bauelementbeschädigung aufgrund
von Ladung minimiert und gleichzeitig den Waferdurchsatz verbessert.
Statt zwei verschiedene Werkzeuge zu verwenden, zum beispiel ein
CMP-Werkzeug und ein RIE-Werkzeug wie im Fall des Stands der Technik
der 1–3,
erleichtert die Erfindung die Planarisierungsätzung und die Ausnehmungsätzung in
einer einzigen Plasmabehandlungskammer. Die Planarisierungsätzung wird
auf eine im wesentlichen isotrope Weise durchgeführt, während die einen anderen Satz
von Parametern verwendende darauffolgende Ausnehmungsätzung die
Polysiliziumsäule
unter Verwendung einer mehr anisotropen Ätzung ausnimmt.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Planarisierungsätzung unter
Verwendung eines HF-basierten
Werkzeugs durchgeführt,
das die Polysiliziumschicht unter Verwendung eines Plasmas mit einer
relativ geringen Ionendichte bis hinunter zur Nitridschicht planarisiert.
Nachdem die Polysiliziumschicht bis hinunter zur oberen Oberfläche der
Siliziumnitridschicht planarisiert worden ist, wird mit dem gleichen HF-basierten
Werkzeug eine ionenunterstützte
Ausnehmungsätzung
durchgeführt,
wenngleich ein Plasma mit einer höheren Ionendichte verwendet
wird.
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Die
relativ geringe Ionendichte im Plasma der Planarisierungsätzung stellt
sicher, daß das Ätzprofil
im wesentlichen planar ist, während
seine hohe Selektivität
gegenüber
Nitrid ein Mindestniveau an Nitriderosion sicherstellt. Andererseits
wird durch die höhere
Ionendichte im Plasma des ionenunterstützten Ausnehmungsätzschritts
die Richtungsabhängigkeit
der Ausnehmungsätzung
vergrößert, um
die Vergrößerung von
Hohlräumen
während
der Polysiliziumausnehmungsätzung
zu minimieren. Da das gleiche HF-basierte Werkzeug sowohl für die Planarisierungsätzung als
auch die ionenunterstützte
Ausnehmungsätzung
verwendet wird, besteht kein Bedarf dafür, zwei getrennte Werkzeuge
zu kaufen und zu warten, wie in dem Fall, der durch den Stand der
Technik in den 1–3 dargestellt
ist. Da das gleiche HF-basierte Werkzeug sowohl für die Planarisierungs-
als auch ionenunterstützten
Ausnehmungsätzungen
verwendet wird, besteht zudem keine Notwendigkeit dafür, den Wafer
von einem Bearbeitungswerkzeug zum nächsten zu bewegen (wie dies
zwischen dem CMP-Schritt und dem RIE-Ätzschritt des Stands der Technik
nach den 2 und 3 erfolgt).
Die Planarisierungs-/Ausnehmungsätzsequenz
erfordert dementsprechend weniger Zeit, was den Waferdurchsatz vorteilhafterweise
verbessert.
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Die
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung lassen sich unter
Bezugnahme auf die folgenden Figuren klarer verstehen. 6 zeigt
eine induktiv gekoppelte Plasmabehandlungskammer 600 nach
dem Stand der Technik, die eine induktiv gekoppelte (ICP) Plasmakammer
der Firma Mattson Technology darstellt, die in Fremont, Kalifornien,
USA, erhältlich
ist.
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Wie
in 6 gezeigt, enthält die Kammer 600 einen
Gaseinlaß 602 zum
Eintrag eines Reaktionsquellengases in die Kammer 604 über einen
Koppler 606. Eine Spule 610 koppelt bei Bestromung
induktiv mit dem Reaktionsquellengas in der Kammer 604 unter
Ausbildung eines Plasmas 612 zum Ätzen des Wafers 614. Zwischen
Wafer 614 und Plasma 612 ist ein Ionengitter 616 gezeigt,
dessen Aufgabe darin besteht, zu verhindern, daß die Ionen im Plasma 612 den
Wafer 614 erreichen.
