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Dokumentenidentifikation DE3887740T2 28.07.1994
EP-Veröffentlichungsnummer 0320045
Titel Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung, bei dem Photolack von einer Siliciumoxidschicht auf einem Halbleitersubstrat entfernt wird.
Anmelder N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken, Eindhoven, NL
Erfinder Visser, Jan, NL-5656 AA Eindhoven, NL;
De Boer, Lukas, NL-5656 AA Eindhoven, NL
Vertreter von Laue, H., Dipl.-Ing., Pat.-Ass., 21266 Jesteburg
DE-Aktenzeichen 3887740
Vertragsstaaten DE, FR, GB, IT, NL
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 28.11.1988
EP-Aktenzeichen 882027105
EP-Offenlegungsdatum 14.06.1989
EP date of grant 09.02.1994
Veröffentlichungstag im Patentblatt 28.07.1994
IPC-Hauptklasse H01L 21/31
IPC-Nebenklasse H01J 37/32   G03F 7/26   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen eines Photolacks von einer Siliciumoxidschicht auf einem Halbleitersubstrat, wobei der Photolack in einer Prozeßkammer einem Plasmanachleuchten eines sauerstoffhaltigen Plasmas ausgesetzt wird.

Für die Herstellung von Halbleitern beispielsweise in einem n- oder pdotierten Siliciumsubstrat sind in der Praxis bekanntermaßen verhältnismäßig viele verschiedene Prozeßschritte erforderlich, unter anderem das Anbringen einer oder mehrerer Oxidschichten auf dem Siliciumsubstrat, das Bilden einer Struktur aus Öffnungen in den Oxidschichten, wo die einzelnen Halbleiter liegen, das Anbringen der gewünschten Dotierungsschichten, das Kontaktieren und das Verbinden der einzelnen Halbleiter miteinander usw.

Da es möglich sein muß, verschiedene Arten von Halbleitern und/oder gleichartige Halbleiter mit relativ unterschiedlichen Eigenschaften in demselben Substrat vorzusehen, ist es üblich, mit Hilfe einer Photolackmaske die einem bestimmten Prozeßschritt zu unterwerfenden Bereiche des Substrats zu selektieren. Hierzu wird das Substrat mit einer Photolackschicht überzogen, die beispielsweise durch Belichtung mit ultraviolettem Licht so vorbereitet wird, daß eine den zu bearbeitenden Bereichen auf dem Substrat entsprechende Maskierungsschicht aus Photolack erhalten wird. Anschießend wird der auf den zu bearbeitenden Bereichen vorhandene Photolack in einer Entwicklungseinrichtung entfernt. Nachdem der gewünschte Prozeßschritt, beispielsweise das Ätzen einer Struktur aus Öffnungen in eine Oxidschicht, ausgeführt worden ist, sollte der verbleibende Teil des noch auf dem Substrat vorhandenen Photolacks entfernt werden, so daß beispielsweise eine neue Photolackmaske aufgebracht werden kann.

Zum Entfernen des verbleibenden Photolacks wird in der Praxis das eingangs erwähnte Verfahren verwendet, für das vor kurzem sogenannte Einscheibenanlagen ("Single-Wafer"-Anlagen) eingeführt worden sind, bei denen eine einzige Halbleiterscheibe in einer Prozeßkammer einem sauerstoffhaltigen Plasma niedriger Energie ausgesetzt wird, das mit dem Photolack reagiert (Oxidationsreaktion). Die Ionen in dem Plasma haben eine Energie von etwa 1 bis 2 eV.

