NL1007294C2 - Spiraalgolfexcitatie voor het voortbrengen van energetiche elektronen voor de vervaardiging van halfgeleiders. - Google Patents

Description

Spiraalgolfexcitatie voor het voortbrengen van energetische elektronen voor de vervaardiging vein halfgeleiders.

Achtergrond van de uitvinding 5 De uitvinding heeft betrekking op verbeteringen bij de regeling en toepassingen van spiraalvormige plasmabronnen. Meer in het bijzonder heeft de uitvinding betrekking op het regelen van de produktie van energetische elektronen in spiraalvormige plasmabronnen door verandering van de 10 magnetische veldsterkte. Deze regeling van de produktie van energetische elektronen vindt een vitale toepassing bij het oxyde-etsen in toekomstige generaties van halfgeleider-vervaardiging.

Spiraalvormige plasmabronnen worden kenmerkend toegepast 15 onder gebruikmaking van een plasmagas zoals argon of reactieve verbindingen, die elementen bevatten zoals fluor, chloor of broom. Hoewel er vele vormen bestaan, is er een kenmerkende spiraalvormige plasmabron getoond in fig. 1. De toepassing van de uitvinding is evenwel niet beperkt tot 20 deze speciale vorm. Een buis 12, die van pyrex of een ander isolerend materiaal kan zijn, houdt het te exciteren plasma en is aan één einde voorzien van een kap; de plaat kan een geleider zijn zoals aangegeven met 16, of één'isolator zoals pyrex. Aan het andere einde van de buis 12 is een driftkamer 25 20 bevestigd, die de spiraalgolf 22 in staat stelt te expanderen. Als voorbeeld kan de buis 12 een binnendiameter hebben van 0,18 meter en een lengte van bij benadering 0,5 meter. Een antenne 18, in dit voorbeeld een dubbel- zadelige spoel, is geplaatst aan de buitenzijde van de buis 12, Het 30 aangepaste netwerk (niet getoond) voedt de antenne, bijvoorbeeld met een frequentie van 13,56 MHz en 2 kW wisselstroomvermogen. Een coaxiale solenoïdewikkeling 14 produceert een magneetveld, dat loopt van 100-300 G.

Plasma's worden voortgebracht onder continu stromen van 30 35 sccm argon door het systeem, resulterende in een neutrale druk van ongeveer 0,4 Pa. Er is waargenomen, dat zich negatieve potentialen van een grootte van -200V kunnen ontwikkelen aan de eindwanden van een spiraalbron. De spiraalgolf 22 wordt voortgebracht door radiofrequente 1007294 2 energie van de antenne, die in wisselwerking is met een plasma in een magnetisch veld van een geschikte sterkte. Praktische toepassingen voor de spiraalplasmabron waren beperkt door de grotere complexiteit en gebrek aan bereikte 5 voordelen ten opzichte van inductief gekoppelde plasma-bronnen.

In de halfgeleiderindustrie is oxyde-etsen momenteel het meest onbevredigende proces voor de volgende generatie van etsen met aspectgroottes van minder dan 0,35 pm. Onder 10 verwijzing naar fig. 2 is een halfgeleider 30 getoond voorafgaand aan het etsen. Het siliciumsubstraat 32, dat gewoonlijk gedoteerd is, bezit een siliciumoxydelaag 34 en een gepatroniseerde fotoresistlaag 36 voor het etsproces. De halfgeleider wordt vervolgens blootgesteld aan een etsgas, 15 dat fluor, chloor of broom kan bevatten.

Zoals getoond in fig. 3 kan de geëtste halfgeleider diverse defekten vertonen, nadat het etsproces voltooid is. in vergelijking met sectie 40, welke juist geëtst is, dat wil zeggen, al het siliciumoxyde 34 dat niet bedekt was 20 door fotoresist is verwijderd, is er nog steeds oxyde overgebleven in sectie 42. Zodoende zal de metaallaag (niet getoond), die wordt toegevoegd in een daarop volgende stap, niet in contact komen met het gedoteerde siliciumsubstraat 32.

25 Sectie 44 van fig. 3 laat een ander probleem zien. Het siliciumsubstraat 32 is geëtst. Zodoende is de dunne gedoteerde laag, gelegen nabij het oppervlak van het substraat 32, volledig verwijderd. Bij juist etsen regelen fabrikanten nauwkeurig de concentratie van etsgas, zodat de 30 siliciumoxydelaag wordt geëtst met een veel hogere snelheid (zoals 10 maal sneller) dan het siliciumsubstraat. Evenwel kan er nog steeds enig ongewenst etsen van het substraat plaatsvinden.

Een ander probleem, getoond in fig. 3, is het eroderen 35 van de wanden van de siliciumoxydelaag, zodat ondersnijding van de fotoresistlaag optreedt, zoals getoond in sectie 46. Ondersnijding beperkt de dichtheid, waarmee verschillende ketens en delen daarvan kunnen worden geplaatst.

Wanneer een of ander van deze defekten optreedt, kan de Ï007294 3 aan defekten onderhevige halfgeleidersectie niet worden gebruikt. Soms moet de gehele halfgeleiderchip worden weggedaan. Dit kan zeer kostbaar zijn.

Verder is het etsen van oxydelagen in geïntegreerde 5 ketens één van de noodzakelijke stappen voor het produceren van multilaags-geïntegreerde ketens vanwege de noodzaak om elektrische verbindingen te vormen tussen lagen. Oxyde-etsen wordt ook wel aangeduid als contact/via-etsen, aangezien het doel ervan is om elektrische verbindingen mogelijk te maken 10 tussen de multiple lagen van een geïntegreerde keten.

Onderzoek heeft getoond, dat het etsen van silicium en metaal kan worden uitgevoerd voor aspectgroottes in het traject van 0,18-0,35 μιη. Het siliciumoxyde-etsen blijft evenwel onbevredigend wegens slechte selectiviteit en de 15 moeilijkheid om diepe contactholen en via's te etsen.

