DE3607844A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von vertiefungen und/oder ausnehmungen mit abgeschraegten aussenkanten an der oberflaeche von werkstuecken aus halbleitendem material und/oder daran aufgebrachten duennen schichten durch aetzen - Google Patents

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Vertiefungen und/oder Ausnehmungen mit abgeschrägten Aussenkanten an der Oberfläche von Werkstücken aus halbleitendem Material und/- oder daran aufgebrachten dünnen Schichten durch Ätzen.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Vertiefungen und/oder Ausnehmungen mit abgeschrägten Aussenkanten an der Oberfläche von Werkstücken aus halbleitendem Material und/oder daran aufgebrachten dünnen Schichten durch Ätzen.

In der Fabrikation von Halbleitervorrichtungen ist es allgemein üblich, in eine oder mehrere Schichten eines Substrates (Wafer) Muster einzuätzen, um spezifische Halbleiter-Schaltungsanordnungen zu erzeugen oder um schon vorhandene Schichten für weitere Veränderungen vorzubereiten. Z.B. ist es bei der Herstellung von integrierten Schaltungen gebräuchlich, ein vorbestimmtes Muster in eine isolierende Schicht, z.B. eine SiOp-Schicht, oder in eine Halbleiterschicht einzuätzen, um so bestimmte Flächenbereiche der Unterlage (oder einer unterhalb der geätzten Schicht liegenden anderen Schicht) freizulegen, welche z.B. anschliessend durch die Aufbringung einer Aluminiumschicht oder einer Schicht aus einem anderen leitenden Metall metallisiert werden sollen. Gelegentlich werden Teile der zu ätzenden Schichten mit einer Schicht eines ichtempfindlichen Materials (Fotoresist)

bedeckt, welches ebenfalls teilweise weggeätzt werden muss, bevor die Metallisierung durchgeführt werden kann.

Häufig weist die zu metallisierende Unterlage (Substrat) schmale Furchen auf und die Metallisierung erfordert dann eine schrittweise Niederschlagung des Metalles, wobei das Metall sowohl in den Furchen als auch in den angrenzenden Oberflächenbereichen deponiert wird. Die Möglichkeit, das Substrat ordnungsgemäss mit einer Metallschicht zu versehen, wird durch den Querschnitt der Furchen wesentlich beeinflusst. Wenn das Ätzen einer Schicht nicht in geeigneter Weise erfolgt, können die Furchen oder Vertiefungen zu eng werden oder sonstige Fehler aufweisen. In jedem Falle sind die Furchen und Vertiefungen gewöhnlich durch zur Oberfläche des Substrates senkrecht stehende Seitenflächen begrenzt, so dass die von den Seitenwänden und der Oberfläche gebildeten Kanten scharf rechtwinklig sind. Als Folge davon führt eine nachfolgende Metallisierung häufig zu unbefriedigenden Ergebnissen, weil die niedergeschlagene Metallschicht Diskontinuitäten und übermässige Schwankungen der Schichtdicke aufweist an jenen Stellen, wo sie die durch die Seitenflächen und die angrenzenden Oberflächenteile des Substrates gebildeten Kanten umschliesst. Gelegentlich führt die Enge der Vertiefungen in Verbindung mit den scharfen Kanten auch zu einer ungenügenden Metallisierung des Bodens der Furchen bzw. Vertiefungen.

Derartige Defekte der Metallisierung können gewisse Abschnitte eines integrierten Schaltkreises, oder wenn die Defekte sehr ausgedehnt sind, sogar den ganzen Schaltkreis unbrauchbar machen. Z.B. können einige oder alle Zellen eines Informationsspeichers, infolge solcher Beschichtungsfehler unbrauchbar werden. Die vorgenannten Fehler und Defekte können auftreten unabhängig davon, nach welchem Verfahren die Metallisierung durchgeführt wird, sei es durch Vakuumbedampfung, Zerstäubung oder ein elektrodenloses Verfahren bzw. Tauchverfahren. Ähnliche Schwierigkeiten wie bei der Metallisierung können sich auch ergeben, wenn isolierendes oder halbleitendes Materials in Vertiefungen einer geätzten Schicht niedergeschlagen werden soll.

ff Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verlässliches Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, welche ein verbessertes Herausätzen von Vertiefungen bzw. Ausnehmungen auf Substraten bzw. darauf aufgebrachten Schichten erlaubt, so dass Fehler ausgeschaltet werden, welche durch ein ungeeignetes Ätzen bzw. durch die davon herrührenden Schwierigkeiten bei der Beschichtung von Vertiefungen verursacht werden. Insbesondere sollen das das erfindungsgemässe verbesserte Ätzverfahren und die Vorrichtung hiefür in Fabrikationsprozesse zur Herstellung von Halbleiterschaltungen eingebaut werden können, ohne dass eine Änderung der in einem solchen Prozess verwendeten Materialien erforderlich ist, und sie sollen verhältnismässig leicht auszuführen und zu handhaben sein, verlässlich sein sowohl

in Bezug auf die Durchführung als auch bezüglich der Resultate und gleichzeitig mit einem verhältnismässig geringem Aufwand verbunden sein.

Die genannten Aufgaben können mit dem Verfahren bzw. der Vorrichtung gemäss den Patentansprüchen 1 bzw. 5 weitgehend gelöst werden.

