DE69734619T2

DE69734619T2 - Verfahren mit einem induktiv gekoppelten Plasmareaktor

Info

Publication number: DE69734619T2
Application number: DE69734619T
Authority: DE
Inventors: Michael J. Austin Hartig; John C. Austin Arnold
Original assignee: Freescale Semiconductor Inc
Current assignee: Sumitomo Precision Products Co Ltd
Priority date: 1996-02-22
Filing date: 1997-02-13
Publication date: 2006-06-08
Anticipated expiration: 2017-02-14
Also published as: US5683548A; EP0792947A2; EP0792947A3; KR100386388B1; MX9700586A; TW373226B; JP3959145B2; JPH09237698A; DE69734619D1; KR970063563A; SG63686A1; EP0792947B1

Description

Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Plasmaverfahrenstechnik und insbesondere auf induktiv gekoppelte Plasmasysteme und auf zugeordnete Ätz- und Abscheidungsverfahren.
Hintergrund der Erfindung
In einer Halbleiterbauelementtechnik, die zunehmend komplexer wird, werden immer mehr Bauelementfunktionen in immer kleineren Bauelementgeometrien umfasst. Bauelementhersteller benötigen eine hoch entwickelte Bearbeitungsvorrichtung, um den Anforderungen an die Bauelementherstellung für Präzisionsbauelemente mit ultra hoher Fertigungsdichte (ULSI) zu entsprechen. Mit der Komplexität der Bearbeitungsvorrichtung steigen jedoch die Bearbeitungskosten entsprechend und die Vorrichtung wird in der Anschaffung und Wartung teurer. Um die erhöhten Herstellungskosten anzugehen, steigern Hersteller die Größe der Halbleitersubstrate, auf denen integrierte Schaltungsbauelemente gebildet werden. Durch eine Steigerung der Substratgröße können die Stückkosten der Herstellung reduziert werden. Heute sind Halbleiterwafer mit Durchmessern von 8'' oder mehr in Produktionsstätten auf dem neuesten Stand der Technik üblich. Obschon die gesteigerten Waferdurchmesser Hersteller in die Lage versetzt haben, sehr viele Bauelemente auf einem einzigen Substrat herzustellen, stößt man auf große Schwierigkeiten bei der Steuerung der Gleichmäßigkeit von Herstellungsverfahren, die bei Halbleiterwafern mit großem Durchmesser angewendet werden.
Beim Plasmaätzverfahren können viele Faktoren die Gleichmäßigkeit beeinflussen, mit der eine auf die Oberfläche eines Halbleiterwafers aufgebrachte Materialschicht geätzt wird. Diese Faktoren umfassen die Plasmagleichmäßigkeit, die Ionenflussgleichmäßigkeit auf der Waferoberfläche, die Versorgung des Ätzsystems mit einem gasförmigen Reaktionspartner und die Entfernung von Reaktionsprodukten über die Oberfläche des Wafers. Herkömmliche Plasmaätzreaktoren werden in erster Linie mit einer Energiequelle zur Erzeugung des Plasmas und einem Injektionspunkt zum Einbringen von Prozessgasen konstruiert. Durch eine Beschränkung des Systems auf eine einzige Energiequelle und Gasversorgung ist die Fähigkeit des Ätzsystems, die Gleichmäßigkeit der Ätzrate des Verfahrens über einen Wafer mit großem Durchmesser zu optimieren, äußerst minimal. Es gibt zum Beispiel praktisch keinen Weg, das Ätzverfahren über die Oberfläche des Halbleiterwafers räumlich zu variieren. Darüber hinaus werden Plasmaätzsysteme üblicherweise mit einer Bearbeitungskammer, die über eine feste Bauelementeanordnung verfügt, zur Verfügung gestellt. Da die Kammerausführung die Ätzeigenschaften spezieller in der Halbleiterherstellung allgemein verwendeter Dünnschichtmaterialien hervorrufen kann, schreibt die jeweilige Kammeranordnung vor, dass das Ätzsystem auf das Ätzen nur eines Typs oder nur ein paar verschiedener Typen von Material beschränkt werden muss.
Eine moderne Ätztechnik, wie z. B. Elektron-Zyklotron-Resonanz (ECR)-Ätzen und induktiv gekoppeltes Plasma (ICP)-Ätzen, wurde entwickelt, um Halbleiterbauelemente mit extrem kleinen Strukturgrößen zu ätzen. Diese Systeme arbeiten bei viel niedrigerem Druck als Diodensysteme, sind aber dennoch in der Lage, ein Plasma hoher Dichte zu erzeugen. Systeme wie z. B. die ECR- und ICP-Ätzsysteme bieten herkömmlichen Diodenätzsystemen gegenüber auch einen Vorteil, indem sie vermeiden, dass das Halbleitersubstrat hoch elektrischen Feldern ausgesetzt wird. Durch ein Entkoppeln des Substrats von den Plasma erzeugenden Elementen des Reaktors können die Ionentransporteffizienz und Ionenanisotropie verbessert werden, was zu einer größeren Verfahrenssteuerung führt.