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Der
Wafer 614 ist auf einer gleichförmigen Widerstandsheizplatte 620 angeordnet
gezeigt, die dahingehend fungiert, die Temperatur des Wafers 614 während des Ätzens zu
stabilisieren. Ein Faraday-Schirm 622 in Form eines Zylinders
mit offenem Ende ist zwischen Spule 610 und Außenwand 624 der
Kammer 604 angeordnet. Der Faraday-Schirm 622,
der im Stand der Technik in der Regel geerdet ist, verhindert, daß die von der
Spule 610 erzeugten elektrischen Feldlinien in die Kammer 604 eindringen.
Dementsprechend können
nur magnetische Feldlinien in die Kammer 604 eindringen,
um mit dem Plasma 612 zu koppeln.
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Der
Faraday-Schirm 622 besteht aus einem leitenden Material
und ist in der Regel geerdet, was im wesentlichen alle elektrischen
Feldlinien daran hindert, in die Kammer 604 einzudringen.
Dementsprechend werden im Plasma 612, wenn überhaupt,
dann nur wenige Ionen erzeugt. In dem Ausmaß, in dem etwaige Ionen erzeugt
werden, werden die meisten von ihnen von der Ionenabschirmung 616 daran
gehindert, den Wafer 614 zu erreichen. Die induktiv gekoppelte
Plasmakammer 600 nach dem Stand der Technik erzeugt dementsprechend
jederzeit eine im wesentlichen isotrope Ätzung, bei der die reaktiven
Neutralteilchen den Hauptätzmechanismus
darstellen.
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7 veranschaulicht
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung Modifikationen an der oben erwähnten induktiv
gekoppelten Plasmakammer 600 von 6. Die Modifikationen
gestatten vorteilhafterweise die Durchführung der Planarisierungs-
und Ausnehmungsätzsequenz
in einer einzigen Plasmabearbeitungskammer, ohne daß ein CMP- und/oder RIE-Ätzschritt
erforderlich ist. Es sei jedoch daran erinnert, daß zur Erleichterung
der Erörterung
zwar hier die Ätzanlage
von Mattson Technology verwendet wird, die Erfindung jedoch nicht
auf eine derartige Ätzanlage
beschränkt
ist und tatsächlich
in jeder Plasmabehandlungskammer ausgeübt werden kann, die die Ionendichte
zwischen dem Schritt der Planarisierungsätzung und der Ausnehmungsätzung variieren
kann.
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In 7 ist
eine veränderliche
Abschirmung 702 gegen elektrische Felder zwischen Spule 610 und Außenwand 624 der
Kammer 604 angeordnet. Die veränderliche Abschirmung 702 gegen
elektrische Felder stellt eine Abschirmung dar, die so gesteuert
werden kann, daß sie
die Stärke
des in die Kammer 604 eindringenden elektrischen Felds
variiert. Zur Verbesserung der Atzgleichförmigkeit kann eine wahlweise
Gasverteilungsplatte verwendet werden, um das Ätzmittelgas in der Plasmabehandlugskammer
gleichmäßiger zu
verteilen.
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Bei
einer Ausführungsform
stellt die veränderliche
Abschirmung 702 gegen elektrische Felder eine beliebige
geeignete veränderliche
Abschirmung gegen elektrische Felder dar. Bevorzugt wird die veränderliche Abschirmung 702 gegen
elektrische Felder durch eine doppelte Faraday-Abschirmung implementiert,
d.h. zwei Faraday-Abschirmungen, die ineinander verschachtelt sind.
Mindestens eine (oder sogar beide) der Faraday-Abschirmungen kann mit einer oder mehreren Öffnungen
versehen sein, zum Beispiel Schlitzen oder Löchern. Indem die Abschirmungen
relativ zueinander gedreht werden, wird eine veränderliche Fläche der
Außenwand 624 für die Durchdringung
des elektrischen Felds freigegeben. Auf diese Weise kann das Ausmaß der kapazitiven
Koppelung und Ionenerzeugung in der Kammer 604 variiert
werden.
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Als
ein Beispiel kann die veränderliche
Abschirmung 702 gegen elektrische Felder auch so konfiguriert werden,
daß sie
entweder in der ungeerdeten oder geerdeten Betriebsart arbeitet.
Wenn die veränderliche
Abschirmung 702 gegen elektrische Felder geerdet ist, werden
mehr der erzeugten elektrischen Feldlinien absorbiert und die kapazitive
Koppelung wird wesentlich reduziert. In der ungeerdeten Betriebsart
nimmt die kapazitive Koppelung zu, wobei gleichzeitig die Menge
der in der Kammer 604 erzeugten Ionen erhöht wird
und dadurch die Ätzung
darin mehr physikalisch und anisotrop wird.
