EP1902456A1 - Reactor for carrying out an etching method for a stack of masked wafers and an etching method - Google Patents

Reactor for carrying out an etching method for a stack of masked wafers and an etching method

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Publication number
EP1902456A1
EP1902456A1 EP06763323A EP06763323A EP1902456A1 EP 1902456 A1 EP1902456 A1 EP 1902456A1 EP 06763323 A EP06763323 A EP 06763323A EP 06763323 A EP06763323 A EP 06763323A EP 1902456 A1 EP1902456 A1 EP 1902456A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
reactor
etching
wafers
etching process
electrodes
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP06763323A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Joachim Rudhard
Christina Leinenbach
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1902456A1 publication Critical patent/EP1902456A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67017—Apparatus for fluid treatment
    • H01L21/67063—Apparatus for fluid treatment for etching
    • H01L21/67069—Apparatus for fluid treatment for etching for drying etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32532—Electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
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    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/32—Processing objects by plasma generation
    • H01J2237/33—Processing objects by plasma generation characterised by the type of processing
    • H01J2237/334—Etching
    • H01J2237/3341—Reactive etching

Definitions

  • the present invention relates to a reactor for carrying out an etching process for a stack of masked wafers and to an etching process according to the preambles of claims 1 and 9.
  • Chlorotrifluoride (CIF 3 ) is known as the process gas.
  • ClF 3 has also found its way into the art of microstructuring for some time. It is characterized by its high selectivity towards silicon oxide (SiC> 2). That is, silicon (Si) is etched and SiC> 2 is used as the passivation. The etching process takes place spontaneously, ie in a certain process window (pressure, temperature, gas flow) no plasma or thermal stimulation due to comparatively high temperatures is required for the etching process.
  • the individual wafers intended for microstructuring by such an etching process are pretreated in a preparation step preceding the etching process in a preparation and / or conditioning chamber. Then they are removed from this and etched in another chamber, the etching chamber.
  • the object of the present invention is to improve a generic device for the treatment of wafers of the type set forth and to provide an improved method for the treatment of wafers.
  • the invention relates to a reactor for performing an etching process for a stack of masked wafers which are etched using an etching gas, preferably chlorotrifluoride (ClF 3 ).
  • the reactor is characterized in that it also comprises a device for carrying out a plasma process.
  • This approach is based on the finding that when processing multiple wafers, as e.g. represents a stack of wafers, secondary processing operations need only be performed once.
  • these additional process steps accompanying the etching process such as the introduction of the wafer or wafers into a process chamber, the vacuuming and temperature control of the reactor chamber, can be reduced enormously in time and cost.
  • this approach is based on the knowledge that an improvement in the etching process can be achieved by optionally additionally carrying out plasma processes between individual etching steps or optionally also during an etching step for cleaning the surface areas of the wafer to be etched.
  • a sputtering process in particular an inert gas sputtering process, can be used for this purpose. Due to the fact that the wafers do not have to be removed again from a first preparation and / or conditioning chamber and introduced into a second chamber carrying out the etching process, the small but nevertheless possible possibility of intermediate contamination or damage to the wafers is advantageously eliminated ,
  • the reactor comprises a wafer boat with electrodes, wherein, in a further advantageous manner, the electrodes simultaneously form receptacles for the wafers, so that they can be introduced into the reactor neatly arranged with the wafer boat.
  • the electrodes may even be designed so that they can accommodate two wafers.
  • the particular plate-shaped and mutually isolated in the shuttle arranged electrodes may be provided in an advantageous manner with alternating polarity. It is thus possible to carry out a plasma process for treating the wafers held by the electrodes between respectively adjacent electrodes, with a correspondingly formed distance.
  • a switching unit for changing the polarity of the electrodes additionally extends the functionality of the reactor.
  • the wafer boat For contacting the arranged in the wafer boat electrodes with electrical connections of the reactor or with corresponding leads, the wafer boat can be provided with a correspondingly formed contact unit.
  • This contact unit is preferably designed so that on the one hand simple and on the other hand reliable contact connection is ensured from the outside of the reactor to the electrodes.
  • the reactor may further comprise a corresponding control device.
  • etching processes and preparation or conditioning processes for the wafers to be etched can thus advantageously be combined in a combined process sequence, this process being carried out in one and the same reactor space.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a system construction for a reactor for carrying out an etching process for a stack of masked wafers, which is equipped with a plasma generator;
  • Figure 2 is a schematic, cut-out manner
  • FIG 3 is a schematic, fragmentary
  • Figure 4 is a representation corresponding to Figure 3 with symbolically represented plasma irradiation
  • FIG. 5 shows the detail of the wafer after the
  • FIG. 6 shows the portion of the wafer of FIG. 5 during a subsequent C1F 3 process.
  • FIG. 1 shows a system 10 with a reactor 11 for carrying out an etching process for a stack of masked wafers.
  • this is equipped with a plasma generator 15, so that the wafers introduced into the reactor for the etching process can be pretreated without further intermediate steps and etched immediately afterwards.
  • the reactor thus provides both a preparation or conditioning chamber and an etching chamber for performing a so-called batch etching process, that is, an etching process for a whole stack of wafers, wherein chlorine trifluoride (ClF 3 ) is preferably used as the etching gas.
