Способ и установка травления
Использование: в области изготовления микроэлектромеханических систем и микроэлектронных устройств. Техническим результатом изобретения является достижение высокой селективности травления при использовании маски и получение анизотропного профиля и большой глубины травления. Сущность изобретения: установка травления содержит плазмогенерирующие средства для генерирования плазмы в вакуумной камере, источник высокочастотной мощности смещения, подающий высокочастотную мощность смещения на электрод-подложку, плавающий электрод, расположенный напротив электрода-подложки в вакуумной камере и поддерживаемый в плавающем состоянии по электрическому потенциалу, твердый материал, размещенный на обращенной к электроду-подложке стороне плавающего электрода для формирования защищающей от травления пленки, и блок управления для периодической подачи высокочастотной мощности на плавающий электрод. Способ травления предусматривает повторение в заданной последовательности этапа травления подложки, посредством введения травильного газа в вакуумную камеру, и этапа формирования защищающей от травления пленки на подложке, посредством распыления твердого материала, расположенного напротив подложки. 2 н. и 20 з.п. ф-лы, 7 ил.
Область техники
Данное изобретение относится к способу травления и к установке травления, которые могут найти применение в области формирования микроэлектромеханических систем и изготовления микроэлектронных устройств.
Уровень техники
Атомы фтора (радикалы) реагируют самопроизвольным образом с кремнием при комнатной температуре, в результате чего отсутствует возможность получения анизотропного профиля травления на кремниевой подложке, если только подложка не охлаждена до -140°C, когда в подложке в вертикальном направлении образуется глубокое отверстие с боковой стенкой, расположенной перпендикулярно относительно поверхности подложки, при подавлении расширения отверстия в поперечном направлении. Поэтому при травлении кремния с использованием газообразного фтора необходимо воспрепятствовать изотропному травлению посредством формирования защищающей от травления или защитной пленки на боковой стенке с целью получения требуемого анизотропного профиля травления в кремнии.
Известны способы анизотропного травления с формированием защищающей от травления пленки на боковой стенке для получения анизотропного профиля травления в кремнии (см. патентные документы 1 и 2).
В способе анизотропного травления, описанном в патентном документе 1, поочередно и непрерывно выполняют этапы полимеризации и этапы травления с образованием на каждом этапе полимеризации полимерного слоя на поверхности, «вскрытой» на непосредственно предшествующем этапе травления, чтобы защитить боковую поверхность от травления на последующем этапе травления.
В способе анизотропного травления, описанном в патентном документе 2, поочередно и повторяющимся образом выполняют этап анизотропного травления посредством введения газовой смеси, содержащей травильный газ (SF6) и пассивирующий газ (CHF3, C4Fn и т.д.), в технологическую камеру и возбуждения смеси электромагнитным излучением и одновременного приложения высокого напряжения смещения к подложке и этап образования ненасыщенных мономеров в плазме посредством возбуждения указанной газовой смеси электромагнитным излучением и одновременного формирования защитного полимерного покрытия на боковой стенке, имеющей открытую поверхность, подвергаемую травлению посредством приложения низкого напряжения смещения к подложке.
Патентный документ 1: патент США № 5501893.
Патентный документ 2: публикация выложенной заявки на патент Японии № 2000-323454.
Однако в известном способе, описанном в патентном документе 1, временное соотношение каждого этапа травления и следующего за ним этапа полимеризации зависит от скорости вводимой газовой смеси и изменяется время от времени, обусловливая отрицательное влияние на равномерность травления, поскольку на этапах травления и этапах полимеризации повторяющимся образом используют разные газовые смеси. Кроме того, для реализации этого способа требуется сложное устройство, поскольку для перехода от одной из двух газовых смесей к другой и обратно должны быть использованы автоматические клапаны с соленоидным приводом. В дополнение к этому возникает проблема образования частиц вследствие введения газовой смеси на этапах полимеризации.
В известном способе, описанном в патентном документе 2, необходимо изменять прилагаемое к подложке напряжение смещения от уровня, подходящего для этапа травления, до уровня, подходящего для этапа полимеризации, и обратно, и, следовательно, требуется система управления со сложной конфигурацией, что увеличивает стоимость устройства для реализации этого способа. Кроме того, возникает проблема образования частиц вследствие введения газовой смеси на этапах полимеризации. В дополнение к этому для формирования полимерной пленки должна быть приложена ВЧ-мощность с большой энергией, что увеличивает затраты на энергию.