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Die
Ionenabschirmung 704 stellt eine Ionenabschirmung dar,
die den Durchtritt einer veränderlichen Ionenmenge
von Kammer 604 zu Wafer 706 gestattet. Bei einem
Beispiel stellt die veränderliche
Ionenabschirmung 704 eine bewegliche Ionenabschirmung dar,
die bewegt werden. kann, um den Wafer 706 mehr von den in
der Kammer 604 erzeugten Ionen auszusetzen.
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Eine
HF-Stromversorgung 710 liefert HF-Energie an einen elektrostatischen
Scheibenhalter 712. Bei einem Beispiel stellt die HF-Stromversorgung 710 eine
HF-Stromversorgung
mit 12,56 MHz dar. Indem die Menge an dem ESC-Scheibenhalter 712 zugeführter HF-Leistung
variiert wird, kann die Energie der erzeugten Ionen variiert werden,
um die vertikale Richtungsabhängigkeit
der Ätzung
zu vergrößern oder
zu verringern, d.h., die Ätzung
mehr oder weniger isotrop zu machen. Das Variieren der dem Scheibenhalter
zugeführten HF-Leistungsmenge stellt
einen zusätzlichen
oder alternativen Mechanismus dar, um den Charakter des Ätzprozesses
in der Kammer 604 so zu ändern, daß entweder die im wesentlichen
isotrope Planarisierungsätzung oder
die mehr physikalische Ausnehmungsätzung durchgeführt wird.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird die Planarisierungsätzung mit
einer Ionendichte durchgeführt,
die geringer ist als die zum Durchführen der ionenunterstützten Ausnehmungsätzung verwendete
Ionendichte. Als Beispiel kann die veränderliche Abschirmung 702 gegen
elektrische Felder so konfiguriert werden (d.h. durch Drehen der
Faraday-Abschirmungen
relativ zueinander), daß das
Eindringen des elektrischen Felds in die Kammer 604 minimiert
und dadurch der Mechanismus der kapazitiven Koppelung im wesentlichen
eliminiert und die in der Kammer 604 während der Planarisierungsätzung erzeugte
Ionenmenge reduziert werden. Wie der Fachmann erkennt, wird durch
die Minimierung der Ionenerzeugung die Ätzung während die Planarisierungsätzung im
wesentlichen isotrop. Bei einem weiteren Beispiel kann die in der
Plasmabehandlungskammer erzeugte Ionendichte durch Erden der Faraday-Abschirmung
gesenkt werden, und alternativ oder zusätzlich kann die Planarisierungsätzung mit
einem Ionenenergiepegel durchgeführt werden,
der geringer ist als der bei der ionenunterstützten Ausnehmungsätzung verwendete
Ionenenergiepegel. Den geringeren Ionenenergiepegel während der
Planarisierungsätzung
kann man beispielsweise erzielen durch Ändern der dem ESC-Scheibenhalter 712 zugeführten HF-Leistungsmenge.
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Die 8–9 veranschaulichen
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung die erfinderische Planarisierungs-/Ausnehmungsätzsequenz.
Nach der Ausbildung des Grabens und dem Abscheiden des Polysiliziummaterials
in den Graben und über
der Waferoberfläche
(wie in 1 gezeigt) wird die variable
Ionenkammer 700 so konfiguriert, daß sie eine im wesentlichen
isotrope Ätzung
durchführt,
d.h. unter Verwendung einer geringen Ionendichte und/oder eines
niedrigen Ionenenergiepegels. Die Planarisierungsätzung wird
bevorzugt mit einem Ätzmittel
ausgeführt,
das gegenüber
der darunterliegenden Nitridschicht selektiv ist. Bei einer Ausführungsform
wird ein Ätzmittelquellengas,
das CF4/O2 umfaßt, sowohl
bei der Planarisierungsätzung
als auch der ionenunterstützten
Ausnehmungsätzung
eingesetzt. Da CMP nicht für
die Planarisierung verwendet wird, wird eine Einwölbung oder
eine ungleichförmige
Padnitriderosion im wesentlichen auf ein Minimum reduziert. Dies
ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Planarisierungs-/Ausnehmungsätzungssequenz
wiederholt durchgeführt
werden muß,
zum Beispiel bei der Herstellung eines Tiefgrabenkondensators.
