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Die vorliegende Erfindung betrifft
die Herstellung integrierter Halbleiterschaltungen (IC's). Die vorliegende
Erfindung betrifft insbesondere Techniken zur Verminderung der Maskenerosion
während
der Ätzung
von Strukturen in eine Substratschicht.
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Mehrfache Auftragungs- und/oder Ätzschritte
können
während
der Herstellung eines auf Halbleiter basierenden Produkts, z. B.
eines Flach-Displaypanels oder einer integrierten Schaltung, angewendet
werden. Während
des Auftragungsschrittes werden Materialien auf einer Substratoberfläche (wie
die Oberfläche
eines Glaspanels oder eines Wafers) aufgetragen. Umgekehrt kann
das Ätzen
angewendet werden, um Materialien von bestimmten Bereichen der Substratoberfläche zu entfernen.
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Üblicherweise
wird eine aus einem geeigneten Maskenmaterial, wie Photolack, geformte
Maske während
des Ätzens
verwendet, um in der darunter liegenden Schicht zu ätzende Bereiche
zu definieren. In einer beispielhaften Photolacktechnik wird das Photolackmaterial
erst auf die darunter liegende zu ätzende Schicht aufgetragen.
Dann wird das Photomaterial durch Belichtung des Photolackmaterials
in einem geeigneten Lithographiesystem und durch Entwickeln des
Photolackmaterials strukturiert, um eine Maske zu formen und die
folgende Ätzung
zu erleichtern. Unter Verwendung eines entsprechenden Ätzmittels
können
dann Bereiche der darunter liegenden Schicht, die von der Maske
ungeschützt
sind, mittels einem geeigneten Ätzmittel-Quellengases weggeätzt werden,
wodurch Strukturen, wie Vertiefungen oder Pfade, in der darunter
liegende Schicht geformt werden.
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Zur Veranschaulichung zeigt 1 einen beispielhaften Substratstapel 100 mit
einer Maske 102, einer darunter liegenden Schicht 104 und
einem Substrat 106. Die Maske 102 kann, wie erwähnt, eine Photolackmaske
sein oder aus irgendeinem geeigneten Maskenmaterial, einschließlich harten
Maskenmaterialien, geformt sein. Die darunter liegende Schicht 104 entspricht
der bzw. den Schichten, die geätzt
werden sollten. Obwohl die darunter liegende Schicht 104,
je nach der spezifischen Anwendung, aus jedem ätzbaren Material, einschließlich z.
B. Polysilizium, Metall oder Ähnlichem
gebildet sein kann, entspricht die darunter liegende Schicht 104 zur
einfacheren Erläuterung
hier einer dielektrischen Schicht (z. B, einer dotierten oder undotierten,
Siliziumdioxid enthaltenden Schicht). Das Substrat 104 enthält die Schichten
und Merkmale, die der zu ätzenden
Schicht zugrunde liegen und kann den Halbleiterwafer oder das Glaspanel
selbst enthalten. Die Zusammensetzung des Substrats 104 ist
jedoch für die
vorliegende Erfindung nicht relevant.
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Innerhalb der Maske 102 ist
eine Öffnung 108 dargestellt,
die während
des Maskenmusterformungsprozesses erzeugt wurde. Durch die Öffnung 108 reagieren Ätzmittel
(oder aus einem solchen Ätzmittel
gebildetes Plasma) mit dem Material der darunter liegenden Schicht 104,
um Strukturen (z. B. Pfade und Vertiefungen) in die darunter liegende
Schicht 104 zu ätzen.
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Die Herausforderung bei jeder Ätzung besteht
darin, einen Ätzprozess
anzugeben, der eine hohe Ätzrate
durch die darunter liegende Schicht 104 bei Erhaltung des
gewünschten
vertikalen Ätzprofils und
ohne Verursachung einer übermäßigen Beschädigung der
Schutzmaske erzielen kann. Die letztere Überlegung ist besonders wichtig,
weil, wenn die Maske versehentlich während des Ätzens beschädigt wird, die Bereiche der
darunter liegenden Schicht, die unterhalb des Schutzmaskenmaterials
angeordnet sind, unerwünscht
weggeätzt
werden könnten,
was zu Fehlern in dem resultierenden halbleiterbasierenden Produkt
führt.
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Zur Veranschaulichung des Maskenerosionsproblems
zeigt 2 das Ergebnis
der Ätzung, nachdem
der Substratstapel 100 mit Hilfe eines konventionellen
plasmaverbesserten Ätzungsprozess geätzt wurde.
Wie in 2 gezeigt, bewirkt
die Maskenerosion, das etwas von der Maske 102, als Dicke 202 dargestellt,
entfernt wird. In der Umgebung der Öffnung 108 in der
Maske 102 ist das Maskenmaterial sowohl in der vertikalen
Richtung (welches den Massenverlust 202 bewirkt) als auch
in der horizontalen Richtung in Form der Facette 206 erodiert.