Помимо этого в способе с формированием защищающей от травления пленки при использовании пассивирующего газа только от нескольких процентов до немногим более 10% введенного пассивирующего газа участвует в процессе формирования пленки. Тот пассивирующий газ, который не принимает участия в процессе формирования пленки, выпускается из вакуумной камеры. Поскольку пассивирующий газ проявляет сильный эффект нагревания атмосферы и является негативным фактором с точки зрения защиты окружающей среды, то выпущенный пассивирующий газ должен быть собран и переработан. Операция переработки пассивирующего газа требует больших затрат, и по этой причине использование пассивирующего газа является нежелательным.
Для получения анизотропного профиля травления известен также способ травления с приложением высокого напряжения смещения, в котором используется HBr. Однако при использовании такого способа невозможно глубокое травление кремния из-за тех проблем, которые он вызывает, включая то, что нельзя ожидать высокой селективности травления ввиду использования маски, и он не подходит для формирования микроэлектромеханических систем и изготовления микроэлектронных устройств, хотя он может быть использован для формирования более микроскопических рисунков.
Раскрытие изобретения
Принимая во внимание вышеуказанные проблемы предшествующего уровня техники, целью данного изобретения является предоставление способа травления и установки травления, приспособленных для получения высокой селективности травления в случае использования маски, превосходного анизотропного профиля и большой глубины травления.
В первом аспекте данного изобретения предложена установка травления, содержащая плазмогенерирующее средство для генерирования плазмы в вакуумной камере, электрод-подложку, расположенный в этой вакуумной камере, и источник высокочастотной (ВЧ) мощности смещения, подающий высокочастотную мощность смещения на электрод-подложку, и осуществляющая травление подложки, установленной на электроде-подложке, отличающаяся тем, что также содержит:
плавающий электрод, расположенный напротив электрода-подложки,
источник высокочастотной мощности для подачи высокочастотной мощности на плавающий электрод,
твердый материал, расположенный на обращенной к электроду-подложке стороне плавающего электрода так, чтобы распыляться с формированием защищающей от травления пленки на подложке, и
блок управления для управления высокочастотной мощностью, подаваемой на плавающий электрод для того, чтобы периодически (с перерывами) распылять твердый материал.
В установке травления согласно данному изобретению также предусмотрено средство введения травильного газа, а блок управления может быть предназначен для управления подачей высокочастотной мощности на плавающий электрод, подачей высокочастотной мощности смещения на электрод-подложку и введением травильного газа в вакуумную камеру в заданной последовательности.
Блок управления может быть предназначен для функционирования таким образом, чтобы вводить травильный газ в вакуумную камеру в то время, когда твердый материал не распыляется.
Блок управления может быть предназначен для функционирования таким образом, чтобы вводить травильный газ в вакуумную камеру в то время, когда твердый материал не распыляется или когда на электрод-подложку не подается высокочастотная мощность смещения.
Блок управления может быть предназначен для функционирования таким образом, чтобы подавать высокочастотную мощность смещения на электрод-подложку после того, как распылен твердый материал.
В одном варианте реализации установки травления согласно данному изобретению источник высокочастотной мощности соединен с плавающим электродом посредством переключателя или вариконда, а также с плазмогенерирующим средством с тем, чтобы также использоваться для генерации плазмы, а блок управления может быть предназначен для управления переключателем или варикондом, в зависимости от того, что подходит, таким образом, чтобы подавать высокочастотную мощность на плавающий электрод при распылении твердого материала.
Блок управления может быть предназначен для управления источником высокочастотной мощности таким образом, чтобы выходная мощность этого источника различалась во время распыления твердого материала и во время травления подложки.
Твердый материал для формирования защищающей от травления пленки может быть выбран из фторсодержащего полимера, кремния, углерода, карбида кремния, оксида кремния и нитрида кремния. Данный твердый материал может быть кремнием, и при этом могут непрерывно вводиться травильный газ и оксид.
Подложка может быть кремниевой подложкой. Также подложка может быть кварцевой подложкой.
В соответствии со вторым аспектом данного изобретения способ травления для травления подложки, размещенной в вакуумной камере, посредством генерирования плазмы отличается тем, что повторяющимся образом выполняют:
этап травления подложки, на котором подложку травят посредством введения травильного газа в вакуумную камеру,
этап формирования защищающей от травления пленки, на котором на подложке формируют защищающую от травления пленку посредством распыления твердого материала, расположенного напротив подложки, и
этап удаления защищающей от травления пленки, на котором подают высокочастотную мощность смещения на электрод-подложку, на котором размещена подложка, и вытравливают часть защищающей от травления пленки.
