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Vorliegende
Erfindung betrifft einen Reaktor zur Durchführung eines Ätzverfahrens
für einen
Stapel von maskierten Wafern sowie ein Ätzverfahren nach den Oberbegriffen
der Ansprüche
1 und 9.
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Zur
Reinigung von CVD-Anlagen (Chemical Vapor Deposition), zu deutsch
chemische Gasphasen-Deponiervorrichtungen, ist Chlortrifluorid (ClF3) als Prozessgas bekannt. Weiterhin hat
ClF3 seit einiger Zeit auch Eingang in die
Technik der Mikrostrukturierung gefunden. Es zeichnet sich durch
seine hohe Selektivität
gegenüber
Siliziumoxid (SiO2) aus. Das heißt, Silizium
(Si) wird geätzt
und als Passivierung wird u.a. SiO2 verwendet.
Der Ätzprozess
läuft spontan
ab, d.h. es wird in einem gewissen Prozessfenster (Druck, Temperatur,
Gasfluss) kein Plasma oder eine thermische Anregung durch vergleichsweise
hohe Temperaturen für
den Ätzprozess
benötigt. Die
zur Mikrostrukturierung durch einen solchen Ätzprozess vorgesehenen einzelnen
Wafer werden in einem dem Ätzprozess
vorangehenden Verfahrensschritt in einer Vorbereitungs- und/oder
Konditionierungskammer vorbehandelt. Anschließend werden sie aus dieser
entnommen und in einer weiteren Kammer, der Ätzkammer, geätzt.
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Aufgabe und Vorteile der
vorliegenden Erfindung
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, eine gattungsgemäße Vorrichtung
zur Behandlung von Wafern der eingangs dargelegten Art zu verbessern
sowie ein verbessertes Verfahren zur Behandlung von Wafern zur Verfügung zu
stellen.
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Gelöst wird
diese Aufgabe durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 9. Aus den Unteransprüchen gehen
weitere, vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen
der Erfindung hervor.
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Dementsprechend
betrifft die Erfindung einen Reaktor zur Durchführung eines Ätzverfahrens für einen
Stapel von maskierten Wafern, welche unter Verwendung eines Ätzgases,
vorzugsweise Chlortrifluorid (ClF3) geätzt werden.
Der Reaktor zeichnet sich dadurch aus, dass er auch eine Vorrichtung
zur Durchführung
eines Plasmaprozesses umfasst.
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Dieser
Vorgehensweise liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei der Bearbeitung
mehrerer Wafer, wie sie z.B. ein Stapel von Wafern darstellt, sekundäre Bearbeitungsvorgänge nur
einmal durchgeführt werden
müssen.
Somit können
diese den Ätzprozess begleitenden,
zusätzlich
erforderlichen Prozessschritte, wie das Einbringen des bzw. der
Wafer in eine Prozesskammer, die Vakuumierung und Temperierung des
Reaktorraums, enorm zeit- und
kostensparend reduziert werden.
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Weiterhin
liegt dieser Vorgehensweise die Erkenntnis zugrunde, dass eine Verbesserung
des Ätzprozesses
dadurch erreichbar ist, dass gegebenenfalls auch zwischen einzelnen Ätzschritten
oder gegebenenfalls auch während
eines Ätzschrittes
zusätzlich
Plasmaprozesse zur Reinigung der zu ätzenden Flächenbereiche des Wafers durchgeführt werden
können.
Vorzugsweise wird es als vorteilhaft angesehen, wenn ein Sputterprozess,
insbesondere ein Inertgas-Sputterprozess, dazu genutzt werden kann.
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Durch
den Umstand, dass die Wafer nicht aus einer ersten Vorbereitungs-
und/oder Konditionierungskammer wieder entnommen und in eine zweite,
den Ätzprozess
durchführende
Kammer eingebracht werden müssen,
entfällt
zusätzlich
vorteilhaft auch die zwar geringe aber dennoch gegebene Möglichkeit
einer zwischenzeitlichen Verunreinigung oder Beschädigung der
Wafer.
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Vorteilhafterweise
umfasst der Reaktor ein Wafer-Schiffchen mit Elektroden, wobei in
weiter vorteilhafter Weise die Elektroden gleichzeitig Aufnahmen
für die
Wafer ausbilden, so dass diese sauber angeordnet mit dem Wafer-Schiffchen
in den Reaktor eingebracht werden können.