In der Plasmaabscheidungstechnik gibt es mit steigenden Waferdurchmessern ähnliche Gleichmäßigkeitsbeschränkungen. Für gewöhnlich wird eine bessere Abscheidungsgleichmäßigkeit bei extrem niedrigem Betriebsdruck erzielt. Bei niedrigem Druck müssen Plasmen hoher Dichte jedoch eine dünnschichtige Schicht auf ein Substrat mit großem Durchmesser aufbringen, die über eine gleichmäßige Dicke verfügt.
Derzeit bieten weder Plasmaätzsysteme noch Plasmaabscheidungssysteme irgendwelche Mittel zum räumlichen Variieren des Plasmas, um eine Ätz- und Abscheidungsgleichmäßigkeit bei Halbleitersubstraten mit großem Durchmesser anzugehen. Demgemäß ist eine Weiterentwicklung der Reaktorausführung und Ätzverfahrenstechnik notwendig, um Materialschichten, die über Halbleiterwafern mit großem Durchmesser liegen, gleichmäßig zu ätzen.
Aus dem U.S.-Patent Nummer 5134965 kennt man eine Plasma-CVD- Vorrichtung, die einen Resonator umfasst, bei dem es sich um einen zum Übertragen von Mikrowellen verwendeten Hohlraumwellenleiter handelt. Ein Plasmareaktor mit einer inneren und einer äußeren planaren Spule zum induktiven Koppeln von Energie in ein Plasma wird von Yamada et al. unter dem Titel "Simulations of real-time two-coil control of an inductively coupled plasma for etching applications" in den Electrochemical Society Proceedings, Band 95–4 (1995), auf Seiten 575–587, vorgeschlagen. Die äußere Spule ist konzentrisch um die innere Spule, und unter den betreffenden Spulen befinden sich erste und zweite Plasmaerzeugungsbereiche. Durch ein Steuern der Ströme durch die Spulen sind die Plasmadichten in den ersten und zweiten Plasmaerzeugungsbereichen unabhängig steuerbar.
Die europäische Patentanmeldung EP0756309 offenbart ein Plasmasystem zum Verarbeiten eines Substrats und ist unter Art. 54(3).EPÜ für die vorliegende Erfindung relevant. Das Plasmasystem umfasst einen Kammerkörper und ein elektrostatisches Futter. Das System umfasst zwei Solenoidantennen zum Herstellen eines Plasmas zur Substratbearbeitung.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements wie in Anspruch 1 beansprucht zur Verfügung gestellt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Darstellung eines gemäß einer Ausführungsform der Erfindung angeordneten induktiv gekoppelten Plasmareaktors;
2 veranschaulicht im Querschnitt einen Abschnitt einer gemäß der Erfindung angeordneten Plasmaquelle;
3 veranschaulicht eine Draufsicht eines Gasplenums, das zur Zuführung von Prozessgasen an die Plasmaquelle der Erfindung geeignet ist;
4 veranschaulicht im Querschnitt eine alternative Ausführungsform einer in dem in 1 dargestellten induktiv gekoppelten Plasmareaktor verwendeten Plasmaquelle;
5 veranschaulicht im Querschnitt eine weitere Ausführung einer zur Verwendung in dem in 1 dargestellten induktiv gekoppelten Plasmareaktor geeigneten Plasmaquelle;
6 veranschaulicht eine Draufsicht einer verallgemeinerten Darstellung eines Halbleiterwafers; und
7 veranschaulicht im Querschnitt einen Abschnitt eines Halbleiterwafers mit einer in dem induktiv gekoppelten Plasmareaktor der Erfindung zu ätzenden darüber liegenden Materialschicht.
Es versteht sich, dass der Einfachheit und Übersichtlichkeit der Darstellung halber in den FIGUREN dargestellte Elemente nicht unbedingt maßstabgerecht gezeichnet sind. Die Maße einiger der Elemente sind zum Beispiel bezüglich einander übertrieben. Des Weiteren sind Bezugszahlen, wo als angemessen erachtet, unter den FIGUREN wiederholt worden, um entsprechende Elemente anzuzeigen.
