DE102011006331A1

DE102011006331A1 - Herstellungsverfahren für eine Halbleitervorrichtung

Info

Publication number: DE102011006331A1
Application number: DE102011006331A
Authority: DE
Inventors: Junji Oohara; Kazushi Asami
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2010-03-30
Filing date: 2011-03-29
Publication date: 2011-10-06
Anticipated expiration: 2031-03-30
Also published as: DE102011006331B4; JP5223878B2; US8461052B2; JP2011211016A; US20110244687A1

Abstract

Bei einem Prozess zur Ausbildung von Gräben mit M unterschiedlichen Breiten in einem Substrat werden ein Passivierungsschritt und ein Ätzschritt abwechselnd durchgeführt. Der Passivierungsschritt enthält die Abscheidung einer Passivierungsschicht (34) an einem Boden der Gräben (33) durch Umwandeln von Gas, das in eine Kammer (2) eingebracht wurde, in eine Plasma. Der Ätzschritt enthält die Entfernung der Passivierungsschicht (34) vom Boden der Gräben (33) und das Anwenden von reaktivem Ionenätzen an dem Boden, um eine Tiefe der Gräben (33) zu erhöhen. Der Ätzschritt enthält weiterhin das Festsetzen der Energie für das reaktive Ionenätzen auf einen bestimmten Wert, wenn die Passivierungsschicht (34) am Boden des Grabens (33) mit der Nt-kleinsten Breite entfernt worden ist. Der Wert erlaubt, dass der Ätzbetrag des Grabens (33) mit der Nt-kleinsten Breite gleich oder größer als der Ätzbetrag des Grabens (33) mit der (N+1)t-kleinsten Breite ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für eine Halbleitervorrichtung, bei dem Gräben mit unterschiedlichen Breiten gleichzeitig in einem Substrat ausgebildet werden.
Wenn ein Graben in einem Siliziumsubstrat (Si-Substrat) durch eine Trockenätztechnik gebildet wird, hängt die Ätzrate von der Breite oder Weite einer Öffnung in einer Maske ab. Die Abhängigkeit der Ätzrate von der Öffnungsweite der Maske ist als ”RIE-Verzögerung” (”RIE-lag”) bekannt. Aufgrund der RIE-Verzögerung ist es schwierig, gleichzeitig Gräben in einem Si-Substrat auszubilden, welche gleiche Tiefe aber unterschiedliche Breiten haben. 18 der beigefügten Zeichnung ist eine grafische Darstellung, welche eine Beziehung zwischen einer Grabentiefe und einer Öffnungsweite einer Maske zeigt, wenn der Graben durch eine Trockenätztechnik unter Verwendung der Maske ausgebildet wird. Wie aus 18 erkennbar ist, ist die Grabentiefe in einem Bereich, wo die Maskenöffnungsweite größer als ein bestimmter Wert ist, annähernd konstant. Im Gegensatz hierzu nimmt die Grabentiefe mit einer Abnahme der Maskenöffnungsweite in einem Bereich ab, wo die Maskenöffnungsweite geringer als der bestimmte Wert ist.
Wie beispielsweise in der JP 2002-158214 A beschrieben, ist es möglich, gleichzeitig Gräben mit gleicher Tiefe und unterschiedlichen Breiten in einem SOI-Substrat (silicon-on-insulator) auszubilden. Da eine vergrabene Oxidschicht des SOI-Substrats als ein Ätzstopper dienen kann, können die Tiefen von Gräben mit unterschiedlichen Breiten gleich gemacht werden, indem die Gräben geätzt werden, bis die Gräben die vergrabene Oxidschicht erreichen.
Jedoch ist ein SOI-Substrat weitaus teurer als ein reines SI-Substrat. Es besteht daher eine Notwendigkeit für eine Technik, Gräben mit gleicher Tiefe und unterschiedlichen Breiten in einem Si-Substrat ausbilden zu können. Das heißt, es besteht eine Notwendigkeit für eine Technik zur Ausbildung von Gräben unterschiedlicher Breiten in einem Si-Substrat durch unabhängige Steuerung der Tiefen der Gräben.
In der JP-2010-287823 A , welche auf die gleiche Anmelderin bzw. den gleichen Erfinder zurückgeht, wird eine Doppelschichtstruktur-Passivierungsschicht mit einer Oxidschicht und einer Polymerschutzschicht an den Innenwänden von Gräben mit unterschiedlichen Breiten aufgebracht, um die RIE-Verzögerung zu verringern, sodass die Tiefen der Gräben gleich gemacht werden können.
Bei dem Verfahren gemäß der JP-2010-287823 A ist es jedoch schwierig, die RIE-Verzögerung zu verringern, wenn sich ein Seitenverhältnis des Grabens außerhalb eines bestimmten RIE-Verzögerungsverringerungsbereichs befindet. Da weiterhin die Passivierungsschicht eine Doppelschichtstruktur hat, verlängert sich die Herstellungszeit.
Insbesondere dann, wenn die Ätztiefe zunimmt, nimmt auch die Wahrscheinlichkeit zu, dass die Passivierungsschicht am Boden des Grabens verbleibt, sodass sich Siliziumnadeln (sogenanntes ”schwarzes Silizium”) am Boden des Grabens ausbilden. Der Erfinder der vorliegenden Anmeldung hat experimentelle Untersuchungen durchgeführt, um den RIE-Verzögerungsverringerungsbereich messtechnisch festzustellen. 19 ist eine Darstellung eines Ergebnisses dieser Experimente. Wie aus 19 zu sehen ist, werden, wenn das Seitenverhältnis des Grabens größer als ungefähr 20 ist, die Grabentiefen nicht gleich und schwarzes Silizium bildet sich in den Gräben.
Da weiterhin die Passivierungsschicht eine Doppelschichtstruktur hat, besteht die Notwendigkeit, einen Schritt der Schichtausbildung und einen Schritt der Schichtentfernung für jede Schicht der Passivierungsschicht durchzuführen. Auch hierdurch nimmt die Herstellungszeit zu.
Angesichts hiervon ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung zu schaffen, indem die Tiefen von Gräben mit unterschiedlichen Breiten oder Weiten unabhängig steuerbar sind, ohne dass die Herstellungszeit verlängert wird.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung die Bereitstellung eines Wafers mit einer Siliziumschicht auf, auf der eine Maske mit (wenigstens einer) Öffnungen) angeordnet wird. Die Öffnungen haben M unterschiedliche Weiten oder Breiten, wobei M eine positive ganze Zahl größer als 1 ist. Das Verfahren weist weiterhin die Anordnung des Wafers in einer Kammer und die gleichzeitige Ausbildung von Gräben in der Siliziumschicht durch die Maske hindurch auf. Die Gräben haben M unterschiedliche Weiten oder Breiten, welche durch die Öffnungen der Maske definiert sind. Die Ausbildung umfasst das abwechselnde und wiederholte Durchführen eines Passivierungsschritts und eines Ätzschritts. Der Passivierungsschritt enthält das Abscheiden einer Polymerpassivierungsschicht an einer Seitenwand und einem Boden der Gräben durch Umwandeln von Gas, welches in die Kammer eingebracht worden ist, in Plasma. Der Ätzschritt umfasst die Entfernung der Passivierungsschicht an dem Boden der Gräben, bis die Siliziumschicht am Boden freigelegt ist und das Anwenden von reaktivem Ionenätzen an der freigelegten Siliziumschicht, um die Tiefen der Gräben zu erhöhen. Der Ätzschritt weist weiterhin das Festsetzen der einfallenden Ionenenergie (bzw. Energie der einfallenden oder auftreffenden Ionen) bei dem reaktiven Ionenätzen auf einen bestimmten Energiewert auf, wenn die Passivierungsschicht am Boden des Grabens mit der N-kleinsten Weite oder Breite entfernt ist, wobei N eine positive ganze Zahl kleiner als M ist. Der Energiewert erlaubt, dass der Ätzbetrag der Siliziumschicht am Boden des Grabens mit der N-kleinsten Weite oder Breite gleich oder größer als der Ätzbetrag der Siliziumschicht am Boden des Grabens mit der (N+1)-kleinsten Weite oder Breite innerhalb einer Restzeit des vorliegenden Ätzschritts ist.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung die Bereitstellung eines Wafers mit einer Siliziumschicht auf, auf der eine Maske mit (wenigstens einer) Öffnungen) angeordnet ist. Die Öffnungen haben M unterschiedliche Weiten oder Breiten, wobei M eine positive ganze Zahl größer als 1 ist. Das Verfahren weist weiterhin die Anordnung des Wafers in einer Kammer und die gleichzeitige Ausbildung von Gräben in der Siliziumschicht durch die Maske auf. Die Gräben haben M unterschiedliche Weiten oder Breiten, welche durch die Öffnungen der Maske definiert sind. Die Ausbildung enthält das abwechselnde und wiederholte Durchführen eines Passivierungsschritts und eines Ätzschritts. Der Passivierungsschritt enthält die Abscheidung einer Polymerpassivierungsschicht an einer Seitenwand und einem Boden der Gräben durch Umwandeln von Gas, das in die Kammer eingebracht wurde, in Plasma. Der Ätzschritt umfasst die Entfernung der Passivierungsschicht am Boden der Gräben, bis die Siliziumschicht am Boden freiliegt und das Anwenden von reaktivem Ionenätzen am Boden, um die Tiefen der Gräben zu erhöhen. Der Ätzschritt weist weiterhin das Festsetzen der einfallenden Ionenenergie (bzw. Energie der einfallenden oder auftreffenden Ionen) für das reaktive Ionenätzen auf einen bestimmten Energiewert nach einer bestimmten Ablaufzeit auf, die beginnt, wenn die Passivierungsschicht am Boden des Grabens mit der geringsten Weite oder Breite entfernt worden ist. Der Energiewert verhindert, dass die Passivierungsschicht entfernt wird.
Weitere Einzelheiten, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich besser aus der nachfolgenden Beschreibung der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung.