Obwohl in 2 nicht gezeigt,
könnte
eine übermäßige Maskenerosion
eine Facette schaffen, die groß genug
ist, so dass das darunter liegende Material der Schicht 104 dem Ätzmittel
ausgesetzt wird, was zu einem unerwünschten Schaden in der darunter
liegenden Schicht 104 in der Umgebung der Öffnung 108 führt.
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Die Maskenerosion ist eine noch größere Herausforderung
bei der Herstellung von modernen integrierten Schaltkreisen mit
hoher Dichte. Moderne integrierte Schaltkreise werden, um eine größere Schaltkreisdichte
zu erreichen, mit zunehmend engeren Entwurfsregeln skaliert. Als
Ergebnis hat die Minimaltrennung zwischen benachbarten Einheiten
auf der integrierten Schaltung stark abgenommen.
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Beispielsweise ist es nicht ungewöhnlich, Entwurfsregeln
so klein wie 0,18 μm
oder noch kleiner bei der Herstellung einiger integrierter Schaltungen
mit hoher Dichte zu verwenden. Da benachbarte Einheiten enger zusammengepackt
werden, besteht eine Begrenzung der maximal zulässigen Dicke der Maskenschicht.
Beispielsweise könnte,
wenn die Maske für
eine gegebene Entwurfsregel übermäßig dick
ist, es nicht möglich
sein, die Maske für
das Ätzen
richtig zu mustern (strukturieren). Da die Maskenschicht, um den
engen Entwurfsregeln integrierter Schaltungen mit hoher Dichte zu
genügen,
dünner und
dünner
wird, wird die Maskenselektivität
immer wichtiger, um die unbeabsichtigte Maskenerosion zu verhindern.
Dementsprechend gibt es einen Bedarf für einen Ätzungsprozess, der die allgemeine Ätzrate und
die Maskenselektivität
maximieren kann, während
das gewünschte
vertikale Ätzprofil
aufrecht erhalten wird.
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Die EP-A-0734046 offenbart die Verwendung
einer Bias-Amplitudenmodulation, aber offenbart nicht die Verwendung
eines flurkohlenwasserstoffhaltigen Gases.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
wird ein Verfahren zur Verbesserung der Photolackselektivität während des Ätzens eines
Pfades in einer unter der Maske liegenden dielektrischen Schicht
mittels einer Photolackwäsche
geschaffen, wobei die dielektrische Schicht auf einem auf einer
Spannvorrichtung innerhalb einer Plasmaverarbeitungskammer platzierten
Substrat angeordnet ist, mit den Schritten:
Einströmen eines Ätzmittelquellengases
in die Plasmaverarbeitungskammer, wobei das Ätzmittelquellengas ein flurkohlenwasserstoffhaltiges
Gas und ein im Wesentlichen nicht reaktionsfähiges Gas enthält,
Bilden
eines Plasmas aus dem Ätzmittelquellengas, und
Bereitstellen
eines gepulsten RF-Leistungs(signal)verlaufes, der eine erste Frequenz
aufweist und zwischen einem Hoch- und einem Niedrig-Leistungszyklus
in einer Pulsfrequenz wechselt, zu der Spannvorrichtung, wobei ein
maximales Leistungsniveau während
des Niedrig-Leistungszyklus und die Pulsfrequenz so gewählt werden,
das Polymer während des
Niedrig-Leistungszyklus auf die Maske aufgebracht wird.
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Die vorliegende Erfindung wird unter
Bezug auf die beigefügten
Zeichnungen näher
erläutert,
in denen zeigen:
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1 zur
Veranschaulichung beispielhaft einen Substratstapel mit der Maske,
der darunter liegende zu ätzende
Schicht und dem Substrat,
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2 das
Ergebnis nach der Ätzung
des in 1 gezeigten Substratstapels
bei Verwendung eines herkömmlichen
plasmaverbesserten Ätzungsprozesses.
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3 eine
vereinfachte schematische Darstellung des TCPTM 9100
Plasmaverarbeitungssystems, welches für die Ausführung der vorliegenden Erfindung
geeignet ist.
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4 der
kontinuierliche RF-Leistungs(signal)verlauf gemäß dem Stand der Technik,
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5 den
gepulsten RF-Leistungs(signal)verlauf, der der Spannvorrichtung
zur Reduzierung der Maskenerosion während des Ätzens zugeführt wird,
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6 ein
beispielhaftes Kurvendiagramm der Ätzrate über der RF-Bias-Leistung für einen
hypothetischen Ätzungsprozess
zur Veranschaulichung der konkurrierenden Mechanismen, die während der Plasmaätzung existieren
und
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7 bis 9 verschiedene Ätzungsergebnisse
bei unterschiedlichen RF-Bias-Leistungseinstellungen.
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Die vorliegende Erfindung wird nun
im Detail mit Bezug auf einige in den begleitenden Zeichnungen erläuterten
bevorzugten Ausführungsbeispielen beschrieben.
In der folgenden Beschreibung werden zahlreiche spezifische Details
für ein
gutes Verständnis
der vorliegenden Erfindung hervorgehoben. Es ist jedoch dem Fachmann
offensichtlich, dass die vorliegende Erfindung ohne einige oder
alle dieser spezifischen Details ausgeführt werden könnte. Andererseits
sind allgemein bekannte Verfahrensschritte und/oder Strukturen nicht
im Detail beschrieben worden, um die vorliegende Erfindung nicht
zu verschleiern.