Hieruit volgt, dat multilaags-geïntegreerde ketens, welke de standaard zijn in toepassingen voor hoge prestatie zoals computerchips, beperkt worden door de siliciumoxyde-etsstap vanwege de siliciumoxyde-etsproblemen, die zich voordoen 20 voor aspectgroottes kleiner van 0,35 μτη.

Samenvatting van de uitvinding

Het is een doel van de onderhavige uitvinding om de produktie van energetische elektronen in 25 spiraalplasmabronnen te regelen door het regelen van de sterkte van magneetvelden en/of radiofrequentvermogen.

Een ander doel van de uitvinding is het uitvoeren van oxyde-etsen in de halfgeleiderindustrie, waarbij het gaat om kleine aspectgroottes in het traject van 0,18-0,35 μτη of 30 zelfs minder. Een meer selectief etsen van oxyde ten opzichte van silicium of metaal kan worden uitgevoerd, aangezien energetische elektronen een oxydeoppervlak negatief zullen laden, hetgeen positieve etsmiddelionen zal versnellen tot hogere energie en effektiviteit, wanneer zij 35 invallen op het siliciumoxyde. Dit zal selectief de etssnelheid op oxydeoppervlakken verhogen en de etssnelheid op niet-oxydeoppervlakken verlagen.

Een verder doel van de uitvinding is het vervaardigen van multilaagshalfgeleiders onder gebruikmaking van de ^ 0 07294 4 siliciumetsmethode van de uitvinding. Verder kan het vermogen om multiple processen uit te voeren met hetzelfde gereedschap, de produktiviteit verhogen door het reduceren van het aantal malen, dat een wafer moet worden overgebracht 5 tussen gereedschap. Aldus kan de spiraalplasmabron worden gebruikt voor het oplossen van sommige van de fabrikage-problemen, waarmee de halfgeleiderindustrie momenteel te doen heeft.

Een ander doel van de uitvinding is het uitvoeren van 10 een meer geregelde en selectieve etsing van een dunnefilm-inrichting. Door het regelen van de produktie van energetische elektronen, kan een fabrikant nauwkeurig het etsen regelen van isolatoren zoals oxyden op dunnefilm-inrichtingen. Deze techniek kan nuttig zijn bij de vlakke 15 paneelweergeeftechnologie.

Korte beschrijving van de tekeningen

Voor een beter begrip van de uitvinding en verdere kenmerken daarvan wordt verwezen naar de volgende 20 gedetailleerde beschrijving van de uitvinding, die gelezen dient te worden in samenhang met de bijgevoegde tekeningen, waarin: fig. 1 een spiraalplasmabron is uit de bekende techniek, fig. 2 een halfgeleiderinrichting is, vervaardigd voor 25 het etsproces uit de bekende techniek, fig. 3 een halfgeleiderinrichting is na het etsen volgens de bekende methode, fig. 4 een schema is van de spiraalplasmabron van de onderhavige uitvinding, 30 fig. 5a een grafiek is, waarin de energetische elektronenstroom getoond is, die geregeld wordt door het variëren van de axiale magneetveldsterkte, fig. 5b een semilogarithmische grafiek is, welke de energetische elektronenstroom toont, die geregeld wordt door 35 het variëren van de axiale magneetveldsterkte, fig. 5c een grafiek is, die de energetische elektronenstroom toont die geregeld wordt door het variëren van het RF-vermogen, geleverd aan de antenne, fig. 6a een grafiek is, die de rf-magneetveldsterkte ten 1007294 5 opzichte van de axiale positie binnen de plasmabuis toont, wanneer de axiale elektronenenergie in resonantie met de golf 5 eV volt is en het magneetveld 36 G, fig. 6b een grafiek is, welke de rf-magneetveldsterkte 5 ten opzichte van de axiale positie binnen de plasmabuis toont, wanneer de axiale elektronenenergie in resonantie met de golf 18 eV is en het magneetveld 81 G, fig. 6c een grafiek is, welke de rf-magneetveldsterkte ten opzichte van de axiale positie binnen de plasmabuis 10 toont, wanneer de axiale elektronenenergie in resonantie met de golf 50 eV is en het magneetveld 117 G, fig. 7 een schema is van een inrichting voor het vervaardigen van halfgeleiders onder gebruikmaking van een spiraalplasmabron, 15 ,fig. 8a een grafiek is, welke de tijd-gemiddelde elektronenenergieverdelingsfunkties voor spiraalplasma toont, fig. 8b een grafiek is, welke de dwarsdoorsnede voor het ' aandrijven van specifieke chemische reacties toont, 20 fig. 9 een halfgeleider is, welke energetische elektronen accumuleert gedurende het etsproces van de uitvinding, fig. 10 een halfgeleider toont met verschillende hoogtes van geëtste oxydelagen gedurende het etsproces van de 25 onderhavige uitvinding, en fig. 11 een multiniveau-halfgeleiderinrichting is met tussenverbindingen tussen niveaus onder gebruikmaking van het proces van de uitvinding.

30 Gedetailleerde beschrijving van de voorkeursuityperingen

Waar de uitvinding hier in detail beschreven wordt met specifieke verwijzing naar een getoonde uitvoeringsvorm, dient het te worden verstaan, dat het niet de bedoeling is om de uitvinding tot deze uitvoering te beperken. In 35 tegendeel is het een doel om alle modificaties, alternatieven en equivalenten, die vallen binnen het kader en de omvang van de uitvinding zoals gedefinieerd door de conclusies, mede te omvatten. In het bijzonder kan de uitvinding worden toegepast op elke situatie, waar regeling 1007294 6 van de produktie van energetische elektronen van voordeel is. Verder wordt de vervaardiging van halfgeleiders gedurende de oxyde-etsstap verhoogd door het regelen van het aantal en de snelheid van energetische elektronen. Het etsen 5 van een of andere isolator op dunnefilm-inrichtingen kan bijvoorbeeld het gunstige resultaat zijn van de uitvinding.