Es zeigt:
1 schematisch eine Ätzvorrichtung zur Verwendung bei einem Grabenätzprozess in einem Herstellungsverfahren für eine Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2A eine Schnittdarstellung eines Passivierungsschritts im Grabenätzprozess, 2B eine Schnittdarstellung eines Passivierungsschichtentfernungs-Unterschritts in einem Ätzschritt des Grabenätzprozesses und 2C eine Schnittdarstellung eines Si-Ätz-Unterschritts im Ätzschritt;
3A eine Schnittdarstellung des Passivierungsschritts, der durchgeführt wird, wenn zwei Gräben mit unterschiedlichen Weiten gleichzeitig gebildet werden und 3B eine Schnittdarstellung des Ätzschritts, der durchgeführt wird, wenn die Gräben gleichzeitig gebildet werden;
4A in einer grafischen Darstellung eine Änderung einer Intensität einer Emissionsspitze, erhalten vom F-Radikal, 4B eine grafische Darstellung eines Änderungsbetrags einer Abscheidung der Passivierungsschicht am Boden des Grabens und einen Änderungsbetrag einer Si-Schicht, die am Boden des Grabens entfernt wird und 4C eine grafische Darstellung einer Änderung einer Vorspannungs-RF-Leistung;
5 eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen der Vorspannungs-RF-Leistung und einer normalisierten Ätzrate;
6A ein Zeitdiagramm der Gasflussrate während des Ätzprozesses, 6B ein Zeitdiagramm von Plasma-RF während des Ätzprozesses, 6C ein Zeitdiagramm des Vorspannungs-RF während des Ätzprozesses und 6D ein Zeitdiagramm einer Emissionsintensität an der Spitze vom F-Radikal während des Ätzprozesses;
7A schematisch die Gräben, die durch den Ätzprozess gemäß der ersten Ausführungsform gebildet werden und 7B eine Darstellung, welche die durch einen normalen Ätzprozess gebildeten Gräben zeigt;
8 die grafische Darstellung einer Beziehung zwischen einer Vorspannungs-RF-Leistung, einer normalisierten Ätzrate und einem Setz- oder Einstellwert gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
9 eine grafische Darstellung eines Änderungsbetrags der Abscheidung einer Passivierungsschicht am Boden erster und zweiter Gräben, wobei der Änderungsbetrag einer Si-Schicht dargestellt ist, welche bei der zweiten Ausführungsform vom Boden der ersten und zweiten Gräben entfernt wird;
10 die grafische Darstellung einer Beziehung zwischen einer Vorspannungs-RF-Leistung, einer normalisierten Ätzrate und einem Setz- oder Einstellwert gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
11 eine grafische Darstellung eines Änderungsbetrags der Abscheidung einer Passivierungsschicht am Boden erster und zweiter Gräben, wobei der Änderungsbetrag einer Si-Schicht dargestellt ist, welche bei der dritten Ausführungsform vom Boden der ersten und zweiten Gräben entfernt wird;
12A eine schematische Schnittdarstellung eines Passivierungsschritts, die durchgeführt wird, wenn drei Gräben mit unterschiedlichen Breiten oder Weiten gleichzeitig gebildet werden und 12B eine schematische Schnittdarstellung des Ätzschritts bei der vierten Ausführungsform, der durchgeführt wird, wenn die drei Gräben gleichzeitig gebildet werden;
13A die grafische Darstellung der Änderung der Intensität einer Emissionsspitze, erhalten vom F-Radikal, wenn die drei Gräben gleichzeitig gebildet werden und 13B eine grafische Darstellung einer Änderung einer Vorspannungs-RF-Leistung, wenn die drei Gräben gleichzeitig gebildet werden;
14A die grafische Darstellung der Änderung der Intensität einer Emissionsspitze, erhalten vom F-Radikal, wenn die M Gräben gleichzeitig gebildet werden und 13B eine grafische Darstellung einer Änderung einer Vorspannungs-RF-Leistung, wenn die M Gräben gleichzeitig gebildet werden;
15A eine grafische Darstellung einer praktischen Änderung einer Intensität einer Emissionsspitze, erhalten oder abgeleitet vom F-Radikal, wenn M Gräben gleichzeitig gebildet werden und 15B eine grafische Darstellung einer praktischen Änderung einer Vorspannungs-RF-Leistung, wenn die M Gräben gleichzeitig gebildet werden;
16A eine grafische Darstellung einer Änderung der Intensität einer Emissionsspitze, erhalten oder abgeleitet vom F-Radikal, wenn erste und zweite Gräben gleichzeitig ausgebildet werden und 16B eine grafische Darstellung einer Änderung der Vorspannungs-RF-Leistung, wenn die ersten und zweiten Gräben gleichzeitig ausgebildet werden;
17A eine Darstellung erster und zweiter Gräben zu einer Zeit Ta in den 16A und 16B und 17B eine Darstellung der ersten und zweiten Gräben zu einer Zeit Tb in den 16A und 16B;
18 die grafische Darstellung einer Beziehung zwischen einer Tiefe eines Grabens und einer Weite oder Breite einer Maskenöffnung, wenn der Graben durch eine Trockenätztechnik unter Verwendung der Maske gebildet wird; und
19 eine grafische Darstellung eines RIE-Verzögerungsverringerungsbereichs.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben, wobei in den Ausführungsformen gleiche Bezugszeichen durchgängig gleiche oder einander entsprechende Teile in den einzelnen Figuren bezeichnen.
<Erste Ausführungsform>
Ein Herstellungsverfahren für eine Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten Aus führungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf 1 beschrieben. 1 ist eine schematische Darstellung einer Ätzvorrichtung 1 zur Verwendung in einem Grabenätzprozess (d. h. einem Prozess oder Verfahren zur Ausbildung eines Grabens) gemäß des Herstellungsverfahrens.
Die Ätzvorrichtung 1 umfasst eine Ätzkammer 2, in der ein Wafer 3 mit einer Maske, welche wenigstens eine Öffnung aufweist, angeordnet wird. Wenigstens ein Graben wird in dem Wafer 3 unter Verwendung der Maske geätzt, wobei der Graben in dem Wafer 3 an einer Position entsprechend der Öffnung gebildet wird. Eine Ätzgaseinlassleitung 4, eine Kühlgaseinlassleitung 5 und ein Auslass 6 sind mit der Ätzkammer 2 verbunden.
Die Ätzgaseinlassleitung 4 ist mit einem ersten Massendurchflussregler (MFC) 4a und einem zweiten Massendurchflussregler (MFC) 4b versehen. Der erste MFC 4a steuert die Flussrate von Ätzgas, welches in die Ätzkammer 2 eingebracht wird. Beispielsweise kann das Ätzgas Schwefelhexafluorid SF₆ (nachfolgend „SF6”) sein. Der zweite MFC 4b steuert die Flussrate eines Passivierungsschichtabscheidungsgases, das in die Ätzkammer 2 eingebracht wird. Das Passivierungsschichtabscheidungsgas kann beispielsweise Oktafluorzyklobutan C₄F₈ (nachfolgend „C4F8”) sein. Die Kühlgaseinlassleitung 5 ist mit einer Basis 2a verbunden, auf der der Wafer 3 angeordnet ist, sodass der Wafer 3 von seiner Rückseite her durch Kühlgas gekühlt werden kann, das über die Kühlgaseinlassleitung 5 zugeführt wird. Das Kühlgas kann beispielsweise Helium (He) sein. Der Auslass 6 steuert den Grad des Unterdrucks oder Vakuums in der Ätzkammer 2 durch Entfernen von Gas aus der Ätzkammer 2 unter Verwendung einer Vakuumpumpe oder dergleichen. Insbesondere wird die Menge an Gas, die über die Ätzgaseinlassleitung 4 in die Ätzkammer 2 eingebracht wird und die Menge an Gas, die über den Auslass 6 aus der Ätzkammer 2 entfernt wird, so gesteuert, dass der Grad an Vakuum oder Unterdruck in der Ätzkammer 2 durch einen Gleichgewichtszustand zwischen zugeführter Gasmenge und abgeführter Gasmenge bestimmt wird.
Die Ätzkammer 2 hat eine Hochfrequenzspule (RF-Spule) 7. Die RF-Spule 7 wird von einer Plasma-RF-Energieversorgung 8 mit Energie oder Antriebsleistung versorgt. Die RF-Energie der RF-Spule 7 wird basierend auf der Energiezufuhr von der Plasma-RF-Energiequelle 8 eingestellt, sodass das in die Ätzkammer 2 eingebrachte Gas in ein Plasma umgewandelt werden kann. Beispielsweise kann das C4F8-Gas in Cfx* umgewandelt werden und das SF6-Gas kann in SFx⁺ umgewandelt werden.
Die Basis 2a der Ätzkammer 2 ist mit einer Elektrode 2b versehen, welcher über eine Vorspannungs-RF-Energiequelle 9 eine Spannung angelegt wird. Die Vorspannungs-RF-Energiequelle 9 ist unabhängig von der Plasma-RF-Energiequelle 8. Ein elektrisches RF- oder Hochfrequenzfeld für eine Ionenbeschleunigung wird zwischen dem Plasma und dem Wafer 3 durch Anlegen der Spannung an die Elektrode 2b erzeugt. Die Ioneneinfallsenergie (Energie der auftreffenden Ionen) zum Ätzen kann eingestellt werden, indem die Vorspannungs-RF-Energie der Vorspannungs-RF-Energiequelle 9 entsprechend geregelt wird.
Die Ätzvorrichtung 1 wird durch eine Prozesssteuerung 10, ein Emissionsspektrometer 11, einen Wellenformanalysierer 12 und einen Funktionsgenerator 13 gesteuert.
Die Prozesssteuerung 10 gibt Steuersignale für den ersten MFC 4a, den zweiten MFC 4b, die Plasma-RF-Energiequelle 8 und die Vorspannungs-RF-Energiequelle 9 aus, sodass ein Passivierungsschritt und ein Ätzschritt für den Ätzprozess abwechselnd und wiederholt beispielsweise im Intervall von einigen Sekunden durchgeführt werden können.
Die 2A bis 2C sind jeweils Darstellungen, welche den Grabenätzprozess zeigen. Genauer gesagt, 2A ist eine Schnittdarstellung zur Veranschaulichung des Passivierungsschritts in dem Grabenätzprozess. Die 2B und 2C sind jeweils Schnittdarstellungen zur Veranschaulichung des Ätzschritts in dem Grabenätzprozess. Der Passivierungsschritt und der Ätzschritt werden abwechselnd und wiederholt unter Verwendung einer Maske 32 mit (beispielsweise einer) Öffnung 31 durchgeführt, sodass ein Graben 33 einer bestimmten Tiefe in den Wafer 3 geätzt werden kann. Im Passivierungsschritt gemäß 2A wird eine Passivierungsschicht 34 vom Polymertyp im Graben 33 durch ein CVD-Verfahren (chemische Dampfabscheidung) abgeschieden. Im Ätzschritt der 2B und 2C wird die Passivierungsschicht 34 am Boden des Grabens 33 entfernt, sodass eine Si-Schicht des Wafers 3 am Boden des Grabens 33 freiliegt und dann wird Si-Ätzen an der freiliegenden Si-Schicht durchgeführt, um die Tiefe des Grabens 33 zu erhöhen.
Im Passivierungsschritt wird die Flussrate von C4F8-Gas, das in die Ätzkammer 2 eingeführt wird, unter Verwendung des ersten MFC 4a und des zweiten MFC 4b gesteuert. Im Ätzschritt wird die Flussrate von SF6-Gas, das in die Ätzkammer 2 eingebracht wird, unter Verwendung des ersten MFC 4a und des zweiten MFC 4b gesteuert.