Aus US-A-3.951.843 ist bekannt, daß bei einer gleichartigen Plasmareaktion in einer Anlage des sogenannten "Barrel"-Typs, in dem mehrere (fünfzig) Halbleiterscheiben gleichzeitig bearbeitet werden, anorganische Elemente in der Photolackschicht nicht entfernt werden, wobei insbesondere die freigewordenen sehr beweglichen Alkalimetalle einfach in die Siliciumschicht diffundieren und einen fehlerhaften Betrieb des fertigen Halbleiteranordnung bewirken können. MOS-Strukturen (Metall-Oxid-Silicium), wie MOS-Transistoren mit einem unerwünschten Ausmaß an Verunreinigungen dieser Art, arbeiten in elektrischen Schaltungen nicht einwandfrei, da ihre Einschaltspannung größer ist, als die Entwurfskriterien zulassen.

Ein bekanntes Verfahren, das Ausmaß an Verunreinigungen in einer Oxidschicht auf einem Halbleitersubstrat aufzuzeigen und zu quantifizieren, besteht darin, die Verschiebung der sogenannten Flachbandspannung der Kapazität/Spannung-Kurve (CV-Kurve) für einen MOS-Kondensator, wie er unter anderem in "Applications of Reactive Plasma Practical Microelectronic Processing Systems", von R.L. Maddox und H.L. Parker in "Solid State Technology", April 1978, S. 107-113 beschrieben worden ist, zu bestimmen.

Verunreinigungen in der Oxidschicht beeinflussen nämlich die Kapazität des Kondensators als Funktion der daran anliegenden Spannung. Die Verschiebung der Flachbandspannung, die auch als CV-Verschiebungswert bezeichnet wird, ist dann als die Spannung definiert, bei der der verunreinigte Kondensator den gleichen Kapazitätswert annimmt wie ein nicht verunreinigter Kondensator bei 0 V. Ein in absolutem Sinn hoher CV-Verschiebungswert zeigt einen unerwünschten Verunreinigungsgrad an.

Nach CV-Messungen an mit einer Oxidschicht versehenen Silicium-Halbleiterscheiben, bei denen der Photolack in einer Einscheibenanlage entfernt worden war, zeigte sich, daß in der Oxidschicht ein unerwünschter Verunreinigungsgrad aufgetreten war. Zur Verringerung des Verunreinigungsgrades der Halbleiterscheibe infolge der Bearbeitung in einer Einscheibenanlage sind eine Reihe von Maßnahmen denkbar.

Die Möglichkeit, die Plasmaströmungsgeschwindigkeit zu verringern, um so die Gefahr einer Beschädigung der Halbleiterscheibe durch darauf treffende Teilchen aus dem Plasma zu verkleinern, wird durch die Anforderung beschränkt, daß die Bearbeitungsgeschwindigkeit der Anlage so sein muß, daß die Anlage in Kombination mit verschiedenen anderen Anlagen für weitere Prozeßschritte verwendet werden kann. Vorzugsweise sollte diese Bearbeitungsgeschwindigkeit in der Größenordnung von sechzig Scheiben pro Stunde liegen. Die Abschirmung der Halbleiterscheibe vom Plasma wird durch die Forderung beschränkt, daß der Plasmastrom möglichst weitgehend über die Oberfläche der Halbleiterscheibe geleitet werden sollte, um dafür zu sorgen, daß so wenig sauerstoffhaltiges Plasma wie möglich verlorengeht, das heißt aus der Prozeßkammer abgeführt wird, bevor es mit dem Photolack reagieren kann. Die Verwendung eines bestimmten Photolacks, der nur einen sehr geringen Verunreinigungsgrad hat, ist unter Fertigungs- und Kostenaspekten nachteilig, da dies eine Beschränkung bei der Wahl der Art des Photolacks bedeutet.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine solche Maßnahme zu verschaffen, daß das Ausmaß unerwünschter Verunreinigung des Siliciumoxids mit anorganischen Elementen beim Entfernen von Photolack mit Hilfe eines sauerstoffhaltigen Plasmas in einer Einscheibenanlage begrenzt werden kann und daß die gesamte Bearbeitungszeit hierdurch nicht oder nur geringfügig verlängert wird.