В качестве распыляющего газа на этапе формирования защищающей от травления пленки может быть использован инертный газ.
На этапе травления подложки может быть использована смесь инертного газа и травильного газа.
На этапе удаления защищающей от травления пленки может быть использован инертный газ или смесь инертного газа и травильного газа.
На каждом из этапа травления подложки, этапа формирования защищающей от травления пленки и этапа удаления защищающей от травления пленки в вакуумную камеру может быть введен определенный инертный газ, и травильный газ может быть добавлен к инертному газу для образования газовой смеси, используемой на этапе травления подложки или на этапе травления подложки и этапе удаления защищающей от травления пленки.
Инертный газ может быть выбран из Ar, Xe, Kr и N2.
Травильный газ может быть выбран из SF6, NF3, F2, SiF4 и XeF2.
В способе травления согласно данному изобретению этап травления подложки может быть выполнен без подачи высокочастотной мощности смещения на электрод-подложку.
В способе травления согласно данному изобретению твердый материал может быть выбран из фторсодержащего полимера, кремния, углерода и карбида кремния.
В способе травления согласно данному изобретению на этапе формирования защищающей от травления пленки в случае использования кремния в качестве твердого материала непрерывно вводят травильный газ и кислород.
Преимущества изобретения
В установке травления согласно данному изобретению плавающий электрод расположен напротив электрода-подложки в вакуумной камере и поддерживается в плавающем состоянии по электрическому потенциалу, а на стороне плавающего электрода, обращенной к электроду-подложке, размещен материал для формирования защищающей от травления пленки, при этом предусмотрен блок управления с тем, чтобы периодически подавать высокочастотную мощность на плавающий электрод. При такой конструкции отсутствует необходимость в использовании клапанов с соленоидным приводом для перехода от одного газа к другому. Кроме того, может быть уменьшено число переключающих клапанов и отсутствует необходимость в обеспечении высоковакуумного насоса с целью удаления газа типа CF, который требуется на этапе полимеризации, однако является помехой на этапе травления, так что установка в целом может быть упрощена и уменьшена в размерах для снижения ее стоимости. В дополнение к этому, если сравнить с установкой, в которой на этапе полимеризации вводится газ типа CF, то в случае установки согласно данному изобретению существенно снижается степень образования частиц, что облегчает техническое обслуживание установки и обеспечивает возможность ее стабильного функционирования.
В соответствии со способом травления по изобретению этап травления подложки, на котором подложку травят посредством введения травильного газа в вакуумную камеру, этап формирования защищающей от травления пленки, на котором на подложке формируют защищающую от травления пленку посредством распыления твердого материала, расположенного напротив подложки, и этап удаления защищающей от травления пленки, на котором подают высокочастотную мощность смещения на электрод-подложку, на котором размещена подложка, и травят часть защищающей от травления пленки, выполняют повторяющимся образом с уменьшением числа различных технологических этапов и обеспечением возможности высокоселективного травления в случае использования маски. В этом случае возможно осуществление высокоанизотропного и глубокого травления. Кроме того, если сравнить с установкой, в которой на этапе полимеризации вводится газ типа CF, то в случае установки согласно данному изобретению существенно снижается степень образования частиц, что делает возможным обработку подложек с достижением высокого выхода.
Краткое описание чертежей
Далее данное изобретение будет описано более подробно со ссылкой на сопроводительные чертежи, которые иллюстрируют предпочтительный вариант реализации изобретения.
Фиг.1 представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую вариант реализации установки травления согласно данному изобретению.
Фиг.2 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую блок управления установки по Фиг.1.
Фиг.3 представляет собой график, иллюстрирующий последовательность модулирования распыления, заданную, например, для блока управления по Фиг.2 с тем, чтобы использоваться при функционировании варианта реализации установки травления по Фиг.1.
Фиг.4(a)-4(d) представляют собой схематические изображения, поясняющие функционирование установки по Фиг.1.
Фиг.5 представляет собой схематическое изображение в поперечном сечении, показывающее травленое изделие, полученное посредством установки по Фиг.1.
Фиг.6 представляет собой график, иллюстрирующий взаимосвязь между скоростью формирования полимерной пленки и высокочастотной мощностью, поданной на высокочастотную антенную катушку установки по Фиг.1.
Фиг.7 представляет собой диаграмму, иллюстрирующую взаимосвязь между скоростью формирования полимерной пленки и газами, которые могут быть использованы в установке по Фиг.1.