In dem Passivierungsschritt und in dem Ätzschritt wird die Plasma-RF-Energie jeweils unabhängig gesteuert. Auf ähnliche Weise wird in dem Passivierungsschritt und in dem Ätzschritt die Vorspannungs-RF-Energie unabhängig gesteuert. Da die Anlegung der Vorspannung wenig Beitrag zur Ausbildung der Passivierungsschicht hat, kann im Passivierungsschritt die Vorspannungs-RF-Energie 0 Watt (W) betragen. Im Gegensatz hierzu besteht, um durch einen Ionensputtereffekt die Passivierungsschicht 34 am Boden des Grabens 33 zu entfernen, die Notwendigkeit, zu Beginn des Ätzschritts die Vorspannungs-RF-Energie über einem Schwellenwert anzulegen, der den Sputtereffekt bewirkt. Wenn dann das Si-Ätzen begonnen wird, nachdem die Passivierungsschicht 34 am Boden des Grabens 33 entfernt worden ist, wird die Vorspannungs-RF-Energie verringert, sodass eine umgekehrte RIE-Verzögerung bewirkt werden kann. Details hierzu werden nachfolgend noch beschrieben.
Zurückkehrend zu 1, so hat die Ätzkammer 2 ein Kammerfenster 2c, das mit einer optischen Faser 14 ausgestattet ist. Das Emissionsspektrometer 11 misst die Plasmalichtemission in der Ätzkammer 2 über das Fenster 2c und die optische Faser 14, um eine Intensität des Emissionsspektrums einer zu messenden Wellenlänge zu erhalten. Insbesondere und wie später beschrieben wird, ändert sich die Emissionsintensität vom F-Radikal (chemisches Radikal von F) im SF6-Plasma oder von C⁺-Ionen in C4F8-Plasma vor und nach Abschluss der Entfernung der Passivierungsschicht 34 am Boden des Grabens 33. Das Emissionsspektrometer 11 erhält die Intensität einer Emissionsspitze vom F-Radikal oder C⁺-Ion.
Es gibt einige Hunderte Emissionsspitzen vom F-Radikal im SF6-Plasma innerhalb des sichtbaren Bereichs (z. B. von 200 nm bis 900 nm). Beispielsweise wird bei einer Emissionsspitzenlänge von 704 nm die Emissionsintensität verringert, wenn das Si-Ätzen nach Abschluss der Entfernung der Passivierungsschicht 34 vom Boden des Grabens 33 begonnen wird, da F-Radikale durch eine Ätzreaktion mit dem Si verbraucht werden. Daher ist es möglich, den Beginn des Si-Ätzens zu erkennen, indem eine Verringerung der Emissionsintensität erkannt wird.
Was C⁺-Ionen betrifft, so nimmt bei einer Emissionsspitzenwellenlänge von 514 nm die Emissionsintensität allmählich ab, wenn die Entfernung der Passivierungsschicht 34 am Boden und der Seitenwand des Grabens 33 fortschreitet. Wenn die Passivierungsschicht vollständig entfernt ist, erreicht schließlich die Emissionsintensität einen Konstantwert.
Aus den obigen Gründen wird im Emissionsspektrometer 11 die Plasmalichtemission in der Ätzkammer 2 unter Verwendung eines Spektralanalysierers gemessen, um die Intensität der Emissionsspitze vom F-Radikal (von F-Radikalen) oder C⁺-Ion (von C⁺-Ionen) zu erhalten.
Der Wellenformanalysierer 12 vergleicht eine Wellenformänderung des vom Emissionsspektrometer 11 gemessenen Emissionsspektrums mit einem bestimmten Schwellenwert, sodass erkannt wird, dass die Passivierungsschicht 34 am Boden des Grabens 33 vollständig entfernt worden ist und so die Si-Schicht des Wafers 3 am Boden des Grabens 33 freigelegt ist. Der Wellenformanalysierer 12 gibt ein Triggersignal bei Erkennung der vollständigen Entfernung der Passivierungsschicht 34 am Boden des Grabens 33 aus. Ein Verfahren zur Erkennung, dass die Passivierungsschicht 34 am Boden des Grabens 33 vollständig entfernt ist, wird nachfolgend im Detail beschrieben.
3A ist eine Schnittdarstellung, welche den Passivierungsschritt darstellt, der durchgeführt wird, wenn zwei Gräben 33a und 33b mit jeweils unterschiedlichen Weiten oder Breiten gleichzeitig ausgebildet werden. 33b ist eine Schnittdarstellung, welche den Ätzschritt zeigt, der bei der gleichzeitigen Ausbildung der Gräben 33a und 33b durchgeführt wird. Wie aus den 3A und 3B zu sehen ist, ist die Weite oder Breite des zweiten Grabens 33B größer als diejenige des ersten Grabens 33a. Daher kann Plasma zur Ausbildung der Passivierungsschicht 34 leichter in den zweiten Graben 33b als in den ersten Graben 33a eindringen. Folglich wird, wie in 3A zu sehen ist, die Dicke der Passivierungsschicht 34 im zweiten Graben 33b größer als die Dicke der Passivierungsschicht 34, die im ersten Graben 33a ausgebildet wird. Somit ist die Entfernung der Passivierungsschicht 34 im ersten Graben 33a abgeschlossen, bevor die Entfernung der Passivierungsschicht 34 im zweiten Graben 33b abgeschlossen ist. Das Si-Ätzen am Boden des ersten Grabens 33a beginnt zum gleichen Zeitpunkt, zu dem die Passivierungsschicht 34 am Boden des ersten Grabens 33a entfernt ist. Wie oben erwähnt, ändert sich die Intensität der Emissionsspitze, abgeleitet oder erhalten aus F-Radikal oder C⁺-Ion bei Abschluss der Entfernung der Passivierungsschicht 34 vom Boden des ersten Grabens 33a. Daher kann der Beginn des Si-Ätzens am Boden des ersten Grabens 33a durch Erkennung einer Änderung in der Emissionsintensität erkannt werden. Beispielsweise kann bestimmt werden, dass das Si-Ätzen am Boden des ersten Grabens 33a begonnen wird, wenn die Änderung der Emissionsintensität einen bestimmten Schwellenwert übersteigt.
In Antwort auf das Triggersignal, das vom Wellenformanalysierer 12 ausgegeben wird, gibt der Funktionsgenerator 13 ein Signal aus, welches die Vorspannungs-RF-Energiequelle 9 veranlasst, eine Spannung auszugeben, die kleiner als eine Spannung ist, welche von der Vorspannungs-RF-Energiequelle 9 ausgegeben wird, bevor der Wellenformanalysierer 12 das Triggersignal ausgibt. Beispielsweise gibt der Funktionsgenerator 13 gemäß 1 ein Signal Si aus. Das Signal Si steigt beim Start des Ätzschritts an und wird bei Eingabe des Triggersignals in den Funktionsgenerator 13 heruntergestuft. Das Signal Si, welches vom Funktionsgenerator 13 ausgegeben wird, wird mit einem Signal S2 kombiniert, das von der Prozesssteuerung 10 ausgegeben wird, um ein Signal S3 beispielsweise durch einen Wellenformsynthetisierer (nicht gezeigt) zu bilden. Das Signal S3 wird einem Eingangssteueranschluss der Vorspannungs-RF-Energiequelle 9 eingegeben, sodass eine Ausgangsspannung der Vorspannungs-RF-Energiequelle 9 verringert werden kann.
Die Ätzvorrichtung 1 wird auf obige Weise gesteuert, um gleichzeitig die ersten und zweiten Gräben 33a und 33b mit unterschiedlichen Weiten oder Breiten im Wafer 3 auszubilden. Nachfolgend wird ein konkretes Beispiel eines Ätzprozesses beschrieben, der unter Verwendung der Ätzvorrichtung 1 durchgeführt wird.
Zunächst sei nachfolgend ein Ätzprozess zur Ausbildung des Grabens 33 mit hohem Seitenverhältnis (aspect ratio oder Streckung) beschrieben.
Im Ätzprozess werden, wie bereits erwähnt, der Passivierungsschritt und der Ätzschritt abwechselnd und wiederholt durchgeführt. Wie in den 2A bis 2C gezeigt, wird der Passivierungsschritt unter Verwendung von C4F8-Plasma durchgeführt und der Ätzschritt wird unter Verwendung von SF6-Plasma durchgeführt. Insbesondere enthält der Ätzschritt einen Passivierungsschichtentfernungs-Unterschritt gemäß 2B und einen Si-Ätz-Unterschritt gemäß 2C.
In dem Passivierungsschichtenffernungs-Unterschritt wird die Passivierungsschicht 34 am Boden des Grabens 33 durch einen Sputtereffekt der Einfallsionenenergie entfernt, sodass die Si-Schicht des Wafers am Boden des Grabens 33 freigelegt wird. In dem Si-Ätz-Unterschritt wird die am Boden des Grabens 33 freigelegte Si-Schicht durch reaktives Ionenätzen (RIE) entfernt, um die Tiefe des Grabens 33 zu vergrößern.
Die Intensität der Emissionsspitze, abgeleitet vom F-Radikal oder C⁺-Ion ändert sich zum Zeitpunkt des Umschaltens von dem Passivierungsschichtentfernungs-Unterschritt zum Si-Ätz-Unterschritt. Daher kann das Umschalten von dem Passivierungsschichtentfernungs-Unterschritt zu dem Si-Ätz-Unterschritt erkannt werden, indem das Plasmaemissionsspektrum analysiert wird. 4A ist eine grafische Darstellung, welche eine Änderung der Intensität der Emissionsspitze zeigt, welche erhalten oder abgeleitet wird vom F-Radikal. 4B ist eine Darstellung, die eine Änderung in der Abscheidungsmenge und eine Änderung im Ätzbetrag zeigt. Die Abscheidungsmenge stellt die Menge oder den Betrag der Abscheidung der Passivierungsschicht 34 am Boden des Grabens 33 dar. Mit anderen Worten, die Abscheidungsmenge gibt die Dicke der Passivierungsschicht wieder, die am Boden des Grabens 33 ausgebildet wird. Der Ätzbetrag ist der Betrag der Entfernung oder des Abtrags der Si-Schicht am Boden des Grabens 33, um die Tiefe des Grabens 33 zu erhöhen. 4C ist eine Darstellung einer Änderung der Vorspannungs-RF-Energie der Vorspannungs-RF-Energiequelle 9. In den Darstellungen der 2A bis 2C und 4A bis 4C bezeichnet (1) den Passivierungsschritt, (2) den Passivierungsschichtentfernungs-Unterschritt im Ätzschritt und (3) den Si-Ätz-Unterschritt im Ätzschritt.
Wenn gemäß 4B der Ätzschritt begonnen wird, nachdem die Passivierungsschicht 34 am Boden des Grabens 33 im Passivierungsschritt ausgebildet worden ist, wird die Passivierungsschicht 34 nach und nach entfernt. Wenn dann die Passivierungsschicht 34 vollständig entfernt oder abgetragen worden ist, beginnt das Si-Ätzen zur Entfernung der Si-Schicht am Boden des Grabens 33. Wie in 4A gezeigt, geht die Intensität der Emissionsspitze, die vom F-Radikal abgeleitet oder erhalten wird, während des Ätzschritts um eine Stufe herunter. Insbesondere nimmt die Intensität der Emissionsspitze, die vom F-Radikal abgeleitet wird, zu einer Zeit Ta, die durch den Pfeil dargestellt ist, um eine Stufe ab. Die Zeit Ta stellt eine Zeit dar, zu der der Ätzschritt von dem Passivierungsschichtentfernungs-Unterschritt zu dem Si-Ätzunterschritt umschaltet. Das heißt, die Entfernung der Passivierungsschicht 34 am Boden des Grabens 33 ist zur Zeit Ta abgeschlossen. Daher kann die Zeit Ta, zu der der Ätzschritt von dem Passivierungsschichtentfernungs-Unterschritt zum Si-Ätz-Unterschritt umschaltet, basierend auf der Änderung der Intensität der Emissionsspitze erkannt werden, welche vom F-Radikal abgeleitet wird.