Durch das erfindungsgemässe Verfahren erreicht man beim Ätzen von Halbleiterwafern oder anderen Substraten eine Abschrägung der äusseren Kanten der Vertiefungen. Das neue Verfahren beruht darauf, dass Ätzgasströme unter zwei oder mehreren vorbestimmten Winkeln auf die Substratoberfläche einfallen. Unter Umständen kann der Gaszustrom entlang des Umfanges der Substrate auch variiert werden, um eine unterschiedliche Ätzung in verschiedenen Abschnitten zu erreichen. Auch kann, wenn gewünscht, die Zusammensetzung des Ätzgases an den verschiedenen Auftreffstellen des Gasstromes variieren, um eine selektive Ätzung verschiedener Bereiche zu bewirken. Die erfindungsgemässe Vorrichtung umfasst u.a. eine neuartige GasZuführungseinrichtung, welche das Ätzgas unter einem spitzen Winkel zur Ebene der zu ätzenden Wafer oder Substrate in den Behandlungsraum einströmen lässt und Mittel, um dieses an verschiedenen Stellen selektiv anzuwenden, um u.U. unterschiedlich abgeschrägte Kanten an den Vertiefungen zu erreichen. Die Möglichkeit der Abschrägung erleichtert die nachfolgende Aufbringung von Schichten in

den Vertiefungen bei gleichzeitig hinreichender Schichtdicke an den Kanten derselben.

I) Weitere Besonderheiten und Vorteile der Erfindung werden im Nachfolgenden beschrieben bzw. ergeben sich aus der detaillierten Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung und den beiliegenden Zeichnungen.

Figur 1 zeigt schematisch eine an sich bekannte Anordnung zum Ätzen eines einzelnen Wafers;

Figur 2 zeigt im Schnitt und in vergrösserter Darstellung eine neue Elektrode wie sie im Rahmen der Erfindung in einem Atzsystem verwendet werden kann, z.B. als obere Elektrode in einer Maschine wie sie in Anspruch 1 schematisch dargestellt ist.

Die Figuren 3a und 3b sind vergrösserte Schnitte von Teilen einer geätzten (und beschichteten) Unterlage, welche zeigen, wie die äusseren Kanten der Vertiefungen abgeschrägt sind, und wie diese abgeschrägten Kanten das Niederschlagen einer Schicht in den Vertiefungen und an den angrenzenden Teilen der Oberfläche der ersten Schicht erleichtern.

V Figur 1 zeigt, wie gesagt, eine Ätzmaschine für einen einzelnen Wafer von an sich bekannter Art, z.B. das BALZERS-Modell SWE 654 eines "Kasette-zu-Kasette-Einzelwafer-Ätzsystems¹¹.

11 : :

Die in Figur 1 dargestellte Maschine umfasst eine Wafer-Einschleuskammer 20, eine (Prozesskammer) Ätzkammer 22 und eine Ausschleuskammer 24. Ein ausgewähltes Gas z.B. ein Inertgas wie Stickstoff, Helium oder Argon oder eine Mischung derselben, wird über die beiden Kammern 20 und 24 mit Hilfe der Ventile 21 und 25 eingespeist. Die beiden Kammern sind an eine Drehschieberpumpe 26 angeschlossen, welche dazu dient, sie zu entlüften und unter einem für die Durchführung des Verfahrens geeigneten Vakuum zu halten, typischerweise unter einen Druck von 2.5 bis 7 Millibar. Die Kammer 22 ist über ein einstellbares Ventil 28 mit einer Turbomolekularpumpe 30 und diese mit einer Drehschieberpumpe 32 verbunden. Die Pumpen 30 und 32 dienen der Evakuierung der Ätzkammer auf niedrigere Drücke als in den Kammern 22 und 24 herrschen, typischerweise auf einen Druck von 2.5*10" Millibar.

In der Ätzkammer 22 sind eine obere Elektrode 34 und eine untere Elektrode 36 angeordnet. Die obere Elektrode 34 ist, wie in Figur 1 angedeutet, als Hohlkörper mit einem Hohlraum 38 ausgebildet, welcher über einen Kanal 40 mit einer Steuereinrichtung 41 für das Prozessgas (Ätzgas) verbunden ist, welche den Zustrom deselben aus geeigneten Gasquellen 45 zur Herstellung einer Mischung aus einem oder mehreren Gasen für die Ätzung zu steuern und die eventuelle Zumischung eines Träger-oder Verdünnungsgases ermöglicht.

Die Unterseite der der Elektrode 36 gegenüberstehenden Elektrode 34 ist mit einer Mehrzahl von Bohrungen oder Oeffnun-

gen (welche in Figur 1 nicht dargestellt sind) versehen, welche das Xtzgas aus dem Hohlraum 34 in den freien Raum (Ätzraum) zwischen den beiden Elektroden ausströmen lässt.

Die beiden Elektroden sind ferner mit einer Hochfrequenzquelle 42 verbindbar, wobei die untere Elektrode sich auf Erdpotential befindet. Wenn die Hochfrequenz angeschaltet ist, wird die gewählte Gasmischung über den Hohlraum 38 in den Raum zwischen den Elektroden eingeführt und dort durch die HF-Entladung ein Plasma erzeugt, wobei sich eine oder mehrere reaktive gasförmige Komonenten bilden, welche freigelegte Teile der Oberfläche des Substrates (oder einer von dieser getragenen Schicht) ätzen.