De eerste voorkeursuitvoering zal beschreven worden met verwijzing naar fig. 4. Daarin is een spiraalplasmabron 50 volgens de uitvinding getoond. Veel van de onderdelen zijn 10 dezelfde als eerder beschreven in de bekende techniek. Een antenne 18 is gevormd rond een pyrexbuis 12 met een eindplaat 16. De coaxiale solenoïdewikkeling 14 is gewikkeld rond de buis 12 voor het vormen van magneetvelden binnen de buis 12. Bij de bekende techniek werd eenvoudigweg een niet 15 veranderend magneetveld aangelegd aan de plasmakamer voor het verkrijgen van een spiraalgolf van hoge amplitude, die uittrad uit de buis. In feite werd bij de bekende techniek gewoonlijk een magneetveld gevormd met een grootte in het traject van 100-1000 G. Fig. 5a toont een grafiek, welke een 20 energetische elektronenstroom toont, die geregeld wordt door het variëren van de axiale magneetveldsterkte. Het is duidelijk, dat de energetische elektronenstroomdichtheid vrijwel hul is, wanneer het magneetveld groter is dan 100 G. Met verwijzing naar fig. 5b toont de semilogarithmische 25 grafiek pieken van energetische elektronenstroom boven 100 G, maar deze pieken zijn over een faktor van 5 of meer kleiner dan de pieken beneden 100 G. Wanneer het magneetveld wordt ingesteld op het traject van 50-90 G, neemt de stroomdichtheid drastisch toe. Zodoende is één sleutel voor 30 het vormen en regelen van het aantal energetische elektronen, die op de spiraalgolf rijden, het regelen van het magneetveld, aangelegd aan het plasma. In fig. 4 is een magneetveldregelaar 52 bevestigd aan de coaxiale solenoïde-wikkelingen voor het regelen van het magneetveld binnen de 35 plasmakamer.

Energetische elektronen met snelheden corresponderende met een paar tientallen eV, zijn spectroscopisch waargenomen uit pulsen van zichtbare-licht-argonlijnstraling bij de rf-frequentie (13,56 MHz), welke de spiraalplasmabron 10 07294 7 aandrijft. (Zie "Electron Beam Pulses Produced by Helicon-Wave Excitation" door A.R. Ellingboe, e.a., Physics of Plasmas 2, 1807 (1995), dat hier is geïncorporeerd door referentie). Zoals getoond in fig. 5a stijgt het 5 energetische elektron tot een piek van 7 mA/cm2 bij 35 G, tot een grotere piek van 18 mA/cm2 bij 90 G axiaal magneetveld onder de antenne, en neemt vervolgens abrupt af * tot 1 mA/cm2 bij 100 G.

De fig. 6a-6c tonen grafieken van de rf-magneetveld-10 sterkte ten opzichte van de axiale positie onder de antenne en binnen de buis. De fasesneldheid is gelijk aan het produkt van de frequentie en de gemeten axiale golflengte.

In fig. 6a correspondeert de berekende fasesnelheid met de axiale elektronenenergie van 5 eV bij een magneetveld van 15 36 G. In fig. 6b correspondeert de berekende fasesnelheid met een axiale elektronenenergie van 18 eV bij een magneetveld van 81 G. In fig. 6c correspondeert de berekende fasesnelheid met een axiale elektronenenergie van 50 eV bij een magneetveld van 117 G. Deze grafieken tonen 20 gekwantiseerde sprongveranderingen in de axiale golflengte naarmate het gelijkstroommagneetveld varieert. Deze axiale aftastingen, gemaakt met een 18-kanaals magnetische sonde, laten zien, dat het aantal axiale modi varieerde over dit traject van magnetische velden, waarbij de elektronen-25 energieanalysator snelle veranderingen waarnam in de energetische elektronenstroom, dat wil zeggen de axiale golflengte onderging kwantumveranderingen.

Bij een kenmerkende elektronentemperatuur van 2-4 eV, zullen botsingen waarschijnlijk het verhitten voorkomen van 30 een aanzienlijke staart van de verdelingsfunktie bij 5 eV, waar de EEDF (elektronenenergieverdelingsfunktie) slechts afgevallen is tot ongeveer 5 % van de piek. Bij 18 eV is de EEDF omlaag tot ongeveer 0,1 % van de piek, zodat het uittrekken van een staart redelijk te verwachten valt en de 35 elektronenenergieanalysatormetingen een staart tonen van ongeveer deze energie. Bij 50 eV is het onwaarschijnlijk, dat enige elektronen voldoende dicht tot deze energie zullen komen om te worden ingevangen door de golf.

De exacte waarden van magneetveld, getoond in de fig.

1007294 8 5a-5b en 6a-6c hangen af van de grootte van de bronbuis 12 (getoond in fig. 4) en van de plasmadichtheid. Deze kunnen bij benadering worden gerelateerd door de volgende vergelijking: 5 ω/k = 2 x 1019 (B0/(a n0)) ..(1) waarin de hoekfrequentie (2nf); k het golfgetal (2π/λ); Bg het axiale magneetveld in Gauss; a de plasmastraal, dat wil 10 zeggen de straal van cilinder 12 n fig. 4; en txq de elektronendichtheid in cm ^ is. Voor een gegeven geometrie kan de energetische elektronenproduktie worden geoptimaliseerd door of de elektronenstroom rechtstreeks te meten met een elektronenenergieanalysator en de stroom te 15 maximaliseren, öf door het meten van de axiale rf-magneetvelden en het instellen van het magneetveld, totdat het produkt van de axiale golflengte maal de rf-frequentie gelijk is aan een fasesnelheid van ongeveer 2. tot 3 x 108 cm/s.

