DE3441470A1

DE3441470A1 - Anordnung zum aetzen von halbleiterscheiben

Info

Publication number: DE3441470A1
Application number: DE19843441470
Authority: DE
Inventors: Frank J. Sunnyvale Calif. Walton
Original assignee: GCA Corp
Current assignee: GCA Corp
Priority date: 1983-11-14
Filing date: 1984-11-13
Publication date: 1985-05-23
Also published as: JPS60167330A; GB2150744B; GB8428560D0; FR2557824A1; GB2150744A; US4496423A; FR2557824B1

Description

HOEGER₁ STELLRECHT & PARTNER 344-]

PATENTANWÄLTE UHLANDSTRASSE 14 c · D 7OOO STUTTGART 1

A 46 372 b Anmelder:

k - 189 GCA Corporation

12. November 1984 209 Burlington Road

Bedford, Mass. 01730

USA

Anordnung zum Ätzen von Halbleiterscheiben

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Ätzen von Halbleiterscheiben (Wafern) mit reaktiven Ionen eines Gasplasmas, dem die Energie über eine Elektrode zugeführt wird, die der Halbleiterscheibe benachbart ist und durch die hindurch das Gas zuführbar ist.

Bei der Herstellung von integrierten Halbleiterschaltungen wird zunehmend das Verfahren des Ätzens mit reaktiven Ionen (reactive ion etching = RIE) angewandt, um durch Ätzen der Halbleiterscheiben bzw. -plättchen, die häufig auch als "Wafer" bezeichnet werden, auf diesen bzw. an deren Oberfläche das gewünschte Muster für die Schaltkreiskomponenten bzw. Schaltungselemente herzustellen. Da das zu ätzende Material typischerweise in der Form eines dünnen und flachen Halbleiterplättchens vorliegt, ist es erwünscht, die Energie für die Erzeugung des Plasmas mittels einer Elektrode zuzuführen, die dem Wafer benachbart ist und durch die hindurch das Gas eingeleitet wird, beispielsweise ähnlich wie bei einer Dusche durch eine Reihe von Öffnungen in der Elektrode, Zur Energiezufuhr für das Plasma wird dabei an die Elektrode eine hochfrequente Hochspannung angelegt. Da die Energieniveaus, mit denen beim Ätzen gearbeitet wird, erhöht wurden, hat sich dabei das Problem ergeben, daß

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die Plasma- bzw. Gasentladung die Tendenz hat, sich stromaufwärts in Richtung auf die Gasquelle in das Gaszuführsystem auszubreiten. Das Gaszuführsystem, welches das übliche Gasdruck-Regelsystem umfaßt, ist dabei vorzugsweise geerdet, so daß in dem Zuführsystem Potentialgradienten vorhanden sind, die die Tendenz haben, Plasmaentladungen zu erzeugen, wie sie auch in der Ätzkammer für die reaktiven Ionen selbst erzeugt werden. Eine derartige Ausbreitung der Plasmaentladung in das Zuführsystem ist nicht nur deshalb unerwünscht, weil sie zu Verlusten an Hochfrequenzenergie führt, sondern auch deshalb, weil eine Erosion der Entladungselektrode .und-eine Beschädigung der Elemente der Gas-Zuführeinrichtungen eintreten kann sowie das Eindringen von. Verunreinigungen in die Prozeßkammer. Letzteres ist ist im Hinblick auf die Tatsache, daß bei der Herstellung von integrierten Halbleiterschaltungen mit außergewöhnlich reinen Stoffen gearbeitet werden muß und daß Verschmutzungen unbedingt zu vermeiden sind, besonders unerwünscht.

Ausgehend vom Stand der Technik und der vorstehend aufgezeigten Problematik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges Gas-Zuführsystem für ein System zum Ätzen mit reaktiven Ionen zu schaffen, bei dem die Ausbreitung von Plasmaentladungen in die Gaszuführeinrichtungen vermieden wird, wobei gleichzeitig ein im wesentlichen ungehinderter Gasstrom zur Reaktionskammer gewährleistet sein soll.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einer gattungsgemäßen Anordnung durch Gaszuführeinrichtungen gelöst, die durch folgende Merkmale gekennzeichnet sind:

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Es ist eine elektrisch geerdete Gaszuführleitung vorgesehen;

es ist ein hohles isolierendes Gehäuse vorgesehen;

an dem einen Ende des Gehäuses ist ein erster, poröser, mit der Elektrode in Kontakt stehender Metallstopfen •vorgesehen;

an dem anderen Ende des Gehäuses ist ein zweiter poröser Metallstopfen vorgesehen, durch den hindurch das Gas aus der Zuführleitung dem Inneren des Gehäuses zuführbar ist, und

der Raum zwischen den Metallstopfen ist mit einem porösen Isolationsmaterial gefüllt.