  • the plasma generator 15 serves to initiate a plasma process inside the reactor, such a plasma process preceding a C1F 3 -batch etching process to be carried out, subsequently, alternately or simultaneously can be performed with such an etching process.
  • a plasma process preceding a C1F 3 -batch etching process to be carried out, subsequently, alternately or simultaneously can be performed with such an etching process.
  • a sputtering process in particular an inert gas sputtering process, for cleaning the surfaces of the wafers to be etched.
  • the wafer boat 12 comprises electrodes 13, 14, which are designed such that they are suitable for receiving wafers 1 to be treated in the reactor, preferably even for receiving two such wafers.
  • the insulated electrodes 13, 14 are arranged in the Wafer- Schiffchen with alternating polarity.
  • a switching unit for changing the electrode polarity can increase the functionality of the reactor.
  • Such a switching unit 15 is preferably integrated in the plasma generator 15.
  • the reactor 11 For contacting the electrodes 13, 14 of the wafer boat 12 used in the reactor, the reactor 11 further comprises a contact unit 25.
  • the wafer boat can be contacted when inserted into the reactor with the electrical connections of the reactor or with the corresponding leads.
  • the reactor may preferably also comprise a control device 15, which in turn is accommodated in the plasma generator 15 or part of it.
  • the system includes Furthermore, the usually provided for such systems components heater 16, vacuum line 17, vacuum control valve 18, gas line 19, 20, valves 21, 22, gas port 23 and a pressure sensing or pressure display 24.
  • heater 16 vacuum line 17, vacuum control valve 18, gas line 19, 20, valves 21, 22, gas port 23 and a pressure sensing or pressure display 24.
  • temperatures in the range of 2O 0 C to 600 0 C in the range of 2O 0 C to 600 0 C, pressures (from a few mTorr to about 8 Torr and rivers of a few sccm (Standard Cubic for the treatment of the wafers centimeter minute) (standard cm 3 / Minute)) up to a few slm (standard liters / minute).
  • pressures from a few mTorr to about 8 Torr and rivers of a few sccm (Standard Cubic for the treatment of the wafers centimeter minute) (standard cm 3 / Minute)) up to a few slm (standard liters / minute).
  • LPCVD tube Low Pressure Chemical Vapor Deposition
  • FIG. 2 shows, again schematically, electrodes 13, 14, as they are arranged for example in a wafer boat 12.
  • the wafers 1 are fixed to the preferably plate-shaped electrodes 13, 14, and can be sputtered by means of the likewise symbolically represented plasma region 26 upon activation of the plasma generator 15.
  • the polarity of the electrodes is preferably reversible, so that the same treatment conditions can be set for both wafers, depending on the switched polarity of the electrodes 13, 14.
  • the electrical contact unit 25 is shown schematically here by a transverse line, which separates the area assigned to the shuttle 12 with respect to the region assigned to the plasma generator 15.
  • FIGS. 3 to 6 show a partial section of the wafer with masked surface during different process steps.
  • FIG. 3 shows a section of a wafer 1 with a layer 2 of sacrificial material, eg epipoly, LPCVD polysilicon, LPCVD silicon germanium or the like.
  • a layer 2b of functional material such as epipoly, LPCVD polysilicon, LPCVD silizim germanium or other materials, which is coated with a mask 3 made of SiO 2, Si 3 N 4, photoresist or other materials as well.
  • a functional layer 2b which is protected against the etching attack from below, on all sides, there is a protective layer 2c between sacrificial material (2) and functional material 2b.
  • This is preferably chosen so that it has a high selectivity to the sacrificial material in the etching process.
  • This is preferably chosen so that it has a high selectivity to the sacrificial material in the etching process.
  • SiÜ2 preferably SiÜ2.
  • FIG. 4 shows the same structure as FIG. 3, but it differs from the additional illustration of an activated plasma process with reference to the lines 5 running perpendicular to the surface of the wafer, which corresponds to the reference number 26 in FIG.
  • the plasma process 5 or the sputtering process 5 is after the charging process of the shuttle under contact with the plasma generator 15 and after a gas and
  • the wafers 1 structured with the oxide mask 3 can be freed from the natural oxide 4 or oxide residues or lacquer residues from previous processes in the areas to be etched by the sputtering process.
  • nitrogen or an inert gas, for example argon can also be used for this purpose as the process gas.
  • the physical bombardment completely removes the natural oxide 4 for the subsequent C1F 3 etch process ( Figure 5).
  • a physico-chemical etching process is also possible with correspondingly suitable selection of process gases and material properties.
  • the mask thickness for the areas not to be etched must be correspondingly thicker. Due to the minimum thickness of the natural oxide of a few nm, this is not critical and can be neglected in most cases.
  • the etching process according to FIG. 6 is initiated by means of ClF 3 .
  • the loading of the wafer 1 with C1F 3 etching gas is also shown symbolically in FIG. 6 by the lines 6 aligned perpendicular to the wafer surface.
  • the sacrificial layer 2 can be etched in order to release an all-round protected functional layer 2b. Due to the unimpeded access of the gas to the open areas, the etching front can progress homogeneously and a laterally inhomogeneous etching attack is avoided.