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Entsprechend einer Ausführung der
vorliegenden Erfindung wird die Erosion der Maske durch Ätzung des
Substratstapel (Substratstack) mit gepulster RF-Bias-Leistung in einem
Plasmaverarbeitungssystem vorteilhaft minimiert. Der Ausdruck „Maske" umfasst hierbei
alle Arten von Maskierungsmaterialien einschließlich z. B. Polysilizium, Photolack,
Hartmaskenmaterialien oder dergleichen. Die Ätzung findet, während das
Substrat auf einer Spannvorrichtung innerhalb der Plasmaverarbeitungskammer
angeordnet ist, statt. Die gepulste HF- bzw. RF-Bias-Leistung, welche
eine vordefinierte RF-Frequenz hat, wird an der Spannvorrichtung
bereitgestellt und wechselt zwischen einem hohen Leistungsniveau
und einem niedrigen Leistungsniveau bei einer bestimmten Pulsfrequenz.
Durch Auswahl der geeigneten Pulsfrequenz, des Betriebszyklus und
des Leistungsniveaus kann, um eine Polymerablagerung auf der Maskenoberfläche während die
gepulste RF-Bias-Leistung
in dem Niedrig-Leistungszyklus ist zu ermöglichen, kann die gesamte Maskenerosion
reduziert werden. Während
des Hoch-Leistungszyklus erfolgt die Ätzung der darunter liegenden Schicht
durch die Öffnungen
in der Maske. In einer Ausführung
der vorliegenden Erfindung kann das Ätzprofil durch Auswahl der
entsprechenden Pulsfrequenz, des Betriebszyklus und der Leistungsniveaus während des
Hoch-Leistungszyklus so verbessert werden, dass bevorzugt das gesamte
entlang der Seitenwände
der Strukturen und an dem Boden der zu ätzenden Struktur befindliche
Polymer entfernt wird.
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Es wird davon ausgegangen, dass die
Maskenerosionsverringerungstechnik der vorliegenden Erfindung bei
jedem geeigneten Plasmaverarbeitungssystem angewendet werden kann,
bei dem die RF-Stromversorgung zwischen einem Hoch-Leistungsniveau und
einem Niedrig-Leistungsniveau gepulst werden kann. Beispielsweise
kann die Ätzung gemäß der vorliegenden
Erfindung in einigen der bekannten Plasmaverarbeitungsapparate einschließlich jener,
die für
eine trockene Ätzung
ausgebildet sind, Plasmaätzung
mittels reaktiver Ionen (RIE), magnetisch verbesserter reaktive
Ionenätzung
(MERIE) oder Ähnlichem,
ausgeführt
werden. Dies gilt unabhängig
davon, ob die Energie zum Plasma mittels kapazitiv gekoppelter paralleler
Elektrodenplatten, durch Elektron-Zyklotron-Resonanz(ECR)Quellen,
Mikrowellen-Plasma-Quellen, durch induktiv gekoppelter RF-Quellen, wie Helikon,
Wendelresonatoren und induktive Spulen (planar oder nicht planar) übertragen
wird. Die Plasmaverarbeitungssysteme ECR und TCPTM (transformatorgekoppeltes
Plasma) sind u. a. von Lam Research Corporation of Fremont, Kalifornien
erhältlich.
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In einem Ausführungsbeispiel wird, obwohl, wie
oben erwähnt,
jedes andere konventionelle und geeignete Plasmaverarbeitungssystem
verwendet werden kann, die vorliegende Erfindung in einem TCPTM9100 Plasmareaktor mit niedrigem Druck
und hohe Dichte angewendet, der von Lam Research Corporation erhältlich ist. 3 zeigt eine vereinfachte
schematische Darstellung des TCMTM9100 Plasmareaktors 300 mit
einer Plasmaverarbeitungskammer 302. Hierbei ist über der
Kammer 302 eine Elektrode 304, die in dem Beispiel
in 3 als Induktionsspule
implementiert ist, angeordnet. Die Spule 304 wird über ein
Anpassungsnetzwerk (nicht gezeigt) von einem RF-Generator 306 gespeist.
Die zu der Spule 304 gelieferte RF-Leistung kann eine RF-Frequenz
von z. B. 13,56 MHz aufweisen.
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Innerhalb der Kammer 302 befindet
sich eine Gasverteilungsplatte 308, die vorzugsweise eine Vielzahl
von Löchern
für das
Verteilen gasförmigen Quellenmaterials,
z. B. des Ätzmittelquellengases,
in die RF-Induktionsplasmaregion zwischen sich und einem Substrat 310 aufweist.