Лучший вариант осуществления изобретения
Фиг.1 показывает принципиальную схему варианта реализации установки травления кремния, которая является установкой с разрядом в неоднородном магнитном поле с нейтральным контуром (NLD). Обращаясь к Фиг.1, которая иллюстрирует этот вариант реализации установки травления, позиция 1 обозначает вакуумную камеру с секцией 1a генерации плазмы в ее верхней части и секцией 1b обработки подложки. На секции 1b обработки подложки расположено выпускное отверстие 1c и соединено с соответствующей системой выпуска.
Секция 1a генерации плазмы снабжена цилиндрической диэлектрической боковой стенкой 2, и снаружи этой диэлектрической боковой стенки 2 расположены три электромагнитные катушки 3, 4, 5, которые функционируют в качестве средства генерации магнитного поля для получения неоднородного магнитного поля с нейтральным контуром внутри вакуумной камеры 1. Эти катушки дают неоднородное магнитное поле с нейтральным контуром внутри секции 1a генерации плазмы, расположенной в верхней части вакуумной камеры 1. В нижней части вакуумной камеры размещен электрод-подложка 6 посредством проложенного между ними изолирующего элемента. Электрод-подложка 6 соединен с источником 8 высокочастотной мощности, чтобы использоваться для приложения ВЧ-смещения через блокировочный конденсатор 7, и на этом электроде-подложке 6 закреплена кремниевая подложка 9, подлежащая обработке травлением.
Между тремя электромагнитными катушками 3, 4, 5 и внешней стороной диэлектрической боковой стенки 2 установлены три высокочастотных катушки 10 с целью генерации плазмы. Высокочастотные катушки 10 соединены с источником 11 высокочастотной мощности и предназначены для приложения переменного электрического поля вдоль нейтрального магнитного контура, сформированного внутри секции 1a генерации плазмы, расположенной в верхней части вакуумной камеры 1, для образования разрядной плазмы.
Хотя для цели данного изобретения предпочтительным является использование установки с разрядом в неоднородном магнитном поле с нейтральным контуром (NLD), поскольку в такой установке могут регулироваться диаметр и размер области плазмы, обеспечивая возможность лучшего управления операцией травления и операцией распыления по сравнению с использованием обычной установки, данное изобретение никоим образом не ограничивается использованием NDL-установки, при условии, что примененная установка может генерировать плазму.
Верхняя пластина 12 секции 1a генерации плазмы, расположенной в верхней части вакуумной камеры 1, жестко прикреплена к верхней концевой части диэлектрической боковой стенки 2 посредством изолирующего элемента (не показан) герметично уплотненным образом. Верхняя пластина 12 расположена таким образом, чтобы поддерживаться в плавающем состоянии по электрическому потенциалу, и функционирует в качестве плавающего электрода. Верхняя пластина 12 сформирована при использовании твердого материала 13, который может быть произвольным образом выбран из фторсодержащего полимера, кремния, углерода, карбида кремния, оксида кремния и нитрида кремния так, чтобы работать в качестве мишени. К плавающему электроду 12 из источника 11 плазмогенерирующей высокочастотной мощности на высокочастотные антенные катушки 10 подается высокочастотная мощность через вариконд 14, который представляет собой узел управления для прерывистой подачи высокочастотной мощности на плавающий электрод 12, причем этот узел управления расположен на ответвлении от линии подачи мощности из источника 11 плазмогенерирующей высокочастотной мощности на высокочастотные антенные катушки 10 с тем, чтобы обеспечить генерацию на плавающем электроде 12 автосмещения или самосмещения. Вариконд 14 может быть заменен переключателем. Источник 11 высокочастотной мощности может быть образован двумя источниками высокочастотной мощности, один - для плавающего электрода 12, а другой - для высокочастотных антенных катушек 10.
Секция 1a генерации плазмы, расположенная в верхней части вакуумной камеры 1, снабжена газоподводящей секцией 15 для введения основного или инертного газа и травильного газа в вакуумную камеру 1, причем эта газоподводящая секция 15 соединена с узлом 16 смешивания газов. Узел 16 смешивания газов, в свою очередь, соединен с источником инертного газа (не показан) посредством линии 17 подачи инертного газа, а также с источником травильного газа (не показан) посредством линии 18 подачи травильного газа и блоком 19 регулирования подачи и расхода травильного газа. Источник инертного газа выполнен с возможностью подачи по меньшей мере одного инертного газа из Ar, Xe, Kr или N2. Источник травильного газа выполнен с возможностью подачи по меньшей мере одного травильного газа из SF6, NF3, F2, SiF4 или XeF2.