Die beiden Kammern 20 und 24 sind ihrerseits mit der Prozesskammer 22 über die in Figur 1 schematisch dargestellten Ventile 46 und 48 verbunden, die den Transport der Substrate (Wafer) durch das System hindurch, ohne dass das Vakuum in der Ätzkammer unterbrochen werden muss, ermöglichen. In der Kammer 20 ist eine heb- und senkbare Haltevorrichtung 50 angeordnet mit einer Mehrzahl von Zellen bzw. Abteilungen zur Aufnahme einer bestimmten Zahl von zu ätzenden Wafern, z.B. 25 in einer Zelle. Die Kammer 24 enthält eine ähnliche heb- und senkbare Haltevorrichtung 52 mit Zellen und Abteilungen für die Aufnahme und das Haltern einer gleichen Zahl von Wafern, die aus der Prozesskammer 22 herausgeführt werden.

Bs ist für den Fachmann klar, dass die beschriebene Ätzmaschine ferner ein geeignetes Transportsystem aufweisen muss, um die einzelnen Substrate von der Haltevorrichtung 50 in die Kammer 22 zu transportieren, sie auf der Oberseite der unteren Elektrode 36 abzulegen und schliesslich von dieser nach der Durchführung des Xtzprozesses wieder abzuheben und der Haltevorrichtung 52 in der Kammer 26 zuzuführen. Die Maschine umfasst zweckmässigerweise auch (nicht gezeigte) Klemmvorrichtungen, um das Substrat während der Ätzbehandlung an der unteren Elektrode festzuhalten, und wieder loszulassen, sobald die Behandlung beendet ist, um es für den Transport zur Kammer 24 hin freizugeben. Der Ablauf der einzelnen Operationen kann, wenn gewünscht, natürlich auch durch einen Computer gesteuert werden.

Bei der Ätzbehandlung wird das zu ätzende Werkstück einem Plasma in der Kammer 22 ausgesetzt, wobei eine vorbestimmte Ätzgaszusammensetzung benutzt wird. Z.B. kann eine Mischung von C-Fg, CHF₃ und Helium verwendet werden, um eine SiO₂-Schicht auf einem Substrat zu ätzen oder eine Mischung von Cl₂ SFg und Helium für das Ätzen eines Polysilikonsubstrates. Die Ätzgasmischung wird der oberen Elektrode während des Verfahrensschrittes des Plasmaätzens zugeführt, wobei die Ätzkammer unter einem verringertem Druck gehalten werden kann. Ferner kann über die Ventile 21 und 25 den beiden Schleusenkammern ein inertes Gas, wie z.B. Stickstoff, Helium oder Argon oder eine Mischung dieser Gase zugeführt werden.

Zu Beginn der Ätzoperation wird die Substrathaltevorrichtung 50 mit den zu ätzenden Substraten beladen, wobei die Haltevorrichtung 52 noch keine Substrate enthält. Danach wird ein Substrat nach dem anderen durch das Transportsystem von der Kammer 20 in die Ätzkammer 22 geleitet und von da, wenn das Ätzen beendet ist, zur Kammer 24. Gewöhnlich befindet sich die vollgeladene Haltevorrichtung 50 zu Beginn eines Arbeitszyklus in ihrer obersten Position, wobei das in der untersten Zelle der Haltevorrichtung enthaltene Substrat sich gerade in der richtigen Lage befindet, um der Zelle entnommen und in die Ätzkammer transportiert zu werden. Gleichzeitig ist dann die Haltevorrichtung 52 in der untersten Position, in welcher ihre oberste Zelle sich in einer geeigneten Lage zur Aufnahme eines aus der Ätzkammer heraustransportierten geätzten Substrates befindet. Nachdem dann das erste Substrat der Haltevorrichtung 50 entnommen ist, wird letztere durch die Hebevorrichtung schrittweise nach unten abgesenkt, und zwar soweit, um jeweils das nächste Substrat für die übergabe an die Ätzkammer in die richtige Lage zu bringen. Gleichzeitig wird, nachdem ein Substrat von der Ätzkammer wegtransportiert und durch die Haltevorrichtung 52 aufgenommen ist, letztere durch die ihr zugeordnete Hebevorrichtung schrittweise angehoben, und zwar wiederum jeweils soweit, dass die nächste leere Zelle sich in einer für die Aufnahme des nächsten aus der Ätzkammer abzutransportierenden Substrates geeigneten Lage befindet.

Bei computergesteuerter Durchführung des Prozesses veranlasst die Steuereinrichtung, dass die Vakuumschleusenventile 46 und 48 sich zum rechten Zeitpunkt automatisch öffnen, um ein Substrat in die Prozesskammer ein bzw. aus dieser austreten zu lassen, und dass sie schliessen, sobald der Transport beendet ist, worauf die Maschine für die nächste Ätzoperation bereitsteht. Die Maschine kann auch (nicht gezeichnete) Einrichtungen zum Druckausgleich zwischen den Schleusenkammern und der Ätzkammer 22 enthalten, was für den Transport der Wafer in die und aus der Ätzkammer oft erforderlich ist. Die vorstehend beschriebene (an sich bekannte beispielsweise) Vorrichtung kann nun entsprechend der Erfindung abgeändert werden. Dazu wird die obere Elektrode 34 durch eine Elektrodenanordnung 100 ersetzt, die in Figur 2 dargestellt und so ausgebildet ist, dass sie ein Ätzgas in mindestens zwei unterschiedlichen Richtungen, auf das zu ätzende Substrat in der Ätzkammer einströmen lässt, wovon die eine mit der Oberfläche des von der unteren Elektrode getragenen Substrates einen rechten Winkel und die andere einen spitzen Winkel einschliesst.