Die gasförmigen
Quellenmaterialien können
auch von in den Wänden
der Kammer eingebauten Öffnungen
selbst freigegeben werden. Das Substrat 310 ist in die
Kammer 302 eingebracht und auf einer Spannvorrichtung 312 positioniert,
die als untere Elektrode fungiert und vorzugsweise mittels einem
RF-Generator 314 (auch normalerweise über ein Anpassungsnetzwerk)
vorgespannt (bias) wird. Die von dem RF-Generator 314 bereitgestellte
RF-Energie kann, obwohl auch andere RF-Frequenzen verwendet werden
können,
eine RF-Frequenz von z. B. 4 MHz aufweisen. Die Spannvorrichtung 312 kann
irgendein geeigneter Werkstückhalter
sein und könnte
in, z. B. einer elektrostatischen Spannvorrichtung (ESC), einer
mechanischen Spannvorrichtung, einer Vakuumspannvorrichtung oder
dergleichen implementiert sein. Der Druck in der Kammer 302 während des
Plasmaätzens
wird vorzugsweise niedrig gehalten, z. B. zwischen ca. 1,4 × 10 kg/m2 (1 Torr) und 0,67 kg/m2 (50 Torr)
gemäß einer
Ausführung
der vorliegenden Erfindung.
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Gemäß einer Ausführung der
vorliegenden Erfindung wird die an der Bodenelektrode, z. B. zu der
Spannvorrichtung 312, bereitsgestellte RF-Bias-Leistung
zwischen einem hohen Leistungsniveau und einem niedrigen Leistungsniveau
mit einer bestimmten Pulsfrequenz gepulst, um die Maskenerosion
während
des Ätzens
zu reduzieren. Zur Veranschaulichung dieser Ausführung der vorliegenden Erfindung
zeigen 4 und 5 den Unterschied zwischen
einem kontinuierlichen RF-Bias-Leistungs(signal)verlauf,
welche normalerweise gemäß dem Stand
der Technik verwendet wird, und dem gepulsten RF-Bias-Leistungs(signal)verlauf,
welche zur Verringerung der Maskenerosion gemäß der vorliegenden Erfindung
verwendet wird. Wie in 4 gezeigt,
besitzt der kontinuierliche RF-Leistungs(signal)verlauf gemäß dem Stand
der Technik eine definierte RF-Frequenz, z. B. 4 MHz, einen definierten Maximalleistungspegel
PMAX und somit einen durchschnittlichen
Leistungspegel PAV. Der in 4 gezeigte RF-Bias-Leistungsverlauf gemäß dem Stand der
Technik wird als kontinuierlich angesehen, da die Amplitude des
(Signal)Verlaufs (Wellenform) nicht von dem definierten Maximalleistungspegel
PMAX während
der Ätzung
abweicht.
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Die in 5 gezeigte
RF-Leistung weist ebenfalls eine definierte RF-Frequenz auf (obwohl gemäß der vorliegenden
Erfindung eine konstante RF-Frequenz nicht erforderlich ist). Jedoch
wechselt im Gegensatz zu dem in 4 gezeigten
kontinuierlichen RF-Bias-Leistungsverlauf gemäß dem Stand der Technik die
in
5 gezeigte Maximalamplitude der
RF-Bias-Leistungsverlauf zwischen einem Hochleistungspegel PMAX-HOCH und einem Niedrigleistungspegel
PMAX-NIEDRIG. Somit ist die während des
Niedrig-Leistungszyklus der Elektrode der Spannvorrichtung bereitgestellte
durchschnittliche Leistung (PAV-NIEDRIG)
niedriger als die, die während
des Hoch-Leistungszyklus der Elektrode der Spannvorrichtung zugeführt wird.
Der RF-Bias-Leistungsverlauf alterniert zwischen dem Niedrig-Leistungspegel und
dem Hoch-Leistungspegel mit einer definierten Pulsfrequenz fPULSE, welche die Inversion der gezeigten
Pulsperiode (506) ist. Der Betriebszyklus wird durch das
Verhältnis
der Dauer des Hoch-Leistungszyklus (502) zu der Dauer der
Pulsperiode (506) definiert.
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Gemäß einer Ausführung der
vorliegenden Erfindung wird die Pulsfrequenz (d. h. die Frequenz, mit
der die zu der Elektrode der Spannvorrichtung gelieferte RF-Leistung
zwischen dem Hoch-Leistungspegel und dem Niedrig-Leistungspegel
variiert) so gewählt,
dass sie niedrig genug ist, damit das Polymer während des Niedrig-Leistungszyklus auf
die Maskenoberfläche
aufgebracht werden kann. Am Anfang des Hoch-Leistungszyklus wirkt
dieses aufgebrachte Polymer wie eine Opferschicht, um einen Schutz
des darunter liegenden Maskenmaterials zu gewährleisten. Dementsprechend
wird, selbst wenn die gesamte Dicke des aufgebrachten Polymers während des
Hoch-Leistungszyklus wegerodiert wird, weniger vom Maskenmaterial
weggeätzt,
da die Präsenz
des zu Beginn des Hoch-Leistungszyklus aufgebrachten Polymers die
Zeit reduziert, während der
das Maskenmaterial dem Ätzungsmittel
während diesem
Hoch-Leistungspegel ausgesetzt ist.