Zusätzlich zu der Zeit Ta kann sich die Emissionsintensität zu einer ersten Zeit des Schaltens von dem Passivierungsschritt zu dem Ätzschritt und zu einer zweiten Zeit des Schaltens vom Ätzschritt zu dem nächsten Passivierungsschritt beispielsweise aufgrund eines Gasaustauschs in der Ätzkammer 2 und einer Druckänderung in der Ätzkammer 2 ändern. Es sei festzuhalten, dass besagte erste Zeit und besagte zweite Zeit von der Prozesssteuerung 10 erkannt werden, sodass die Zeit Ta von der ersten Zeit und der zweiten Zeit unterscheidbar wird.
Es sei festzuhalten, dass die Intensität der Emissionsspitze, die vom C⁺-Ion (den C⁺-Ionen) abgeleitet wird, sich auf gleiche Weise wie die Intensität der Emissionsspitze ändert, die vom F-Radikal (den F-Radikalen) abgeleitet wird. Daher kann das Umschalten von dem Passivierungsschichtentfernungs-Unterschritt zum Si-Ätz-Unterschritt basierend auf einer Änderung der Intensität der Emissionsspitze erkannt werden, welche vom C⁺-Ion erhalten oder abgeleitet wird.
In dem Passivierungsschichtentfernungs-Unterschritt wird die Passivierungsschicht 34 vom Polymertyp physikalisch durch die Energie auftreffender Einfallsionen entfernt. Da die Auftreffenergie einfallender Ionen wesentlich von der Vorspannungs-RF-Energie abhängt, kann die Passivierungsschicht 34 nicht entfernt werden, wenn die Vorspannungs-RF-Energie niedriger als ein bestimmter Schwellenwert ist. Im Gegensatz hierzu wird in dem Si-Ätz-Unterschritt nach dem Passivierungsschichtentfernungs-Unterschritt die Si-Schicht am Boden des Grabens 33 auf chemische Weise durch die RIE-Reaktion zwischen dem einfallenden Ion und dem F-Radikal entfernt. Da das Reaktionsvermögen zwischen dem F-Radikal und Si sehr hoch ist, kann das Si-Ätzen ohne eine Ionenauftreffenergie fortschreiten.
5 ist eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen der Vorspannungs-RF-Energie und einer normalisierten Ätzrate. Wie aus 5 zu sehen ist, wird, das die Entfernung der Passivierungsschicht 34 am Boden des Grabens 33 durch den Sputtereffekt erzielt wird, die Entfernung der Passivierungsschicht 34 nicht durchgeführt, solange nicht die Vorspannungs-RF-Energie einen Entfernungsschwellenwert TR übersteigt. Wenn die Vorspannungs-RF-Energie den Entfernungsschwellenwert TR übersteigt, erfolgt eine Entfernung oder ein Abtrag der Passivierungsschicht 34. Eine Abtragungsrate, mit der die Entfernung der Passivierungsschicht 34 durchgeführt wird, nimmt mit ansteigender Vorspannungs-RF-Energie zu. Im Gegensatz hierzu kann, da das Si-Ätzen des Grabens 33 durch die Reaktion zwischen F-Radikalen und Si durchgeführt wird, das Si-Ätzen ungeachtet davon durchgeführt werden, ob die Vorspannungs-RF-Energie den Entfernungsschwellenwert TR übersteigt. Ähnlich wie die Abtragungsrate nimmt eine Si-Ätzrate, mit der das Si-Ätzen durchgeführt wird, mit einem Anstieg der Vorspannungs-RF-Energie zu. Im Gegensatz hierzu kann, da das Si-Ätzen des Grabens 33 durch die Reaktion zwischen F-Radikalen und Si durchgeführt wird, das Si-Ätzen ungeachtet davon durchgeführt werden, ob die Vorspannungs-RF-Energie den Entfernungsschwellenwert TR übersteigt. Ähnlich wie die Abtragungsrate nimmt eine Si-Ätzrate, mit der das Si-Ätzen durchgeführt wird, mit einem Anstieg der Vorspannungs-RF-Energie zu.
Wenn somit die Vorspannungs-RF-Energie unter den Entfernungsschwellenwert TR verringert wird, wird das Si-Ätzen des Grabens 33 durchgeführt, wobei ein Abtrag der Passivierungsschicht 34 verhindert ist. Da weiterhin die der Si-Ätzrate klein ist, kann das Si-Ätzen des Grabens 33 auf geeignete Weise durchgeführt werden, wenn die Vorspannungs-RF-Energie unter den Entfernungsschwellenwert TR verringert wird. Damit kann das Entfernen der Passivierungsschicht 34 und das Si-Ätzen des Grabens 33 unabhängig durchgeführt werden, indem die Vorspannungs-RF-Energie zwischen dem Passivierungsschichtentfernungsunterschritt und dem Si-Ätzunterschritt geändert wird, wie in 4C gezeigt.
In der nachfolgenden Erläuterung Bezug nehmend auf die 3A und 3B wird beschrieben, wie Gräben 33a, 33b mit unterschiedlichen Breiten durch das obige Verfahren hergestellt werden.
Wie bereits erwähnt, ist die Breite des ersten Grabens 33a geringer als die Breite des zweiten Grabens 33b und die Passivierungsschicht 34 wird durch ein CVD-Verfahren abgeschieden. Damit wird im Passivierungsschritt die Dicke der Passivierungsschicht 34 am Boden des zweiten Grabens 33b größer als die Dicke der Passivierungsschicht 34 am Boden des ersten Grabens 33a. Im Gegensatz hierzu wird in dem Passivierungsschichtentfernungsunterschritt des Ätzschrittes die Passivierungsschicht 34 mit der gleichen Entfernungs- oder Abtragungsrate beim ersten Graben 33a und zweiten Graben 33b entfernt, da die Passivierungsschicht 34 durch ein Ionensputterverfahren. entfernt wird.
Daher ist die Entfernung der Passivierungsschicht 34 am Boden des ersten Grabens 33a vor der Entfernung der Passivierungsschicht 34 am Boden des zweiten Grabens 33b abgeschlossen. Folglich beginnt das Si-Ätzen des ersten Grabens 33a, bevor das Si-Ätzen des zweiten Grabens 33b beginnt. Die Vorspannungs-RF-Energie wird bei Abschluss der Entfernung der Passivierungsschicht 34 vom Boden des ersten Grabens 33a unter den Entfernungsschwellenwert TR gesenkt. Eine Abschlusszeit (das heißt Ta in 4B), zu der die Entfernung der Passivierungsschicht 34 am Boden des ersten Grabens 33a abgeschlossen ist, wird durch eine Emissionsspektroskopie erkannt, wie voranstehend beschrieben. Die Passivierungsschicht verbleibt am Boden des zweiten Grabens 33b zu der Abschlusszeit. Die verbleibende Passivierungsschicht 34 am Boden des zweiten Grabens 33b wird auf Grund der Absenkung der Vorspannungs-RF-Energie unter den Entfernungsschwellenwert TR nicht entfernt. Daher beginnt das Si-Ätzen des zweiten Grabens 33b nicht. Im Ergebnis wird gemäß 3B nur die Si-Schicht am Boden des ersten Grabens 33a entfernt, so dass die Tiefe alleine des ersten Grabens 33a erhöht werden kann.
Ein in 3B gezeigtes Phänomen ist eine umgekehrte RIE-Verzögerung. Der obige Ätzprozess zur Verursachung der umgekehrten RIE-Verzögerung durch Steuerung der Vorspannungs-RF-Energie wird nachfolgend auch als ”umgekehrter RIE-Verzögerungsätzprozess” bezeichnet. Im Gegensatz hierzu wird ein normaler Ätzprozess, bei dem die Vorspannungs-RF-Energie nicht gesteuert wird, nachfolgend auch als ”normaler Ätzprozess” bezeichnet. Eine normale RIE-Verzögerung kann verhindert werden, indem der umgekehrte RIE-Verzögerungsätzprozess und der normale Ätzprozess in einem bestimmten zeitlichen Verhältnis kombiniert werden. Weiterhin können durch Einstellung des Zeitverhältnisses zwischen dem umgekehrten RIE-Verzögerungsätzprozess und dem normalen Ätzprozess die Tiefen vom ersten Graben 33a und zweiten Graben 33b unabhängig gesteuert werden. Somit kann die Tiefe des ersten Grabens 33a gleich, kleiner oder größer als die Tiefe des zweiten Grabens 33b gemacht werden.
Auf der Grundlage der obigen Untersuchungen und Erkenntnisse wird der Ätzprozess gemäß der ersten Ausführungsform durchgeführt. Die 6A bis 6D sind Zeitdiagramme des Ätzprozesses gemäß der ersten Ausführungsform. Der Ätzprozess gemäß der ersten Ausführungsform wird nachfolgend unter Bezugnahme auf diese 6A bis 6D beschrieben.
Zunächst wird der Wafer 3 bereitgestellt und vorbereitet. Es sei festzuhalten, dass die Maske 32 mit der wenigstens einen Öffnung 31 sich auf einer Vorderseite des Wafers 3 befindet. Dann wird die Rückseite des Wafers 3 auf der Elektrode 2b der Basis 2a in der Ätzkammer 2 angeordnet.
Nachfolgend wird der Passivierungsschritt durchgeführt. In dem Passivierungsschritt wird gemäß den 6A und 6B das C4F8-Gas in die Ätzkammer 2 durch Einstellung der Flussrate des C4F8-Gases unter Verwendung der ersten und zweiten MFCs 4a und 4b eingebracht, wobei die RF-Energie der Plasma-RF-Energiequelle 8 auf einen ersten Wert eingestellt wird, der zur Ausbildung der Passivierungsschicht 34 notwendig ist. Weiterhin wird das Gas in der Ätzkammer 2 über den Auslass 6 unter Verwendung einer Vakuumpumpe entfernt, so dass der Vakuum- oder Unterdruckgrad in der Ätzkammer 2 auf einen bestimmten Wert durch einen Gleichgewichtszustand zwischen zugeführter Gasmenge und abgezogener Gasmenge eingestellt wird. Somit wird C4F8-Gas in Plasma umgewandelt und CFx* wird erzeugt, so dass die Passivierungsschicht 34 gebildet werden kann. Der Passivierungsschritt wird eine bestimmte Zeitdauer lang fortgeführt, so dass die Passivierungsschicht 34 eine bestimmte Dicke erreichen kann. Da die Breite der Öffnung 31 entsprechend dem zweiten Graben 33b kleiner als die Breite der Öffnung 31 entsprechend dem ersten Graben 33a ist, wird die Dicke der Passivierungsschicht 34 am Boden des ersten Grabens 33a geringer als die Dicke der Passivierungsschicht 34 am Boden des zweiten Grabens 33b.