Фиг.2 представляет собой блок-схему блока управления, используемого в установке по Фиг.1, показывающую рабочие узлы, с которыми он соединен. На Фиг.2 позицией 21 обозначен данный блок управления, предназначенный для управления функционированием каждого из компонентов установки по Фиг.1. Блок 21 управления включает в себя блок 22 арифметических операций, блок 23 памяти, часы/таймер 24, блок 25 ввода и блок 26 отображения (дисплей).
Блок 21 управления соединен с блоком 19 регулирования расхода травильного газа, варикондом 14, источником 11 высокочастотной мощности и источником 8 высокочастотной мощности смещения.
Блок 22 арифметических операций выполнен с возможностью генерации управляющих сигналов для указанных компонентов при использовании последовательности, записанной в блоке 23 памяти, и предписанных величин, введенных в него из блока 25 ввода, и вывода их при обращении к часам/таймеру 24.
Оператор может посредством блока 25 ввода задавать время распыления твердого материала 13, время травления подложки 9, время приложения смещения к электроду-подложке 6, скорость, с которой мощность подается на плавающий электрод 12 для распыления, скорость, с которой мощность смещения подается на электрод-подложку, и скорость, с которой вводится травильный газ. Блок 26 отображения отображает введенные величины и контролируемые состояния.
Ниже будет описано функционирование проиллюстрированной установки травления с вышеуказанной конфигурацией со ссылкой на последовательность модулирования распыления, приведенную в качестве примера на Фиг.3.
На Фиг.3 представлены временные диаграммы трех циклов, каждый из которых включает в себя этап травления подложки, этап формирования защищающей от травления пленки и этап удаления защищающей от травления пленки. На Фиг.3 сигнал A является запускающим сигналом, сигнал В - сигналом, указывающим на синхронизацию управления блоком 19 регулирования подачи и расхода травильного газа, в то время как сигнал С - сигналом, указывающим на синхронизацию управления варикондом 14, а сигнал D и сигнал E являются сигналами, указывающими соответственно на синхронизацию управления источником 11 высокочастотной мощности и источником 18 высокочастотной мощности смещения.
Первоначально, в цикле 1, блок 19 регулирования подачи и расхода травильного газа приводится в действие для выполнения этапа травления подложки, который обозначен как t1, для введения травильного газа. Узел 16 смешивания газов смешивает газообразный аргон (Ar), поступающий по линии 17 подачи инертного газа, с травильным газом, который представляет собой SF6, и полученная газовая смесь вводится в вакуумную камеру. Вариконд 14 и источник 8 высокочастотной мощности смещения поддерживаются в состоянии «ВЫКЛ», так что высокочастотная мощность не подается на плавающий электрод 12 и электрод-подложку 6. Мощность от источника 11 высокочастотной мощности подается на антенные катушки 10 для генерации плазмы, в результате чего подложка 9 подвергается процессу травления.
Затем работа блока 19 регулирования подачи и расхода травильного газа приостанавливается для выполнения последующего этапа формирования защищающей от травления пленки, который обозначен как t2, при этом подача травильного газа, т.е. SF6, также приостанавливается, так что в вакуумную камеру вводится только газообразный Ar. При этом включается вариконд 14 для увеличения выходной мощности источника 11 высокочастотной мощности, так что высокочастотная мощность подается на верхнюю пластину, т.е. на плавающий электрод 12. При этих условиях мишень с внутренней стороны плавающего электрода 12 распыляется, и на кремниевой подложке 9 осаждается пленка фторсодержащего полимера в качестве защищающей от травления пленки.
После этого подача высокочастотной мощности на плавающий электрод 12 приостанавливается, и высокочастотная мощность подается на электрод-подложку 6 для выполнения последующего этапа удаления защищающей от травления пленки, который обозначен как t3. При этих условиях поверхностное отложение пленки фторсодержащего полимера, которое расположено параллельно поверхности кремниевой подложки 9, удаляется, хотя пленка фторсодержащего полимера на боковых стенках того рисунка, который получен с этим отложением на кремниевой подложке 9, не удаляется и остается на месте. В это время блок 19 регулирования подачи и расхода травильного газа может быть включен для введения травильного газа, или же он может не включаться.
В цикле 2 функционирование возвращается к этапу травления подложки, и блок 19 регулирования подачи и расхода травильного газа приводится в действие. Узел 16 смешивания газов смешивает газообразный Ar, поступающий по линии 17 подачи инертного газа, с травильным газом, который представляет собой SF6, и полученная газовая смесь вводится в вакуумную камеру. Подача ВЧ мощности на плавающий электрод 12 и электрод-подложку 6 поддерживается на этапе травления в выключенном состоянии.