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Nach
dem Planarisieren der Polysiliziumschicht in 8 wird eine
ionenunterstützte
Ausnehmungsätzung,
die einen höheren
Ionendichtepegel verwendet, dazu eingesetzt, die Polysiliziumsäule im Graben
zurück auszunehmen.
Bei dieser Ausführungsform
kann der größere Ionendichtepegel
der ionenunterstützten
Ausnehmungsätzung
erzielt werden, indem die veränderliche
Abschirmung 702 gegen elektrische Felder so konfiguriert
wird, daß mehr
der elektrischen Feldlinien die Kammer 609 durchdringen
können,
um mit dem Plasma darin kapazitiv zu koppeln. Auf diese Weise werden
im Plasma mehr Ionen erzeugt, um der ionenunterstützten Ausnehmungsätzung mehr
Richtungsabhängigkeit
zu geben.
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Es
existieren auch weitere Beispiele für Mechanismen, um die Ionendichte
und/oder Ionenenergie in der Plasmabehandlungskammer zu erhöhen. Unter
Bezugnahme auf 7 kann die HF-Stromversorgung 710 zusätzlich oder
alternativ so konfiguriert werden, daß die Vorspannung zu dem ESC-Scheibenhalter 712 zum
Vergrößern der
Ionenenergie erhöht
wird, damit die Ätzung
mehr anisotrop wird. Zusätzlich
oder alternativ kann die veränderliche
Ionenabschirmung 704 so konfiguriert werden, daß mehr Ionen
den Wafer 706 erreichen können, d.h. durch Bewegen der
veränderlichen
Ionenabschirmung 704 aus dem Weg heraus, damit die Ätzung mehr
anisotrop wird. Zusätzlich
oder alternativ kann die veränderliche
Abschirmung 702 gegen elektrische Felder von Masse entkoppelt
oder erdfrei gemacht werden, um das Ausmaß der kapazitiven Koppelung zu
erhöhen
und dadurch in der Kammer 604 mehr Ionen zu erzeugen. Das
Ergebnis der ionenunterstützten Ausnehmungsätzung ist
in 9 gezeigt.
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Beispiel
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Bei
einem Beispiel ein 200 mm-Wafer mit einer 300 nm (3000 Angstrom)-dicken
Polysiliziumschicht darauf, angeordnet über eine Siliziumnitridschicht
und in einen 8 Mikrometer tiefen Graben (mit einem Seitenverhältnis von
32:1. Das Polysilizium ist in den Graben bis auf eine Tiefe von
1,5 +/– 0,2
Mikrometer ausgenommen.
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Die
nachfolgende Tabelle 1 veranschaulicht die ungefähren Werten, die sich zum Durchführen der
im wesentlichen isotropen Planarisierungsätzung und der ionenunterstützten Ausnehmungsätzung des
Polysiliziums auf einem derartigen Wafer eignen. Man beachte, daß die dargestellten
Werte zur Verwendung in dem System CDE 80 von Shibaura, erhältlich von
Shibaura Corporation of Japan, optimiert sind. Die Optimierung der
offengelegten Werte für
eine Eignung für
die Anforderungen verschiedener Werkzeuge liegt innerhalb der Fähigkeiten
des Fachmanns, der diese Offenbarung erhält.
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Wie
man anhand des oben Gesagten erkennen kann, eliminiert die Erfindung
vorteilhafterweise den teuren chemisch-mechanischen Polierschritt
(und das erforderliche Werkzeug dafür). Dementsprechend werden
CMP-betreffende Probleme der Planarisierungs-/Ausnehmungsätzungssequenz nach dem Stand
der Technik vorteilhafterweise eliminiert. Beispielsweise wurde
der in 2 gezeigte CMP-induzierte Einwölbungseffekt eliminiert, wenn
der CMP-Ätzschritt
durch die im wesentlichen isotrope Planarisierungsätzung substitutiert
wird. Durch das Fehlen des Einwölbungsphänomens wird
die Ätztiefensteuerunq
in der darauffolgenden Ausnehmungsätzung verbessert.