Ausführliche Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können in einem induktiv gekoppelten Plasmareaktor die Plasmadichte und Zusammensetzung innerhalb des Plasmareaktors räumlich variiert werden. Zur Erzielung einer räumlichen Varianz in der Plasmadichte und Zusammensetzung wird eine induktive Plasmaquelle mit koaxialer Mehrfachspule zur Verfügung gestellt, die über eine variable Anzahl von ausgesparten Kanälen verfügt. Jeder Kanal ist von einer unabhängig versorgten RF-Spule umgeben und umfasst eine Prozessgasöffnung. Es werden Gassteuerungsmechanismen zur Verfügung gestellt, so dass die Prozessgasströmungsgeschwindigkeit und Zusammensetzung in jedem Kanal innerhalb der Plasmaquelle unabhängig variiert werden können.
Die vorliegende Erfindung erwägt auch ein Verfahren, bei dem eine Materialschicht aufgebracht oder geätzt wird. Beim Ätzverfahren wird ein Halbleiterwafer auf einem Futter angebracht, das innerhalb der Plasmareaktionskammer angebracht ist. Das Futter wird in räumlicher Relation mit der Plasmaquelle angebracht, so dass die Mitte des Halbleiterwafers dem zentralen Kanal in der Plasmaquelle gegenüberliegt. Indem der Halbleiterwafer bezüglich der Kanalkonfi guration der Plasmaquelle positioniert ist, führen die variable durch die Plasmaquelle erzeugte Plasmadichte und Zusammensetzung zu einer örtlichen Steuerung der Ätzrate über den Halbleiterwafer. Auf diese Weise kann die Ätzrate einer über einem Halbleiterwafer liegenden Materialschicht unabhängig über den Durchmesser des Halbleiterwafers variiert werden.
Beim Abscheidungsverfahren wird der Halbleiterwafer auf dem Futter positioniert und eine Materialschicht wird auf den Halbleiterwafer aufgebracht. Die Positionsübereinstimmung mit der Plasmaquelle ermöglicht es, dass eine gleichmäßig dicke Materialschicht aufgebracht wird, indem die Plasmadichte und Zusammensetzung über den Durchmesser des Halbleiterwafers variiert werden.
Durch die örtliche Steuerung der Prozessgasströmungsgeschwindigkeit und der Zusammensetzung, zusammen mit der örtlichen Steuerung der RF-Energiedichte und Frequenz ermöglicht der induktiv gekoppelte Plasmareaktor der Erfindung ein verstärktes Maß der Verfahrensparametersteuerung während eines Ätzverfahrens. Darüber hinaus stellen der erfinderische Reaktor und Verfahren ein Mittel zur hochpräzisen Steuerung von Ätzraten oder Abscheidungsdicke von Materialschichten, die über Substraten von großem Durchmesser liegen, zur Verfügung. Demgemäß können Halbleiterwafer mit großen Durchmessern durch die örtliche Plasmadichtesteuerung, die von der vorliegenden Erfindung zur Verfügung gestellt wird, gleichmäßig verarbeitet werden.
In 1 wird ein ICP-Raktor 10 dargestellt. Der induktiv gekoppelte Plasmareaktor 10 umfasst eine Bearbeitungskammer 12, in der ein Futter 14 untergebracht ist. Eine Plasmaquelle 16 befindet sich in einem oberen Abschnitt der Bearbeitungskammer 12 in entgegen gesetzter räumlicher Relation zum Futter 14. Die Bearbeitungskammer 12 wird von einem RF-Energieversorgungssystem 18 mit RF-Energie versorgt. Wie anschließend beschrieben wird, umfasst das RF-Energieversorgungssystem 18 eine Mehrzahl von unabhängigen RF-Energieversorgungsgeneratoren, von denen jeder auf einer unabhängigen Leistungsstufe und Frequenz arbeiten kann. Die Bearbeitungskammer 12 wird auch mit Bearbeitungsgasen von einem Gasversorgungssystem 20 versorgt. Wie anschließend beschrieben wird, kann das Gasversorgungssystem 20 das Bearbeitungsgas der Bearbeitungskammer 12 in mehreren unabhängigen Gaszuleitungen zuführen. Ein Vakuumdruck innerhalb der Bearbeitungskammer 12 wird durch ein Vakuumsystem 22 gesteuert. Reaktionsprodukte und Bearbeitungsgase werden durch eine Vakuumplatte 24, welche sich in einer bevorzugten Anordnung in der Bearbeitungskammer 12 unter dem Futter 14 befindet und mit einer Vakuumleitung 26 gekoppelt ist, aus der Bearbeitungskammer 12 ausgeschieden. Es versteht sich für Fachleute, dass andere Bearbeitungskammerausführungen möglich sind und dass unterschiedliche Vakuumöffnungsanordnungen möglich sind. Darüber hinaus kann durch ein Kühlsystem (nicht dargestellt) eine Temperatursteuerung des Futters 14 zur Verfügung gestellt werden. Durch in das Futter 14 eingebettete Kühlkanäle kann entweder flüssiges oder Gaskühlmittel transportiert werden.