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Dieser Aspekt der vorliegenden Erfindung
ist von der Erkenntnis abgeleitet, dass in den meisten Plasmaätzungsprozessen
zwei separate Mechanismen beim Prozeß in Konkurrenz zueinander
stehen. Im Allgemeinen bewirkt die während der Ätzung der darunter liegenden
Schicht der Elektrode der Spannvorrichtung bereit gestellte RF-Leistung, daß Ionen vom
Plasma in Richtung der Substratoberfläche beschleunigt werden, um
Bereiche der darunter liegenden Schicht, welche durch Öffnungen
in der Maske ungeschützt
sind, wegzuätzen.
Zur gleichen Zeit wird das Polymer entlang der Ätzstruktur der Seitenwände und
entlang des Bodens der Ätzstrukturen
auf dem Substrat aufgebracht. Die Polymerablagerung dient einigen
nützlichen
Funktionen, wie z. B. Schutz der Seitenwand vor einem Angreifen
des Ätzmittels während der Ätzung und
der Erhaltung der Ätzprofile.
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Im Allgemeinen nimmt, wenn die der
Elektrode der Spannvorrichtung bereitgestellte RF-Leistung vermindert
wird, die Polymerablagerung zu, und es findet weniger Maskenerosion
statt (d. h. die Maskenselektivität wird erhöht). Jedoch führt die Verringerung
der RF-Leistung an der Elektrode der Spannvorrichtung zu einer nachteilig
reduzierten allgemeine Ätzrate,
da die Ionenenergie reduziert ist. Zur Darstellung der Wirkung der
RF-Bias-Leistung auf die Ätzrate
oder Erosionsrate der Photolackmaske und auf die Ätzrate der
darunter Liegenden Schicht zeigt 6 ein
beispielhaften Diagramm der Ätzrate
entsprechend der RF-Bias-Leistung für einen hypothetischen Ätzungsgrozess.
Der in 6 gezeigte RF-Leistungsverlauf
ist zum besseren Verständnis als
kontinuierlich (d. h. nicht gepulst) angenommen.
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Die Kurve 602 in 6 beschreibt die Ätzrate durch
die darunter liegende Schicht (z. B. eine dielektrische Schicht,
welche sich unter der Maske befindet). Wie in 6 gezeigt, tritt eine Ätzung der
darunter liegenden Schicht auf, wenn die RF-Bias-Leistung über dem definierten Wert PA liegt. An dem vordefinierten Wert PA heben sich der Ätzprozeß und der Polymerablagerungsprozeß gegeneinander
auf, was zu einer Ätzrate
von 0 für
die darunter liegende Schicht führt.
Unterhalb des vordefinierten Wertes PA wird
der Polymerablagerungsprozeß der
dominante Prozeß und
die Polymerablagerung wird ohne Ätzung
der darunter liegenden Schicht aufgebaut.
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Die Kurve 604 zeigt die Ätzrate oder
die Erosionsrate durch die Maske als eine Funktion der RF-Bias-Leistung.
Eine Erosion der Maske erfolgt, wenn die RF-Bias-Leistung über einem definierten Wert
PH liegt. An dem definierten Wert PB heben sich der Ätzungsprozeß und der Polymerablagerungsprozeß gegeneinander
auf, was zu einer Erosiansrate von 0 für die Maske führt. Unterhalb
des definierten Wertes PB wird der Polymerablagerungsprozeß der dominante
Prozeß und
die Polymerablagerung wird ohne Erosion der Maske aufgebaut.
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Wie in 6 gezeigt,
kann eine Ätzung
der darunter liegenden Schicht weiter in dem Bereich zwischen dem
Wert PA und PB erfolgen,
während
die Maskenerosion wesentlich minimiert ist. Jedoch ist, wenn die
kontinuierliche RF-Leistung reduziert wird, so dass eine Ätzung nur
in diesem Zustand erfolgt, die Ätzrate
für einen
praktischen Wert zu niedrig. Des weiteren kann, da die Ätzung voranschreitet
und die Strukturen tiefer und tiefer werden, die Ätzrate am Boden
der Strukturen sich tatsächlich
zu dem Punkt herunter verlangsamen, wo keine Ätzung der darunter liegenden
Schicht stattfindet, da immer weniger Ionen den Boden der geätzten Struktur
erreichen. Dementsprechend erfolgt die Ätzung gemäß dem Stand der Technik mit
der kontinuierlichen RF-Leistungsverlauf-Technik normalerweise mit
einer Einstellung der kontinuierlichen RF-Bias-Leistung so, dass
sie beträchtlich
höher als
der Wert PB ist, um die Ätzrate zu erhöhen und/oder
die Fortsetzung der Ätzung
sicher zu stellen, wenn die Ätzstruktur
tiefer und tiefer wird.