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Für eine weitere
Kapazitätserhöhung des Reaktors
können
die Elektroden sogar so ausgebildet sein, dass sie zwei Wafer aufnehmen
können.
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Die
insbesondere plattenförmig
ausgebildeten und gegeneinander isoliert im Schiffchen angeordneten
Elektroden können
in vorteilhafter Weise mit abwechselnder Polarität versehen sein. Somit ist zwischen
jeweils benachbart angeordneten Elektroden, bei entsprechend ausgebildetem
Abstand, die Durchführung
eines Plasmaprozesses zur Behandlung der durch die Elektroden gehaltenen
Wafer möglich.
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Eine
Schalteinheit zur Änderung
der Polarität der
Elektroden erweitert zusätzlich
die Funktionalität des
Reaktors.
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Zur
Kontaktierung der im Wafer-Schiffchen angeordneten Elektroden mit
elektrischen Anschlüssen
des Reaktors bzw. mit entsprechenden Zuleitungen kann das Wafer-Schiffchen
mit einer entsprechend ausgebildeten Kontakteinheit versehen sein. Diese
Kontakteinheit ist vorzugsweise so ausgebildet, dass eine einerseits
einfache und andererseits auch zuverlässige Kontaktverbindung von
der Außenseite
des Reaktors zu den Elektroden gewährleistet ist.
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Zur
Koordinierung der einzelnen Prozessschritte des Reaktors, wie Plasmaprozess,
Sputterprozess, Ätzprozess,
der Wechsel zwischen den Prozessschritten bzw. die Kombination solcher
sowie gegebenenfalls auch vorangehender und nachfolgender Prozessschritte,
kann der Reaktor im Weiteren eine entsprechende Kontrollvorrichtung
umfassen.
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Mittels
eines derart aufgebauten Reaktors können somit in vorteilhafter
Weise Ätzverfahren
und Vorbereitungs- oder Konditionierungsverfahren für die zu ätzenden
Wafer in einem kombinierten Verfahrensablauf zusammengefasst werden,
wobei dieser Verfahrensablauf in ein und demselben Reaktorraum erfolgt.
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Die
Erfindung wird anhand der Zeichnungen und der nachfolgend, darauf
bezugnehmenden Beschreibung näher
erläutert.
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Es
zeigen
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1 eine
schematische Darstellung eines Anlagenaufbaus für einen Reaktor zur Durchführung eines Ätzverfahrens
für einen
Stapel von maskierten Wafern, welcher mit einem Plasmagenerator
ausgestattet ist;
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2 eine
schematische, auschnittsweise Darstellung eines Wafer-Schiffchenbereichs
mit Elektroden und mit daran angeordneten, zur Behandlung mittels
eines Ätzvorgangs
und eines Plasmaprozesses vorgesehenen Wafern;
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3 eine
schematische, ausschnittsweise Schnittdarstellung eines maskierten
und zur Behandlung durch den erfindungsgemäßen Reaktor vorgesehenen Wafer;
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4 eine
der 3 entsprechende Darstellung mit symbolisch dargestellter
Plasmabestrahlung;
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5 den
Ausschnitt aus dem Wafer nach den 3 und 4 nach
der Plasmabehandlung und
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6 den
Abschnitt des Wafers aus 5 während eines nachfolgenden ClF3-Prozesses.
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Im
Einzelnen zeigt nun die 1 eine Anlage 10 mit
einem Reaktor 11 zur Durchführung eines Ätzverfahrens
für einen
Stapel von maskierten Wafern. Erfindungsgemäß ist dieser mit einem Plasmagenerator 15 ausgestattet,
so dass die für
den Ätzvorgang
in den Reaktor eingebrachten Wafer ohne weitere Zwischenschritte
vorbehandelt und sofort im Anschluss geätzt werden können. Der
Reaktor stellt somit sowohl eine Vorbereitungs- oder Konditionierungskammer
als auch eine Ätzkammer
zur Durchführung
eines sogenannten Batch-Ätzprozesses, also
eines Ätzprozesses
für einen
ganzen Stapel von Wafern zur Verfügung, wobei vorzugsweise als Ätzgas Chlortrifluorid
(ClF3) verwendet wird.
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Der
Plasmagenerator 15 dient grundsätzlich zur Einleitung eines
Plasmaprozesses im Reaktorinneren, wobei ein solcher Plasmaprozess
vor einem durchzuführenden
ClF3-Batch-Ätzprozess,
nachfolgend, alternierend oder auch gleichzeitig mit einem solchen Ätzprozess
durchgeführt
werden kann.