Es hat sich gezeigt, daß das Ausmaß unerwünschter Verunreinigung dadurch effektiv begrenzt werden kann, daß das Halbleitersubstrat über eine erste Elektrode mit dem positiven Pol einer elektrischen Gleichspannungsversorgungsquelle verbunden wird und eine in einem bestimmtem Abstand von dem genannten Halbleitersubstrat in der Prozeßkammer angeordnete zweite Elektrode mit dem negativen Pol dieser Spannungsversorgung verbunden wird, wodurch ein elektrisches Feld zwischen der Siliciumoxidschicht und dem Plasma aufgebaut wird, wobei die elektrische Versorgungsquelle eine solche Stärke hat, daß in der Oxidschicht eine Feldstärke in der Größenordnung von 4-8 MV/cm erzeugt wird.

Messungen der CV-Verschiebungswerte von Halbleiterscheiben, die erfindungsgemaß unter verschiedenen Prozeßbedingungen (Plasmadruck, Plasmadichte, Bearbeitungszeit) bearbeitet worden sind, haben gezeigt, daß mit einer geeigneten Wahl der Stärke des elektrischen Feldes die Spannungsverschiebung und damit das Ausmaß unerwünschter Verunreinigung verkleinert werden kann, wobei die Bearbeitungsgeschwindigkeit der Einscheibenanlage nicht oder nicht wesentlich von dem angelegten elektrischen Feld beeinflußt wird.

Die erfindungsgemäße Maßnahme ist dadurch überraschend, daß trotz der niedrigen Energie (1 bis 2 eV) der geladenen Teilchen in dem Plasma diese Teilchen vermutlich dennoch den Einbau von Verunreinigungen des Photolacks in das Siliciumoxid beeinflussen. Obwohl der Mechanismus des Eindringens von Verunreinigungen in das Siliciumoxid noch nicht genügend bekannt ist, wird angenommen, daß unter anderem die sehr beweglichen Natriumionen zusammen mit positiven Plasmateilchen in das Siliciumoxid eindringen. Der Einfluß von Elektronen und negativen Ionen des Plasmas scheint gering zu sein.

Die erfindungsgemäße Maßnahme ist besser als die der aus US-A- 3.951.843 bekannte Maßnahme, die anorganischen Verunreinigungen durch Hinzufügen einer Gasmischung aus organischen Halogeniden, wie Chlor- und/oder Fluor- oder Fluor-Brom-Verbindungen weniger beweglich zu machen, nicht nur wegen ihrer Einfachheit, sondern auch wegen der Tatsache, daß diese bekannte Maßnahme während einer großen Zahl von Prozeßschritten zur Fertigung einer Halbleiteranordnung nicht verwendet werden kann, da beispielsweise Fluor auf Polysilicium eine ätzende Wirkung hat.

Der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung entsprechend wird das elektrische Feld angelegt, indem die erste Elektrode mit der nicht mit Photolack überzogenen Seite des Halbleitersubstrats verbunden wird. Der dementsprechend in dem Halbleitersubstrat oder den darin gebildeten Halbleiterschichten fließende Strom wird dann durch das Plasma in der Prozeßkammer begrenzt, das wegen der niedrigen Energie der geladenen Teilchen (1 bis 2 eV) als Strombegrenzer wirkt. Das bedeutet, daß die erfindungsgemäße Maßnahme bei jedem Prozeßschritt für die Halbleiteranordnung, bei dem Photolack entfernt werden muß, ohne Gefahr eines Durchbruchs in den verschiedenen Substratschichten verwendet werden kann.

Bei in der Praxis bekannten Einscheibenanlagen wird das Substrat elektrisch potentialfrei gehaltert in einer elektrisch leitenden Prozeßkammer angeordnet. Eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Elektrode die elektrisch leitende Wandung der Prozeßkammer ist, mit der der negative Pol der elektrischen Versorgungsquelle verbunden wird.