Bei Betrieb wird ein Halbleiterwafer 28 auf dem Futter 14 angebracht und Bearbeitungsgase werden vom Gasversorgungssystem 20 in die Bearbeitungskammer 12 eingebracht. Durch das Vakuumsystem 22 wird ein erwünschter Vakuumdruck innerhalb der Bearbeitungskammer 12 erzielt und vom RF-Energieversorgungssystem 18 wird RF-Energie angelegt, wobei ein Plasma 30 gezündet wird. Im Falle eines Plasmaätzens wird die Beschussenergie von ionisierter Spezies innerhalb des Plasmas 30 auf den Halbleiterwafer 28 darüber hinaus durch Anlegen einer RF-Vorspannung von einer RF-Vorspannungsenergieversorgung 32 an das Futter 14 gesteuert.
Wie in 1 dargestellt, umfasst die Plasmaquelle 16 zahlreiche Kanäle, wobei jeder Kanal von unabhängigen Gaszuleitungen 34, 35 und 36 versorgt wird. 2 stellt einen Abschnitt der Plasmaquelle 16 in auseinander gezogener Querschnittsansicht dar. Die Gaszuleitung 36 versorgt einen zentralen Kanal 38 durch ein inneres Gasplenum 40. Eine Gasöffnung 42 stellt eine Kommunikation zwischen dem zentralen Kanal 38 und dem inneren Gasplenum 40 zur Verfügung. In ähnlicher Weise versorgt die Gaszuleitung 35 einen ersten Kanal 44 durch ein äußeres Gasplenum 46 mit Bearbeitungsgasen.
Durch eine in 3 in Draufsicht dargestellte kreisförmige Plenumkappe 48 werden Bearbeitungsgase an den zentralen Kanal 38 und ersten Kanal 44 verteilt. In einer Plenumkappe 50 ist das innere Gasplenum 40 untergebracht, welches Gas an den zentralen Kanal 38 verteilt. Dementsprechend verteilt eine Plenumkappe 52 Gas an ein äußeres Gasplenum 46. Die Gaszuleitung 36 ist in einem zentralen Abschnitt der Plenumkappe 50 angebracht. Die Gaszuleitung 35 kann, wie in 3 dargestellt wird, an zahlreichen Stellen an der Plenumkappe 52 angebracht sein. In ähnlicher Weise wird eine Gasöffnung 43 an zahlreichen Stellen um die kreisförmige Geometrie des ersten Kanals 44 zur Verfügung gestellt.
Wie in 2 und 3 dargestellt, ist der erste Kanal 44 konzentrisch um den zentralen Kanal 38. In einer Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung werden zusätzliche Kanäle innerhalb der Plasmaquelle 16 ebenfalls konzentrisch um den zentralen Kanal 38 und ersten Kanal 44 angeordnet. Der in 1 dargestellte äußerste Kanal ist zum Beispiel konzentrisch um den ersten Kanal 44. Durch eine aufeinander folgende konzentrische Anordnung können zahlreiche Kanäle innerhalb der Plasmaquelle 16 je nach dem erwünschten Grad räumlicher Steuerung des Plasmas 30 konfiguriert werden.
Wie in 2 dargestellt wird, umgibt eine zentrale RF-Spule 54 den zentralen Kanal 38. Zusätzlich umgibt eine erste RF-Spule 56 den ersten Kanal 44. Sowohl die zentrale RF-Spule 54 als auch die erste RF-Spule 56 werden durch das RF-Energieversorgungssystem 18 unabhängig gesteuert. Jede RF-Spule kann die Bearbeitungsgase innerhalb des umschlossenen Kanals mit einer unabhängigen Leistungsstufe und RF-Frequenz versorgen. Die RF-Spulen 54 und 56 werden von den Bearbeitungsgasen innerhalb jedes Kanals durch ein dielektrisches Gehäuse 58 getrennt. Der elektrische Strom, der durch die RF-Spulen fließt, koppelt sich induktiv mit Bearbeitungsgasspezies, um ein Plasma innerhalb jedes Kanals zu zünden. Es versteht sich für Fachleute, dass die Plasmadichte und Zusammensetzung in jedem Kanal innerhalb der Plasmaquelle 16 unabhängig eingestellt werden können, indem jede RF-Spule unabhängig versorgt wird und indem jeder Kanal unabhängig mit Bearbeitungsgasen versorgt wird.