Die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung umfasst eine Elektrode, die im wesentlichen der Darstellung der Figur 2 entspricht.

Die Figur 2 zeigt diese Elektrode 100, mit einem oberen Teil 34 A in der Form eines Zylinders 70, welcher mit der Hochfrequenzquelle 42, (der Figur 1) verbunden werden kann, und

der mit einer Flanschplatte 72 verbunden ist, die sich, wenn sie anstelle der Elektrode 34 der Figur 1 eingesetzt ist, parallel zur Fläche der Gegenelektrode 36 erstreckt. Mit der Flanschplatte 72 ist ein Distanzring 74 verbunden, sowie ein metallischer Stützring 76, an dem eine dünne gesinterte Platte 78 aus rostfreiem Stahl angeschweisst ist, welche durchgehende Poren von durchschnittlich 20 bis 50 um Weite aufweist, vorzugsweise solche von 35yum Weite. Gegen den äusseren Rand der porösen Stahlplatte 78 ist mit Hilfe eines Halteringes 80 aus elektrisch isolierendem Material ein scheibenförmiger (oder haubenförmiger) poröser Gaszuführungskörper 82 aus Graphit angepresst, dessen Poren etwa zwischen 20 und 50 jnm weit sind und im Mittel einen Durchmesser von 25 bis 35 pm, besitzen. Eine zylindrische Hülse 84 aus Aluminium auf der Innenseite des Graphitkörpers 82 dient der Verstärkung deselben und dazu, die elektrisch leitende Verbindung mit der porösen Stahlplatte 78 zu verbessern. Eine Hülse 86 aus elektrisch isolierendem Material umgibt ferner den zylindrischen Teil 70 der Elektrode 34 A und ein Kragen 88, ebenfalls aus elektrisch isolierendem Material, umschliesst den Rand der Flanschplatte 72 sowie der Ringe 74 und 76. Die Kanäle 90 und 92 in der isolierenden Hülse 86 und in dem Elektrodenteil 34 A dienen der Zuführung eines Ätzgases in den Hohlraum 100, der zwischen der Flanschplatte 72 und der porösen Platte 78 gebildet wird. Unter dem Einfluss des Vakuums in der Ätzkammer 22 diffundiert das Ätzgas aus der Kammer 100 durch die Platte 78 hindurch zunächst in die Unterkammer 102, welche zwischen der Platte 78 und dem

17 ■: : : :

Graphitkörper 82 gebildet wird. Die Kammer 102 dient als hauptsächlicher Gasverteilerraum für die Gaszuführung in den Ätzraum durch Teil 82 und zwar entweicht das Gas durch die Poren im unteren Teil 104 des Graphitkörpers 82. Die an der Aussenfläche 105 endenden Poren wirken dabei wie einzelne Gasausströmöffnungen oder Düsen, so dass das Gas, von dieser Aussenfläche in zahllosen feinen Einzelgasströmen, welche überwiegend unter einem rechten Winkel zur Fläche 102 austreten und ebenso einen rechten Winkel zur Oberfläche der unteren Elektrode 36 (der Figur 1) bilden, abgegeben wird.

Entsprechend der Erfindung ist nun die obere Elektrodenfläche 105 von einem elektrisch isolierten Mantel 106 umgeben, welcher als Hilfseinrichtung für die Gaszuführung dient, um Ätzgas unter einem spitzen Winkel gegen die Fläche dieser unteren Elektrode strömen zu lassen. Im wesentlichen umfasst dieser Mantel, wie aus der nachfolgenden Beschreibung ersichtlich wird, einen GasZuführungskörper, der durch eine Zahl von Poren oder Oeffnungen gekennzeichnet ist, welche Gas unter den erwähnten Winkel ausströmen lassen, und die in einer konischen Anordnung konzentrisch um die gemeinsame Achse der oberen und der unteren Elektrode herum angeordnet sind. Die Gas abgebenden Poren oder Oeffnungen dieses Körpers haben im Mittel einen Durchmesser zwischen 20 und 50