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Entsprechend dieser Erkenntis wird
realisiert, dass die Maskenerosion durch den Wechsel des Leistungspegels
der RF-Bias-Leistung zwischen einem Hoch-Leistungspegel (z. B. unterhalb von
PB, wo es dem Polymer möglich ist, sich über der
Maske abzulagern) und einem Hoch-Leistungspegel (z. B. oberhalb
PA, wo die Ätzung der darunter liegenden Schicht
gesteigert ist, aber die Erosion des Polymers/Maske auch erhöht wird)
reduziert werden kann. Es ist von dem Erfinder auch erkannt, dass
das während
des Niedrig-Leistungszyklus abgelagerte Polymer wie eine Opferschicht
wirkt, die zuerst wegerodiert, wenn der Hoch-Leistungszyklus fortgesetzt wird.
Auf diese Weise wird die Erosion des Maskenmaterials reduziert,
selbst wenn an irgendeinem Punkt während des Hoch-Leistungszyklus
alles aufgebrachte Polymer weggeätzt
ist.
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Es ist von dem Erfinder außerdem erkannt, dass
die Polymerablagerung allgemein schneller auf der Oberfläche der
Maske als am Boden der Ätzstruktur
oder entlang der Seitenwände
der Struktur stattfindet. Da weniger Polymer entlang der Seitenwände der
Struktur und entlang dem Boden der Ätzstruktur während des
Niedrig-Leistungszyklus abgelagert wird, reduziert die Präsenz der
Polymerablagerung die Ätzrate
am Boden der darunter liegenden Schicht nicht bedeutend oder baut
das Ätzprofil
(aufgrund übermäßiger Seitenwandablagerung)
nicht bedeutend ab. In einigen Fällen
ist es möglich,
die Ätzvorschrift
(z. B. den Leistungspegel, den Betriebsryklus, die Pulsfrequenz
oder dergleichen) während des
Niedrig-Leistungszyklus so zu konfigurieren, dass wenig oder kein
Polymer am Boden der Ätzstruktur
abgelagert ist (oder um gleich eine Ätzung der darunter liegenden
Schicht zu erhalten), während das
Polymer über
der Maske abgelagert wird. Während
des Hochleistungszyklus ist es vorteilhaft, dass die Ätzvorschrift
so konfiguriert ist, dass wesentlich das gesamte entlang der Seitenwand
der Ätzstruktur und
am Boden der Ätzstruktur
während
des Niedrig-Leistungszyklus abgelagerte Polymer entfernt wird, so
dass das Ätzprofil
erhalten werden kann und die Ätzung
durch die darunter liegende Schicht beschleunigt wird.
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Es ist entscheidend, dass die Pulsperiode niedrig
genug ist, um die Polymerablagerung während des Niedrig-Leistungszyklus
zu ermöglichen. Wenn
die Pulsfrequenz zu hoch ist, z. B. über 1 kHZ bei den meisten Plasmaverarbeitungssystemen, kann
die Polymerablagerung während
des Niedrig-Leistungszyklus
nicht stattfinden. Ohne auf die Theorie einzugehen, wird angenommen,
dass die Polymerablagerung nicht sofort nach dem Wechsel vom Hoch
Leistungszyklus zu dem Niedrig-Leistungszyklus des RF-Bias-Leistungsverlaufs.
Dies wird angenommen weil das Substrat, die Spannvorrichtung und
die zugehörige
Elektronik eine nicht zu vernachlässigbare Kapazität und eine
natürliche Trägheit aufweisen,
wenn der RF-Leistungspegel wechselt. Außerdem haben die Ionen vom
Plasma gewöhnlich
eine nicht zu vernachlässigbare
Trägheit und
es kann sein, dass einige Zeit verstreicht, bis sie ihre Energie
verlieren (d. h. um die Ätzung
zu reduzieren). Dementsprechend erfordert es gewöhnlich einige Zeit nach dem
Wechsel von dem Hoch-Leistungspegel zu dem Niedrig-Leistungspegel,
bevor die Polymerablagerung auf der Maske erfolgt. Auf diese Art
würde,
es sei denn, die Pulsfrequenz ist niedrig genug, um eine Polymerablagerung
zu ermöglichen,
lediglich das Oszillieren der RF-Bias-Leistung zwischen einem Hoch-Leistungspegel und
einem Niedrig-Leistungspegel nicht zu einer Polymerablagerung führen, die
die Maskenselektivität verbessert.
Dies gilt, selbst wenn der Betriebszyklus während jedem Niedrig-Leistungszyklus
niedrig gehalten wird.
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Die 7 bis 9 zeigen die Wirkung auf
die Ätzung
und den Polymerablagerungsprozeß bei
verschiedenen RF-Bias-Leistungspegeln auf einen beispielhaften Substratstapel.
Der RF-Bias-Leistungspegel in 7 ist
auf 0 gesetzt. In diesem Beispiel bewirkt ein Null-RF-Bias-Leistungspegel
(oder ein sehr niedriger RF-Bias-Leistungspegel), dass das Polymer
auf der Maske 702 entlang der Seitenwände der Ätzstruktur (Pfad 704)
und entlang dem Boden der Ätzstruktur
abgelagert wird. Es besteht jedoch die Tendenz, dass mehr Polymer über der
Maske 702 als entlang der Seitenwände der Ätzstruktur oder entlang dem
Boden der Ätzstruktur
abgelagert wird. Während
des Hoch-Leistungszyklus wird die Polymerablagerung entlang dem
Boden der Ätzstruktur entfernt,
damit die Ätzung
der darunter liegenden Schicht 706 fortgesetzt werden kann.