Abstract

The reactor (11) for carrying out a method for etching a stack of masked wafers (1) with the aid of an etching gas, preferably a chlorotrifluoride (ClF3), is characterised in that it comprises a device for carrying out a plasma processing device (15). The inventive method for etching masked wafers with the aid of the etching gas, preferably a chlorotrifluoride (ClF3), consists in pre-processing the wafers by a plasma process, prior to the etching process, wherein said methods are characterised in that the pre-processing of wafers and the process for etching the stack of wafers are carried out in a reactor chamber.

Description

"Reaktor zur Durchführung eines Ätzverfahrens für einen Stapel von maskierten Wafern und Ätzverfahren""Reactor for Performing Etching Process for Stack of Masked Wafers and Etching Process"
Vorliegende Erfindung betrifft einen Reaktor zur Durchführung eines Ätzverfahrens für einen Stapel von maskierten Wafern sowie ein Ätzverfahren nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 9.The present invention relates to a reactor for carrying out an etching process for a stack of masked wafers and to an etching process according to the preambles of claims 1 and 9.
Stand der TechnikState of the art
Zur Reinigung von CVD-Anlagen (Chemical Vapor Deposition) , zu deutsch chemische Gasphasen-Deponiervorrichtungen, ist Chlortrifluorid (CIF3) als Prozessgas bekannt. Weiterhin hat ClF3 seit einiger Zeit auch Eingang in die Technik der Mikrostrukturierung gefunden. Es zeichnet sich durch seine hohe Selektivität gegenüber Siliziumoxid (SiC>2) aus. Das heißt, Silizium (Si) wird geätzt und als Passivierung wird u.a. SiC>2 verwendet. Der Ätzprozess läuft spontan ab, d.h. es wird in einem gewissen Prozessfenster (Druck, Temperatur, Gasfluss) kein Plasma oder eine thermische Anregung durch vergleichsweise hohe Temperaturen für den Ätzprozess benötigt. Die zur Mikrostrukturierung durch einen solchen Ätzprozess vorgesehenen einzelnen Wafer werden in einem dem Ätzprozess vorangehenden Verfahrensschritt in einer Vorbereitungs- und/oder Konditionierungskammer vorbehandelt. Anschließend werden sie aus dieser entnommen und in einer weiteren Kammer, der Ätzkammer, geätzt. Aufgabe und Vorteile der vorliegenden ErfindungFor the purification of CVD (Chemical Vapor Deposition), to German chemical gas-phase depositing devices, Chlorotrifluoride (CIF 3 ) is known as the process gas. Furthermore, ClF 3 has also found its way into the art of microstructuring for some time. It is characterized by its high selectivity towards silicon oxide (SiC> 2). That is, silicon (Si) is etched and SiC> 2 is used as the passivation. The etching process takes place spontaneously, ie in a certain process window (pressure, temperature, gas flow) no plasma or thermal stimulation due to comparatively high temperatures is required for the etching process. The individual wafers intended for microstructuring by such an etching process are pretreated in a preparation step preceding the etching process in a preparation and / or conditioning chamber. Then they are removed from this and etched in another chamber, the etching chamber. Purpose and advantages of the present invention
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, eine gattungsgemäße Vorrichtung zur Behandlung von Wafern der eingangs dargelegten Art zu verbessern sowie ein verbessertes Verfahren zur Behandlung von Wafern zur Verfügung zu stellen.The object of the present invention is to improve a generic device for the treatment of wafers of the type set forth and to provide an improved method for the treatment of wafers.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 9. Aus den Unteransprüchen gehen weitere, vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung hervor.This object is achieved by the features of claims 1 and 9. From the dependent claims further, advantageous and expedient developments of the invention will become apparent.
Dementsprechend betrifft die Erfindung einen Reaktor zur Durchführung eines Ätzverfahrens für einen Stapel von maskierten Wafern, welche unter Verwendung eines Ätzgases, vorzugsweise Chlortrifluorid (ClF3) geätzt werden. Der Reaktor zeichnet sich dadurch aus, dass er auch eine Vorrichtung zur Durchführung eines Plasmaprozesses umfasst.Accordingly, the invention relates to a reactor for performing an etching process for a stack of masked wafers which are etched using an etching gas, preferably chlorotrifluoride (ClF 3 ). The reactor is characterized in that it also comprises a device for carrying out a plasma process.
Dieser Vorgehensweise liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei der Bearbeitung mehrerer Wafer, wie sie z.B. ein Stapel von Wafern darstellt, sekundäre Bearbeitungsvorgänge nur einmal durchgeführt werden müssen. Somit können diese den Ätzprozess begleitenden, zusätzlich erforderlichen Prozessschritte, wie das Einbringen des bzw. der Wafer in eine Prozesskammer, die Vakuumierung und Temperierung des Reaktorraums, enorm zeit- und kostensparend reduziert werden.This approach is based on the finding that when processing multiple wafers, as e.g. represents a stack of wafers, secondary processing operations need only be performed once. Thus, these additional process steps accompanying the etching process, such as the introduction of the wafer or wafers into a process chamber, the vacuuming and temperature control of the reactor chamber, can be reduced enormously in time and cost.
