DD153497A3 - METHOD AND DEVICE FOR PLASMA OR PLASMA CVD - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung dient zum plasmachemischen Aetzen oder reaktiven Ionenaetzen von Halbleitern und deren Verbindungen, Metallen, Glaesern und keramischen Erzeugnissen sowie organischen Materialien oder zur Plasma CVD. Ziel der Erfindung ist es, eine hoehere Arbeitsproduktivitaet bei der Bearbeitung von Halbleitersubstraten oder anderen fuer dieses Verfahren in Frage kommenden Materialien zu ermoeglichen und gleichzeitig bei der Verwendung von Aetzgasen, die zur Verunreinigung des Reaktionsraumes durch Zersetzungsprodukte neigen, eine Verunreinigung zu vermeiden. Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass das Plasma hauptsaechlich zwischen zwei oder mehreren in einem von den Entladungsbedingungen abhaengigen Abstand parallel zueinander angeordneten mit Substraten belegten Elektroden ausgebildet wird. Diese Elektroden sind gegenueber dem Rezipienten und/oder einer Hilfselektrode mit gleichem Potential beaufschlagt.The invention serves for the plasma-chemical etching or reactive ion etching of semiconductors and their compounds, metals, glasses and ceramic products as well as organic materials or for plasma CVD. The aim of the invention is to enable a higher labor productivity in the processing of semiconductor substrates or other materials suitable for this process and at the same time to avoid contamination in the use of waste gases, which tend to contamination of the reaction space by decomposition products. The essence of the invention is that the plasma is formed mainly between two or more in a dependent on the discharge conditions distance parallel to each other arranged with substrates occupied electrodes. These electrodes are applied to the recipient and / or an auxiliary electrode with the same potential.
Description
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Verfahren und Vorrichtung zum Plasmaätzen oder zur Plasma CVDMethod and apparatus for plasma etching or plasma CVD
Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention
Die.Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum plasmachemischen Ätzen oder reaktiven Ionenätzen von Halbleitern und deren Verbindungen, Metallen und Metallverbindungen, Gläsern und keramischen Erzeugnissen sowie organischen Materialien wie zum Beispiel Fotolack und zur Plasma CVD von Halbleitern, Halbleiterverbindungen, Metallen und Metallverbindungen.The invention relates to a method and an apparatus for carrying out the method for plasma-chemical etching or reactive ion etching of semiconductors and their compounds, metals and metal compounds, glasses and ceramic products as well as organic materials such as photoresist and plasma CVD of semiconductors, semiconductor compounds, metals and metal compounds.
Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions
Verfahren zum plasmachemischen Ätzen und zur Plasma CVD von Halbleitern und deren Verbindungen sind bekannt. Dabei wird das zu behandelnde Material in einen Rezipienten auf einer als Elektrode ausgebildeten Halterung postiert, ein Reaktionsgas in den Rezipienten eingeleitet und durch Erregung der Elektroden ionisiert und ein Plasma ausgebildet. Dabei ist zu der als Halterung ausgebildeten Elektrode zumeist in einem gewissen Abstand parallel eine Gegenelektrode angeordnet. Es sind vier grundsätzliche Elektrodenanordnungen für die Hochfrequenzentladung bekannt.Processes for plasma-chemical etching and plasma CVD of semiconductors and their compounds are known. In this case, the material to be treated is placed in a recipient on a holder formed as an electrode, a reaction gas introduced into the recipient and ionized by excitation of the electrodes and formed a plasma. In this case, a counter electrode is usually arranged parallel to the electrode formed as a holder at a certain distance. There are four basic electrode arrangements for high frequency discharge known.