Zwar stellt die konzentrische Kanalausführung der Plasmaquelle 16 ein erhebliches Maß an Steuerung zur Verfügung, durch welche die Plasmadichte und Zusammensetzung örtlich variiert werden können, doch werden in 4 und 5 zusätzliche Ausführungsformen eines gemäß der Erfindung konstruierten ICP-Reaktors dargestellt. Die vom Halblei terwafer 28 wahrgenommenen Plasmabedingungen können darüber hinaus durch ein Variieren des Trennabstands zwischen Abschnitten der Plasmaquelle 16 und der Oberfläche des Halbleiterwafers 28 gesteuert werden. Wie in 4 dargestellt, befindet sich der zentrale Kanal 38 in unmittelbarer Nähe zum Halbleiterwafer 28, während der erste Kanal 44 vom Halbleiterwafer 28 vertikal getrennt ist.
Eine alternative Konfiguration wird in 5 dargestellt. In dieser Ausführungsform der Erfindung ist der zentrale Kanal 38 vom Halbleiterwafer 28 vertikal einen größeren Abstand getrennt als der erste Kanal 44. Durch ein Variieren des vertikalen Trennabstands zwischen Bauelementen der Plasmaquelle 16 und dem zu ätzenden Halbleiterwafer wird ein zusätzlicher Grad an Steuerung zum Variieren der Plasmabedingungen über die Oberfläche des Halbleiterwafers zur Verfügung gestellt. Darüber hinaus können die variablen Plasmabedingungen mit unterschiedlichen an das Futter 14 angelegte Stufen von RF-Vorspannung kombiniert werden, um eine sogar noch präzisere Steuerung des Ionenbeschusses auf den Halbleiterwafer 28 zu ermöglichen.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden RF-Abschirmungen außerhalb jeder Spule in der Plasmaquelle 16 positioniert. Wie in 5 dargestellt wird, umgibt eine zentrale RF-Abschirmung 60 die zentrale RF-Spule 54 und eine erste RF-Abschirmung 62 umgibt die erste RF-Spule 56. Die RF-Abschirmungen 60 und 62 minimieren die RF-Interferenz zwischen den unabhängig versorgten Spulen in der Plasmaquelle 16. Die RF-Abschirmungen können aus einem leitenden Material, wie z. B. Aluminium oder alternativ einem Hochpermeabilitätsferromagnetikum, wie z. B. einem Ferritmaterial, konstruiert werden.
Durch die Auswahl geeigneter Konstruktionsmaterialien können die RF-Abschirmungen 60 und 62 das magnetische Feld innerhalb jedes Kanals verstärken, indem sie das magnetische Feld auf den unmittelbaren Bereich der RF-Spulen, die sie umgeben, beschränken. Zwar werden die Abschirmungen 60 und 62 in der in 5 dargestellten bestimmten ICP-Reaktorausführung dargestellt, doch versteht es sich für Fachleute, dass die Abschirmungen 60 und 62 auf ähnliche Weise in jede von der vorliegenden Erfindung erwogene Plasmaquellkonfiguration integriert werden können.
Jetzt wird das Verfahrenssteuerungspotential des ICP-Reaktors der Erfindung, wie auf das Ätzen einer Materialschicht auf ein Halbleitersubstrat angewendet, beschrieben. In 6 wird in Draufsicht eine verallgemeinerte Darstellung des Halbleiterwafers 28 gezeigt. Der Halbleiterwafer 28 verfügt über eine üblicherweise kreisförmige Geometrie, die durch einen Radius "R" und einen Umfang "P" gekennzeichnet ist. Der Halbleiterwafer 28 kann darüber hinaus durch eine Mehrzahl von Stellen 64 gekennzeichnet sein, die auf der Oberfläche des Halbleiterwafers 28 positioniert und durch einen radialen Abstand spezifiziert sind. Der radiale Abstand schwankt zwischen null und dem radialen Abstand des Umfangs P.