Dann wird der Gastyp, der in die Ätzkammer 2 eingebracht wird, geändert, indem die Gasflussrate unter Verwendung der ersten und zweiten MFCs 4a und 4b eingestellt wird, so dass SF6-Gas der Ätzkammer 2 zugeführt wird. Weiterhin wird gleichzeitig die RF-Energie der Plasma-RF-Energiequelle 8 auf einen zweiten Wert gesetzt, der für den Ätzschritt notwendig ist und die RF-Energie der Vorspannungs-RF-Energiequelle 9 wird auf einen Setz- oder Einstellwert B1 gesetzt, der größer als der Entfernungsschwellenwert TR ist. SF6-Gas wird in Plasma umgewandelt, so dass SFx⁺ erzeugt wird. Auf diese Weise wird der Passivierungsschichtentfernungsunterschritt des Ätzschrittes durchgeführt, so dass die Passivierungsschicht 34 an dem Boden der ersten und zweiten Gräben 33a und 33b entfernt werden kann.
Während des Passivierungsschichtentfernungsunterschritts wird die Intensität der Emissionsspitze, welch vom F-Radikal abgeleitet oder erhalten wird, überwacht, um zu erkennen, dass bzw. wann die Emissionsintensität unter einen bestimmten Schwellenwert abnimmt. Die Tatsache, dass die Emissionsintensität unter den bestimmten Schwellenwert absinkt, zeigt an, dass, obgleich die Passivierungsschicht 34 am Boden des ersten Grabens 33a vollständig entfernt worden ist, noch die Passivierungsschicht 34 am Boden des zweiten Grabens 33b verbleibt. Bei Erkennen, dass die Emissionsintensität unter dem bestimmten Schwellenwert abnimmt, wird die RF-Energie der Vorspannungs-RF-Energiequelle 9 auf einen Setz- oder Einstellwert B2 verringert, der kleiner als der Entfernungsschwellenwert TR ist. Da die Vorspannungs-RF-Energie niedriger als der Entfernungsschwellenwert TR ist, kann die Passivierungsschicht 34 am Boden des zweiten Grabens 33b nicht mehr länger entfernt werden. Auf diese Weise wird der Si-Ätzunterschritt des Ätzschrittes durchgeführt, so dass die Si-Schicht am Boden allein des ersten Grabens 33a abgetragen wird. Im Ergebnis wird die Tiefe alleine des ersten Grabens 33a erhöht.
Nachdem der Si-Ätzunterschritt des Ätzschrittes eine bestimmte Zeitdauer lang fortgeführt worden ist, kehrt der Ätzprozess zum Passivierungsschicht zurück, indem der Typ des Gases, das in die Ätzkammer 2 eingebracht wird, geändert wird, die RF-Energie der Plasma-RF-Energiequelle 8 auf den ersten Wert gesetzt wird, der zur Ausbildung der Passivierungsschicht 34 notwendig ist, und die RF-Energie der Vorspannungs-RF-Energiequelle 9 auf Null gesetzt wird. Während des Ätzprozesses werden der Passivierungsschritt und der Ätzschritt abwechselnd wiederholt zu bestimmten Zeitdauern durchgeführt. Somit wird die Tiefe des ersten Grabens 33a vor der Tiefe des zweiten Grabens 33b erhöht, so dass die umgekehrte RIE-Verzögerung verursacht werden kann.
7A ist eine Darstellung, welche die ersten und zweiten Gräben 33a und 33b zeigt, welche durch den umgekehrten RIE-Verzögerungsätzprozess gebildet werden, bei dem die Vorspannungs-RF-Energie gesteuert wird. 7B ist eine Darstellung, welche die ersten und zweiten Gräben 33a und 33b zeigt, welche durch einen normalen Ätzprozess gebildet worden sind, bei dem die Vorspannungs-RF-Energie nicht gesteuert wird. In dem Beispiel der 7A und 7B beträgt die Breite des ersten Grabens 33a 0,5 Mikrometer (μm) und die Breite des zweiten Grabens 33b 40 μm. Es sei festzuhalten, dass in den 7A und 7B nur die linke Hälfte des zweiten Grabens 33b dargestellt ist. Wie aus 7B zu sehen ist, tritt, während die ersten und zweiten Gräben 33a und 33b durch den normalen Ätzprozess gebildet werden, eine normale RIE-Verzögerung auf, so dass die Tiefe des zweiten Grabens 33b größer als die Tiefe des ersten Grabens 33a werden kann. Im Gegensatz hierzu wird gemäß 7A, wenn die ersten und zweiten Gräben 33a und 33b durch den umgekehrten RIE-Verzögerungsätzprozess gebildet werden, die umgekehrte RIE-Verzögerung bewirkt, so dass die Tiefe nur des ersten Grabens 33a erhöht werden kann, ohne dass die Tiefe des zweiten Grabens 33b erhöht wird.
Wie oben beschrieben, kann gemäß der ersten Ausführungsform, obgleich der erste Graben 33a schmäler oder enger als der zweite Graben 33b ist, der erste Graben 33a tiefer als der zweite Graben 33b gemacht werden, indem die umgekehrte RIE-Verzögerung bewirkt wird. Weiterhin wird bei der ersten Ausführungsform die umgekehrte RIE-Verzögerung basierend auf der Tatsache bewirkt, dass die Dicke der Passivierungsschicht 34, die im Graben 33 gebildet wird, von der Breite des Grabens 33 abhängt. Das heißt, die umgekehrte RIE-Verzögerung kann nur von einem Typ einer Passivierungsschicht verursacht werden.
Wenn daher der Graben 33 ein hohes Seitenverhältnis hat, kann der Graben 33 ausgebildet werden, wobei Siliziumnadeln (das heißt sogenanntes ”schwarzes Silizium”) verhindert sind. Da weiterhin keine Notwendigkeit besteht, zwei unterschiedliche Typen von Passivierungsschichten auszubilden, kann ein Anstieg der Herstellungszeit verhindert werden. Somit können die Tiefen der Gräben 33, welche unterschiedliche Breiten haben, unabhängig voneinander gesteuert werden, ohne dass die Herstellungszeit zunimmt.
Insbesondere kann die normale RIE-Verzögerung verhindert werden, indem der umgekehrte RIE-Verzögerungsätzprozess und der normale Ätzprozess mit einem bestimmten Zeitverhältnis kombiniert werden. Weiterhin können durch Einstellung des Zeitverhältnisses zwischen dem umgekehrten RIE-Verzögerungsätzprozess und dem normalen Ätzprozess die Tiefen vom ersten Graben 33a und zweiten Graben 33b unabhängig voneinander gesteuert werden. Damit kann die Tiefe des ersten Grabens 33a gleich, kleiner oder größer als die Tiefe des zweiten Grabens 33b gemacht werden, ungeachtet der Tatsache, dass die Breite des ersten Grabens 33a geringer als die Breite des zweiten Grabens 33b ist.
Bei einer herkömmlichen Technik wird die Vorspannungs-RF-Energie nur in der Anfangsstufe des Ätzschrittes erhöht. Jedoch wird die Passivierungsschicht durch CVD gebildet und die Dicke der Passivierungsschicht, die sich am Boden des Grabens ausbildet, hängt vom Seitenverhältnis des Grabens ab. Das heißt, wenn die Tiefe des Grabens zunimmt, das heißt mit fortschreitendem Ätzen, nimmt die Dicke der Passivierungsschicht, die am Boden des Grabens gebildet wird, ab. Weiterhin, wenn die Breite des Grabens geringer ist (das heißt, wenn das Seitenverhältnis des Grabens höher ist), ist die Dicke der Passivierungsschicht, die am Boden des Grabens gebildet wird, kleiner. Daher kann sich die Zeit, die zur Entfernung der Passivierungsschicht vom Boden des Grabens notwendig ist, abhängig vom Seitenverhältnis des Grabens ändern.
Bei einer herkömmlichen Technik ist die Periode oder Zeitdauer, zu der die Vorspannungs-RF-Energie erhöht ist, festgelegt (das heißt, nur in der Anfangsstufe des Ätzschrittes), ohne dass der Ätzfortschritt und der Breitenunterschied berücksichtigt werden. Somit hat die herkömmliche Technik nur einen begrenzten Effekt mit Bezug auf eine Verhinderung der normalen RIE-Verzögerung.
Im Gegensatz hierzu wird bei dem Verfahren gemäß der ersten Ausführungsform die Vorspannungs-RF-Energie rückkoppelungsgesteuert, indem die Plasmalichtemission überwacht wird. Durch diese Vorgehensweise kann die Vorspannungs-RF-Energie korrekt auf der Grundlage davon gesteuert werden, wann die Passivierungsschicht am Boden des Grabens entfernt ist. Damit kann die umgekehrte RIE-Verzögerung für jegliches Grabenmuster bewirkt werden, so dass eine normale RIE-Verzögerung verhindert ist.
<Zweite Ausführungsform>
Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 8 und 9 beschrieben. Der Unterschied zwischen der ersten und der zweiten Ausführungsform ist wie folgt:
Bei der zweiten Ausführungsform wird die Passivierungsschicht 34, die am Boden des zweiten Grabens 33b verbleibt, während des Ätzens des ersten Grabens 33a entfernt, um zu verhindern, dass die Passivierungsschicht 34 am Boden des zweiten Grabens 33b auf Grund von Wiederholungen des Ätzprozesses zu dick wird. Dies kann erreicht werden auf der Grundlage einer Beziehung zwischen der Vorspannungs-RF-Energie der Vorspannungs-RF-Energiequelle 9 und der Ätzrate.
8 ist eine Darstellung, die eine Beziehung zwischen der Vorspannungs-RF-Energie, der normalisierten Ätzrate und einem Vorspannungs-RF-Energiesetzwert bei der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Beziehung zwischen der Vorspannungs-RF-Energie und der normalisierten Ätzrate von 8 ist die gleiche wie in 5.
Wenn gemäß 8 die Vorspannungs-RF-Energie kleiner als der Entfernungsschwellenwert TR ist, erfolgt keine Entfernung oder kein Abtrag der Passivierungsschicht 34. Im Gegensatz hierzu, auch wenn die Vorspannungs-RF-Energie kleiner als der Entfernungsschwellenwert TR ist, erfolgt ein Si-Ätzen.
Bei der ersten Ausführungsform wird während des Si-Ätzunterschritts die Vorspannungs-RF-Energie unter den Entfernungsschwellenwert TR gesetzt. Durch diese Vorgehensweise kann der erste Graben 33a geätzt werden, wobei verhindert ist, dass die Passivierungsschicht 34 am Boden des zweiten Grabens 33b angegriffen wird.