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Anordnungen, bei denen eine Elektrode auf Massepotential liegt und die Substrate auf der "heißen" Elektrode angeordnet sind, werden in den US P 3971684; 3984301; 3994793 und in. der DE-AS 2449731 beschrieben. In der DE-OS 2730156 und in der US P 3757733 sind Anordnungen beschrieben, bei denen die Substrate auf einer Masseelektrode liegen, wobei die heiße Elektrode innerhalb oder außerhalb des Rezipienten angeordnet ist. Gleiche Anordnungen sind auch aus den DE-OS 2730156 und 2708720 bekannt, bei denen jedoch die Substrate oder die Elektrode gefloatet sind. Aus der DE-OS 2800180 ist eine Anordnung bekannt, bei der über eine variable Impedanz eine Vorspannung an die Zielelektrode angeschlossen wird« Diese beschriebenen Anordnungen werden zur Erzielung einer größeren Homogenität des Ätzprozesses dahingehend modifiziert, daß durch besondere Gestaltung der Elektrodenform (DE-OS 2241229), durch Einbringen eines geeignet gestalteten Dielektrikums (zum Beispiel DE-OS 2708720), oder durch Bewegung der Substrate (zum Beispiel DE-AS 275749s) räumlich oder zeitlich homogene Potential- beziehungsweise Gasströmungsverhältnisse geschaffen werden. Die beschriebenen Anordnungen sind alle sowohl vom elektrischen als auch vom mechanischen Aufbau her unsymmetrisch, wodurch Potentialinhomogenitäten entstehen, so daß jeweils nur begrenzte Bereiche einer Elektrodenfläche zur Substratbehandlung herangezogen werden können.Arrangements in which an electrode is at ground potential and the substrates are disposed on the "hot" electrode are described in US Pat. Nos. 3,974,684; 3984301; 3994793 and in. DE-AS 2449731 described. Arrangements are described in DE-OS 2730156 and in US Pat. No. 3,757,733, in which the substrates lie on a ground electrode, the hot electrode being arranged inside or outside the recipient. The same arrangements are also known from DE-OS 2730156 and 2708720, but in which the substrates or the electrode are floated. From DE-OS 2800180 an arrangement is known in which a bias voltage is connected to the target electrode via a variable impedance. "These described arrangements are modified to achieve a greater homogeneity of the etching process to the effect that by special design of the electrode form (DE-OS 2241229 ), by introducing a suitably designed dielectric (for example DE-OS 2708720), or by movement of the substrates (for example DE-AS 275749s) spatially or temporally homogeneous potential or gas flow conditions are created. The arrangements described are all unsymmetrical both from the electrical as well as from the mechanical construction, as a result of which potential inhomogeneities arise, so that in each case only limited regions of an electrode surface can be used for substrate treatment.
Außerdem können diese unsymmetrischen Anordnungen bei der Verwendung von Ätzgasen, die zur Verunreinigung des Reaktionsraumes durch Zersetzungsprodukte neigen, zur Schichtabscheidung auf einer Elektrode führen. Dadurch werden die Substrate einem erhöhten Verunreinigungsrisiko ausgesetzt. Als weiterer Nachteil ist die Inhomogenität in der rüemperaturverteilung und damit eine Inhomogenität in der bekannterweise temperaturabhängigen Ätzrate zu sehen. Ferner ergeben die einfachen unsymmetrischen Diodenanordnungen eine Entladung von relativ niedrigem Ionisationsgrad, so daß bei relativ hohen Druckwerten gearbeitetIn addition, these asymmetrical arrangements can lead to the deposition of layers on an electrode when using etching gases, which tend to contamination of the reaction space by decomposition products. As a result, the substrates are exposed to an increased risk of contamination. A further disadvantage the inhomogeneity in the r üemperaturverteilung and therefore an inhomogeneity in the known, temperature-dependent etching rate is seen. Furthermore, the simple unbalanced diode arrangements result in a discharge of relatively low degree of ionization, thus operating at relatively high pressures
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werden muß. Daraus resultieren geringe freie Weglängen, die einer Homogenisierung des Ätzeffektes ebenfalls entgegenstehen.must become. This results in small free path lengths, which also oppose a homogenization of the etching effect.
Ziel der ErfindungObject of the invention
Ziel der Erfindung ist es, eine höhere Arbeitsproduktivität bei der Bearbeitung von Halbleitersubstraten oder anderen für dieses Verfahren in Frage kommenden Materialien zu ermöglichen und gleichzeitig bei der Verwendung von Ätzgasen, die zur Verunreinigung des Reaktionsraumes durch Zersetzungsprodukte neigen, eine Verunreinigung zu vermeiden.The aim of the invention is to enable a higher working productivity in the processing of semiconductor substrates or other materials which may be used in this process and at the same time avoid contamination in the use of etching gases which tend to contaminate the reaction space by decomposition products.
Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die bekannten Plasmaverfahren zur Bearbeitung von Substraten dahingehend zu verbessern, daß eine homogene Verteilung der Ätzrate erreicht wird und die für dieses Verfahren erforderliche Veränderungen an den bekannten Vorrichtungen anzugeben.The object of the invention is to improve the known plasma method for processing substrates in such a way that a homogeneous distribution of the etching rate is achieved and to specify the changes required for this method to the known devices.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das Plasma hauptsächlich zwischen zwei oder mehreren in einem von.den Entladungsbedingungen abhängigen Abstand parallel zueinander angeordneten mit Substraten belegten Elektroden ausgebildet wird, die gegenüber dem Rezipienten und/oder einer Hilfselektrode mit gleichem Potential beaufschlagt werden.According to the invention the object is achieved in that the plasma is formed mainly between two or more in a von.den discharge conditions dependent distance parallel to each other arranged with substrates occupied electrodes, which are applied opposite the recipient and / or an auxiliary electrode with the same potential.
Die bekannten Plasmaätzvorrichtungen werden zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dahingehend verändert, daß die beiden parallel zueinander angeordneten Elektroden aus fest oder beweglich im Rezipienten angeordneten Platten, die auf den zueinanderweisenden Flächen mit Substraten belegbar sind, bestehen und beide Platten an das gleiche Potential des HF-Generators gelegt sind. Vorteilhafterweise sind dabei beide Elektroden leitendThe known plasma etching are changed to carry out the method according to the invention to the effect that the two mutually parallel electrodes of fixed or movable arranged in the recipient plates, which are assignable to the facing surfaces with substrates, and both plates to the same potential of the RF generator are laid. Advantageously, both electrodes are conductive
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miteinander verbunden. Zwecks einer günstigen automatischen Be- und Entladung des Reaktionsraumes ist die Elektrodeneinheit als schleusbare Kassette ausgebildet. Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführung sind die mechanisch voneinander unabhängigen leitend miteinander verbundenen Elektroden oder Kassetten stapeiförmig in der Anlage angeordnet.connected with each other. For the purpose of a favorable automatic loading and unloading of the reaction space, the electrode unit is designed as a slidable cassette. According to a further advantageous embodiment, the mechanically independent of each other conductively interconnected electrodes or cassettes are arranged stapeiförmig in the system.
Diese elektrisch wie mechanisch symmetrischen Ätzanordnungen bewirken gegenüber den bekannten asymmetrischen Ätzanordnungen eine grundsätzlich andere, gleichmäßige und intensive Plasmaentladung. Durch die über die Elektrodenflächen homogene Plasmaverteilung wird der durch das Plasma bedingte Wärmefluß zu den Elektroden und damit die daraus resultierende Temperaturverteilung räumlich homogen. Dadurch lärm ein größerer Anteil der Elektrodenfläche mit Substraten belegt werden als bisher, beziehungsweise es entfallen aufwendige Varianten einer Substratbewegung zur Homogenisierung. Da außerdem beide Parallelplatten bei der erfindungsgemäßen Lösung mit Substraten belegt werden, erhöht sich die Arbeitsproduktivität gegenüber den bekannten Vorrichtungen wenigstens um das Doppelte.These electrically and mechanically symmetrical etching arrangements cause a fundamentally different, uniform and intensive plasma discharge compared with the known asymmetric etching arrangements. By means of the plasma distribution which is homogeneous over the electrode surfaces, the heat flow due to the plasma to the electrodes and thus the resulting temperature distribution become spatially homogeneous. As a result, noise a larger proportion of the electrode surface are occupied with substrates than before, or it eliminates complex variants of a substrate movement for homogenization. In addition, since both parallel plates are occupied in the inventive solution with substrates, the labor productivity increases over the known devices at least twice.
Die erfindungsgemäßen Elektrodenausführungen ermöglichen eine lokalisierte Plasmaentladung in wesentlich niedrigeren -Druckbereichen als asymmetrische Anordnungen, Ohne daß 4azu Abschirmungen erforderlich sind. Bei diesem niedrigen Arbeitsdruck wird durch die wesentlich vergrößerte freie Weglänge im Reaktionsgas eine entscheidende (zusätzliche) Verbesserung der Homogenität erreicht. Bei Verwendung von Fluor- oder Chlor-Kohlenwasserstoffen als Prozeßgase fallen höhermolekulare Verbindungen als Reaktionsprodukte an, die sich bei den bekannten unsymmetrisch aufgebauten Anordnungen in unterschiedlicher Weise im Substratbereich abscheiden. Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet eine Optimierung der Plasmaabscheidung dergiestalt, daß im gesamten Substratbereich eine Abscheidung derartiger Produkte vermieden wird.The electrode embodiments of the present invention enable localized plasma discharge in substantially lower pressure ranges than asymmetric arrangements, without the need for shielding. At this low working pressure, a significant (additional) improvement in homogeneity is achieved by the substantially increased free path in the reaction gas. When using fluorine or chlorine hydrocarbons as process gases are higher molecular weight compounds as reaction products, which are deposited in the substrate structure in different ways in the known asymmetrically constructed arrangements. The process of the present invention allows optimization of plasma deposition so that deposition of such products is avoided throughout the substrate region.