7 stellt im Querschnitt einen Abschnitt des Halbleiterwafers 28 dar. Eine Materialschicht 66 liegt über der Oberfläche des Halbleiterwafers 28. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung erwägt die Entfernung vieler verschiedener Materialarten, die allgemein in der Herstellung von integrierten Schaltungsbauelementen verwendet werden. Bei der Materialschicht 66 kann es sich zum Beispiel um ein Halbleitermaterial, wie z. B. polykristallines Silicium o der ein feuerfestes Metallsilicid oder ähnliches, handeln. Darüber hinaus kann es sich bei der Materialschicht 66 um ein leitendes Material, wie z. B. Aluminium, mit Silicium legiertes Aluminium, mit Silicium und Kupfer legiertes Aluminium, elementares Kupfer und ähnliches, handeln. Darüber hinaus kann es sich bei der Materialschicht 66 um ein dielektrisches Material, wie z. B. Siliciumdioxid, Siliciumnitrid, Siliciumoxinitrid, Boroxinitrid und ähnliches, handeln.
Bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung können, wo es sich bei der Materialschicht 66 um ein Halbleitermaterial handelt, Halogen und halogenierte Bearbeitungsgase, wie z. B. Chlor, Chlorwasserstoff, chlorierte Halogenkohlenwasserstoffe, Fluor und fluorierte Verbindungen, Chlorfluorkohlenwasserstoffe, Brom, Bromwasserstoff, Iod, Iodwasserstoff und ähnliches und Mischungen hiervon zum Ätzen des Materials verwendet werden. Ferner können, wo es sich bei der Materialschicht 66 um ein dielektrisches Material handelt, Fluor, Fluorwasserstoff, fluorierte Halogenkohlenwasserstoffe und ähnliches und Mischungen hiervon zum Ätzen des Materials verwendet werden. Wo es sich bei der Materialschicht 66 um ein leitendes Material handelt, können Bearbeitungsgase fluorierte Verbindungen zusammen mit Chlor und chlorierten Borverbindungen umfassen.
Um das Ätzen der Materialschicht 66 durchzuführen, wird der Halbleiterwafer 28 auf dem Futter 14 des ICP-Reaktors 10 in einer solchen Weise positioniert, dass der Mittelpunkt, der in 6 und 7 mit "C" bezeichnet wird, in etwa vertikal auf den zentralen Kanal 38 in der Plasmaquelle 16 ausgerichtet ist. Nach der Lageausrichtung des Halbleiterwafers 28 auf die konzentrischen Kanäle der Plas maquelle 16 kann die örtliche Ätzrate an der Stelle 64 über das Halbleitersubstrat 28 durch die von der Plasmaquelle 16 erzeugten räumlich variablen Plasmabedingungen unabhängig gesteuert werden. Auf diese Weise wird eine radiale Steuerung der Ätzrate der Materialschicht 66 erzielt, so dass die Materialschicht 66 in der Nähe zum Umfang P gleichzeitig mit Abschnitten der Materialschicht 66 am Mittelpunkt C und an den verschiedenen Stellen 64 über den Halbleiterwafer 28 geätzt wird.
Im Falle der Plasmaabscheidung wird eine Materialschicht, wie z. B. die Materialschicht 66, auf den Halbleiterwafer 28 aufgebracht. Zur Abscheidung werden Bearbeitungsgase vom Gasversorgungssystem 20 in die Bearbeitungskammer 12 eingebracht, die eine Plasma induzierte Reaktion eingehen und eine dünnschichtige Schicht auf dem Halbleiterwafer 28 bilden. Wo zum Beispiel ein Halbleitermaterial, wie z. B. polykristallines Silicium aufgebracht werden soll, wird ein Silicium umfassendes Gas, wie z. B. Silan oder halogeniertes Silan, wie z. B. Dichlorsilan, eingebracht. Wo ein dielektrisches Material, wie z. B. Siliciumdioxid oder Siliciumnitrid, aufgebracht werden soll, kann ein Bearbeitungsgas wie z. B. Tetraethylorthosilan (TEOS), halogeniertes Silan und Ammoniak, und ähnliches eingebracht werden. Darüber hinaus kann durch Einbringen eines Gases, das ein feuerfestes Metall umfasst, ein feuerfestes Metall oder ein feuerfestes Metallsilicidmaterial und ähnliches aufgebracht werden.
Es versteht sich für Fachleute, dass das Vorangehende nur eine stellvertretende Beschreibung für viele verschiedene Bearbeitungsgase darstellt, die durch die vorliegende Erfindung verwendet werden können, um im IPC-Reaktor 10 ei ne Materialschicht entweder zu ätzen oder aufzubringen. Die vorliegende Erfindung erwägt das Aufbringen und Ätzen jedes und aller Materialien, die in einem ICP-Reaktor gebildet werden können.