После этого этап формирования защищающей от травления пленки, этап удаления защищающей от травления пленки и этап травления подложки повторяются для продолжения процесса травления до тех пор, пока не будет достигнута желаемая глубина травления.
В качестве альтернативы можно организовать функционирование таким образом, что после осаждения пленки фторсодержащего полимера на кремниевой подложке 9 к электроду-подложке 6 прикладывается высокочастотное смещение для того, чтобы удалить эту осажденную пленку фторсодержащего полимера на плоскости, проходящей параллельно поверхности кремниевой подложки 9, оставляя пленку фторсодержащего полимера на боковых стенках рисунка, которая образована в виде отложения, в это же самое время травильный газ смешивают с основным газом и вводят в вакуумную камеру 1, так что функционирование может перейти к этапу травления.
В качестве еще одной альтернативы возможно также протекание газовой смеси из основного газа и травильного газа во время всех технологических этапов.
Пример
Теперь данное изобретение будет описано далее в виде примера, который основан на представленной на Фиг.3 последовательности модификации распыления, со ссылкой на Фиг.4. На поверхности подложки 9 была сформирована маска 30 из SiO2, которая была частично удалена в соответствии с тем рисунком, согласно которому подложка должна была быть подвергнута травлению.
Сначала приводился в действие блок 19 регулирования подачи и расхода травильного газа на этапе травления подложки, обозначенном как (a) на Фиг.4, и узел 16 смешивания газов смешивал газообразный Ar, поступающий по линии 17 подачи инертного газа с расходом 50 ст.см3/мин, и травильный газ, т.е. SF6, поступающий с расходом 50 ст.см3/мин. Эту газовую смесь вводили в вакуумную камеру 1, и при этом подача высокочастотной мощности на плавающий электрод 12 и электрод-подложку 6 была выключена. При этих условиях выполняли процесс травления в течение 7 секунд. В результате подложку 9 вытравливали на заданную глубину на тех участках, где была удалена маска 30.
Затем, на этапе формирования защищающей от травления пленки, обозначенном как (b) на Фиг.4, функционирование блока 19 регулирования подачи и расхода травильного газа приостанавливали и, следовательно, приостанавливали подачу травильного газа SF6, и вводили в вакуумную камеру только газообразный Ar при расходе 50 ст.см3/мин; при этом на верхнюю пластину, т.е. плавающий электрод 12, подавали высокочастотную мощность. В этих условиях мишень с внутренней стороны плавающего электрода 12 распыляли для осаждения фторсодержащего полимера в течение 90 секунд на всей поверхности кремниевой подложки 9 и маски 30 для формирования защищающей от травления пленки 31. Данная защищающая от травления пленка 31 включала в себя пленки 31-1, 31-3, осажденные на плоских поверхностях, проходящих параллельно поверхности кремниевой подложки 9, и пленку 31-2, осажденную на каждой из вертикальных боковых стенках рисунка.
После этого на этапе удаления защищающей от травления пленки, обозначенном как (c) на Фиг.4, приостанавливали подачу высокочастотной мощности на плавающий электрод 12 и подавали высокочастотную мощность в 200 Вт на электрод-подложку 6 в течение 12 секунд. При этих условиях пленки 31-1, 31-3 фторсодержащего полимера, осажденные на плоских поверхностях, проходящих параллельно поверхности кремниевой подложки 9, удалялись, а пленка 31-2 фторсодержащего полимера на боковых стенках рисунка, который был получен с этим отложением на кремниевой подложке 9, оставалась на месте.
Затем на этапе травления подложки, обозначенном как (d) на Фиг.4, газообразный Ar, поступающий по линии 17 подачи инертного газа с расходом 50 ст.см3/мин, и травильный газ, т.е. SF6, поступающий с расходом 50 ст.см3/мин, смешивали снова. Эту газовую смесь вводили в вакуумную камеру 1 и отключали подачу высокочастотной мощности на плавающий электрод 12 и электрод-подложку 6. При этих условиях выполняли процесс травления в течение 7 секунд. В результате травили дно отверстий, сформированных на предшествующем этапе травления подложки, в то время как защищающая от травления пленка 31-2 на вертикальных поверхностях каждого из отверстий не удалялась и оставалась на месте. Соответственно обеспечивалась возможность достижения анизотропного травления в вертикальном направлении.