Die bevorzugte Ausführungsform des isolierenden Mantels ist ein konischer poröser Graphitkörper 106 mit einem Ober-

teil 108, welches die oberen äusseren Flächen des Isolators 88 eng anliegend umgibt, und mit einem unteren Teil 112, der sich bis unterhalb des Graphit-GasZuführungskörpers 82 ersteckt und eine flache konische innere Oberfläche 114 besitzt, welche konzentrisch mit radialem Abstand vom unteren Teil 104 dieses Graphitkörpers 82 ausgebildet ist. Der Gas zuführende Mantel 106 weist ebenfalls eine Gasverteilungskammer in Form eines Hohlraumes 116 auf, der durch einen dünnen porösen Wandteil 118 vom Aussenraum getrennt ist. Der Wandteil 118 besitzt vorzugsweise eine Dicke von 5 bis 20 yum, um sicherzustellen, dass er einerseits mechanisch genügend stark ist und andererseits aber dünn genug ist, um den raschen Durchtritt des Ätzgases aus der Verteilungskammer 116 in den -Raum zwischen den beiden Elektoden der Ätzanordnung zu ermöglichen. An der inneren Fläche 114 des Mantels 106 wirken die Poren des Wandteiles 118 als individuelle Gasausströmungsöffnungen oder Düsen, so dass das Gas von der Verteilungskammer wiederum in Form von zahllosen feinen Gasstrahlen unter einem rechten Winkel zur Fläche 114 ausströmt. Da diese unter einem spitzen Winkel zur Achse der Elektrodenanordnung geneigt ist, sind die Gasstrahlen, die aus der Wand 118 austreten, gegen die untere Elektrodenfläche 36 bzw. die Fläche eines ebenen Substrates, das an der Elektrodenfläche festgehalten wird, ebenfalls geneigt.

Der Gasverteilungskammer 116 wird das Gas über ein oder mehrere Kanäle 122 im Mantel 106 und ein oder mehrere Leitungen 124 , welche mit einem Ende mit den Kanälen 122 und mit dem

19 :

anderen Ende über die Steuereinrichtung 41 mit der Gasquelle verbunden sind, zugeführt. In die Gaszuführungsleitungen 124 sind zweckmassigerweise Ventile 43, eingefügt um ggf. auch eine unterschiedliche Zuführung eines besimmten Ätzgases über den Graphitkörper 82 und den Mantel 106 zu ermöglichen.

Der als Hilfseinrichtung dienende Mantel 106 kann von einer Schutzhülle 130 aus einem elektrisch isolierendem Material umgeben sein. Ausserdem sind die Leitungen 124 vorzugsweise von Hülsen 132 eines elektrisch isolierenden Materials umhüllt. Die Funktion der isolierenden Teile 130 und 132 ist die, das Auftreten von elektrischen Gasentladungen entlang den äusseren Oberflächen des leitenden mantelförmigen Gaszuführungsteiles 106 zu verhindern, wobei, wenn die Elektroden mit Hochfrequenz beaufschlagt sind, die Plasmabildung auf den Bereich zwischen den Elektroden begrenzt wird. Dank einer derartigen Begrenzung der Glimmentladung ist eine geringere Leistung erforderlich, um ein wirkungsvolles Plasmaätzen der an der unteren Elektrode 36 befestigten Wafer zu bewirken. Der Mantel 106 wird vorzugsweise aus einem Material gebildet, welches gegenüber dem Ätzgas widerstandsfähig ist und mit diesem nicht reagiert (oder mindestens genügend widerstandsfähig ist, also nur langsam reagiert). Wenn beispielsweise das Halbleiter-Substrat Silizium ist und dieses selbst oder eine darauf befindliche Schicht aus SiO- oder Glas oder Metall geätzt werden soll, besteht der Mantel vorzugsweise aus porösem Graphit, jedoch können auch poröse Titan- oder Aluminiumoxidkörper anstelle von Graphit verwendet werden.

20 : ' ■;;

Zu bemerken ist auch, dass das Ätzgas oder Ätzgasmischung isotrop oder anisotrop wirken kann. Beispielsweise stellt C₂F-, in einem Träger gas strom von Helium ein isotropes Ätzgas für Siliziumsubstrate oder SiO_-Schichten dar, wogegen ein anisotrop wirkendes Ätzgas für dieselben Materialien durch eine Mischung von 100 Volumteilen C-Fg und 10 Volumteilen CHF₃, verdünnt mit Helium, gebildet werden kann.

Nachfolgend wird ein Beispiel beschrieben, wie in einem Siliziumsubstrat nach der vorliegenden Erfindung Gräben oder Furchen mit abgeschrägten Kanten eingeätzt werden können.

Eine Mehrzahl von Siliziumwafern wird mit einer SiOj-Schicht versehen und dann mit einem Belag eines Fotoresists überzogen. Letzterer wird entsprechend einer herzustellenden Struktur in bekannter Weise belichtet und entwickelt, so dass er eine Ausnehmungen aufweisende Maske bildet, die vorbestimmte Flächenteile der SiO--Schicht für die nachfolgende Ätzung freigibt. Diese Ausnehmungen in der Fotoresistschicht sind durch Seitenflächen begrenzt, die im wesentlichen senkrecht zur Waferoberfläche stehen. Die Wafer werden sodann in die Haltevorrichtung der Kammer 20 der Figur 1 eingesetzt und dort unter einer Atmosphäre von Helium bei einem Druck von 0.6 bis 2 mbar gehalten. Nachfolgend wird jeder Wafer der Reihe nach von der Kammer 20 in die Reaktionskammer 22 transportiert und dort dem Plasmaätzprozess unter den nachfolgend beschriebenen Bedingungen unterworfen, wonach er aus der Reaktionskammer heraus in die Kammer 24 gebracht wird. Der

jeweils in die Ätzkammer eingeführte Wafer ist an die untere Elektrode 36 fetgeklemmt und wird dort während der Xtzoperation festgehalten. Die Ätzkammer 22 befindet sich während der Durchführung der Xtzung unter einem Druck von ca. 1 Millibar .