20 Wanneer het magneetveld juist is ingesteld voor optimale energetische elektronenproduktie, kan de energetische elektronenstroom ook worden afgezet door het verlagen van het rf-vermogen door gebruikmaking van een antenneregelaar 58 zoals getoond in fig. 4. In fig. 5c toont een grafiek, 25 dat, wanneer het magneetveld constant gehouden wordt en het rf-vermogen is ingesteld, de warme elektronenstroom Je significant wordt boven de tweede dichtheidssprong. De spiraalplasmabron werkt in drie modi (zie fig. 5c): E-capacitieve modus; H-inductieve modus; en W-spiraalgolf-30 modus. (Zie "Capacitive, Inductive and Helicon-Wave Modes of Operation of a Helicon Plasma Source", door A.R. Ellingboe e.a., Physics of Plasma V3 n7 (juli 1996), biz. 2797-2804, dat hierbij geïncorporeerd is middels referentie). Hoewel de elektronendichtheid ng een geleidelijke stijging in 35 energetische elektronenstroomdichtheid in deze derde modus onderhoudt, heeft de warme elektronenstroom Je een significante toename met slechts een kleine verandering in het rf-vermogen. Dit levert een extra middel van regeling op. Het betekent tevens, dat het rf-vermogen voldoende hoog 1007294 i 9 moet zijn, teneinde het optimale magneetveld voor energetische elektronenproduktie te bepalen.

Hieruit volgt: spiraalplasmabronnen kunnen energetische elektronen produceren in voldoende hoeveelheid om te worden 5 gebruikt voor vele doeleinden zoals bijvoorbeeld het etsen van oxyden en het regelen van de plasmachemie. Door het magneetveld van 80-100 G te variëren in het hier getoonde voorbeeld, kan men de energetische elektronenstroom, gedragen door de spiraalgolf, regelen. Wanneer bijvoorbeeld 10 het magneetveld 80 G is, zullen er energetische elektronen aanwezig zijn op de spiraalgolf 54 zoals getoond in fig. 4. Wanneer het magneetveld wordt gemodificeerd tot 100 G, zijn er nauwelijks enige energetische elektronen, die op de spiraalgolf 56 surfen. De sterkte van het magneetveld, nodig 15 voor het uitvoeren van deze funktie, kan verschillend zijn, wanneer andere soorten plasma gebruikt worden of wanneer de afmetingen van de bronbuis worden veranderd. De produktie van energetische elektronen kan evenwel zeer snel en gemakkelijk worden aangezet en afgezet door een magneetveld-20 regelaar 52 te gebruiken zoals getoond in fig. 4.

De tweede voorkeursuitvoering van de uitvinding kapitaliseert op de mogelijkheid van de halfgeleider- of dunnefilm-inrichting-fabrikant voor het regelen van de energetische elektronen, die worden geproduceerd door de 25 spiraalplasmabron. Zo kan de produktie van energetische elektronen worden aangezet of afgezet om te schakelen tussen hogedichtheids-plasma isolator etsen, bijvoorbeeld oxyde-etsen, met de energetische elektronen, en eenvoudig metaal-of siliciumetsen zonder energetische elektronen.

30 Met verwijzing naar fig. 7 wordt de halfgeleider 88 of

een of andere dunnefilm-inrichting, die moet worden geëtst, geplaatst in een inrichting 70. De spiraalplasmabron 72 in deze inrichting 70 bezit bijvoorbeeld dezelfde onderdelen als boven beschreven, dat wil zeggen een antenne 74, een 35 aangepast netwerk 76 voor het leveren van het 2 kW

rf-vermogen bij een frequentie van 13,56 MHz; coaxiale solenoïdewikkelingen 78 voor het voortbrengen van magneetvelden, en een magneetveldregelaar 80. De inrichting 70 heeft tevens coaxiale solenoïdewikkelingen rond het 1007294 ’ 10 kamergedeelte 82 voor het verder regelen van de golflengte en fasesnelheid van de spitaalgolven, die uittreden uit de spiraalplasmabron 72. De halfgeleiderwafer 88 is geplaatst op een tafel 86. De tafel kan naar keuze een rf-voorspanning 5 hebben, geleverd door het aangepaste netwerk 30, en separaat ingesteld in vermogen en fase ten opzichte van de antennerf -voeding.

In de bekende techniek wordt etsend plasmagas geïnjecteerd in de kamer 82 voor het verwijderen van het 10 blootliggende siliciumoxyde op de halfgeleider 88. Een recente moleculair dynamisch model van etsen liet zien, dat ionen het oppervlak van het siliciumoxyde bombarderen met voldoende energie voor het voortbrengen van slingerende bindingen, maar niet voor het rechtstreeks verwijderen van 15 de atomen van het oppervlak. (Zie "Chemical and Physical Sputtering of Fluorinated Silicon" door M.E. Barone and D.B. Graves, J. Appl. Phys. 77 (3), blz. 1263-1273). De atomen worden verwijderd door reacties met fluorgas, dat vluchtige produkten voortbrengt. Zodoende vereisen de ionen 20 een drempelenergie voor het voortbrengen van de slingerende bindingen in dit model. Het etsen werd door andere bevonden het gevolg te zijn van een combinatie van ionen, die een oppervlak bombarderen en slingerende bindingen produceren, die vervolgens reageren met atomische neutralen (kenmerkend 25 F, Cl of Br), welke een vluchtig produkt opleveren, dat de atomen van het oppervlak verwijdert.