Технологические этапы (b)-(d) по Фиг.4 повторяли тридцать раз. На Фиг.5 представлено схематическое изображение в поперечном сечении полученного травленого изделия.
Ниже перечислены предпочтительные условия обработки в случае данного изобретения:
этап травления:
Pa/Pb = 2000/0 Вт
Ar/SF6 = 50/500 ст.см3/мин
давление в вакуумной камере = 50 мТорр
этап осаждения полимера:
Pa/Pb = 1000/0 Вт
Ar = 50 ст.см3/мин
давление в вакуумной камере = 20 мТорр
верхняя пластина = 200 пФ
этап удаления полимера:
Pa/Pb = 2000/25 Вт
Ar/SF6 = 50/500 ст.см3/мин
давление в вакуумной камере = 50 мТорр
Фиг.6 представляет собой график, иллюстрирующий взаимосвязь между скоростью формирования полимерной пленки и высокочастотной мощностью, поданной на высокочастотную антенную катушку 10 установки по Фиг.1. На графике Фиг.6 на оси абсцисс отложено волновое число (см-1), а на оси ординат - коэффициент поглощения (в произвольно выбранных единицах).
Фиг.7 представляет собой диаграмму, иллюстрирующую взаимосвязь между скоростью формирования полимерной пленки и теми газами, которые могут быть использованы в установке по Фиг.1. На диаграмме Фиг.7 на оси абсцисс указаны газы, а на оси ординат отложена скорость формирования полимерной пленки. Как видно из Фиг.7, скорость формирования полимерной пленки уменьшается примерно наполовину при введении газовой смеси из Ar и SF6 по сравнению с тем уровнем, который достигается при введении лишь одного газообразного Ar, и падает по существу до нуля при приостановке подачи Ar и введении только лишь газообразного SF6. Поэтому высокая скорость формирования полимерной пленки может быть достигнута при осаждении пленки фторсодержащего полимера на подложке путем приостановки подачи травильного газа.
Хотя в качестве материала внутренней стенки верхней пластины 12 в описанном варианте реализации может быть использован фторсодержащий полимер, кремний, углерод, карбид кремния, оксид кремния или нитрид кремния, для цели данного изобретения в качестве альтернативы возможно также использование соединения или композита любых из вышеуказанных веществ.
При использовании кремния в качестве твердого материала имеются основания для непрерывного введения травильного газа и газообразного кислорода на этапе формирования защищающей от травления пленки, на котором этот твердый материал распыляется. По мере того как этот твердый материал кремний распыляется, кремний и травильный газ/газообразный кислород реагируют друг с другом в газовом слое с образованием соединений кремния (сульфида, оксида, сульфида/оксида и т.п.). Защищающая от травления пленка формируется в результате осаждения таких соединений кремния на подложке 9.
Несмотря на то что описанный вариант реализации относится к NLD-установке травления, следует понимать, что данное изобретение может быть реализовано так же, как установка травления индукционно-связанной плазмой (IPC).
В установке травления согласно данному изобретению не используется пассивирующий газ, и, следовательно, интенсивность потребления и интенсивность выпуска газа, который проявляет сильный эффект нагревания атмосферы, например фторуглеродного газа, являются низкими. Соответственно данное изобретение позволяет уменьшить нагрузку на окружающую среду и исключить затраты на переработку выпускаемого газа. Кроме того, SF6 может быть заменен на F2.
Кроме того, в соответствии с данным изобретением возможно травить не только кремниевые подложки, но также и кварц (SiO2, боросиликатное стекло, пирекс, натриевое стекло). Более конкретно, кварц (SiO2, боросиликатное стекло, пирекс, натриевое стекло) может травиться посредством заданного твердого материала (CxFx) при подаче высокочастотной мощности на электрод-подложку наряду с распылением CxFx путем подачи высокочастотной мощности также на плавающий электрод.
Промышленная применимость
Поскольку способ травления и установка травления в соответствии с данным изобретением приспособлены для достижения высокой селективности травления при использовании маски и получения превосходного анизотропного профиля и большой глубины травления, то они могут найти применение преимущественно в области формирования микроэлектромеханических систем и изготовления микроэлектронных устройств.
1. Установка травления, содержащая плазмогенерирующие средства для генерирования плазмы в вакуумной камере, электрод-подложку, расположенный в этой вакуумной камере, и источник высокочастотной мощности смещения, подающий высокочастотную мощность смещения на электрод-подложку, и выполняющая травление подложки, установленной на электроде-подложке, причем эта установка содержит:
плавающий электрод, расположенный напротив электрода-подложки;
источник высокочастотной мощности для подачи высокочастотной мощности на плавающий электрод;
твердый материал, расположенный на обращенной к электроду-подложке стороне плавающего электрода так, чтобы распыляться с формированием защищающей от травления пленки на подложке; и
блок управления для управления высокочастотной мощностью, подаваемой на плавающий электрод для того, чтобы периодически распылять твердый материал.