Die Dicke des aufgebrachten Polymers entlang der Oberseite der Maske
verlangsamt die Erosion der Maske während des Hoch-Leistungszyklus.
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Der RF-Bias-Leistungspegel in 8 ist höher als der RF-Bias-Leistungspegel
in 7, um den Ätzeffekt
darzustellen, wenn die RF-Bias-Leistung erhöht wird. In diesem Beispiel
wird das Polymer auf der Maske 702 abgelagert. Aufgrund
des höheren
Bias-Leistungspegel erfolgt nur geringe Polymerablagerung, wenn überhaupt,
entlang der Seitenwand der Struktur und entlang dem Boden der Ätzstruktur
während
des Niedrig-Leistungszyklus. Desweiteren kann eine Ätzung der
darunter liegenden Schicht sogar während diesem Niedrig-Leistungszyklus
auftreten. Wie zuvor in Bezug, auf 6 erläutert, kann
ein Ätzen
der darunter liegenden Schicht erfolgen, obwohl die Ablagerung des
Polymers auf der Maskenoberfläche
anhält.
Wenn der Hoch-Leistungszyklus wiederkehrt, setzt sich die Ätzung am
Boden der Struktur fort, während
die Dicke des abgelagerten Polymers entlang der Oberseite der Maske
abnimmt. Die RF-Bias-Leistung in 4 ist
noch höher
als die von 7 oder 8 um die Wirkung während des Hoch-Leistungszyklus
zu zeigen. Mit einem relativ hohen RF-Bias-Leistungspegel erfolgt
eine signifikante Ätzung
durch die darunter liegende Schicht 706. Wenn ein Niedrig-Leistungszyklus
diesem Hoch-Leistungszyklus vorangeht, wird der größte Teil (wenn
nicht alles) des während
dem vorigen Niedrig-Leistungszyklus abgelagerten Polymer svorteilhafterweise
entfernt. Obwohl etwas Maskenmaterial beim Ende des Hoch-Leistungszyklus entfernt
werden kann, verringert die Präsenz
des zu Beginn des Hoch-Leistungszyklus aufgebrachten Polymers die Menge
des während
diesem Hoch-Leistungszyklus entfernten Maskenmaterials.
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Die Pulsfrequenz kann variiert werden,
um das Ätzen
entsprechend den Erfordernissen eines speziellen Substratstapels
zu optimieren. Allgemein führt
eine Senkung der Pulsfrequenz zu einem Anstieg der Rate der Polymerablagerung
(und somit der Maskenselektivität).
Um den Ätzprozeß weiter
zu optimieren, kann der Betriebszyklus variiert werden. Allgemein
führt eine
Erhöhung
des Betriebszyklus zu einer Senkung der Maskenselektivität. Wenn
der Betriebszyklus des RF-Bias-Leistungswellenverlaufs die
100%-Marke erreicht, erreicht das Ätzresultat annähernd das
des kontinuierlichen RF-Bias-Verlaufs gemäß dem Stand der Technik.
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Wie erwähnt kann der Hoch-Leistungspegel variiert
werden, um das gewünschte Ätzresultat
während
des Hoch-Leistungszyklus zu erreichen. Zum Beispiel führt eine
Erhöhung
des Hoch-Leistungspegels zu einer Erhöhung der Ätzrate und Verbesserung des
vertikalen Ätzprofils
trotz einer hohen Maskenerosiansrate. Ebenso kann der Grund-Leistungspegel
variiert werden, um die gewünschte
Balance zwischen dem Ätzprozeß und dem
Polymerablagerungsprozeß während des
Niedrig-Leistungszyklus zu
erreichen. Zum Beispiel führt
eine Erhöhung
des Niedrig-Leistungspegels
zu einer Steigerung der Ätzrate
und Reduzierung der Menge der Polymerablagerung. Wie in 7 und 8 gezeigt, führt eine Steigerung des Niedrig-Leistungspegels zu
einer Absenkung der Linie 708. Im Gegensatz führt eine
Verringerung des Niedrig-Leistungspegels zur Verringerung der Ätzrate,
wodurch eine höhere
Polymerablagerung während
des Niedrig-Leistungszyklus ermöglich wird.
Wie bereits zuvor erwähnt,
kann der Niedrig-Leistungszyklus so ausgewählt werden, dass in einigen
Fällen
wenig oder keine Polymerablagerung am Boden der Ätzstruktur stattfindet, wodurch
jeder nachteilige Effekt auf die Ätzrate durch/in die darunter
liegende Schicht minimiert wird, während eine gewisse Palymerablagerung
an der Oberseite der Maske möglich
ist (um die Maskenselektivität
während des Ätzens zu
erhöhen).