Der intrinsische Durchbruchswert beispielsweise einer reinen nichtkristallinen Siliciumoxidschicht liegt bei 7-9 MV/cm. Wenn die Feldstärke in der Oxidschicht diesen Wert überschreitet, steigt der durch das Substrat und die Oxidschicht fließende elektrische Strom stark an. Es hat sich gezeigt, daß befriedigende Ergebnisse erzielt werden, wenn, nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, in der Oxidschicht eine Feldstärke von 4-8 MeV/cm aufgebaut wird, was heißt, daß das elektrische Feld am Oxid kleiner als dessen intrinsischer Durchbruchswert sein kann.

In den bekannten Einscheibenanlagen wird der Photolack nicht gleichmäßig entfernt. Um sicher zu sein, daß der Photolack an allen gewünschten Stellen auf der Halbleiterscheibe entfernt ist, wird in der Praxis eine bestimmte verlängerte Bearbeitungszeit eingehalten, während der das erfindungsgemäße elektrische Feld aufrechterhalten werden sollte. Da die anorganischen Verunreinigungen in dem Photolack von dem Plasma nicht entfernt worden sind, wie bereits oben angegeben, und dementsprechend zum Teil auf dem Halbleitersubstrat zurückbleiben, ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Versorgungsquelle erst ausgeschaltet wird, wenn alle Plasmateilchen am Ende der Herstellung aus der Prozeßkammer entfernt worden sind. So wird vermieden, daß nach Beendigung der Zufuhr von Plasma eventuell noch in der Prozeßkammer vorhandene Plasmateilchen doch noch zur Verunreinigung des Halbleitersubstrats führen können.

Es sei bemerkt, daß das Anlegen eines elektrischen Potentials an das Halbleitersubstrat an sich bekannt ist, beispielsweise um in Ätzprozessen eine Erhöhung der Ätzrate zu erreichen. Weiterhin ist auch bekannt, eine Spannung an ein Halbleitersubstrat zu legen, das einem Plasma ausgesetzt ist, n dem die Teilchen relativ hohe Energie haben, um eine Verringerung der Geschwindigkeit der auf das Halbleitersubstrat treffenden Teilchen zu erhalten, um so die Rate, mit der das Substrat geätzt wird, steuern zu können.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden anhand von bei der Bearbeitung von Siliciumhalbleiterscheiben in Einscheibenanlagen erhaltenen Testergebnissen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 bis 3 schematisch Ausführungsformen von im Handel erhältlichen Einscheibenanlagen,

Fig. 4 eine grafische Darstellung des durch ein nicht mit einem Photolack überzogenes Siliciumsubstrat und durch das Plasma fließenden Stroms bei unterschiedlichen Plasmadichten als Funktion einer zwischen der nicht bearbeiteten Seite des Siliciumsubstrats und der Prozeßkammer einer Einscheibenanlage angelegten Spannung und

Fig. 5 eine mögliche Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer in Fig. 1 gezeigten Einscheibenanlage.

Die in Fig. 1 gezeigte Ausführungsform einer Einscheibenanlage umfaßt eine Prozeßkammer 1, einen Einlaß 2, ein Fokussierungselement 3 und ein Heizelement 4. Das Fokussierungselement 3 besteht aus einem kurzen Zylinder, der vertikal an der oberen Wand der Prozeßkammer 1 befestigt ist und sich darin bis gerade oberhalb der Stelle erstreckt, wo eine Halbleiterscheibe 5 über dem Heizelement 4 angeordnet ist. An der Seite des Einlasses 2 ist das Fokussierungselement 3 offen, so daß das durch den Einlaß 2 der evakuierten Prozeßkammer zugeführte sauerstoffhaltige Plasma mittels des Fokussierungselements 3 über die zu bearbeitende Seite der Halbleiterscheibe 5 geführt wird. Der Pfeil 6 gibt schematisch die Richtung an, in der das Plasma über die Halbleiterscheibe strömt. Die Pfeile 7 geben die Richtung an, in der das verbrauchte Plasma aus der Prozeßkammer 1 entfernt wird. Der Einfachheit halber sind die Mittel zur Erzeugung des Plasmas, zur Entfernung des verbrauchten Plasmas und die Mittel zum Aufbau eines Vakuums in der Prozeßkammer nicht abgebildet.