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Ausführungsbeispielembodiment
Die Erfindung wird an Hand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt: Fig. 1 einen schematischen Aufbau eines Rezipienten mit ParallelplattenelektrodeThe invention will be explained in more detail with reference to a drawing. 1 shows a schematic structure of a container with a parallel plate electrode
Pig. 2 einen Rezipienten mit Kassettenelektrode Fig. 3 einen Rezipienten mit stapeiförmig angeordneten Kassettenelektroden.Pig. 2 a recipient with cassette electrode FIG. 3 a recipient with stacked cassette electrodes.
In den Rezipienten 1 wird das Plasma hauptsächlich zwischen zwei oder mehreren in einem von den Entladungsbedingungen abhängigen Abstand parallel zueinander angeordneten Elektroden ausgebildet. Diese werden gegenüber dem Rezipienten 1 oder einer Hilfselektrode 8 mit gleichem Potential beaufschlagt. Dabei sind die Elektroden auf den zueinanderweisenden Flächen mit Substraten 10 belegt. In Fig. 1 sind die beiden Elektroden 7 als zwei parallel zueinander angeordneten und mit Substraten 10 belegte^Platten dargestellt. Beide Elektroden 7 sind gegenüber der Hilfselektrode 8 auf gleiches Potential gelegt. Der Rezipient 1 ist mit einer Saugleitung 2 und einer Gasversorgungsleitung 4 versehen. Die dazugehörigen Absperrventile sind mit 3 und 5 bezeichnet. Zur Einbringung der Substrate 10 in den Rezipienten 1 ist eine Beschickungsluke 6 vorgesehen. Der HF-Generator ist mit 9 bezeichnet. Zwecks einer günstigen automatischen Be- und Entladung des Reaktionsraumes des Rezipienten 1 ist in Fig. 2 die Elektrodeneinheit als schleusbare Kassette 11 dargestellt. Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Elektroden 7 zeigt die Fig. 3· Hierbei sind zur gleichseitigen Bearbeitung im Rezipienten 1 die Kassetten 11 stapeiförmig angeordnet. Zur Gewährleistung der Einstel'lbarlceit und Gleichmäßigkeit der Temperatur sind die Kassetten 11 in wahlweise heiz- beziehungsweise kühlbaren Halterungen 12 angeordnet.In the recipient 1, the plasma is mainly formed between two or more electrodes arranged in parallel with each other at a distance dependent on the discharge conditions. These are applied to the recipient 1 or an auxiliary electrode 8 with the same potential. In this case, the electrodes on the facing surfaces with substrates 10 are occupied. In Fig. 1, the two electrodes 7 as two mutually parallel and occupied with substrates 10 ^ plates are shown. Both electrodes 7 are placed opposite the auxiliary electrode 8 at the same potential. The recipient 1 is provided with a suction pipe 2 and a gas supply pipe 4. The associated shut-off valves are designated 3 and 5. For introducing the substrates 10 into the recipient 1, a loading hatch 6 is provided. The HF generator is designated 9. For the purpose of a favorable automatic loading and unloading of the reaction space of the recipient 1, the electrode unit is shown in FIG. 2 as a slidable cassette 11. A further advantageous embodiment of the electrodes 7 is shown in FIG. 3. In this case, the cassettes 11 are arranged in the shape of a stack for the purpose of machining on the same side in the recipient 1. To ensure the adjustability and uniformity of the temperature, the cassettes 11 are arranged in optionally heatable or coolable holders 12.
Die Halterung 12 ist dabei mit dem HF-Generator 9 verbunden.The holder 12 is connected to the RF generator 9.
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Die in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Elektrodenanordnungen stellen elektrisch wie mechanisch symmetrische Anordnungen dar, die eine intensive und gleichmäßige Plasmaentladung über die gesamten Elektrodenflächen ermöglichen.The electrode arrangements illustrated in FIGS. 1 to 3 represent electrically and mechanically symmetrical arrangements which permit an intensive and uniform plasma discharge over the entire electrode surfaces.
Claims (5)
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