Weiterhin liegt dieser Vorgehensweise die Erkenntnis zugrunde, dass eine Verbesserung des Ätzprozesses dadurch erreichbar ist, dass gegebenenfalls auch zwischen einzelnen Ätzschritten oder gegebenenfalls auch während eines Ätzschrittes zusätzlich Plasmaprozesse zur Reinigung der zu ätzenden Flächenbereiche des Wafers durchgeführt werden können. Vorzugsweise wird es als vorteilhaft angesehen, wenn ein Sputterprozess, insbesondere ein Inertgas-Sputterprozess, dazu genutzt werden kann. Durch den Umstand, dass die Wafer nicht aus einer ersten Vorbereitungs- und/oder Konditionierungskammer wieder entnommen und in eine zweite, den Ätzprozess durchführende Kammer eingebracht werden müssen, entfällt zusätzlich vorteilhaft auch die zwar geringe aber dennoch gegebene Möglichkeit einer zwischenzeitlichen Verunreinigung oder Beschädigung der Wafer.Furthermore, this approach is based on the knowledge that an improvement in the etching process can be achieved by optionally additionally carrying out plasma processes between individual etching steps or optionally also during an etching step for cleaning the surface areas of the wafer to be etched. Preferably, it is considered advantageous if a sputtering process, in particular an inert gas sputtering process, can be used for this purpose. Due to the fact that the wafers do not have to be removed again from a first preparation and / or conditioning chamber and introduced into a second chamber carrying out the etching process, the small but nevertheless possible possibility of intermediate contamination or damage to the wafers is advantageously eliminated ,
Vorteilhafterweise umfasst der Reaktor ein Wafer-Schiffchen mit Elektroden, wobei in weiter vorteilhafter Weise die Elektroden gleichzeitig Aufnahmen für die Wafer ausbilden, so dass diese sauber angeordnet mit dem Wafer-Schiffchen in den Reaktor eingebracht werden können.Advantageously, the reactor comprises a wafer boat with electrodes, wherein, in a further advantageous manner, the electrodes simultaneously form receptacles for the wafers, so that they can be introduced into the reactor neatly arranged with the wafer boat.
Für eine weitere Kapazitätserhöhung des Reaktors können die Elektroden sogar so ausgebildet sein, dass sie zwei Wafer aufnehmen können.For a further capacity increase of the reactor, the electrodes may even be designed so that they can accommodate two wafers.
Die insbesondere plattenförmig ausgebildeten und gegeneinander isoliert im Schiffchen angeordneten Elektroden können in vorteilhafter Weise mit abwechselnder Polarität versehen sein. Somit ist zwischen jeweils benachbart angeordneten Elektroden, bei entsprechend ausgebildetem Abstand, die Durchführung eines Plasmaprozesses zur Behandlung der durch die Elektroden gehaltenen Wafer möglich.The particular plate-shaped and mutually isolated in the shuttle arranged electrodes may be provided in an advantageous manner with alternating polarity. It is thus possible to carry out a plasma process for treating the wafers held by the electrodes between respectively adjacent electrodes, with a correspondingly formed distance.
Eine Schalteinheit zur Änderung der Polarität der Elektroden erweitert zusätzlich die Funktionalität des Reaktors.A switching unit for changing the polarity of the electrodes additionally extends the functionality of the reactor.
Zur Kontaktierung der im Wafer-Schiffchen angeordneten Elektroden mit elektrischen Anschlüssen des Reaktors bzw. mit entsprechenden Zuleitungen kann das Wafer-Schiffchen mit einer entsprechend ausgebildeten Kontakteinheit versehen sein. Diese Kontakteinheit ist vorzugsweise so ausgebildet, dass eine einerseits einfache und andererseits auch zuverlässige Kontaktverbindung von der Außenseite des Reaktors zu den Elektroden gewährleistet ist.For contacting the arranged in the wafer boat electrodes with electrical connections of the reactor or with corresponding leads, the wafer boat can be provided with a correspondingly formed contact unit. This contact unit is preferably designed so that on the one hand simple and on the other hand reliable contact connection is ensured from the outside of the reactor to the electrodes.
Zur Koordinierung der einzelnen Prozessschritte des Reaktors, wie Plasraaprozess, Sputterprozess, Ätzprozess, der Wechsel zwischen den Prozessschritten bzw. die Kombination solcher sowie gegebenenfalls auch vorangehender und nachfolgender Prozessschritte, kann der Reaktor im Weiteren eine entsprechende Kontrollvorrichtung umfassen.For coordinating the individual process steps of the reactor, such as plasma process, sputtering process, etching process, the change between the process steps or the combination of such and optionally also previous and subsequent process steps, the reactor may further comprise a corresponding control device.
Mittels eines derart aufgebauten Reaktors können somit in vorteilhafter Weise Ätzverfahren und Vorbereitungs- oder Konditionierungsverfahren für die zu ätzenden Wafer in einem kombinierten Verfahrensablauf zusammengefasst werden, wobei dieser Verfahrensablauf in ein und demselben Reaktorraum erfolgt .By means of a reactor constructed in this way, etching processes and preparation or conditioning processes for the wafers to be etched can thus advantageously be combined in a combined process sequence, this process being carried out in one and the same reactor space.
Ausführungsbeispielembodiment
Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen und der nachfolgend, darauf bezugnehmenden Beschreibung näher erläutert .The invention will be explained in more detail with reference to the drawings and the description below.