Im Gegensatz hierzu wird bei der zweiten Ausführungsform die Vorspannungs-RF-Energie während des Si-Ätzunterschritts auf den Setz- oder Einstellwert B3 gesetzt, der größer als der Entfernungsschwellenwert TR ist. Durch diese Vorgehensweise wird der erste Graben 33a geätzt, wobei erlaubt wird, dass die Passivierungsschicht 34 am Boden des zweiten Grabens 33b abgetragen wird. Wenn der Setzwert B3 näher an dem Entfernungsschwellenwert TR liegt, wird die Entfernungs- oder Abtragungsrate, mit der die Passivierungsschicht 34 am Boden des zweiten Grabens 33b entfernt wird, kleiner. Bei der zweiten Ausführungsform wird der Setzwert B3 auf einen Wert gesetzt, der verhindert, dass die Passivierungsschicht 34 am Boden des zweiten Grabens 33b innerhalb der Restzeit der vorliegenden Ätzschritts vollständig entfernt wird.
9 ist eine Darstellung, welche den Ätzbetrag und den Abscheidungsbetrag an den Böden der ersten und zweiten Gräben 33a und 33b im Ätzprozess gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt. Wie aus 9 sichtbar ist, wird, wenn der Ätzschritt begonnen wird, nachdem die Passivierungsschicht 34 auf dem Boden der Gräben 33a und 33b im Passivierungsschritt abgeschieden worden ist, die Passivierungsschicht 34 allmählich entfernt. Da die Dicke der Passivierungsschicht 34 am Boden des ersten Grabens 33a kleiner als die Dicke der Passivierungsschicht 34 am Boden des zweiten Grabens 33b ist, wird die Passivierungsschicht 34 am Boden des ersten Grabens 33a vollständig entfernt sein, bevor die Passivierungsschicht 34 am Boden des zweiten Grabens 33b vollständig entfernt ist. Der Si-Ätzunterschritt wird nach Abschluss der Entfernung der Passivierungsschicht 34 am Boden des ersten Grabens 33a begonnen.
Die Vorspannungs-RF-Energie wird beim Beginn des Si-Ätzunterschritts auf den Setzwert B3 verringert. Der Setzwert B3 hat eine Größe, die verhindert, dass die Passivierungsschicht 34 am Boden des zweiten Grabens 33b innerhalb der Restzeit oder Restdauer des vorliegenden Ätzschritts vollständig entfernt wird. Daher wird gemäß
9 die Passivierungsschicht 34 am Boden des zweiten Grabens 33b nicht vollständig entfernt, wenn der folgende Ätzschritt abgeschlossen wird.
Wie oben beschrieben, wird bei der zweiten Ausführungsform die Vorspannungs-RF-Energie während des Si-Ätzunterschritts auf den Setzwert B3 gesetzt, der größer als der Entfernungsschwellenwert TR ist. Durch diese Vorgehensweise wird der erste Graben 33a geätzt, während erlaubt ist, das die Passivierungsschicht 34 am Boden des zweiten Grabens 33b entfernt wird. Damit ist es möglich, zu verhindern, dass die Passivierungsschicht 34 am Boden des zweiten Grabens 33b auf Grund von Wiederholungen des Ätzprozesses zu dick wird. Da weiterhin der Setzwert B3 eine Größe hat, die verhindert, dass die Passivierungsschicht 34 am Boden des zweiten Grabens 33b innerhalb der verbleibenden Zeit des vorliegenden Ätzschrittes vollständig entfernt wird, lässt sich der gleiche Effekt wie bei der ersten Ausführungsform erhalten.
<Dritte Ausführungsform>
Eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 10 und 11 beschrieben. Der Unterschied zwischen der zweiten und der dritten Ausführungsform ist wie folgt:
Bei der dritten Ausführungsform wird nicht nur die Entfernung der Passivierungsschicht 34 am Boden des zweiten Grabens 33b, sondern auch das Ätzen des zweiten Grabens 33b während des Ätzens des ersten Grabens 33a durchgeführt. Dies kann erreicht werden auf der Grundlage der Beziehung zwischen der Vorspannungs-RF-Energie der Vorspannungs-RF-Energiequelle 9 und der Ätzrate.
10 ist eine Darstellung einer Beziehung zwischen der Vorspannungs-RF-Energie, der normalisierten Ätzrate und einem Vorspannungs-RF-Energiesetzwert bei der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Beziehung zwischen der Vorspannungs-RF-Energie und der normalisierten Ätzrate ist in 10 gleich wie in 5.
Wie aus 10 erkennbar ist, nimmt die Abtragungsrate mit eine Zunahme der Vorspannungs-RF-Energie in dem Bereich oberhalb des Entfernungsschwellenwertes TR zu. Bei der dritten Ausführungsform wird die Vorspannungs-RF-Energie während des Si-Ätzunterschritts auf einen Setz- oder Einstellwert B4 gesetzt, der größer als der Entfernungsschwellenwert TR ist. Durch diese Vorgehensweise wird der erste Graben 33a geätzt, während erlaubt wird, dass die Passivierungsschicht 34 am Boden des zweiten Grabens 33b entfernt wird. Insbesondere hat der Setzwert B4 eine Größe, die erlaubt, dass innerhalb des vorliegenden Ätzschritts die Passivierungsschicht 34 am Boden des zweiten Grabens 33b vollständig entfernt wird. Wenn die Passivierungsschicht 34 am Boden des zweiten Grabens 33b innerhalb des vorliegenden Ätzschrittes vollständig entfernt worden ist, kann das Si-Ätzen des zweiten Grabens 33b während der Restdauer des vorliegenden Ätzschrittes weiter fortschreiten. Da weiterhin der zweite Graben 33b breiter als der erste Graben 33a ist, ist die Ätzrate am Boden des zweiten Grabens 33b größer als die Ätzrate am Boden des ersten Grabens 33a. Damit ist der Ätzbetrag der Si-Schicht am Boden des zweiten Grabens 33b gleich dem Ätzbetrag der Si-Schicht am Boden des ersten Grabens 33a durch Einstellung der Vorspannungs-RF-Energie am Ende des ersten Ätzschrittes angleichbar.
11 ist eine Darstellung, welche den Ätzbetrag und den Abscheidungsbetrag an den Böden der ersten und zweiten Gräben 33a und 33b durch den Ätzprozess gemäß der dritten Ausführungsform zeigt. Wie aus 11 erkennbar ist, wird, wenn der Ätzschritt nach der Abscheidung der Passivierungsschicht 34 an den Böden der Gräben 33a und 33b im Passivierungsschritt begonnen wird, die Passivierungsschicht 34 nach und nach entfernt.
Da die Dicke der Passivierungsschicht 34 am Boden des ersten Grabens 33a geringer als die Dicke der Passivierungsschicht 34 am Boden des zweiten Grabens 33b ist, wird die Passivierungsschicht 34 am Boden des ersten Grabens 33a vollständig entfernt, bevor die Passivierungsschicht 34 am Boden des zweiten Grabens 33b vollständig entfernt ist. Das Si-Ätzen des ersten Grabens 33a wird bei Abschluss der Entfernung der Passivierungsschicht 34 vom Boden des ersten Grabens 33a begonnen. Dann ist nach einer bestimmten verstrichenen Zeit ausgehend vom Beginn des Si-Ätzens des ersten Grabens 33a die Passivierungsschicht 34 am Boden des zweiten Grabens 33b vollständig entfernt, so dass das Si-Ätzen des zweiten Grabens 33b begonnen werden kann.
Wie oben erläutert, ist die Ätzrate am Boden des zweiten Grabens 33b größer als die Ätzrate am Boden des ersten Grabens 33a. Daher wird ein Unterschied zwischen dem Ätzbetrag des ersten Grabens 33a und dem Ätzbetrag des zweiten Grabens 33b allmählich verringert. Daher kann der Ätzbetrag des zweiten Grabens 33b gleich dem Ätzbetrag des ersten Grabens 33a am Ende des vorliegenden Ätzschrittes durch Einstellung der Vorspannungs-RF-Energie gemacht werden.
Wie oben beschrieben, wird bei der dritten Ausführungsform die Vorspannungs-RF-Energie während des Si-Ätzunterschritts auf den Setzwert B4 gesetzt, der größer als der Entfernungsschwellenwert TR ist. Durch diese Vorgehensweise wird der erste Graben 33a geätzt, während erlaubt ist, dass die Passivierungsschicht am Boden des zweiten Grabens 33b entfernt wird. Da weiterhin der Setzwert B4 eine Größe hat, die erlaubt, dass die Passivierungsschicht 34 am Boden des zweiten Grabens 33b innerhalb des vorliegenden Ätzschrittes vollständig entfernt wird, können die ersten und zweiten Gräben 33a und 33b zur gleichen Zeit geätzt werden.
<Vierte Ausführungsform>
Eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend beschrieben. Der Unterschied zwischen der vierten Ausführungsform und den vorangehenden Ausführungsformen ist wie folgt:
In den voranstehenden Ausführungsformen wird der Ätzprozess wiederholt. Daher besteht die Möglichkeit, dass die Passivierungsschicht 34 am Boden des zweiten Grabens 33b auf Grund der Wiederholungen des Ätzprozesses zu dick wird. Es kann schwierig werden, eine zu dicke Passivierungsschicht 34 später wieder zu entfernen.
Um dieses Problem zu beseitigen, wird bei der vierten Ausführungsform ein Passivierungsschichtentfernungsschritt zur Entfernung der Passivierungsschicht 34 beispielsweise zwischen einigen und einigen Dutzend Wiederholungen des Ätzprozesses durchgeführt. Durch diese Vorgehensweise ist es möglich, zu verhindern, dass die Passivierungsschicht 34 zu dick wird. Beispielsweise wird in dem Passivierungsschichtentfernungsschritt Sauerstoffgas in die Ätzkammer 2 eingebracht, um Sauerstoffplasma zu induzieren und das Sauerstoffplasma wirkt auf den Wafer 3, so dass die Polymerpassivierungsschicht 34 sich zersetzen kann.
<Fünfte Ausführungsform>
Eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 12A und 12B sowie 13A und 13B beschrieben. Der Unterschied zwischen der fünften Ausführungsform und den voranstehenden Ausführungsformen ist wie folgt:
12A ist eine Schnittdarstellung, welche den Passivierungsschritt zeigt, der an drei Gräben 33a, 33b und 33c mit unterschiedlichen Breiten gleichzeitig durchgeführt wird. 12B ist eine Schnittdarstellung des Ätzschritts, der gleichzeitig an den drei Gräben 33a, 33b und 33c durchgeführt wird. 13A ist eine Darstellung der Änderung der Intensität der Emissionsspitze, welch vom F-Radikal abgeleitet wird, wenn die Gräben 33a, 33b und 33c gleichzeitig gebildet werden. 13B ist eine Darstellung, welche eine Änderung der Vorspannungs-RF-Energie zeigt, wenn die Gräben 33a, 33b und 33c gleichzeitig gebildet werden.