Teneinde de invallende elektronenstroom gelijk te houden aan de ionenstroom (zoals het dient te zijn in stationair bedrijf, wanneer potentialen op oppervlakken niet langer 30 veranderen), zal een ladingsspanning op de oxydeoppervlakken worden gecreëerd, die alle, behalve de meest energetische elektronen, zal afstoten. Dit resulteert in spannings-potentialen van de grootte van 25-40 V. Deze potentiaal zal worden toegevoegd aan die, welke het gevolg is van een 35 separaat aangelegde rf-voorspanning op de wafer plus diegene, welke het gevolg is van een gelijkstroomopper-vlaktepotentiaal. De energetische elektronen zullen bij voorkeur zelf isolerende oppervlakken voorspannen door deze te laden tot een verhoogde negatieve spanning. Deze nnn79cu 11 verhoogde potentiaal zal lage energie-elektronen afstoten, van verhoogde energie, totdat de invallende elektronenstroom is gereduceerd tot gelijk aan de plaatselijke ionenstroom. Geleidende en halfgeleidende oppervlakken kunnen zo zijn 5 verbonden, dat overmaat negatieve ladingen zich niet plaatselijk opbouwen. Zodoende wordt of de ionen- of elektronen-niet-gebalanceerde stroom weggetrokken voor het voorkomen van een door energetische elektronen gegenereerde voorspanning. Een hoge selectiviteit is mogelijk, indien het 10 traject van ionenenergieën, invallend op halfgeleider of metaal, beneden de drempel voor etsen van die oppervlakken ligt, terwijl de ionenenergie, die invalt op het oxyde, vrijwel of geheel boven de drempel voor het etsen van oxyde ligt als gevolg van de zelfvoorspanning van het oxyde.

15 Er zijn etssnelheden gemeten op siliciumoxyde en silicium in een ECR-ontlading, waarbij de etssnelheid voor siliciumoxyde evenredig was aan de fluorionenenergie-dichtheid J^E·^, indien er voldoende atomisch fluor aanwezig was. Ji is de ionenstroomdichtheid en E·^ is de ionenenergie 20 aan het waferoppervlak. De gemiddelde ionenenergie varieerde tussen 40 en 130 eV. De maximum etssnelheid bereikte 340 nm/min. bij 400 mW/cm2. Siliciumetssnelheden waren gelijk aan die van siliciumoxyde bij lage ionenenergiedichtheden, maar verzadigden bij ongeveer 120 nm/min. bij 150 mW/cm2.

25 (Zie "Etching Rate Characterization of SiC>2 and Si Using Ion Energy Flux and Atomic Fluorine Density in a CF4/02/Ar Electron Cyclotron Resonance Plasma", J. Ding, e.a., J. Vac. Sci. Techn. A 11, biz. 1283 (1993)).

Dit resulteert in een toename in selectiviteit over een 30 faktor van twee bij gebruikmaking van energetische elektronen van een spiraalplasmabron.

Een kenmerkende fabrikant zal een gas zoals een koolfluoride als plasmagas inleiden in de kamer in voldoende concentratie om het oxyde te etsen. De volgende twee 35 vergelijkingen representeren chemische reacties, die optreden: CHF3 + e' ==> CHF2 + F ... (2) CHF3 + e' ==> CHF2 + HF ... (3) 1007294 12

Fig. 8a is een grafiek, welke de tijdsgemiddelde elektronenenergieverdelingsfunkties (EEDF) toont voor spiraalplasma. Kromme 100 is geproduceerd zonder formatie van hete elektronen en kromme 102 is geproduceerd met hete 5 elektronenvorming. Fig. 8b is een grafiek, welke dwarsdoorsneden toont voor het aansturen van de chemische reacties, getoond in de vergelijkingen (2) en (3) hierboven. De chemische reacties in vergelijking (3) treden niet op, totdat een minimum-drempel bij punt 108 is bereikt. Indien 10 bijvoorbeeld kromme 104 geassocieerd is met chemische reacties in vergelijking (2) en kromme 106 is geassocieerd met chemische reacties in vergelijking (3), worden produkten, voortgebracht door de tweede reactie, verrijkt door het verhogen van de hete elektronendichtheid, dat wil 15 zeggen van kromme 100 naar kromme 102 in fig. 8a. Zodoende is de piek van kromme 102 in fig. 8a buiten het drempelpunt 108 in fig. 8b. Overeenkomstig zal het verminderen van de hete elektronenproduktie produkten begunstigen van de chemische reactie in bovenstaande vergelijking (2).

20 Wanneer de reacties, die corresponderen met vergelijking (2) optreden, kan het vrije fluoratoom reageren met de siliciumoxydemoleculen volgens de volgende chemische reactie: 25 4F + Si02 ==> SiF4 + 02 ... (4)

Zodoende wordt het siliciumoxyde weggeëtst van de halfgeleider en het gevormde gas kan worden geëxtraheerd uit de kamer. Wanneer de chemische reactie in vergelijking (3) 30 optreedt, worden CF2 radicalen geproduceerd: Deze radicalen worden aangenomen verantwoordelijk te zijn voor polymeer-afzetting, hetgeen de zijwanden beschermt (voorkomt ondersnijding van de fotoresist) alsmede de onderliggende siliciumlaag. Op deze wijze kan men de gasfase en de ionen-35 chemie modificeren door het regelen van de hete elektronenproduktie.

Er zijn tevens etssnelheden gemeten op polysilicium met een ionenbundel van lage energie, hetgeen een drempel liet zien van 25 eV voor het etsen van polysilicium met ! Ί 07294 ! 13 . -4 chloononen in een chloorgas van 10 Torr. Deze resultaten zijn complementair in plaats van tegenstrijdig met die van een ECR-ontlading om twee redenen: (a) er werden verschillende etsgassen gebruikt, respectievelijk fluor en 5 chloor; en (b) de ECR-plasmaetsionenenergie begon boven de drempelenergie, waargenomen met de ionenbundelmeting. Met een energiedrempel kan oxyde-etsen selectief worden versterkt met een orde van grootte.