Es zeigenShow it
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Anlagenaufbaus für einen Reaktor zur Durchführung eines Ätzverfahrens für einen Stapel von maskierten Wafern, welcher mit einem Plasmagenerator ausgestattet ist;FIG. 1 shows a schematic representation of a system construction for a reactor for carrying out an etching process for a stack of masked wafers, which is equipped with a plasma generator;
Figur 2 eine schematische, auschnittsweiseFigure 2 is a schematic, cut-out manner
Darstellung eines Wafer-Schiffchenbereichs mit Elektroden und mit daran angeordneten, zur Behandlung mittels eines Ätzvorgangs und eines Plasmaprozesses vorgesehenen Wafern;Representation of a Wafer-Schiffchenbereich with electrodes and arranged thereon, Wafers provided for the treatment by means of an etching process and a plasma process;
Figur 3 eine schematische, ausschnittsweiseFigure 3 is a schematic, fragmentary
Schnittdarstellung eines maskierten und zur Behandlung durch den erfindungsgemäßen Reaktor vorgesehenen Wafer;Sectional view of a masked wafer intended for treatment by the reactor according to the invention;
Figur 4 eine der Figur 3 entsprechende Darstellung mit symbolisch dargestellter Plasmabestrahlung;Figure 4 is a representation corresponding to Figure 3 with symbolically represented plasma irradiation;
Figur 5 den Ausschnitt aus dem Wafer nach denFigure 5 shows the detail of the wafer after the
Figuren 3 und 4 nach der Plasmabehandlung undFigures 3 and 4 after the plasma treatment and
Figur 6 den Abschnitt des Wafers aus Figur 5 während eines nachfolgenden C1F3-Prozesses .FIG. 6 shows the portion of the wafer of FIG. 5 during a subsequent C1F 3 process.
Im Einzelnen zeigt nun die Figur 1 eine Anlage 10 mit einem Reaktor 11 zur Durchführung eines Ätzverfahrens für einen Stapel von maskierten Wafern. Erfindungsgemäß ist dieser mit einem Plasmagenerator 15 ausgestattet, so dass die für den Ätzvorgang in den Reaktor eingebrachten Wafer ohne weitere Zwischenschritte vorbehandelt und sofort im Anschluss geätzt werden können. Der Reaktor stellt somit sowohl eine Vorbereitungs- oder Konditionierungskammer als auch eine Ätzkammer zur Durchführung eines sogenannten Batch- Ätzprozesses, also eines Ätzprozesses für einen ganzen Stapel von Wafern zur Verfügung, wobei vorzugsweise als Ätzgas Chlortrifluorid (ClF3) verwendet wird.1 shows a system 10 with a reactor 11 for carrying out an etching process for a stack of masked wafers. According to the invention, this is equipped with a plasma generator 15, so that the wafers introduced into the reactor for the etching process can be pretreated without further intermediate steps and etched immediately afterwards. The reactor thus provides both a preparation or conditioning chamber and an etching chamber for performing a so-called batch etching process, that is, an etching process for a whole stack of wafers, wherein chlorine trifluoride (ClF 3 ) is preferably used as the etching gas.
Der Plasmagenerator 15 dient grundsätzlich zur Einleitung eines Plasmaprozesses im Reaktorinneren, wobei ein solcher Plasmaprozess vor einem durchzuführenden C1F3-Batch- Ätzprozess, nachfolgend, alternierend oder auch gleichzeitig mit einem solchen Ätzprozess durchgeführt werden kann. Insbesondere wird dabei neben der Möglichkeit die für ein bestimmtes Verfahrens erforderlichen Reaktionstemperaturen aufgrund einer katalytischen Wirkung des Plasmas zu reduzieren auch die Möglichkeit zur Durchführung eines Sputterprozesses, insbesondere eines Inertgas- Sputterprozesses zur Reinigung der zu ätzenden Oberflächen der Wafer bereitgestellt.In principle, the plasma generator 15 serves to initiate a plasma process inside the reactor, such a plasma process preceding a C1F 3 -batch etching process to be carried out, subsequently, alternately or simultaneously can be performed with such an etching process. In particular, in addition to the possibility of reducing the reaction temperatures required for a particular process due to a catalytic effect of the plasma, it is also possible to carry out a sputtering process, in particular an inert gas sputtering process, for cleaning the surfaces of the wafers to be etched.
Das Wafer-Schiffchen 12 umfasst Elektroden 13, 14, die derart ausgebildet sind, dass sie zur Aufnahme von im Reaktor zu behandelnden Wafern 1, vorzugsweise sogar zur Aufnahme von zwei solchen Wafern geeignet sind. Die voneinander isoliert ausgebildeten Elektroden 13, 14 sind dabei im Wafer- Schiffchen mit abwechselnder Polarität angeordnet. Eine Schalteinheit zur Änderung der Elektroden-Polarität kann die Funktionalität des Reaktors erhöhen. Vorzugsweise ist eine solche Schalteinheit 15 im Plasmagenerator 15 integriert.The wafer boat 12 comprises electrodes 13, 14, which are designed such that they are suitable for receiving wafers 1 to be treated in the reactor, preferably even for receiving two such wafers. The insulated electrodes 13, 14 are arranged in the Wafer- Schiffchen with alternating polarity. A switching unit for changing the electrode polarity can increase the functionality of the reactor. Such a switching unit 15 is preferably integrated in the plasma generator 15.