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Beispiel
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In einer spezifischen Anwendung wird
ein 200 mm-Wafer mit einer dielektrischen, z. B. einer Siliziumdioxid
enthaltenen, Schicht (z. B. BPSG) in dem oben erwähnten TCPTM 9100 Plasma-Verarbeitungssystem geätzt. Das
Maskenmaterial entspricht einer Photolackschicht und das Ätzmittel
enthält
ein fluorkohlenwasserstoffhaltiges Gas (ein Fluorkohlenwasserstoff-Gas
oder ein Hydrofluorkohlenwasserstoff-Gas wie C2HF5). Bekannterweise hängt jedoch die Wahl des spezifischen Ätzmittels
von der gewählten Ätzvorschrift
und/oder der Zusammensetzung der darunter liegenden zu ätzenden
Schicht ab.
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Der Hoch-RF-Bias-Leistungspegel liegt
bei etwa 1600 Watt. Der Hoch RF-Bias-Leistungspegel kann jedoch optimiert
werden, um eine zweckmäßige dielektrische
Gesamtätzrate,
Photolackselektivität, ein
gewünschtes Ätzprofil
in einem gegebenen System und/oder für einen gegebenen Substratstapel
zu erhalten. Der Hoch-RF-Bias-Leistungspegel
kann zwischen ca. 600 und ca. 2.500 Watt liegen. Der Niedrig-Leistungspegel kann
zwischen ca.0 Watt und ca. der Hälfte
des Hoch Leistungspegels, bevorzugt zwischen ca. 0 Watt und ca.
1/5 des Hoch-Leistungspegels
liegen. In diesem Ausführungsbeispiel
liegt der Niedrig-Leistungspegel
bei ca. 150 Watt.
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Der Betriebszyklus kann zwischen
ca. 10% und jedem Wert unter 100%, bevorzugt zwischen ca. 30% und
75%, liegen. In diesem Beispiel liegt der Betriebszyklus bei ca.
50%. Die Pulsperiode kann zwischen ca. 0,1 Hz und jedem Wert unter
ca. 1.000 Hz, bevorzugt zwischen ca. 1 Hz und 100 Hz, besser bei etwa
5 Hz, liegen.
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In diesem Ausführungsbeispiel wird der Druck
in dem erwähnten
TCP 4100 Reaktor während des Ätzens bei
ca. 6,7 × 10–2 Kg/m2 (5 m Torr) gehalten. Die Spitzenleistung
wird auf 1.500 Watt eingestellt. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Spitzenleistung
kontinuierlich. Die Spitzen-RF-Leistung kann jedoch wenn nötig auch
gepulst werden. In die Reaktionskammer wird Argon mit ca. 100 Standard cm3/Min. (sccm) (1,6 × 10–6m3/s) eingeführt. Jedoch kann jedes geeignete
andere nicht reaktive Gas (einschließlich z.B. Edelgas oder N2) ebenfalls eingesetzt werden. CHF3 wird ebenfalls mit 7,2 × 10–5m3/s. (45 sccm), C2HF5 mit 3,2 × 10–6m3/s. (20 sccm) und CH2F2 mit ca. 8 × 10–7m3/s. (5 sccm) eingespült. Die vorliegende Erfindung
ist nicht beschränkt
auf Druck, Höchstleistungsvorgaben
und Flussraten der gezeigten Ausführungsbeispiele. Es ist leicht
ersichtlich, dass solche Parameter entsprechend den Anforderungen
eines bestimmten Plasmaverarbeitungssystems und/oder einem bestimmten
Substrat variiert werden können.
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Wenn das Substrat mit dem offenbarten
gepulsten RF-Leistungswellenverlauf geätzt wird, steigt die Photolackselektivität von ca.
3 : 1 auf ca. 7 : 1 ohne eine bedeutsame ungünstige Wirkung auf das Ätzprofil
und/oder die Ätzrate.
Es ist anzunehmen, dass Verbesserungen sogar für Ätzungen erhalten werden können, die,
wenn mit kontinuierlichem RF-Leistungswelleaverlauf geätzt, schon
eine hohe Maskenselektivität
haben. Das Ergebnis zeigt eine bedeutsame Verbesserung gegenüber Ätzungen
gemäß dem Stand
der Technik, welche lediglich kontinuierliche RF-Leistungsverläufe nutzen,
bei denen eine Verbesserung der Maskenselektivität, d. h. Reduzierung der Maskenerosion,
oft zu einem schlechteren Ätzprofil
und/oder einer allgemein verringerten Ätzrate der darunter liegenden
Schicht führt
(und der umgekehrten Situation, worin eine Verbesserung der Ätzrate oft
auf Kosten der Maskentrennschärfe
geht, d. h. zu Kosten der gesteigerten Maskenerosion).
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Obwohl die vorliegende Erfindung
mit Bezug auf mehrere bevorzugte Ausführungsbeispiele beschrieben
worden ist, gibt es Änderungen,
Permutationen und Äquivalente,
die innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung fallen. Es
sollte ferner beachtet werden, dass es viele Alternativen gibt,
Verfahren und Vorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung
auszuführen.
Es ist deshalb beabsichtigt, dass die folgenden angefügten Ansprüche so interpretiert
werden, dass solche Alternativen, Permutationen und Äquivalente
im Umfang der vorliegenden Erfindung liegen, wie beansprucht.