Fig. 2 zeigt einen anderen Typ einer Einscheibenanlage mit einer glokkenförmigen, sich zum Ende erweiternden Prozeßkammer 8, einem an deren schmalem oberen Ende angebrachten Einlaß 9 und eine elektrische Spule 10. In dem unteren weiten Teil der Prozeßkammer 8 befindet sich ein Heizelement 11 zum Erwärmen der darüber liegenden Halbleiterscheibe 5. Oberhalb der Halbleiterscheibe 5 sind in dem weiten Teil der Prozeßkammer 8 jeweils Abschirmmittel 12, 13 angeordnet, die die zu bearbeitende Seite der Halbleiterscheibe von dem sauerstoffhaltigen Plasma abschirmen. Das Plasma wird erzeugt, indem vom Einlaß 9 in die Prozeßkammer strömendes Sauerstoffgas mit Hilfe der Spule 10 einem hochfrequenten (HF) elektrischen Feld (10 - 20 MHz) ausgesetzt wird. Der Abstand zwischen der Halbleiterscheibe 5 und dem schmalen Teil der Prozeßkammer 8, wo sich die HF-Spule befindet, ist derart, daß sich die Halbleiterscheibe im sogenannten Nachleuchten der HF.Sauerstoffgasentladung befindet, in dem die Ionen eine Energie zwischen 1 und 2 eV haben. Die Strömung des Plasmas über die Oberfläche der zu bearbeitenden Halbleiterscheibe wird durch die Pfeile 14 angegeben. Wie in der in Fig. 1 gezeigten Anlage sind auch in diesem Fall der Deutlichkeit halber die Mittel zum Abführen des verbrauchten Plasmas und die Mittel zum Aufbau eines Vakuums in der Prozeßkammer nicht abgebildet.

Fig. 3 zeigt schematisch noch eine weitere Ausführungsform einer Einscheibenanlage mit einer Prozeßkammer 15, an deren Oberseite das in dem Entladungsraum 17 mittels einer HF-Sauerstoffgasentladung erzeugte Plasma über einen Einlaß 16 der auf einem Heiztisch 18 liegenden Halbleiterscheibe 5 zugeführt wird. Wie abgebildet, können in der Prozeßkammer 15 ebenfalls Abschirmmittel 19 vor dem Einlaß 16 angeordnet werden. Im Gegensatz zu den in den Fig. 1 und 2 gezeigten Anlagen trifft das Plasma nahezu senkrecht auf die zu bearbeitende Seite der Halbleiterscheibe 5, wie durch die Pfeile der Strömung 20 angegeben wird.

Geeignete Materialien für die Herstellung der Prozeßkammern, Abschirmmittel und/oder Fokussierungsmittel sind unter anderem Quarz- und Aluminiumoxid, die für atomaren Sauerstoff einen sehr niedrigen Rekombinationskoeffizienten haben.

Mit den in den Fig. 1 und 2 gezeigten Anlagen ist eine große Zahl an Experimenten mit n-dotierten Siliciumscheiben, bei denen auf einer ihrer Seiten eine 55 nm dicke thermische Oxidschicht gebildet war, ausgeführt worden. Unter Berücksichtigung der von den jeweiligen Herstellern empfohlenen Parametereinstellungen wurden verschiedene mit einer 3 um dicken Photolackschicht des Typs Waycoat 710 überzogene Siliciumscheiben unterschiedlich lange Zeit einem Plasma ausgesetzt. Die gemessenen CV-Verschiebungswerte in der Mitte der Halbleiterscheibe sind in Tabelle 1 dargestellt. Die Prozentsätze der Überätzung bzw. Unterätzung sind auf den Endpunkt bezogen, d. h. die Ätzdauer, nach der die gesamte Photolackmenge entfernt worden war.