Zur Kontaktierung der Elektroden 13, 14 des im Reaktor eingesetzten Wafer-Schiffchens 12 umfasst der Reaktor 11 weiterhin eine Kontakteinheit 25. Damit kann das WaferSchiffchen beim Einsetzen in den Reaktor mit den elektrischen Anschlüssen des Reaktors bzw. mit den entsprechenden Zuleitungen kontaktiert werden.For contacting the electrodes 13, 14 of the wafer boat 12 used in the reactor, the reactor 11 further comprises a contact unit 25. Thus, the wafer boat can be contacted when inserted into the reactor with the electrical connections of the reactor or with the corresponding leads.
Um die einzelnen Verfahrensschritte wie Plasmaprozess, Sputterprozess, Ätzprozess und den Wechsel zwischen den Prozessschritten bzw. die Kombination solcher sowie gegebenenfalls auch vorangehender und nachfolgender Prozessschritte kontrollieren zu können, kann der Reaktor vorzugsweise auch noch eine Kontrollvorrichtung 15 umfassen, die ihrerseits wiederum im Plasmagenerator 15 untergebracht oder Teil davon sein kann.In order to be able to control the individual process steps, such as the plasma process, sputtering process, etching process and the change between the process steps or the combination of such and optionally also previous and subsequent process steps, the reactor may preferably also comprise a control device 15, which in turn is accommodated in the plasma generator 15 or part of it.
Neben diesen wesentlichen Reaktorelementen umfasst die Anlage weiterhin die üblicherweise für solche Anlagen vorgesehenen Komponenten Heizung 16, Vakuumleitung 17, Vakuumregelventil 18, Gasleitung 19, 20, Ventile 21, 22, Gasanschluss 23 sowie eine Druckerfassung bzw. Druckanzeige 24. Diese Elemente stellen die wesentlichen Anlagenelemente dar, sie sind jedoch nicht abschließend aufgelistet.In addition to these essential reactor elements, the system includes Furthermore, the usually provided for such systems components heater 16, vacuum line 17, vacuum control valve 18, gas line 19, 20, valves 21, 22, gas port 23 and a pressure sensing or pressure display 24. These elements represent the essential system elements, but they are not exhaustive listed.
Mit einer einen solchen Reaktor umfassenden Anlage können für die Behandlung der Wafer Temperaturen im Bereich von 2O0C bis 6000C, Drücke von einigen wenigen mTorr bis etwa 8 Torr und Flüsse von wenigen sscm ( (Standard Cubic Centimeter Minute) (Standard cm3/Minute) ) bis zu einigen slm (Standard Liter/Minute) eingestellt werden. Weiterhin vorteilhaft ist die Verwendung eines LPCVD-Rohres (Low Pressure Chemical Vaper Deposition) für den Aufbau des Reaktors, in welchem das Wafer-Schiffchen eingesetzt werden kann.With a such a reactor comprising plant, temperatures in the range of 2O 0 C to 600 0 C, pressures (from a few mTorr to about 8 Torr and rivers of a few sccm (Standard Cubic for the treatment of the wafers centimeter minute) (standard cm 3 / Minute)) up to a few slm (standard liters / minute). Also advantageous is the use of an LPCVD tube (Low Pressure Chemical Vapor Deposition) for the construction of the reactor, in which the wafer boat can be used.
Figur 2 zeigt, wiederum schematisch, Elektroden 13, 14, wie sie beispielsweise in einem Wafer-Schiffchen 12 angeordnet sind. An den vorzugsweise plattenförmig ausgebildeten Elektroden 13, 14 sind die Wafer 1 fixiert, und können mittels des ebenfalls symbolisch dargestellten Plasmabereiches 26 bei Aktivierung des Plasmagenerators 15 gesputtert werden. Die Polarität der Elektroden ist vorzugsweise umschaltbar, so dass für beide Wafer je nach geschalteter Polarität der Elektroden 13, 14 die gleichen Behandlungsbedingungen eingestellt werden können.Figure 2 shows, again schematically, electrodes 13, 14, as they are arranged for example in a wafer boat 12. The wafers 1 are fixed to the preferably plate-shaped electrodes 13, 14, and can be sputtered by means of the likewise symbolically represented plasma region 26 upon activation of the plasma generator 15. The polarity of the electrodes is preferably reversible, so that the same treatment conditions can be set for both wafers, depending on the switched polarity of the electrodes 13, 14.
Die elektrische Kontakteinheit 25 ist hier schematisch durch einen Querstrich dargestellt, welcher den dem Schiffchen zugeordneten Bereich 12 gegenüber den dem Plasmagenerator 15 zugeordneten Bereich trennt.The electrical contact unit 25 is shown schematically here by a transverse line, which separates the area assigned to the shuttle 12 with respect to the region assigned to the plasma generator 15.