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Durch
die Eliminierung des CMP-Schritts wird auch die Erosion der Siliziumnitridschicht
auf ein Minimum reduziert, da die im wesentlichen isotrope Planarisierungsätzung mit
wenigen Ionen gegenüber
Siliziumnitrid eine größere Selektivität aufweist
als der CMP-Planarisierungsätzschritt
nach dem Stand der Technik. Da die Nitridschicht nicht länger als
eine Ätzstoppschicht
für das
chemisch-mechanische Polieren verwendet wird, kommt es zu weniger
Abnutzung bei der Siliziumnitridschicht. Dies ist bei Anwendungen
von größerer Wichtigkeit,
bei denen mehrere Planarisierungs-/Ausnehmungsätzungssequenzen durchgeführt werden
müssen, zum
Beispiel bei der Herstellung von Grabenkondensatoren für DRAMs.
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Wie
erwähnt,
wird durch die Verwendung einer einzigen Plasmabehandlungskammer,
um sowohl die Planarisierungsätzung
als auch die ionenunterstützte
Ausnehmungsätzung
durchzuführen,
die Waferprozeßzeit
vorteilhafterweise reduziert, da der Wafer nicht länger von
einem Werkzeug zum nächsten
bewegt werden muß.
Bei mehreren Planarisierungs-/Ausnehmungsätzungssequenzanwendungen kann
die Zeiteinsparung erheblich sein.
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Zusätzlich minimiert
die Verwendung eines ionenunterstützten Ausnehmungsätzungsschritts
zum Ausnehmen der Polysiliziumsäule
vorteilhafterweise die Verstärkung
von Säumen
oder Lücken
in Polysilizium. Die Zunahme der Ionendichte bei dem Schritt des
ionenunterstützten
Ausnehmungsätzens
vergrößert die
Direktionalität
der Ätzung,
wodurch seitliche Angriffe auf Säume
oder Lücken
minimiert werden, und dadurch wird eine verbesserte Ätztiefensteuerung
erreicht.
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Da
der ionenunterstützte
Ausnehmungsätzungsschritt
einen Ionendichte- und/oder Ionenenergiepegel verwendet, der niedriger
ist als der während
der RIE-Ausnehmungsätzung nach
dem Stand der Technik verwendete Pegel, erfährt der Wafer während des
ionenunterstützten
Ausnehmungsätzungsschritts
weniger Bombardierung. Durch die reduzierte Bombardierung wird die Ätzung vorteilhafterweise
weniger physikalisch und selektiver gegenüber Siliziumnitrid als die
RIE-Ausnehmungsätzung
nach dem Stand der Technik. Durch einen geringeren Ionenenergie-
und/oder Ionendichtepegel wird zudem auch die Möglichkeit einer Bauelementbeschädigung aufgrund
des Ladens während
der ionenunterstützten
Ausnehmungsätzung
auf ein Minimum reduziert.
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Weenngleich
die vorliegende Erfindung in Form mehrerer Ausführungsformen beschrieben worden
ist, existieren Änderungen,
Permutationen und Äquivalente,
die in den Schutzbereich der Ansprüche fallen. Es sei angemerkt,
daß die
Planarisierungs-/Ausnehmungsätzungssequenz
hier zur Erleichterung der Erörterung
verwendet wird, die Erfindung aber auch auf jede Prozeßsequenz
angewendet werden kann, die zwei aufeinanderfolgende Ätzungen
erfordert, von denen eine mehr isotrop ist als die andere. Beispielsweise
kann die Erfindung dafür
eingesetzt werden, um eine Grabenätzung und danach ein Photolackablösen in einer
einzigen Plasmabehandlungskammer durchzuführen. Als weiteres Beispiel
kann die Erfindung dafür
verwendet werden, eine Lackplanarisierung und -ausnehmung vorzunehmen.
Als weiteres Beispiel kann die Erfindung zum Ausbilden von Polysiliziumpfosten
auf einem Wafer verwendet werden. Es ist deshalb beabsichtigt, daß die folgenden
beigefügten
Ansprüche
so ausgelegt werden sollen, daß sie
alle derartigen Änderungen,
Permutationen und Äquivalente
beinhalten, die in den eigentlichen Erfindungsgedanken und Schutzbereich
der vorliegenden Ansprüche
fallen.