Tabelle 1
CV-Verschiebung in Volt Anlage von Figur 1 Anlage von Figur 2 Endpunkt % Überätzung

Um den Einfluß von Verunreinigungen in dem Plasma oder der Prozeßkammer zu untersuchen, wurde auch eine Siliciumscheibe ohne Photolack eine 20% Überätzung entsprechende Zeitdauer lang geätzt, wobei die CV-Verschiebungswerte für die Anlagen von Fig. 1 und 2 -0,03 eV bzw. -0,04 eV betrugen. Entfernen des photoempfindlichen Materials in einer Anlage des Barrel-Typs mit 20% Überätzung ergab CV-Verschiebungswerte von -0,04 eV bzw. -0,27 eV.

Die Ergebnisse in Tabelle 1 zeigen, bei Bearbeitung in den untersuchten Einscheibenanlagen, von 20% Unterätzung an eine erhebliche CV-Verschiebung für alle Siliciumscheiben. Akzeptabel niedrige Werte (± 0,5 eV) wurden nur für Bearbeitungszeiten beträchtlich unterhalb der Endpunktzeit gemessen. Da die Scheiben ohne Photolack keine hohen CV-Verschiebungswerte aufweisen, kann geschlossen werden, daß das Plasma und die Prozeßkammer "rein", waren und daß die gefundenen Instabilitätseffekte daher mit dem Photolack zusammenhängen. Da die verschiedenen Tests natürlich mit unterschiedlichen Halbleiterscheiben ausgeführt worden sind, weisen die Meßergebnisse unvermeidlicherweise eine gewisse Streuung auf.

Es sei bemerkt, daß in den in den Fig. 1 und 2 gezeigten Einscheibenanlagen der Photolack nicht gleichmäßig entfernt wird. Da der Photolack in bestimmten Bereichen der Halbleiterscheibe schneller entfernt wird, sind diese Bereiche viel stärker überätzt als andere Bereiche auf der Halbleiterscheibe. Messungen haben gezeigt, daß in der in Fig. 1 gezeigten Anlage auf ein und derselben Scheibe Verschiebungswerte auftraten, die zwischen -2,09 und 6,56 V variierten.

Mit niedrigeren Parmetereinstellungen als die von den Herstellern der Einscheibenanlagen empfohlenen Einstellwerte ausgeführte Experimente ergaben ebenfalls vergleichsweise hohe CV-Verschiebungswerte in der Größenordnung von -3 V. Experimente mit verschiedenen Arten Photolack ergaben zwar verschiedene CV-Verschiebungswerte, aber all diese Werte waren für praktische Anwendungen nicht brauchbar.

Die CV-Messungen wurden in dem gleichen Testprozeß ausgeführt, wobei, nachdem geeignete Aluminiumelektroden an jeder Seite des Halbleitersubstrats angebracht worden waren, eine Wechselspannung mit einer Frequenz von 1 MHz und einem Rampenanstieg von 560 mV pro Sekunde bei einer Polarisationsspannung von + 20 V angelegt wurde. Zuvor waren zwei Spannungsgradienten mit unterschiedlichen Polaritäten, die in dem Oxid eine Feldstärke von 1 MV/cm erzeugten, 3 Minuten lang bei einer Substrattemperatur von 300ºC angelegt worden.