Die Figuren 3 bis 6 zeigen einen Teilausschnitt des Wafers mit maskierter Oberfläche während unterschiedlicher Prozessschritte. Figur 3 zeigt einen Ausschnitt eines Wafers 1 mit einer Schicht 2 aus Opfermaterial, z.B. Epipoly, LPCVD Polysilizium, LPCVD Silizium-Germanium oder dergleichen. Darüber befindet sich eine Schicht 2b aus Funktionsmaterial wie z.B. Epipoly, LPCVD Polysilizium, LPCVD Silizim-Germanium oder andere Materialien, welche mit einer Maske 3 aus SiO2, Si3N4, Fotolack oder ebenfalls anderen Materialien überzogen ist. Zum Zwecke einer, gegen den Ätzangriff von unten, allseits geschützten Funktionsschicht 2b befindet sich zwischen Opfermaterial (2) und Funktionsmaterial 2b eine Schutzschicht 2c.FIGS. 3 to 6 show a partial section of the wafer with masked surface during different process steps. FIG. 3 shows a section of a wafer 1 with a layer 2 of sacrificial material, eg epipoly, LPCVD polysilicon, LPCVD silicon germanium or the like. Above this is a layer 2b of functional material such as epipoly, LPCVD polysilicon, LPCVD silizim germanium or other materials, which is coated with a mask 3 made of SiO 2, Si 3 N 4, photoresist or other materials as well. For the purpose of a functional layer 2b which is protected against the etching attack from below, on all sides, there is a protective layer 2c between sacrificial material (2) and functional material 2b.
Diese wird vorzugsweise so gewählt, dass Sie im Ätzprozess eine hohe Selektivität zum Opfermaterial aufweist. In diesem Fall vorzugsweise SiÜ2.This is preferably chosen so that it has a high selectivity to the sacrificial material in the etching process. In this case, preferably SiÜ2.
Des Weiteren befindet sich zwischen Bereichen mit Funtionsmaterial eine Mikromaskierung 4 aus natürlichem Oxid, Oxidresten oder allgemeinen Maskenresten.Furthermore, there is a micro-masking 4 of natural oxide, oxide residues or general mask residues between areas with Funtionsmaterial.
Die Figur 4 zeigt den gleichen Aufbau wie die Figur 3, sie unterscheidet sich jedoch durch die zusätzliche Darstellung eines aktivierten Plasmaprozesses anhand der senkrecht auf die Oberfläche des Wafer verlaufenden Striche 5, welcher dem mit dem Bezugszeichen 26 in Figur 2 entspricht. Der Plasmavorgang 5 oder auch der Sputterprozess 5 wird nach dem Ladevorgang des Schiffchens unter Kontaktierung mit dem Plasmagenerator 15 und nach einer Gase- undFIG. 4 shows the same structure as FIG. 3, but it differs from the additional illustration of an activated plasma process with reference to the lines 5 running perpendicular to the surface of the wafer, which corresponds to the reference number 26 in FIG. The plasma process 5 or the sputtering process 5 is after the charging process of the shuttle under contact with the plasma generator 15 and after a gas and
Temperaturstabilisierungsroutine aktiviert. Damit können die mit der Oxidmaske 3 strukturierten Wafer 1 durch den Sputterprozess von dem natürlichen Oxid 4 bzw. Oxidresten oder Lackresten aus vorangehenden Prozessen in den zu ätzenden Bereichen befreit werden. Im Falle eines reinen Sputterprozesses kann hierfür als Prozessgas auch Stickstoff oder ein Inertgas, beispielsweise Argon verwendet werden. Durch den physikalischen Beschuss wird das natürliche Oxid 4 für den nachfolgenden C1F3-Ätzprozess vollständig entfernt (Figur 5) . Grundsätzlich ist auch ein physikalisch-chemischer Ätzprozess bei entsprechend geeigneter Auswahl von Prozessgasen und Werkstoffeigenschaften möglich.Temperature stabilization routine activated. Thus, the wafers 1 structured with the oxide mask 3 can be freed from the natural oxide 4 or oxide residues or lacquer residues from previous processes in the areas to be etched by the sputtering process. In the case of a pure sputtering process, nitrogen or an inert gas, for example argon, can also be used for this purpose as the process gas. The physical bombardment completely removes the natural oxide 4 for the subsequent C1F 3 etch process (Figure 5). In principle, a physico-chemical etching process is also possible with correspondingly suitable selection of process gases and material properties.
Da das Ätzen des Oxids nicht selektiv erfolgt, muss die Maskendicke für die nicht zu ätzenden Bereiche entsprechend dicker gewählt werden. Aufgrund der minimalen Dicke des natürlichen Oxids von wenigen nm ist dies aber unkritisch und kann in den meisten Fällen vernachlässigt werden.Since the etching of the oxide is not selective, the mask thickness for the areas not to be etched must be correspondingly thicker. Due to the minimum thickness of the natural oxide of a few nm, this is not critical and can be neglected in most cases.
Nachdem das natürliche Oxid 4 vollständig an den zu ätzenden Stellen entfernt ist (Figur 5) wird mittels ClF3 der Ätzvorgang entsprechend der Figur 6 eingeleitet. Die Beaufschlagung des Wafers 1 mit C1F3-Ätzgas ist auch in der Figur 6 symbolisch durch die senkrecht auf die Wafer- Oberflache ausgerichteten Linien 6 dargestellt.After the natural oxide 4 is completely removed at the sites to be etched (FIG. 5), the etching process according to FIG. 6 is initiated by means of ClF 3 . The loading of the wafer 1 with C1F 3 etching gas is also shown symbolically in FIG. 6 by the lines 6 aligned perpendicular to the wafer surface.