Während des Ätzens wird eine Wärmeaustauscher-Flüssigkeit durch (nicht dargestellte) Kühlkanäle der unteren Elektrode 36 geleitet, um diese und die daran befestigten Wafer auf einer Temperatur von ca. 10 C zu halten. Nachdem jeweils ein Wafer an der unteren Elektrode plaziert ist, wird Hochfrequenz von 13,5 MHz an die Elektroden angelegt, um zwischen diesen ein Hochfrequenzfeld aufrecht zu erhalten, und gleichzeitig wird C₂F,, CHF₃ und Helium durch die Steuereinrichtung 41 zur Verteilungskammer 102 (über die Kammer 100) in Volumenverhältnissen von ungefähr 20:2:5 zugeführt. Die beiden Elektroden befinden sich in einem Abstand von ungefähr 7 bis 14 mm voneinander und die eingespeiste Hochfrequenzleistung liegt bei ungefähr 150 bis 250 Watt. Nach etwa 120 Sekunden wird der Gasstrom zur Verteilungskammer abgeschaltet. Ungefähr eine Sekunde nachdem der Gaszufluss zur Verteilungskammer 102 begonnen hat, werden C-F₂, CHF₃ und Helium über die Steuereinrichtung 41 zur Verteilungskammer 116 geleitet und zwar wiederum ungefähr im Volumenverhältnis 20:2:5.

Nach einer gewünschten Tiefe der auszuätzenden Vertiefungen entsprechenden Ätzzeit wird der Gaszustrom zu den beiden

Verteilungskammern abgebrochen und gleichzeitig auch die Hochfrequenz abgeschaltet. Danach wird der behandelte Wafer in die Kammer 24 transportiert, wo er in der Haltevorrichtung 52 abgelegt wird. Gleichzeitig wird ein neuer Wafer von der Haltevorrichtung 50 entnommen und in die Ätzkammer transportiert und auf der Elektrode 36 in der vorbeschriebenen Weise abgelegt. Die Hochfrequenz und die Gasströme zu den Verteilungskammern 102 und 116 werden sodann wieder angeschaltet, um den nächsten Wafer in gleicher Weise zu ätzen. Der Vorgang wird wiederholt, bis alle in der Schleusenkammer 20 befindlichen Wafer geätzt und in die Schleusenkammer 24 transportiert sind.

Bei einer nachträglichen Inspektion der geätzten Wafer zeigt sich dann, dass an den Stellen, wo die Fotoresistmaske eine Oeffnung aufweist, die SiO^-Schicht auf dem Wafer entspreche der Oeffnung angeätzt ist und entsprechende Vertiefungen bzw. Ausnehmungen aufweist, bei denen jedoch die der Seite der Gasquelle zugewandten Kanten (und auch der entsprechenden Kanten der Maske) abgeschrägt sind, wie dies die Figuren 3 A und 3 B zeigen. Die Figuren 3 A und 3 B lassen auch erkennen, dass dadurch, d.h. dank der Benutzung der Erfindung eine nachfolgende Metallisierung 154 verbessert wird.

Die Figur 3 stellt vergrösserte Schnitte durch ein SiIiziumsssubstrat 140 dar, mit einer darauf aufgebrachten SiO--Schicht 142, die ihrerseits mit einem Fotoresistbelag 144

3607^44

bedeckt ist. Bei Verwendung eines herkömmlichen Plasmaätz-Verfahrens würde der Fotoresistbelag und die Schichten so geätzt werden, dass sich Furchen und Oeffnungen 146 bilden, die scharfe Kanten, wie dies durch die gebrochene Linie in der Figur 3 A dargestellt ist, aufweisen. Dank der vorliegenden Erfindung jedoch sind die scharfen Kanten weggeätzt, so dass sich schräge Flächen 150 ergeben. Die Figur 3 B zeigt, wie die Schrägflächen 150 die Niederschlagung einer Metallschicht 154 erleichtern. Weil die scharfen Kanten, die sich mit herkömmmlichen Atzverfahrenergeben, vermieden und durch die abgeschrägten Flächen 150 ersetzt sind, kann eine nachfolgende Niederschlagung einer Metallschicht 154, z.B. einer Aluminiumschicht, so durchgeführt werden, dass sie keine unerwünschten Diskontxnuitäten oder Unterbrüche aufweist, die Furchen bzw. Ausnehmungen in der SiO^-Schicht voll ausfüllt und eine gleichmässigere Dicke aufweist, als es der Fall ist, wenn die Metallisierung über nach bisherigen Verfahren hergestellten Vertiefungen und Furchen aufgebracht wird.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können Einrichtungen vorgesehen werden, um den Strom des Ätzgases durch verschiedene Abschnitte der gaszuführenden Teile der Anordnung zu leiten.

Vorzugsweise wird der Mantel 106 zur Zuführung des Ätzgases so ausgebildet, dass er eine einzige ringförmige Verteilerkammer bildet, welche sich rund um die gemeinsame Achse der

ORIGINAL !NSFECTED

beiden Elektroden herum (360 ) erstreckt. Die Gaszuführungseinrichtung 106 kann aber auch mit mehreren getrennten Gasverteilerkammern, z.B. mit 4 getrennten Quadranten von je 90° oder mit Gruppen von Düsen ausgebildet werden, wobei jeder Qudrant bzw. jede Düsengruppe mit einer eigenen Gasverteilungskammer verbunden wird, in welchem Falle jeder dieser Kammern ihren eigenen GasZuführungskanal, der mit der Ätzgasquelle über Steuereinrichtungen verbunden ist, besitzt und getrennte Leitungen und Steuerventile vorgesehen sind.