Es ist ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung, daß die Regelung des Gasdrucks mittels außerhalb der Reaktionskammer befindlicher Regeleinrichtungen erleichtert wird. Weiterhin ist es ein Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung,'daß Beschädigungen und das Auftreten von Verunreinigungen (Contaminationen) aufgrund von Plasmaentladungen außerhalb der Reaktionskammer auf ein Minimum reduziert werden. Dabei ist die erfindungsgemäße Anordnung sehr zuverlässig und relativ einfach und damit billig aufgebaut.

Bei einer Anordnung gemäß der Erfindung ist der Potentialgradient zwischen der Elektrode und den (übrigen) Gaszuführeinrichtungen auf einen bestimmten Raum (ein Volumen) beschränkt, welches mit dem porösen isolierenden Material gefüllt ist, wobei die Größe der Poren bzw. der Hohlräume zwischen einzelnen Partikeln zu klein ist, um eine Ent-

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ladung zu gestatten, wobei die Porengröße der mittleren freien Weglänge der Elektroden des verwendeten Gases entspricht.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand von Zeichnungen noch näher erläutert und/oder sind Gegenstand der Unteransprüche. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung zum Ätzen von Halbleiterscheiben mit reaktiven Ionen;

Fig. 2 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße

Entladungs-Rückschlagsicherung der Anordnung gemäß Fig. 1 und

Fig. 3 einen Längsschnitt durch die Rückschlagsicherung gemäß Fig. 2.

Im einzelnen zeigt Fig. 1 schematisch eine Spannvorrichtung 11 zum Festlegen eines zu ätzenden Halbleiterwafer 13, der mittels eines Klemmrings 15 an der Spannvorrichtung 11 gehaltert ist. Vorzugsweise ist die Plasmaerzeugungseinrichtung· als abgeglichene Hochfrequenzeinrichtung ausgebildet,- bei der die Spannvorrichtung 11 selbst die eine Elektrode des Entladungssystems bildet. In diesem Fall besteht der Klemmring 15 vorzugsweise aus Isolationsmaterial, über dem Wafer 13 ist eine zweite Elektrode 17 angeordnet, durch die hindurch das Ätzgas zu einer Diffusorplatte 22 gelangt, die nach Art einer Dusche mit einer Vielzahl von öffnungen 21 versehen ist. An die Spannvorrichtung 11 und die Elektrode 17 werden phasenverschobene Hochfrequenzpotentiale über ein geeignetes Abgleich-

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netzwerk von einer Hochfrequenzquelle angelegt. Dabei ist zwischen den Elektroden 11, 17, an denen di°- phasenverschobenen Hochfrequenzpotentiale anliegen, vorzugsweise ein geerdetes Diffusionsgitter 31 angeordnet. Die Spannvorrichtung 11 und die Elektrode 17 sind mit Hilfe von Isolationsringen 12 und 14 an einem Hauptgehäuse 16 befestigt, in dem eine Auslaßöffnung 18 vorgesehen ist, durch die die Reaktionsprodukte abgesaugt werden.

Das gewünschte Plasmagas, welches von einer geeigneten Druckquelle erhalten wird, wird einer metallischen Gas-Zufuhrleitung 35 über einen Druckregler 33 zugeführt und gelangt aus der Leitung 35 zu einer Plasma-Rückschlagsicherung 41, die auf der Elektrode 17 montiert 'ist. Die Rückschlagsicherung 41 ist in Fig. 2 und 3 detailliert dargestellt. Wie Fig. 1 zeigt, ist jede der beiden der Erzeugung des Plasmas dienenden Elektroden 11, 17 von einem in geeigneter Weise geerdeten Untergehäuse 36 bzw. 38 umgeben, wobei die Untergehäuse 36, 38 mit Durchführungen für Hochfrequenz-Koaxialleitungen 37 bzw. 39 versehen sind. Wie oben angedeutet, wird die Druck- bzw. Gasquelle einschließlich der metallischen Zuführleitung 35 vorzugsweise ebenfalls auf Erd- bzw. Bezugspotential gehalten.