Wie aus den 12A und 12B zu sehen ist, ist die Breite des zweiten Grabens 33b größer als die Breite des ersten Grabens 33a und die Breite des dritten Grabens 33c ist größer als die Breite des zweiten Grabens 33b. Daher wird die Dicke der Passivierungsschicht 34, die in dem zweiten Graben 33b ausgebildet ist, größer als die Dicke der Passivierungsschicht 34 in dem ersten Graben 33a und die Dicke der Passivierungsschicht 34, die im dritten Graben 33c ausgebildet wird, wird größer als die Dicke der Passivierungsschicht 34 im zweiten Graben 33b. Damit wird die Entfernung der Passivierungsschicht 34 im ersten Graben 33a abgeschlossen, bevor die Entfernung der Passivierungsschicht 34 im zweiten Graben 33b abgeschlossen ist, und die Entfernung der Passivierungsschicht 34 im zweiten Graben 33b ist abgeschlossen, bevor die Entfernung der Passivierungsschicht 34 im dritten Graben 33c abgeschlossen ist. Die Intensität der Emissionsspitze, welche vom F-Radikal (oder C⁺-Ion) ableitbar ist, sinkt das erste Mal um eine Stufe nach Beginn des Ätzschritts, wenn die Passiivierungsschicht 34 am Boden des ersten Grabens 33a vollständig entfernt worden ist. Dann sinkt die Intensität der Emissionsspitze vom F-Radikal (oder C⁺-Ion) ein zweites Mal um eine Stufe nach Beginn des Ätzschritts, wenn die Passivierungsschicht 34 am Boden des zweiten Grabens 33b vollständig entfernt worden ist.
Wenn beispielsweise die Vorspannungs-RF-Energie unter den Entfernungsschwellenwert TR verringert wird, wenn die Intensität der Emissionsspitze das zweite Mal um eine Stufe herunter geht, sind der erste Graben 33a und der zweite Graben 33b geätzt, wohingegen ein Ätzen des dritten Grabens 33c nicht erfolgt ist, wie in 12B gezeigt. Im Gegensatz hierzu und wie gestrichelt in 13B gezeigt, ist, wenn die Vorspannungs-RF-Energie unter den Entfernungsschwellenwert TR verringert wird, wenn die Intensität der Emissionsspitze das erste Mal um eine Stufe sinkt, der erste Graben 33a geätzt, wohingegen der zweite Graben 33b und der dritte Graben 33c nicht geätzt werden. Somit kann die umgekehrte RIE-Verzögerung zwischen dem ersten Graben 33a und dem zweiten Graben 33b oder zwischen dem zweiten Graben 33b und dem dritten Graben 33c verursacht werden, indem gesteuert wird, wann die Vorspannungs-RF-Energie unter den Entfernungsschwellenwert TR gesenkt wird.
Daher kann die normale RIE-Verzögerung verhindert werden, indem der umgekehrte RIE-Verzögerungsätzprozess und der normale Ätzprozess mit einem bestimmten zeitlichen Verhältnis zueinander kombiniert werden. Weiterhin kann durch Einstellen des zeitlichen Verhältnisses zwischen dem umgekehrten RIE-Verzögerungsätzprozess und dem normalen Ätzprozess die Tiefe von erstem Graben 33a, zweitem Graben 33b und drittem Graben 33c unabhängig gesteuert werden. Somit können der erste Graben 33a, der zweite Graben 33b und der dritte Graben 33c die gleiche oder unterschiedliche Tiefen haben.
<Sechste Ausführungsform>
Eine sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 14A und 14B beschrieben. Ein Unterschied zwischen der sechsten Ausführungsform und den voranstehenden Ausführungsformen ist wie folgt:
13A ist eine Darstellung einer Änderung der Intensität der Emissionsspitze, welche vom F-Radikal erhalten wird, wenn M Gräben 33 mit unterschiedlichen Breiten gleichzeitig ausgebildet werden. 13B ist eine Darstellung der Änderung in der Vorspannungs-RF-Energie, wenn die M Gräben 33 gleichzeitig gebildet werden. ”M” ist eine positive ganze Zahl größer als 1.
Die Dicke der Passivierungsschicht 34 in dem Graben 33 mit der (N+1)t-kleinsten Breite wird größer als die Dicke der Passivierungsschicht 34 in dem Graben 33 mit der (N)t-kleinsten Breite, wobei ”N” eine positive ganze Zahl kleiner als ”M” ist. Wie in 14A gezeigt, sinkt, wenn die M Gräben 33 gleichzeitig ausgebildet werden, die Emissionsintensität geringfügig stufenweise jedes Mal dann, wenn die Passivierungsschicht 34 am Boden eines Grabens 33 vollständig entfernt ist. Wenn daher die Vorspannungs-RF-Energie unter den Entfernungsschwellenwert verringert wird, wenn die Intensität der Emissionsspitze das N-te Mal nach Beginn des Ätzschrittes um eine Stufe sinkt, wird der Graben 33 mit der Breite größer als die (N+1)t-kleinste Breite nicht geätzt.
Somit kann die umgekehrte RIE-Verzögerung zwischen dem Graben 33 mit der (N)t-kleinsten Breite und dem Graben 33 mit der (N+1)t-kleinsten Breite verursacht werden. Damit kann der gleiche Effekt wie bei der fünften Ausführungsform erhalten werden, indem der umgekehrte RIE-Verzögerungsätzprozess und der normale Ätzprozess mit einem bestimmten zeitlichen Verhältnis zueinander kombiniert werden, auch wenn es M Gräben 33 unterschiedlicher Breiten gibt.
In der Praxis kann sich, wenn M Gräben 33 unterschiedlicher Breiten gleichzeitig gebildet werden, die Intensität der Emissionsspitze, die vom F-Radikal erhalten wird, fortlaufend geringfügig ändern, wie in 15A gezeigt. Wenn die Änderung der Emissionsintensität als eine glatt nach unten verlaufende kurvenförmige Änderung erkannt wird und nicht als stufenartige Sprungänderung, ist es schwierig, genau zu bestimmen, ob die Passivierungsschicht 34 am Boden des Grabens 33 vollständig entfernt worden ist.
In einem solchen Fall kann gemäß den 15A und 15B die Vorspannungs-RF-Energie unter den Entfernungsschwellenwert TR nach Verstreichen einer bestimmten Zeit δt nach der ersten Abnahme der Emissionsintensität nach Beginn des Ätzschritts verringert werden. Mit anderen Worten, die Vorspannungs-RF-Energie kann unter den Entfernungsschwellenwert TR nach der bestimmten verstrichenen Zeit δt verringert werden, nachdem die Passivierungsschicht 34 am Boden des Grabens 33 mit der geringsten Breite vollständig entfernt wurde. Wenn beispielsweise die bestimmte Zeitdauer δt einer Zeitdauer entspricht zwischen dem Zeitpunkt, zu dem die Passivierungsschicht 34 am Boden des Grabens 33 mit der geringsten Breite vollständig entfernt wurde, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem die Passivierungsschicht 34 am Boden des Grabens 33 mit der Nt-kleinsten Breite vollständig entfernt worden ist, kann die umgekehrte RIE-Verzögerung zwischen dem Graben 33 mit der Nt-kleinsten Breite und dem Graben 33 mit der (N+1)t-kleinsten Breite verursacht werden.
<Siebte Ausführungsform>
Eine siebte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf 16A und 16B sowie 17A und 17B beschrieben. Der Unterschied zwischen der siebten Ausführungsform und den voranstehenden Ausführungsformen ist wie folgt:
In den voranstehenden Ausführungsformen erfolgte keine Diskussion darüber, wann der Ätzprozess vom Ätzschritt zum Passivierungsschritt umschaltet. In der siebten Ausführungsform wird das Schalten vom Ätzschritt zum Passivierungsschritt gesteuert. In der nachfolgenden Erläuterung sei die erste Ausführungsform als ein Beispiel angenommen. Es sei festzuhalten, dass die siebte Ausführungsform gleichermaßen auch bei der zweiten bis sechsten Ausführungsform angewendet werden kann.
16A ist eine Darstellung, welche eine Änderung der Intensität der Emissionsspitze, abgeleitet vom F-Radikal (oder C⁺-Ion) zeigt, wenn die ersten und zweiten Gräben 33a und 33b mit unterschiedlichen Breiten gleichzeitig gebildet werden. 16B ist eine Darstellung, welche eine Änderung der Vorspannungs-RF-Energie zeigt, wenn die ersten und zweiten Gräben 33a und 33b gleichzeitig gebildet werden. 17A ist eine Darstellung, welche die ersten und zweiten Gräben 33a und 33b zum Zeitpunkt ta in den 16A und 16B zeigt und 17B ist eine Darstellung, welche die ersten und zweiten Gräben 33a und 33b zum Zeitpunkt tb in den 16A und 16B zeigt.
Wie aus den 16A und 17A zu sehen ist, nimmt die Intensität der Emissionsspitze, ermittelt aus dem F-Radikal, zum Zeitpunkt ta geringfügig ab. Gleichzeitig wird die Vorspannungs-RF-Energie auf einen niedrigeren Wert verringert. Es sei festzuhalten, dass die Zeit ta dann vorliegt, wenn die Passivierungsschicht 34 am Boden des ersten Grabens 33a vollständig entfernt ist, so dass die Si-Schicht am Boden des ersten Grabens 33a freiliegt. Wenn dann der Ätzschritt fortschreitet, wird die Passivierungsschicht 34 an der Seitenwand des ersten Grabens 33a allmählich verringert. Sodann ist die Passivierungsschicht 34 an der Seitenwand des ersten Grabens 33a zum Zeitpunkt tb vollständig entfernt, so dass die Si-Schicht an der Seitenwand des ersten Grabens 33a freiliegt. Die Intensität der Emissionsspitze, die vom F-Radikal hergeleitet wird, nimmt allmählich nach der Zeit ta ab und wird zur Zeit tb konstant. Der Ätzprozess schaltet von dem Ätzschritt zum Passivierungsschritt am Zeitpunkt tb, indem die Vorspannungs-RF-Energie auf 0 Watt (W) gesetzt wird und indem das in die Ätzkammer 2 eingebrachte Gas von SF6-Gas auf C4F8-Gas umgeschaltet wird. Nachdem der Passivierungsschritt eine bestimmte Zeitdauer lang fortgeführt worden ist, schaltet der Ätzprozess vom Passivierungsschritt zum Ätzschritt. Diese Abfolge wird wiederholt.
Durch diese Vorgehensweise ist es möglich zu verhindern, dass die an der Seitenwand des ersten Grabens 33a freigelegte Si-Schicht durch den Ätzschritt abgetragen wird. Mit anderen Worten, es ist möglich zu verhindern, dass sich die Breite des ersten Grabens 33a erhöht. Somit ist die Ätzanisotropie verbessert, so dass das Ätzen nur in Tiefenrichtung des ersten Grabens 33a fortschreitet. Damit kann der erste Graben 33a ein hohes Seitenverhältnis haben.