2. Установка травления по п.1, причем она дополнительно содержит средства введения травильного газа для введения травильного газа, а блок управления выполнен с возможностью управления подачей высокочастотной мощности на плавающий электрод, подачей высокочастотной мощности смещения на электрод-подложку и введением травильного газа в вакуумную камеру в заданной последовательности.
3. Установка травления по п.2, в которой блок управления выполнен с возможностью функционирования таким образом, чтобы вводить травильный газ в вакуумную камеру в то время, когда твердый материал не распыляется.
4. Установка травления по п.2, в которой блок управления выполнен с возможностью функционирования так, чтобы вводить травильный газ в вакуумную камеру в то время, когда твердый материал не распыляется или когда на электрод-подложку не подается высокочастотная мощность смещения.
5. Установка травления по п.2, в которой блок управления выполнен с возможностью функционирования таким образом, чтобы подавать высокочастотную мощность смещения на электрод-подложку после того, как твердый материал распылен.
6. Установка травления по п.1, в которой источник высокочастотной мощности соединен с плавающим электродом посредством переключателя или вариконда, а также с плазмогенерирующими средствами с тем, чтобы также использоваться для генерации плазмы, а блок управления выполнен с возможностью управления переключателем или варикондом, в зависимости от того, что подходит, таким образом, чтобы подавать высокочастотную мощность на плавающий электрод при распылении твердого материала.
7. Установка травления по п.6, в которой блок управления выполнен с возможностью управления источником высокочастотной мощности таким образом, чтобы выходная мощность этого источника различалась во время распыления твердого материала и во время травления подложки.
8. Установка травления по п.1, в которой твердый материал для формирования защищающей от травления пленки выбран из фторсодержащего полимера, кремния, углерода, карбида кремния, оксида кремния и нитрида кремния.
9. Установка травления по п.1, в которой твердый материал представляет собой кремний, и при этом непрерывно вводятся травильный газ и оксид.
10. Установка травления по п.1, в которой подложка является кремниевой подложкой.
11. Установка травления по п.1, в которой подложка является кварцевой подложкой.
12. Способ травления для травления подложки, размещенной в вакуумной камере, посредством генерирования плазмы, причем этот способ содержит выполняемые повторяющимся образом:
этап травления подложки, на котором подложку травят посредством введения травильного газа в вакуумную камеру;
этап формирования защищающей от травления пленки, на котором на подложке формируют защищающую от травления пленку посредством распыления твердого материала, расположенного напротив подложки; и
этап удаления защищающей от травления пленки, на котором прикладывают высокочастотную мощность смещения к электроду-подложке, на котором размещена подложка, и вытравливают часть защищающей от травления пленки.
13. Способ травления по п.12, в котором на этапе формирования защищающей от травления пленки в качестве распыляющего газа используют инертный газ.
14. Способ травления по п.12, в котором на этапе травления подложки используют смесь инертного газа и травильного газа.
15. Способ травления по п.12, в котором на этапе удаления защищающей от травления пленки используют инертный газ или смесь инертного газа и травильного газа.
16. Способ травления по п.12, в котором вводят на каждом из этапа травления подложки, этапа формирования защищающей от травления пленки и этапа удаления защищающей от травления пленки в вакуумную камеру определенный инертный газ, и тем, что к инертному газу добавляют травильный газ для образования газовой смеси, используемой на этапе травления подложки или на этапе травления подложки и этапе удаления защищающей от травления пленки.
17. Способ травления по п.13, в котором инертный газ выбирают из Ar, Хе, Kr и N2.
18. Способ травления по п.12, в котором травильный газ выбирают из SF6, NF3, F2, SiF4 и XeF2.
19. Способ травления по п.12, в котором этап травления подложки выполняют без подачи высокочастотной мощности смещения на электрод-подложку.
20. Способ травления по п.12, в котором твердый материал выбирают из фторсодержащего полимера, кремния, углерода и карбида кремния.
21. Способ травления по п.12, в котором твердый материал представляет собой кремний, и на этапе формирования защищающей от травления пленки непрерывно вводят травильный газ и кислород.
22. Способ травления по п.12, в котором подложка представляет собой кремний.