Met verwijzing naar fig. 9 is de halfgeleider gereed om 10 te worden geëtst. De spiraalgolf 110 zet energetische elektronen 112 af op het oppervlak van het siliciumoxyde 34. Daardoor heeft het oxyde een negatieve lading. Het etsgas (niet getoond) wordt dan aangelegd op de halfgeleider. De negatieve potentialen zullen positieve etsmiddelionen 15 versnellen tot hogere energie en effektiviteit, wanneer zij invallen op het oxyde. Ionen zullen worden versneld door, en zullen de negatieve voorgespannen oppervlakken bombarderen met, hogere energie. Aangezien bekend is, dat de etssnelheid toeneemt met ionenenergie, en in sommige gevallen een 20 drempelenergie heeft, waaronder de etssnelheid verwaarloosbaar is, kunnen zelfvoorgespannen oppervlakken worden geëtst met een selectief hogere snelheid dan niet-zelfvoorgespannen oppervlakken.

In fig. 10 is het oxyde volledig verwijderd van een 25 substraat in één sectie. De energetische ionen, die continu worden geleverd door de spiraalgolf 110, worden weggetrokken, zodat de oppervlaktepotentiaal minder negatief zal zijn dan de lading op de overblijvende oxydelagen. De etssnelheid zal daardoor selectief worden gereduceerd voor 30 niet-oxydeoppervlakken. Zodoende wordt erosie van de niet-oxydegebieden vermeden.

Een <derde voorkeursuitvoering van de uitvinding zal beschreven worden met verwijzing naar fig. 11. Fabrikanten zijn momenteel bezig om halfgeleiders te vervaardigen, welke 35 verschillende lagen of niveaus van elementen hebben. De verbindingen tussen deze niveaus worden gewoonlijk tot stand gebracht onder gebruikmaking van multiniveau-tussen-verbindingen op de halfgeleider. Teneinde inwendige elementen te verbinden op verschillende niveaus, moet de f0 07294 14 fabrikant in staat zijn om kanalen te maken die 0,18 pm zijn of nog minder. Momenteel is het mogelijk om kanalen te etsen met een diameter van slechts 0,18 pm in silicium en metaal. Het etsen van kanalen in siliciumoxyde kan evenwel alleen 5 geschieden tot een diameter van 0,35 pm. Derhalve kan de onderhavige uitvinding worden gebruikt voor het vervaardigen van kanalen in siliciumoxyde, die in het traject liggen van 0,18 tot 0,35 pm. Deze procedure van het gebruiken van spiraalplasmabronnen zou echter zelfs nog smallere kanalen 10 kunnen produceren met diameters van minder dan 0,18 pm.

De fabrikant zou de halfgeleider 120, getoond in fig.

11, kunnen plaatsen in de kamer getoond in fig. 7. Veel van de stappen zouden kunnen worden uitgevoerd in dezelfde kamer door eenvoudigweg het magneetveld of het rf-vermogen van de 15 spiraalplasmabron in te stellen zodanig, dat energetische elektronen worden geleverd aan de blootliggende oppervlakken van de halfgeleider, zoals deze wordt vervaardigd.

Bijvoorbeeld, indien een verbinding tot het lagere niveau de volgende stap in de vervaardiging is, wordt een 20 gepatroniseerde fotoresistlaag 124 gevormd op een laag van siliciumoxyde 126. Twee lagen metaal 128 en 130 zijn reeds afgezet onder de laag van oxyde 126. De volgende stap is het etsen van het oxyde in het gebied 132, blootgelegd door de fotoresist 124, totdat de metaallaag 128 is blootgelegd. Het 25 magneetveld rond de spiraalplasmabron kan zodanig worden veranderd, dat de energetische elektronen worden geproduceerd. Het plasmagas zal beginnen het blootgelegde siliciumoxyde te etsen voor het vormen van een nauwe gang of via. Energetische elektronen zouden de bodem van het oxyde 30 in de via kunnen laden zodanig dat de ionenenergie, welke het oxyde treft, wordt verhoogd. Daardoor zal de etssnelheid voor het oxyde toenemen. Bij het maken van contact met het metaal 128 kan de overmaat aan negatieve lading worden afgeleid van het oppervlak, waardoor de ionenbotsings-35 energie wordt verlaagd. Daardoor zal de etssnelheid van het metaal 128 afnemen. Indien de fabrikant het etsen wenst voort te zetten door het metaal, kan het magneetveld rond de spiraalplasmabron zodanig worden veranderd, dat de energetische elektronen niet worden geproduceerd. Het * n0 70 04 ·' 15 geschikte etsplasma kan worden geleverd voor het etsen van de metaallaag, zoals geleerd door de bekende techniek.

Naarmate het etsen voortgaat, kan de produktie van energetische elektronen door het spiraalplasma worden 5 ingeschakeld of uitgeschakeld door het variëren van het axiale magneetveld of rf-vermogen zodanig, dat de fabrikant snel kan overschakelen tussen een oxyde-etstoestand met energetische elektronen tot een etstoestand voor andere materialen zonder energetische elektronen. De mogelijkheid 10 om een enkel gereedschap te gebruiken voor multiple toepassingen kan de productiviteit verhogen door het verminderen van de noodzaak en de benodigde tijd voor het overbrengen van een wafer tussen multiple gereedschappen.

Exciteren in een zuurstofplasma na oxyde-etsen kan 15 bijvoorbeeld de opbouw van polymeer van de contact- en zijwanden verwijderen. Hoge ioiienenergieën zullen evenwel in deze stap nadelig zijn; derhalve dient de energetische ' elektronenproduktie te worden uitgeschakeld.