Mit der zuletzt beschriebenen Variante der Erfindung wird das erfingungsgemässe Verfahren vorzugsweise in der Weise ausgeführt, dass man die Ätzmischung nacheinander jeweils durch die Gasausströmöffnungen eines Quadranten oder der Düsen einer Gruppe in den Ätzraum eintreten lässt.

Beispielsweise kann die Ätzgasmischung zuerst einer ersten und danach einer zweiten Düsengruppe zugeleitet werden, wobei der Zustrom zur ersten Gruppe entweder vor oder nach oder gleichzeitig mit dem Beginn des Ätzgaszuflusses zur zweiten Gruppe bzw. dem zweiten Quadranten gestoppt wird. Bei dieser Arbeitsweise ist es auch möglich die Zeitdauer, während welcher das Ätzgas durch die Oeffnungen der einzelnen Düsengruppen oder Quadranten ausströmt, zu variieren und dies wiederum macht es möglich, den Grad der Abschrägung an verschiedenen Stellen am Umfang einer Ausnehmung oder Vertiefung zu verändern.

Selbstverständlich kann die in Figur 2 dargestellte Elektrode modifiziert werden, beispielsweise mit einer weiteren Einrichtung für die Gaszufuhr versehen werden, um das Ätzgas noch unter einem anderen Winkel gegen die untere Elektrode zu lenken als demjenigen, unter welchem dies durch die poröse Wand 118 geschieht.

Ausserdem ist klar, dass, obwohl die Gas zuführenden Wände 82 und 106 oben als poröse Körper beschrieben worden sind, diese auch aus einem Material gefertigt sein könnten, welches gasundurchlässig ist, vorausgesetzt, dass diese Wände so hergestellt werden, dass sie durchgehende Kanäle aufweisen, so dass sie dem Gaseinlass entsprechend dem Zweck der vorliegenden Erfindung dienen können. Kanäle im Mikrometer-Durchmesserbereich können beispielsweise mit Hilfe eines Lasers hergestellt werden.

Nach einer weiteren Variante der Erfindung kann das Ätzgas über den einen oder über beide der Gaszuführungseinrichtungen in kurzen wiederholten Stössen zugeführt werden. Es ist klar, dass den Gaszuführungseinrichtungen auch verschiedene Gase zugeleitet werden können, z.B. kann ein isotrop wirkendes Gas über die GasZuführungseinrichtung 82 und ein nicht isotrop wirkendes Gas über die GasZuführungseinrichtung an die Ätzkammer abgegeben werden. Ebenso kann das zeitliche Programm der Gaszuführung verändert werden, z.B. kann die Zuführung über 106 vor oder gleichzeitig mit der Zuführung über Teil 82 bewirkt werden.

Die vorliegende Erfindung wurde in Verbindung mit einer Ätzmaschine des in Figur 1 beschriebenen Typs erläutert, doch ist es für den Fachmann klar, dass sie gleichermassen auch auf andere Plasmaätzsysteme anwendbar ist. Soweit vorstehend nichts anderes gesagt, ist der Ausdruck "Halbleiter-Werkstück" so zu verstehen, dass er alle Halbleiter-Wafer, Chips, Substrate und ähnliche Unterlagen umfasst, wie sie in verschiedenen Produktionsstufen in der Herstellung von Halbleitervorrichtungen vorkommen. In anderen Worten, ist unter "Halbleiter-Werkstück" oder "Werkstück aus einem Halbleiter" das Ausgangssubstrat für die Herstellung einer Halbleitervorrichtung zu verstehen, und zwar mit allen etwaigen Modifikationen. Auch kann ein solches Substrat bereits vor der Ätzbehandlung mit einer Glas- oder einer isolierenden Schicht versehen sein, wie dies in den ersten Stufen eines Fabrikationsvorganges oft vorkommt.

Ferner soll der Ausdruck "Halbleitervorrichtung" so verstanden werden, dass er auch die verschiedenen Typen von integrierten Schaltkreisen wie z.B. Zentralprozessoren für Computer und Speichereinheiten usw. umfasst.

, - Ä7 λ Leerseite -

Claims (14)