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Insbesondere
wird dabei neben der Möglichkeit
die für
ein bestimmtes Verfahrens erforderlichen Reaktionstemperaturen aufgrund
einer katalytischen Wirkung des Plasmas zu reduzieren auch die Möglichkeit
zur Durchführung
eines Sputterprozesses, insbesondere eines Inertgas-Sputterprozesses
zur Reinigung der zu ätzenden
Oberflächen
der Wafer bereitgestellt.
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Das
Wafer-Schiffchen 12 umfasst Elektroden 13, 14,
die derart ausgebildet sind, dass sie zur Aufnahme von im Reaktor
zu behandelnden Wafern 1, vorzugsweise sogar zur Aufnahme
von zwei solchen Wafern geeignet sind. Die voneinander isoliert
ausgebildeten Elektroden 13, 14 sind dabei im
Wafer-Schiffchen
mit abwechselnder Polarität
angeordnet. Eine Schalteinheit zur Änderung der Elektroden-Polarität kann die
Funktionalität
des Reaktors erhöhen.
Vorzugsweise ist eine solche Schalteinheit 15 im Plasmagenerator 15 integriert.
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Zur
Kontaktierung der Elektroden 13, 14 des im Reaktor
eingesetzten Wafer-Schiffchens 12 umfasst der Reaktor 11 weiterhin
eine Kontakteinheit 25. Damit kann das Wafer-Schiffchen beim Einsetzen
in den Reaktor mit den elektrischen Anschlüssen des Reaktors bzw. mit
den entsprechenden Zuleitungen kontaktiert werden.
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Um
die einzelnen Verfahrensschritte wie Plasmaprozess, Sputterprozess, Ätzprozess
und den Wechsel zwischen den Prozessschritten bzw. die Kombination
solcher sowie gegebenenfalls auch vorangehender und nachfolgender
Prozessschritte kontrollieren zu können, kann der Reaktor vorzugsweise auch
noch eine Kontrollvorrichtung 15 umfassen, die ihrerseits
wiederum im Plasmagenerator 15 untergebracht oder Teil
davon sein kann.
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Neben
diesen wesentlichen Reaktorelementen umfasst die Anlage weiterhin
die üblicherweise für solche
Anlagen vorgesehenen Komponenten Heizung 16, Vakuumleitung 17,
Vakuumregelventil 18, Gasleitung 19, 20,
Ventile 21, 22, Gasanschluss 23 sowie
eine Druckerfassung bzw. Druckanzeige 24. Diese Elemente
stellen die wesentlichen Anlagenelemente dar, sie sind jedoch nicht
abschließend
aufgelistet.
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Mit
einer einen solchen Reaktor umfassenden Anlage können für die Behandlung der Wafer Temperaturen
im Bereich von 20°C
bis 600°C,
Drücke
von einigen wenigen mTorr bis etwa 8 Torr und Flüsse von wenigen sscm ((Standard
Cubic Centimeter Minute)(Standard cm3/Minute))
bis zu einigen slm (Standard Liter/Minute) eingestellt werden. Weiterhin vorteilhaft
ist die Verwendung eines LPCVD-Rohres (Low Pressure Chemical Vaper
Deposition) für
den Aufbau des Reaktors, in welchem das Wafer-Schiffchen eingesetzt
werden kann.
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2 zeigt,
wiederum schematisch, Elektroden 13, 14, wie sie
beispielsweise in einem Wafer-Schiffchen 12 angeordnet
sind. An den vorzugsweise plattenförmig ausgebildeten Elektroden 13, 14 sind
die Wafer 1 fixiert, und können mittels des ebenfalls
symbolisch dargestellten Plasmabereiches 26 bei Aktivierung
des Plasmagenerators 15 gesputtert werden. Die Polarität der Elektroden
ist vorzugsweise umschaltbar, so dass für beide Wafer je nach geschalteter
Polarität
der Elektroden 13, 14 die gleichen Behandlungsbedingungen
eingestellt werden können.
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Die
elektrische Kontakteinheit 25 ist hier schematisch durch
einen Querstrich dargestellt, welcher den dem Schiffchen zugeordneten
Bereich 12 gegenüber
den dem Plasmagenerator 15 zugeordneten Bereich trennt.