Um das Aufbringen der Materialschicht 66 durchzuführen, wird der Halbleiterwafer 28 auf dem Futter 14 des ICP-Reaktors 10 in einer solchen Weise positioniert, dass der Mittelpunkt, der in 6 und 7 mit "C" bezeichnet wird, in etwa vertikal auf den zentralen Kanal 38 in der Plasmaquelle 16 ausgerichtet ist. Nach der Lageausrichtung des Halbleiterwafers 28 auf die konzentrischen Kanäle der Plasmaquelle 16 kann die örtliche Abscheidungsrate an den Stellen 64 über das Halbleitersubstrat 28 durch die von der Plasmaquelle 16 erzeugten räumlich variablen Plasmabedingungen unabhängig gesteuert werden. Auf diese Weise wird eine radiale Steuerung der Abscheidungsrate der Materialschicht 66 erzielt, so dass Abschnitte der Materialschicht 66 in der Nähe des Umfangs P gleichzeitig mit Abschnitten der Materialschicht 66 am Mittelpunkt C und an den verschiedenen Stellen 64 über den Halbleiterwafer 28 gebildet werden.
Man glaubt, dass Fachleute die vorliegende Erfindung ohne weitere Ausarbeitung ausnutzen und die betrieblichen Vorteile der vorliegenden Erfindung vollauf realisieren können. Dementsprechend sollen die folgenden Beispiele der Erfindung lediglich veranschaulichend sein und die Erfindung in keiner Weise beschränken.
BEISPIEL I
Das Halbleitersubstrat 28 wird zuerst einem chemischen Abscheidungsverfahren aus der Gasphase unterzogen, um eine Materialschicht 66 darauf aufzubringen. Das Halbleitersubstrat 28 wird dann auf dem Futter 14 im ICP-Reaktor 10 angebracht. Je nach der Zusammensetzung der zu ätzenden Materialschicht wird ein Bearbeitungsgas ausgewählt. Wo zum Beispiel die Materialschicht 66 polykristallines Silicium ist, werden Halogengase, wie z. B. Chlor, und hydrierte Halogengase, wie z. B. Chlorwasserstoff und Bromwasserstoff, zusammen mit einem Inertgasverdünnungsmittel eingebracht. Die Gesamtgasströmung vom Gasversorgungssystem 20 wird auf einen Wert zwischen 40 und 200 sccm eingestellt und das Vakuumsystem 22 wird so eingestellt, dass in der Bearbeitungskammer 12 ein Bearbeitungsdruck von etwa 1 bis 10 Millitorr erzielt wird. Dann wird eine RF-Energie vom RF-Energieversorgungssystem 18 an die Spulen 54 und 56 in der Plasmaquelle 16 angelegt. Vorzugsweise werden etwa 100 bis 5000 Watt RF an die RF-Spulen 54 und 56 angelegt. Ferner werden etwa 0 bis 5000 Watt RF von der RF-Vorspannungsenergieversorgung 32 an das Futter 14 angelegt. Dann wird das Plasmaätzen der Materialschicht zum Abschluss gebracht.
BEISPIEL II
Das Halbleitersubstrat 28 wird auf dem Futter 14 im ICP-Reaktor 10 angebracht. Je nach der Zusammensetzung der aufzubringenden Materialschicht wird ein Bearbeitungsgas ausgewählt. Wo die Materialschicht 66 zum Beispiel epitaktisches Silicium ist, werden Wasserstoff und Silan in einem Durchflussverhältnis von etwa 3:1 in die Bearbeitungskammer 12 eingebracht. Die Gesamtgasströmung vom Gasversorgungssystem 20 wird auf einen Wert von etwa 40 sccm eingestellt und das Vakuumsystem 22 wird so eingestellt, dass in der Bearbeitungskammer 12 ein Bearbeitungsdruck von etwa 1 bis 25 Millitorr erzielt wird. Dann wird eine RF-Energie vom RF-Energieversorgungssystem 18 an die Spulen 54 und 56 in der Plasmaquelle 16 angelegt. Vorzugsweise werden an die Spulen 54 und 56 etwa 500 bis 1500 Watt RF bei einer Frequenz von etwa 13,56 MHz angelegt. Ferner werden etwa 0 bis –60 Volt DC an das Futter 14 angelegt, während das Futter 14 auf einer Temperatur von etwa 400 bis 700°C gehalten wird. Dann wird die Plasmaabscheidung der Materialschicht zum Abschluss gebracht.