1. PATENTANSPRÜCHE

   Verfahren zur Herstellung von Vertiefungen und/oder Ausnehmungen mit abgeschrägten Aussenkanten an der Oberfläche von Werkstücken aus halbleitendem Material und/oder daran aufgebrachten dünnen Schichten durch Ätzen, wobei das Werkstück zwischen einer ersten und zweiten Elektrode in der Nähe der zweiten Elektrode in einer Kammer angeordnet und mit seiner zu ätzenden Fläche der ersten Elektrode zugewandt ist und wobei vor der zu ätzenden Fläche eine den auszuätzenden Vertiefungen entsprechende Maske angebracht wird und an die beiden Elektroden ein Hochfrequenzfeld angelegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass Ätzgas durch eine erste Gaszuführungseinrichtung (90,92,100 78, 102, 104) zugeführt wird, derart, dass der Gasstrom im wesentlichen senkrecht auf die zu ätzende Fläche auftrifft, und dass ausserdem Ätzgas durch eine zweite Gaszuführungseinrichtung (124,122, 116,118) zugeführt wird, derart, dass der Gasstrom im wesentlichen unter einem spitzen Winkel auf die zu ätzende Fläche auftrifft, wobei die genannten Gasströme durch die HF-Entladung ionisiert und die Ionen in Richtung auf die zweite Elektrode zu beschleunigt werden, so dass sie durch die Oeffnungen der Maske hindurchtreten, wobei der erste im wesentlichen senkrecht auf die zu ätzende Fläche auftreffende Ätzgasstrom die erwünsch-

   ten Veriefungen erzeugt und der zweite durch die Oeffnungen unter einem spitzen Winkel hindurchtretende Ätzgasstrom die Abschrägung der Kanten bewirkt.
2. 2. Verfahren nach Patentanspruch !,dadurch gekennzeichnet, dass das Ätzgas zuerst durch die erste Ätzgas-Zuführungseinrichtung und danach durch die zweite Ätzgas-Zuführungseinrichtung zugeführt wird.
3. 3. Verfahren nach Patentanspruch !,dadurch gekennzeichnet, dass Ätzgas stossweise in vorbestimmter Folge über die erste und die zweite Zuführungseinrichtung zugeführt wird.
4. 4. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Ätzgas über die erste und zweite GasZuführungseinrichtung zugleich zugeführt wird.
5. 5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch 1, bei der in einer Kammer mindestens eine erste und zweite Elektrode so angeordnet sind, dass zwischen ihnen mindestens ein zu ätzendes Werkstück gehaltert werden kann, wobei Mittel zur Evakuierung der Kammer und GasZuführungseinrichtungen zur Einführung mindestens eines Ätzgases in die besagte Kammer und elektrische Zuleitungen zur Zuführung von Hochfrequenz an die genannten Elektroden zur Ionisierung min-

   destens eines Ätzgases und zur Erzeugung eines Plasmas, welches auf die zu behandelnden Werkstückoberflächen einfällt und diese ätzt, vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer ersten Elektrode (105) eine erste Gaszuführungseinrichtung (90,92,100,78,102,104) zur Zuführung mindestens eines Ätzgases zugeordnet ist, derart, dass der zugeführte Ätzgasstrom im wesentlichen senkrecht auf die ätzende Werkstückoberfläche auftrifft und dass mindestens eine zweite Gaszuführungseinrichtung (124,122, 116,118) derart angeordnet ist, dass ein zweiter Ätzgasstrom im wesentlichen unter einem spitzen Winkel zur Oberfläche des zu behandelnden Werkstückes auf dieses auftrifft.
6. 6. Vorrichtung nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet , dass eine erste Steuereinrichtung (41,43) zur selektiven Verbindung der ersten Gaszuführungseinrichtung mit einer Ätzgasquelle vorgesehen ist, so dass mindestens ein Ätzgas durch erste Gasausströmöffnungen in einer Mehrzahl von Einzelgasströmen gegen die zweite Elektrode, mit der Oberfläche derselben einen rechten Winkel bildend, ausströmt und dass eine zweite Steuereinrichtung (41,43) vorgesehen ist, um die zweite Gas Zuführungseinrichtung mit der Ätzgasquelle zu verbinden, so dass mindestens ein Ätzgas durch zweite Gasausströmöffnungen gegen die genannte zweite Elektrode, mit dieser einen spitzen Winkel bildend, strömt.
7. 7. Vorrichtung nach Patentspruch 5,dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Gaszuführungseinrichtung so ausgebildet ist, dass ein Xtzgas in einer vorbestimmten Reihenfolge unterschiedlichen Ausströmöffnungen zugeleitet werden kann.
8. 8. Vorrichtung nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Gaszuführungseinrichtung ein poröses Teil (118) mit durchgehenden, den Durchtritt eines Ätzgases erlaubenden Kanälen aufweist.
9. 9. Vorrichtung nach Patentanspruch 5,dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Gaszuführungseinrichtung (106) die erste Gaszuführungseinrich tung (105) umgibt.
10. 10. Vorrichtung nach Patentanspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Gaszuführungseinrichtung die Form eines die erste Elektrode umgebenden gasdurchlässigen Mantels (106) besitzt.
11. 11. Vorrichtung nach Patentspruch 10,dadurch gekennzeichnet, dass die Aussenseite des Mantels elektrisch isoliert (130) ist, derart, dass die Plasmaentladung auf den Bereich zwischen den Elektroden zu begrenzt wird.
12. 12. Vorrichtung nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Gaszuführungseinrichtung eine poröse Platte (105) aufweist, welche mit der ersten Elektrode (105) verbunden ist.
13. 13. Vorrichtung nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (41) zur Steuerung des Gasstromes für eine sequentielle Zuführung des Ätzgases zu einzelnen Abschnitten der zweiten GasZuführungseinrichtung (106) ausgebildet ist.
14. 14. Vorrichtung nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite GasZuführungseinrichtung je eine Mehrzahl von Gasausströmöffnungen aufweisen.

    PR 8660