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Die 3 bis 6 zeigen
einen Teilausschnitt des Wafers mit maskierter Oberfläche während unterschiedlicher
Prozessschritte. 3 zeigt einen Ausschnitt eines
Wafers 1 mit einer Schicht 2 aus Opfermaterial,
z.B. Epipoly, LPCVD Polysilizium, LPCVD Silizium-Germanium oder
dergleichen. Darüber
befindet sich eine Schicht 2b aus Funktionsmaterial wie
z.B. Epipoly, LPCVD Polysilizium, LPCVD Silizim-Germanium oder andere
Materialien, welche mit einer Maske 3 aus SiO2, Si3N4,
Fotolack oder ebenfalls anderen Materialien überzogen ist. Zum Zwecke einer,
gegen den Ätzangriff
von unten, allseits geschützten
Funktionsschicht 2b befindet sich zwischen Opfermaterial
(2) und Funktionsmaterial 2b eine Schutzschicht 2c.
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Diese
wird vorzugsweise so gewählt,
dass Sie im Ätzprozess
eine hohe Selektivität
zum Opfermaterial aufweist. In diesem Fall vorzugsweise SiO2.
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Des
Weiteren befindet sich zwischen Bereichen mit Funtionsmaterial eine
Mikromaskierung 4 aus natürlichem Oxid, Oxidresten oder
allgemeinen Maskenresten.
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Die 4 zeigt
den gleichen Aufbau wie die 3, sie unterscheidet
sich jedoch durch die zusätzliche
Darstellung eines aktivierten Plasmaprozesses anhand der senkrecht
auf die Oberfläche
des Wafer verlaufenden Striche 5, welcher dem mit dem Bezugszeichen 26 in 2 entspricht.
Der Plasmavorgang 5 oder auch der Sputterprozess 5 wird
nach dem Ladevorgang des Schiffchens unter Kontaktierung mit dem
Plasmagenerator 15 und nach einer Gase- und Temperaturstabilisierungsroutine
aktiviert. Damit können
die mit der Oxidmaske 3 strukturierten Wafer 1 durch
den Sputterprozess von dem natürlichen
Oxid 4 bzw. Oxidresten oder Lackresten aus vorangehenden
Prozessen in den zu ätzenden
Bereichen befreit werden. Im Falle eines reinen Sputterprozesses
kann hierfür
als Prozessgas auch Stickstoff oder ein Inertgas, beispielsweise
Argon verwendet werden. Durch den physikalischen Beschuss wird das
natürliche
Oxid 4 für
den nachfolgenden ClF3-Ätzprozess vollständig entfernt
(5). Grundsätzlich
ist auch ein physikalisch-chemischer Ätzprozess bei entsprechend
geeigneter Auswahl von Prozessgasen und Werkstoffeigenschaften möglich.
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Da
das Ätzen
des Oxids nicht selektiv erfolgt, muss die Maskendicke für die nicht
zu ätzenden
Bereiche entsprechend dicker gewählt
werden. Aufgrund der minimalen Dicke des natürlichen Oxids von wenigen nm
ist dies aber unkritisch und kann in den meisten Fällen vernachlässigt werden.
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Nachdem
das natürliche
Oxid 4 vollständig an
den zu ätzenden
Stellen entfernt ist (5) wird mittels ClF3 der Ätzvorgang
entsprechend der 6 eingeleitet. Die Beaufschlagung
des Wafers 1 mit ClF3-Ätzgas ist
auch in der
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6 symbolisch
durch die senkrecht auf die Wafer-Oberfläche ausgerichteten Linien 6 dargestellt.
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Mit
diesem Ätzverfahren
kann die Opferschicht 2 geätzt werden, um eine allseitig
geschützte Funktionsschicht 2b freizusetzen.
Durch den ungehinderten Zutritt des Gases an die geöffneten
Bereiche kann die Ätzfront
homogen voranschreiten und ein lateral inhomogener Ätzangriff
unterbleibt.
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Für den Fall,
dass sich durch den ClF3-Ätzprozess
und die Prozessführung
eine beliebige chemische Schicht auf den zu ätzenden Bereichen bildet, welche
den weiteren Zugang des Ätzgases
zur geöffneten Ätzfläche behindert
und die Ätzrate
minimiert, besteht, wie bereits angemerkt, auch die Möglichkeit
einen alternierenden Prozess mit Sputtern und ClF3-Ätzbetrieb
einzusetzen, so dass sich ein möglichst
optimales Behandlungsergebnis der Wafer ergibt.