Bei einem Prozess zur Ausbildung von Gräben mit M unterschiedlichen Breiten in einem Substrat werden somit insoweit zusammenfassend beim Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein Passivierungsschritt und ein Ätzschritt abwechselnd durchgeführt. Der Passivierungsschritt enthält die Abscheidung einer Passivierungsschicht an einem Boden der Gräben durch Umwandeln von Gas, das in eine Kammer eingebracht wurde, in ein Plasma. Der Ätzschritt enthält die Entfernung der Passivierungsschicht vom Boden der Gräben und das Anwenden von reaktivem Ionenätzen an dem Boden, um eine Tiefe der Gräben zu erhöhen. Der Ätzschritt enthält weiterhin das Festsetzen der Energie für das reaktive Ionenätzen auf einen bestimmten Wert, wenn die Passivierungsschicht am Boden des Grabens mit der Nt-kleinsten Breite entfernt worden ist. Der Wert erlaubt, dass der Ätzbetrag des Grabens mit der Nt-kleinsten Breite gleich oder größer als der Ätzbetrag des Grabens mit der (N+1)t-kleinsten Breite wird oder ist.
<Abwandlungen>
Die oben beschriebenen Ausführungsformen können auf unterschiedliche Weise abgeändert werden. Beispielsweise können die Ausführungsformen bei einem anderen Substrat als einem Siliziumsubstrat angewendet werden. Beispielsweise können die Ausführungsformen angewendet werden, um Gräben unterschiedlicher Breiten oder Weiten in einer aktiven Schicht eines SOI-Substrats zu bilden. Das heißt, die Ausführungsformen können bei einem Substrat angewendet werden, welches eine Siliziumschicht hat. Da im Fall des SOI-Substrats eine vergrabene Oxidschicht des SOI-Substrats als ein Ätzstopper wirken kann, können die Tiefen der Gräben mit den unterschiedlichen Breiten gleich gemacht werden, indem das Ätzen durchgeführt wird, bis die Gräben die vergrabene Oxidschicht erreichen. Es besteht jedoch eine zeitliche Verzögerung zwischen den Gräben, bis sie die vergrabene Oxidschicht erreichen. Diese zeitliche Verzögerung kann die Ätzanisotropie verschlechtern. Daher ist es bevorzugt, wenn der umgekehrte RIE-Verzögerungsätzprozess gemäß der Ausführungsformen auch bei einem SOI-Substrat angewendet wird. Auch kann der umgekehrte RIE-Verzögerungsätzprozess gemäß der Ausführungsformen ermöglichen, dass die Tiefen der Gräben gleich gemacht werden, auch dann, wenn die Gräben die vergrabene Oxidschicht überhaupt nicht erreichen.
In den Ausführungsformen wird das Umschalten von dem Passivierungsschichtentfernungsunterschritt zu dem Si-Ätzunterschritt auf der Grundlage einer Änderung in der Intensität der Emissionsspitze erkannt, welche vom F-Radikal abgeleitet oder erhalten wird. Alternativ kann das Umschalten von dem Passivierungsschichtentfernungsunterschritt zu dem Si-Ätzunterschritt basierend auf einer Änderung der Intensität der Emissionsspitze erkannt werden, welche vom C⁺-Ion abgeleitet oder ermittelt wird. Es sei festzuhalten, dass die Intensität der Emissionsspitze, welche über das C⁺-Ion hergeleitet wird, während des Ätzschrittes allmählich abnimmt. Daher kann beispielsweise das Schalten von dem Passivierungsschichtentfernungsunterschritt zu dem Si-Ätzunterschritt erkannt werden, indem die Intensität der Emissionsspitze anhand des C⁺-Ions mit einem Schwellenwert entsprechend der Entfernung der Passivierungsschicht 34 vom Boden des Grabens 33 verglichen wird.
In der vierten Ausführungsform wird der Passivierungsschichtentfernungsschritt durchgeführt, nachdem der Passivierungsschritt und der Ätzschritt mehrfach wiederholt worden sind. Die vierte Ausführungsform kann bei den fünften bis siebten Ausführungsformen genauso gut wie bei den ersten bis dritten Ausführungsformen angewendet werden.
Derartige und weitere Änderungen und Abwandlungen liegen im Rahmen der vorliegenden Erfindung, wie er durch die nachfolgenden Ansprüche und deren Äquivalente definiert ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2002-158214 A [0003]
JP 2010-287823 A [0005, 0006]

Claims

Ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, aufweisend: Bereitstellen eines Wafers (3) mit einer Siliziumschicht, auf der eine Maske (32) mit einer Mehrzahl von Öffnungen (31) angeordnet ist, wobei die Mehrzahl von Öffnungen (31) M unterschiedliche Breiten haben kann, wobei M eine positive ganze Zahl größer als 1 ist; Anordnen des Wafers (3) in einer Kammer (2); und gleichzeitiges Ausbilden einer Mehrzahl von Gräben (33) in der Siliziumschicht des Wafers durch die Maske (32), wobei die Mehrzahl von Gräben N unterschiedliche Breiten haben, welche durch die Mehrzahl von Öffnungen in der Maske definiert sind, wobei das Ausbilden der Mehrzahl von Gräben (33) das abwechselnde und wiederholte Durchführen eines Passivierungsschritts und eines Ätzschritts aufweist; der Passivierungsschritt das Abscheiden einer Polymerpassivierungsschicht (34) an einer Seitenwand und einem Boden der Mehrzahl der Gräben (33) durch Umwandlung durch in die Kammer (2) eingebrachtem Gas in ein Plasma enthält; der Ätzschritt das Entfernen der Passivierungsschicht (34) am Boden der Mehrzahl von Gräben (33) aufweist, bis die Siliziumschicht am Boden freigelegt ist, sowie das Anwenden von reaktivem Ionenätzen an der freigelegten Siliziumschicht, um eine Tiefe der Mehrzahl von Gräben (33) zu erhöhen; der Ätzschritt weiterhin das Festsetzen der Ioneneinfallsenergie für das reaktive Ionenätzen auf einen bestimmten Energiewert aufweist, wenn die Passivierungsschicht (34) am Boden des Grabens (33) mit der Nt-kleinsten Breite entfernt worden ist, wobei N eine positive ganze Zahl kleiner als M ist; und der Energiewert erlaubt, dass der Ätzbetrag der Siliziumschicht am Boden des Grabens (33) mit der Nt-kleinsten Breite gleich oder größer als der Ätzbetrag der Siliziumschicht am Boden des Grabens 33 mit der (N + 1)t-kleinsten Breite innerhalb einer verbleibenden Zeit des vorliegenden Ätzschritts ist.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Energiewert erlaubt, dass die Passivierungsschicht (34) am Boden des Grabens (33) mit der (N + 1)t-kleinsten Breite vollständig innerhalb der verbleibenden Zeit des vorliegenden Ätzschritts entfernt wird.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Energiewert verhindert, dass die Passivierungsschicht (34) am Boden des Grabens (33) mit der (N + 1)t-kleinsten Breite entfernt wird.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Ausbildung der Mehrzahl von Gräben (33) das Durchführen eines Schaltens vom Ätzschritt zum Passivierungsschritt enthält, wenn die Passivierungsschicht (34) von einer Seitenwand des Grabens (33) mit der geringsten Breite entfernt ist.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Ausbildung der Mehrzahl von Gräben (33) das Erkennen beinhaltet, wann die Passivierungsschicht (34) am Boden des Grabens (33) mit der Nt-kleinsten Breite entfernt ist, indem eine Änderung in einer Wellenform eines Emissionsspektrums des Plasmas unter Verwendung eines Emissionsspektrometers (11) erkannt wird.
Das Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Wellenform eine Intensität einer Emissionsspitze darstellt, welche abgeleitet wird vom F-Radikal oder C⁺-Ion.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Ausbildung der Mehrzahl von Gräben (33) weiterhin einen Passivierungsschichtentfernungsschritt aufweist, um die Passivierungsschicht (34) am Boden der Mehrzahl von Gräben (33) durch Induzieren von Sauerstoffplasma in der Kammer (2) und durch Anwenden des Sauerstoffplasmas an dem Wafer (3) zu entfernen, wobei der Passivierungsschichtentfernungsschritt durchgeführt wird, nachdem der Passivierungsschritt und der Ätzschritt mehrmals wiederholt worden sind.
Ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, aufweisend: Bereitstellen eines Wafers (3) mit einer Siliziumschicht, auf der eine Maske (32) mit einer Mehrzahl von Öffnungen (31) angeordnet ist, wobei die Mehrzahl von Öffnungen (31) M unterschiedliche Breiten haben kann, wobei M eine positive ganze Zahl größer als 1 ist; Anordnen des Wafers (3) in einer Kammer (2); und gleichzeitiges Ausbilden einer Mehrzahl von Gräben (33) in der Siliziumschicht des Wafers durch die Maske (32), wobei die Mehrzahl von Gräben N unterschiedliche Breiten haben, welche durch die Mehrzahl von Öffnungen in der Maske definiert sind, wobei das Ausbilden der Mehrzahl von Gräben (33) das abwechselnde und wiederholte Durchführen eines Passivierungsschritts und eines Ätzschritts aufweist; der Passivierungsschritt das Abscheiden einer Polymerpassivierungsschicht (34) an einer Seitenwand und einem Boden der Mehrzahl der Gräben (33) durch Umwandlung durch in die Kammer (2) eingebrachtem Gas in ein Plasma enthält; der Ätzschritt das Entfernen der Passivierungsschicht (34) am Boden der Mehrzahl von Gräben (33) aufweist, bis die Siliziumschicht am Boden freigelegt ist, sowie das Anwenden von reaktivem Ionenätzen an der freigelegten Siliziumschicht, um eine Tiefe der Mehrzahl von Gräben (33) zu erhöhen; der Ätzschritt weiterhin das Festsetzen der Ioneneinfallsenergie für das reaktive Ionenätzen auf einen bestimmten Energiewert nach einer bestimmten Ablaufzeit (δt) aufweist, die beginnt, wenn die Passivierungsschicht (34) am Boden des Grabens (33) mit der kleinsten Breite entfernt worden ist; und der Energiewert verhindert, dass die Passivierungsschicht (34) entfernt wird.
Das Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Ausbildung der Mehrzahl von Gräben (33) das Durchführen eines Schaltens vom Ätzschritt zum Passivierungsschritt enthält, wenn die Passivierungsschicht (34) von einer Seitenwand des Grabens (33) mit der geringsten Breite entfernt ist.
Das Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Ausbildung der Mehrzahl von Gräben (33) das Erkennen beinhaltet, wann die Passivierungsschicht (34) am Boden des Grabens (33) mit der kleinsten Breite entfernt ist, indem eine Änderung in einer Wellenform eines Emissionsspektrums des Plasmas unter Verwendung eines Emissionsspektrometers (11) erkannt wird.
Das Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Wellenform eine Intensität einer Emissionsspitze darstellt, welche abgeleitet wird vom F-Radikal oder C⁺-Ion.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei die Ausbildung der Mehrzahl von Gräben (33) weiterhin einen Passivierungsschichtentfernungsschritt aufweist, um die Passivierungsschicht (34) am Boden der Mehrzahl von Gräben (33) durch Induzieren von Sauerstoffplasma in der Kammer (2) und durch Anwenden des Sauerstoffplasmas an dem Wafer (3) zu entfernen, wobei der Passivierungsschichtentfernungsschritt durchgeführt wird, nachdem der Passivierungsschritt und der Ätzschritt mehrmals wiederholt worden sind.