Somit wird offensichtlich, dass gemäß der Erfindung ein induktiv gekoppelter Plasmareaktor und ein Verfahren zum Ätzen einer Materialschicht zur Verfügung gestellt worden sind, die die oben dargelegten Vorteile vollauf erfüllen. Zwar ist die Erfindung in Bezug auf bestimmte veranschaulichende Ausführungsformen hiervon beschrieben und dargestellt worden, doch ist es nicht beabsichtigt, dass die Erfindung auf diese veranschaulichenden Ausführungsformen beschränkt werden soll. Es versteht sich für Fachleute, dass Änderungen und Abwandlungen vorgenommen werden können, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. Die vorliegende Erfindung erwägt zum Beispiel das Ätzen von Materialschichten mit einem vorher definierten lithographischen Muster zum Zwecke einer Erzeugung von verschiedenen Bauelementstrukturen, wie z. B. Steuerelektroden, elektrischen Kontakten, elektrischen Zusammenschaltungen und ähnlichem. Darüber hinaus erwägt die Erfindung die Verwendung vieler unterschiedlicher Arten von chemischen Mitteln für das Aufbringen oder Ätzen einer breit gefächerten Auswahl an Materialien, die verwendet werden, um dünnschichtige Schichten in Halbleiterbauelementen zu bilden. Deshalb sollen all solche Änderungen und Abwandlungen, wie sie innerhalb des Umfangs der angehängten Ansprüche fallen, innerhalb der Erfindung umfasst werden.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements, das die Schritte umfasst: zur Verfügung stellen eines induktiv gekoppelten Plasmareaktors (10), wobei der induktiv gekoppelte Plasmareaktor (10) über einen ersten Plasmaerzeugungsbereich verfügt, der eine zweite Spule umfasst, wobei die erste Spule eine Solenoidspule ist und die zweite Spule eine Solenoidspule ist, wobei der zweite Plasmaerzeugungsbereich konzentrisch um den ersten Plasmaerzeugungsbereich ist und wobei eine dem zweiten Plasmaerzeugungsbereich zugeordnete Plasmadichte unabhängig von einer dem ersten Plasmaerzeugungsbereich zugeordneten Plasmadichte gesteuert werden kann; Anordnen eines Halbleitersubstrats (28) innerhalb des Plasmareaktors (10); Anordnen des Halbleitersubstrats auf einem Futter (14) in dem Plasmareaktor; unabhängiges Steuern des ersten Plasmaerzeugungsbereichs und des zweiten Plasmaerzeugungsbereichs, um ein Plasma (30) innerhalb des Plasmareaktors (10) zu erzeugen; Bearbeiten des Halbleitersubstrats (10) in dem Plasmareaktor (10) unter Verwendung des Plasmas (30) und Steuern der Temperatur des Futters während der Bearbeitung, wobei das Steuern das Transportieren einer Flüssigkeit durch einen Kühlkanal umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste Plasmaerzeugungsbereich darüber hinaus dadurch gekennzeichnet ist, dass er über eine erste Gasversorgung verfügt, und der zweite Plasmaerzeugungsbereich darüber hinaus dadurch gekennzeichnet ist, dass er über eine zweite Gasversorgung verfügt, wobei die erste Gasversorgung über eine erste Gasströmungsgeschwindigkeit und eine erste Gaszusammensetzung verfügt und die zweite Gasversorgung über eine zweite Gasströmungsgeschwindigkeit und eine zweite Gaszusammensetzung verfügt.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei während des Schritts zum Bearbeiten des Halbleitersubstrats (28) die erste Gasströmungsgeschwindigkeit der zweiten Gasströmungsgeschwindigkeit nicht entspricht.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei während des Schritts zum Bearbeiten des Halbleitersubstrats (28) die erste Gaszusammensetzung von der zweiten Gaszusammensetzung verschieden ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt zum Bearbeiten des Halbleitersubstrats (28) darüber hinaus dadurch gekennzeichnet ist, dass eine Materialschicht auf das Halbleitersubstrat (28) aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei sich während des Bearbeitens des Halbleitersubstrats die erste Spule an einer ersten Energie befindet und die zweite Spule sich an einer zweiten Energie befindet.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die erste Energie der zweiten Energie nicht entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, das darüber hinaus umfasst: Anordnen des Halbleitersubstrats auf einem Futter in dem Plasmareaktor; und Anlegen einer HF-Vorspannung an das Futter, während sich das Halbleitersubstrat auf dem Futter befindet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste Plasmaerzeugungsbereich darüber hinaus dadurch gekennzeichnet ist, dass er einen von der ersten Spule umgebenen ersten Kanalbereich umfasst, und der zweite Plasmaerzeugungsbereich darüber hinaus dadurch gekennzeichnet ist, dass er einen von der zweiten Spule umgebenen zweiten Kanalbereich umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt zum Bearbeiten des Halbleitersubstrats (28) darüber hinaus dadurch gekennzeichnet ist, dass eine Materialschicht auf dem Halbleitersubstrat (28) geätzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die zweite Spule die erste Spule umgibt.