Een ander onderscheiden voordeel voor dit proces is, dat 20 energetische elektronen worden geprojecteerd in een rechte lijn naar het oxydeoppervlak. Zodoende zal de lading aan de zijwanden van het oxyde geen lading accumuleren die zo hoog is als die van de bodem van het oxyde. Dit is zeer voordelig in multilaags-halfgeleiders, aangezien de energetische 25 elektronen zullen penetreren naar de bodems van gangen en via’s, met minder afbuiging dan laag-energetische elektronen. Aan de bodem van deze gangen en via's zullen de elektronen de ionenstroom neutraliseren en de volle ets-snelheid handhaven, zelfs in inrichtingen van de toekomstige 30 generatie, waar de diepte veel groter is dan de breedte. De etssnelheid zal evenwel worden gereduceerd bij breken door een oxydelaag heen naar het siliciumsubstraat of metaallaag in multilaags-halfgeleiders.

Hoewel de uitvinding is beschreven en geïllustreerd met 35 speciale details, is deze toelichting bedoeld illustratief te zijn voor voorkeursuitvoeringen. Er dient te worden begrepen, dat de beschrijving uitsluitend is gegeven bij wijze van voorbeeld. Tal van veranderingen in combinatie en inrichting van de onderdelen, stappen en kenmerken, kunnen 10Ö7294 5 16 worden gemaakt door de vakman zonder te treden buiten het kader en de omvang van de uitvinding, zoals omschreven in de conclusies.

10 15 20 25 - conclusies -30 35 1007294

Claims (35)

1. Werkwijze voor het etsen van een isolator, gevormd op een niet-isolatoroppervlak, gekenmerkt door 5 de stappen van: genereren van energetische elektronen, die een blootgelegd oppervlak van genoemde isolator laden; en vormen van een ionenplasma, dat genoemd blootgelegd geladen oppervlak van genoemde isolator etst. 10

2. Werkwijze volgens conclusie 1, m e t het kenmerk t, dat genoemde stap van het genereren van genoemde energetische elektronen wordt voortgebracht door een spiraalplasmabron. 15

3. Werkwijze volgens conclusie 2,met het kenmerk, dat genoemde spiraalplasmabron omvat: een plasmabuis met een eerste van kap voorzien einde; een antenne, welke een uitwendig deel van genoemde 20 plasmabuis omringt, en van vermogen wordt voorzien door een rf-vermogensbron, welke antenne een spiraalgolf vormt binnen genoemd plasma, welke wordt geëmitteerd vanuit een tweede einde van genoemde plasmabuis; axiale solenoïdewikkelingen, die genoemde antenne en 25 genoemde plasmabuis omringen, welke axiale solenoïdewikkelingen magneetvelden voortbrengen binnen genoemd plasma; en middelen voor het regelen van genoemde vorming van genoemde spiraalgolf en voor het regelen van een 30 energetische elektronenstroom, welke genoemde energetische elektronen bevat, gedragen door genoemde spiraalgolf.

4. Werkwijze volgens conclusie 3,met het kenmerk, dat genoemde middelen genoemde magneetvelden 35 zodanig instellen, dat genoemde energetische elektronenstroom kan worden verhoogd of verlaagd.

5. Werkwijze volgens conclusie 3,met het kenmerk, dat genoemde middelen genoemd rf-vermogen, geleverd 1007294 aan genoemde antenne, zodanig instellen, dat genoemde energetische elektronenstroom kan worden verhoogd en verlaagd.

6. Werkwijze volgens conclusie 3,met het ken merk, dat genoemde middelen genoemde magneetvelden en genoemd rf-vermogen, geleverd aan genoemde antenne, zodanig instellen, dat genoemde energetische elektronenstroom kan worden verhoogd en verlaagd. 10

7. Werkwijze volgens conclusie l,met het kenmerk, dat de niet-isolator een substraat is, een metaal, een halfgeleidend materiaal of een siliciumwafer.

8. Werkwijze volgens conclusie 7,met het ken merk, dat de niet-isolatorlaag, waarop de isolator is afgezet, zodanig is verbonden dat overmaat negatieve ladingen niet kunnen accumuleren, maar genoemde blootgelegde isolatorlaag geladen blijft. 20

9. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de isolator er een is van oxyde en s i1ic iumoxyde.

10. Werkwijze volgens conclusie l,met het ken merk, dat het blootgelegde oppervlak wordt gevormd door het vormen van een patroonlaag, die bestaat uit een van een geharde fotoresist, een metaal, een chroom en een silicium.

11. Werkwijze volgens conclusie l,met het ken merk, dat de breedte van een kanaal, gevormd tussen twee aangrenzende isolatorlagen, welke overblijft na etsen, minder is dan 0,35 pm.

12. Werkwijze volgens conclusie 1, m e t het ken merk, dat genoemde ionenplasma er ten minste een is van fluor, chloor en broom. 1007294

13. Dunnefilm-inrichting, gedeeltelijk vervaardigd door gebruikmaking van energetische elektronen, welke dunnefilm-inrichting een etsproces behoeft van een isolatorlaag gedurende de vervaardiging, met het kenmerk, dat 5 het etsproces de stappen omvat van: genereren van energetische elektronen, die een blootgelegd oppervlak van de isolator laden; en vormen van een ionenplasma, dat genoemd blootgelegd geladen oppervlak van de isolator etst. 10

14. Dunnefilm-inrichting volgens conclusie 13, m e t het kenmerk, dat de stap van het genereren van de energetische elektronen tot stand gebracht wordt door een spiraalplasmabron, welke een spiraalgolf emitteert. 15

15. Dunnefilm-inrichting volgens conclusie 14, m e t het kenmerk, dat een energetische elektronenstroom, gedragen door genoemde spiraalgolf, wordt versterkt en verzwakt door het instellen van magnetische velden binnen 20 genoemde spiraalplasmabron.

16. Dunnefilm-inrichting volgens conclusie 14, m e t het kenmerk, dat een energetische elektronenstroom, gedragen door de spiraalgolf, wordt versterkt en verzwakt 25 door het instellen van een rf-vermogen, geleverd aan een antenne van de spiraalplasmabron.