Mit diesem Ätzverfahren kann die Opferschicht 2 geätzt werden, um eine allseitig geschützte Funktionsschicht 2b freizusetzen. Durch den ungehinderten Zutritt des Gases an die geöffneten Bereiche kann die Ätzfront homogen voranschreiten und ein lateral inhomogener Ätzangriff unterbleibt .With this etching process, the sacrificial layer 2 can be etched in order to release an all-round protected functional layer 2b. Due to the unimpeded access of the gas to the open areas, the etching front can progress homogeneously and a laterally inhomogeneous etching attack is avoided.
Für den Fall, dass sich durch den C1F3-Ätzprozess und die Prozessführung eine beliebige chemische Schicht auf den zu ätzenden Bereichen bildet, welche den weiteren Zugang des Ätzgases zur geöffneten Ätzfläche behindert und die Ätzrate minimiert, besteht, wie bereits angemerkt, auch die Möglichkeit einen alternierenden Prozess mit Sputtern und C1F3-Ätzbetrieb einzusetzen, so dass sich ein möglichst optimales Behandlungsergebnis der Wafer ergibt. In the event that through the C1F 3 etching process and the process control any chemical layer on the areas to be etched forms, which hinders the further access of the etching gas to the open etched surface and minimizes the etch rate is, as already noted, the possibility to use an alternating process with sputtering and C1F 3 etching, so that the best possible treatment result for the wafers results.

Claims

Ansprüche : Claims :
1. Reaktor zur Durchführung eines Ätzverfahrens für einen Stapel von maskierten Wafern, unter Verwendung eines Ätzgases, vorzugsweise Chlortrifluorid (ClF3) , dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor eine Vorrichtung zur Durchführung eines Plasmaprozesses umfasst.A reactor for carrying out an etching process for a stack of masked wafers, using an etching gas, preferably chlorotrifluoride (ClF 3 ), characterized in that the reactor comprises a device for carrying out a plasma process.
2. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor eine Vorrichtung zur Durchführung eines Inertgas- Sputterprozesses umfasst.2. Reactor according to claim 1, characterized in that the reactor comprises a device for carrying out an inert gas sputtering process.
3. Reaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor ein Wafer-Schiffchen mit Elektroden umfasst.3. Reactor according to claim 1 or 2, characterized in that the reactor comprises a wafer boat with electrodes.
4. Reaktor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden Aufnahmen für Wafer umfassen.4. Reactor according to one of the preceding claims, characterized in that the electrodes comprise receptacles for wafers.
5. Reaktor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Elektrode zur Aufnahme von zwei Wafern ausgebildet ist.5. Reactor according to one of the preceding claims, characterized in that an electrode for receiving two wafers is formed.
6. Reaktor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schalteinheit zur Änderung der Polarität der Elektroden vorgesehen ist.6. Reactor according to one of the preceding claims, characterized in that a switching unit is provided for changing the polarity of the electrodes.
7. Reaktor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wafer-Schiffchen eine Kontakteinheit zur Kontaktierung der Elektroden mit elektrischen Anschlüssen des Reaktors bzw. mit entsprechenden Zuleitungen umfasst. 7. Reactor according to one of the preceding claims, characterized in that the wafer boat comprises a contact unit for contacting the electrodes with electrical connections of the reactor or with corresponding supply lines.
8. Reaktor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kontrollvorrichtung vorgesehen ist, die einzelne Verfahrensschritte wie Plasmaprozess, Ätzprozess und den Wechsel zwischen den Prozessschritten bzw. die Kombination solcher sowie ggf. auch vorangehender und nachfolgender Prozessschritte kontrolliert.8. Reactor according to one of the preceding claims, characterized in that a control device is provided which controls individual process steps such as plasma process, etching process and the change between the process steps or the combination of such and possibly also preceding and subsequent process steps.
9. Ätzverfahren für maskierte Wafer, unter Verwendung eines Ätzgases, vorzugsweise Chlortrifluorid (ClF3) , wobei die Wafer vor einem Ätzvorgang in einem Plasmaprozess vorbehandelt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die9. etching process for masked wafers, using an etching gas, preferably chlorotrifluoride (ClF 3 ), wherein the wafers are pretreated before an etching process in a plasma process, characterized in that the
Wafervorbehandlung und der Ätzprozess für einen Stapel von Wafern in einem Reaktorraum stattfinden.Wafer pretreatment and the etching process for a stack of wafers take place in a reactor room.
10. Ätzverfahren nach Anspruch 9 , dadurch gekennzeichnet, dass die Wafervorbehandlung und der Ätzprozess kombiniert in dem Reaktorraum stattfinden.10. etching method according to claim 9, characterized in that the wafer pretreatment and the etching process take place in combination in the reactor space.
11. Ätzverfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Ätzverfahren einen Inertgas- Sputterprozess für die Wafervorbehandlung umfasst.11. etching method according to claim 9 or 10, characterized in that the etching process comprises an inert gas sputtering process for wafer pretreatment.
12. Ätzverfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Inertgas-Sputterprozess vor und/oder während des Ätzprozesses erfolgt.12. etching method according to one of claims 9 to 11, characterized in that the inert gas sputtering process takes place before and / or during the etching process.
13. Ätzverfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Inertgas-Sputterprozess alternierend mit dem Ätzprozesses erfolgt. 13. etching method according to one of claims 9 to 12, characterized in that the inert gas sputtering process is carried out alternately with the etching process.
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