Eine nähere Betrachtung von Fig. 2 und 3 zeigt, daß die Plasma-Rückschlagsicherung 41 einen isolierenden Hohlzylinder 43 umfaßt, der aus einem geeigneten Isolationsmaterial, wie zum Beispiel einem Polyäthylen mit hohem Molekulargewicht, hergestellt ist. An dem einen Ende des Zylinders 43 befindet sich ein poröser Metallstopfen 45, welcher die Elektrode 17 berührt. Am anderen Ende

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des Zylinders 43 ist ein zweiter poröser Metallstopfen 47 vorgesehen, der ähnlich wie der erste Metallstopfen 45 ausgebildet ist. Zum Verbinden des Zylinders 43 mit der Zuführleitung 35 ist ein Metallfitting bzw. eine Kupplung 48 vorgesehen, welche mit dem zweiten Metallstopfen 47 in Kontakt steht und der Halterung desselben dient und welche diesen Stopfen 47 auf Bezugspotential hält. Die porösen Metallstopfen 45 und 47 sind vorzugsweise aus (offenporigem) geschäumten Aluminium hergestellt. .(Ein solches Material wird unter dem Warenzeichen "DUOCEL" von der Firma Energy Research and Generation, Inc., Oakland, Californien/USA vertrieben.)

Aufgrund dieses Aufbaus wird der Hochfrequenz-Potentialabfall zwischen der Elektrode 17 und Erde auf einen speziellen Bereich innerhalb des Gaszuführsystems begrenzt. Das Volumen in diesem Bereich, das heißt zwischen den Stopfen 45 und 47, wird mit einem porösen Isolationsmaterial 50 gefüllt, in dem die Porengrößen zu klein sind, um eine Entladung zu tragen; die Porengröße entspricht nämlich etwa der mittleren freien Weglänge der Gase, die für das Ätzen von Halbleiterwafern mit reaktiven Ionen verwendet werden. Eine Füllung mit Glasperlen mit einem Durchmesser von 1 mm hat sich als poröses Isolationsmaterial als außerordentlich v/irksam erwiesen. Solche Glasperlen fließen leicht und können somit das Volumen zwischen den Stopfen, das heißt den Raum, über den der Potentialabfall auftritt, vollständig füllen. Weiterhin führen derartige Glaskugeln zu den wünschenswert kleinen Zwischenräumen, welche die Entstehung oder Ausbreitung einer Plasmaentladung in dem Gas selbst dann verhindern, wenn die Gradienten des elektrischen Feldes

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und die Gasdrücke für eine solche Entladung geeignet wären und sie eigentlich herbeiführen müßten. Gleichzeitig kann das Gas relativ unbehindert strömen/ so daß über der Rückschlagsicherung kein ins Gewicht fallender Druckabfall eintritt. Folglich können die Druckbedingungen in der Reaktionskammer mit Hilfe des externen Regelventils 33 geregelt werden, selbst wenn das Regelventil (oder eine andere Regeleinrichtung) auf Bezugspotential liegt.

Aus der vorstehenden Beschreibung wird deutlich, daß die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst wird und daß gleichzeitig zusätzliche Vorteile erzielt werden. Außerdem wird deutlich, daß dem Fachmann, ausgehend von dem beschriebenen Ausführungsbeispiel, zahlreiche Möglichkeiten für Änderungen und/oder Ergänzungen zu Gebote stehen, ohne daß er dabei den Grundgedanken verlassen müßte.

40 - Leerseite

Claims

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PATENTANWÄLTE

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USA

Patentansprüche

Anordnung zum Ätzen von Halbleiterscheiben (Wafern)
mit reaktiven Ionen eines .Gaspiamas, dem die Energie über eine Elektrode zugeführt wird, die der Halbleiterscheibe benachbart ist und durch die hindurch das Gas zuführbar ist, gekennzeichnet
durch Gaszuführeinrichtungen mit folgenden Merkmalen:

Es ist eine elektrisch geerdete Gaszuführleitung (35) vorgesehen;

es ist ein hohles isolierendes Gehäuse (43) vorgesehen;

an dem einen Ende des Gehäuses (43) ist ein erster, poröser, mit der Elektrode (17) in Kontakt stehender Metallstopfen (45) vorgesehen;

an dem anderen Ende des Gehäuses (43) ist ein zweiter poröser Metallstopfen (47) vorgesehen, durch den hindurch das Gas aus der Zuführleitung (35) dem Inneren des Gehäuses (43) zuführbar ist, und

der Raum zwischen den Metallstopfen (45, 47) ist mit einem porösen Isolationsmaterial (50) gefüllt.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Isolationsmaterial (50) ein partikelförmiges Isolationsmaterial ist.

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3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Isolationsmaterial (50) aus Glasperlen besteht.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasperlen einen Durchmesser von etwa 1 mm haben.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Porengröße in dem Isolationsmaterial (50) der mittleren freien Weglänge der Elektronen des verwendeten Gases entspricht.
6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse ein Hohlzylinder (43) ist.
7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlzylinder (43) aus Kunstharz besteht.
8. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stopfen (45, 47) aus offenporigem Aluminiumschaum bestehen.