17. Dunnefilm-inrichting volgens conclusie 14, m e t het kenmerk, dat een energetische elektronenstroom, 30 gedragen door de spiraalgolf, wordt versterkt en verzwakt door het instellen van magneetvelden binnen de spiraalplasmabron en het instellen van een rf-vermogen, geleverd aan een antenne van de spiraalplasmabron.

18. Dunnefilm-inrichting volgens conclusie 13, m e t het kenmerk, dat de isolator er een is van oxyde en s i1i c iumoxyde.

19. Dunnefilm-inrichting volgens conclusie 13, m e t het 1007294 k e n m e r k, dat de isolator is afgezet op een laag van niet-isolatormateriaal voorafgaand aan het etsen.

20. Dunnefilm-inrichting volgens conclusie 19, m e t het 5 kenmerk, dat genoemd niet-isolatormateriaal er een is van een substraat, een metaal, een halfgeleidend materiaal en een siliciumwafer.

21. Dunnefilm-inrichting volgens conclusie 13, m e t het 10 kenmerk, dat een patroonlaag is gevormd op een oppervlak van de isolator voorafgaand aan het etsen, welke patroonlaag bestaat uit een van een geharde fotoresist, een metaal, een chroom en een silicium.

22. Dunnefilm-inrichting volgens conclusie 13, m e t het kenmerk, dat de dunnefilm-inrichting er een is van een halfgeleider, een platpaneel-weergeefinrichting en een besturingsketen van een plasmaweergeefinrichting.

23. Spiraalplasmabron met regeling van de produktie van energetische elektronenstromen, gedragen door een spiraalgolf, gekenmerkt door: een plasmabuis met een van kap voorziene eerste einde, een antenne, die een uitwendig deel van de plasmabuis 25 omringt en wordt gevoed door een rf-vermogensbron, welke antenne de spiraalgolf vormt binnen het plasma, dat wordt geëmitteerd vanuit een tweede einde van de plasmabuis, axiale solenoïdewikkelingen, die de antenne en de plasmabuis omringen, welke axiale solenoïdewikkelingen 30 magneetvelden produceren binnen het plasma, en middelen voor het regelen van de vorming van de spiraalgolf en voor het regelen van de vorming van de energetische elektronenstroom.

24. Spiraalplasmabron volgens conclusie 23, m e t het kenmerk, dat genoemde middelen de magneetvelden zodanig instellen, dat de vorming van genoemde energetische elektronenstroom kan worden versterkt en verzwakt. 1007294

25. Spiraalplasmabron volgens conclusie 23, m e t het kenmerk, dat genoemde middelen genoemd rf-vermogen, geleverd aan de antenne, zodanig instellen, dat de vorming van de energetische elektronenstroom kan worden versterkt en 5 verzwakt.

26. Spiraalplasmabron volgens conclusie 23, met het kenmerk, dat genoemde middelen zowel de magneetvelden als het rf-vermogen, dat geleverd wordt aan de antenne, 10 zodanig instellen, dat de vorming van genoemde energetische elektronenstroom kan worden versterkt en verzwakt.

27. Methode voor het versterken en verzwakken van energetische elektronenstromen, gedragen door een 15 spiraalgolf.

28. Methode volgens conclusie 27,met het ken- . merk, dat de spiraalgolf wordt gevormd door een spiraalplasmabron en genoemde energetische elektronenstromen 20 worden versterkt en verzwakt door het instellen van magneetvelden in de spiraalplasmabron.

29. Methode volgens conclusie 27,methetken-m e r k, dat de spiraalgolf wordt gevormd door een 25 spiraalplasmabron en de energetische elektronenstromen worden versterkt en verzwakt door het instellen van een rf-vermogen, geleverd aan een antenne van de spiraalplasmabron.

30. Apparaat voor het vervaardigen van een dunne-film- inrichting, gekenmerkt door: een kamer, middelen voor het voortbrengen van een spiraalgolf in de kamer, welke spiraalgolf wordt geprojecteerd naar de 35 dunnefilm-inrichting, regelmiddelen voor het versterken en verzwakken van een energetische elektronenstroom, gedragen door de spiraalgolf, een platform voor het houden van de dunnefilm-inrichting, en JQ07234 middelen voor het regelen van de concentratie van etsplasma in de kamer.

31. Apparaat volgens conclusie 30,met het k e n-5 merk, dat de spiraalgolf wordt gevormd door een spiraalplasmabron en de energetische elektronenstromen worden versterkt en verzwakt door het instellen van magneetvelden in de spiraalplasmabron.

32. Apparaat volgens conclusie 30,met het ken merk, dat de spiraalgolf wordt gevormd door een spiraalplasmabron en de energetische elektronenstromen worden versterkt en verzwakt door het instellen van een rf-vermogen, geleverd aan een antenne van de spiraal-15 plasmabron.

33. Apparaat volgens conclusie 30, met het ken- m er k, dat multiple etsstappen kunnen worden uitgevoerd in de kamer zonder verplaatsen van de dunnefilm-inrichting door 20 het versterken en verzwakken van de energetische elektronen-stroom en de concentratie van etsplasma.

34. Apparaat volgens conclusie 30, methetken-m e r k, dat energetische elektronen in de energetische 25 elektronenstroom penetreren tot een bodem van een kanaal, gevormd tijdens etsen van de dunnefilm-inrichting.

35. Methode onder gebruikmaking van energetische elektronen voor het modificeren van een gasfase en de ionenchemie, 30 met het kenmerk, dat een flux van chemische species en ionen, invallend op een oppervlak, wordt gemodificeerd. 1 1007294 Methode volgens conclusie 35,met het ken- 35 merk, dat genoemde modificatie aan genoemd oppervlak er een is van een afzettingsproces en een etsproces.