Um den Einfluß des erfindungsgemäß anzulegenden elektrischen Feldes zu untersuchen, wurde der positive Pol einer Gleichspannungsquelle mit der nicht zu bearbeitenden Seite (Rückseite) eines an der zu bearbeitenden Seite vollständig mit einer 1,8 um dicken Photolackschicht auf einer Siliciumoxidschicht überzogenen Slliciumsubstrats verbunden, und der negative Pol dieser Quelle wurde mit der Prozeßkammer verbunden, wobei die Spannung dieser Quelle innerhalb ± 100 V variiert werden konnte. In der Zeit, in der die 55 nm dicke Oxidschicht auf dem Siliciumsubstrat noch vollständig mit Photolack überzogen war, wurde kein Stromdurchgang durch das Substrat gemessen (Meßbereich 1-500 uA). Je mehr Photolack infolge der Plasmareaktion entfernt wurde, desto stärker nahm die Elektronenstromstärke bei genügend hoher Spannung zu, und diese Stromstärke blieb vom Endpunkt an auf einem nahezu konstanten Wert. Da mit einem mit Photolack überzogenen Substrat kein Strom gemessen worden war, kann geschlossen werden, daß nur die Vorderseite der Halbleiterscheibe dem Plasmanachglühen ausgesetzt wird und daß ihre Rückseite in einem Bereich mit nahezu stationärer Strömung liegt.

Die Strom-Spannungs-Kennlinie eines Siliciumsubstrats mit Oxidschicht ohne Photolack ist in Fig. 4 für HF-Leistungen von 850, 600 und 400 W dargestellt. Je höher die HF-Leistung, desto größer ist die Dichte des Plasmas (eine größere Anzahl geladener Teilchen pro Volumeneinheit). Eine Verringerung der HF-Leistung führt zu niedrigeren Strömen. Die Meßergebnisse zeigen deutlich, daß das Nachglühen eine solche Anzahl Teilchen enthält, daß ein Ionen- und Elektronenstrom angemessener Stärke durch das Substrat fließen kann. Der Knick in den Kurven bei etwa 30 V wird nicht durch das Plasma verursacht, sondern beruht auf einer Änderung des Mechanismus der Leitung durch die Oxidschicht. Bei + 30 Volt beträgt das elektrische Feld in der Oxidschicht ungefähr 6 MV/cm. Diese elektrische Feldstärke nähert sich sehr stark dem intrinsischen Durchbruchswert für reines nichtkristallines Silicium.

Die Meßergebnisse in Fig. 4 sind überraschend, da trotz der Tatsache, daß die Halbleiterscheibe einem Plasma niedriger Energie ausgesetzt wird, dennoch ein hoher Ionen/Elektronenfluß in dem Plasma gemessen wurde. Angenommen wird, daß die auf die Oxidschicht treffenden Ionen Defekte in Form von Kanälen verursachen können, wodurch bewegliche Ionen sehr schnell eindringen können. Die Sättigung in den CV-Verschiebungswerten nach Tabelle 1 steht zu dieser Schlußfolgerung nicht im Widerspruch. Bei kürzeren Überätzungszeiten übersteigt die Anzahl von Defekten die Anzahl verfügbarer Natriumatome, aber weil die Natriummenge in dem Photolack begrenzt ist, tritt ein bestimmtes Sättigungsniveau auf. Die Sättigung der CV-Verschiebungswerte ist ein Maß für die Qualität des Photolacks.

Entsprechend der Erfindung, bei der das elektrische Feld durch Verbinden der Rückseite des Siliciumsubstrats mit dem positiven Pol und der Prozeßkammer mit dem negativen Pol einer kontinuierlichen Gleichspannungsquelle angelegt wird, sind eine Anzahl n-dotierter Siliciumsubstrate mit einer 55 nm dicken, von einer 3 um dicken Photolackschicht Waycoat 710 überzogenen Oxidschicht in einer Einscheibenanlage bearbeitet worden. Die für verschiedene Spannungswerte und relativ unterschiedliche Gasdurchsätze gefundenen CV-Verschiebungswerte sind in Tabelle 2 angegeben.

Tabelle 2
Angelegte Spannung in Volt CV-Verschiebungswert in Volt höheren Gasdurchsätzen ausgesetztes Oxid niedrigeren Gasdurchsätzen ausgesetztes Oxid

Ein Vergleich der in Tabelle 2 wiedergegebenen CV-Verschiebungswerte nach Entfernen des Photolacks entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren mit der entsprechend dem bekannten Verfahren entfernten Photolackschicht in einer Einscheibenanlage, wie in Tabelle 1 angegeben, zeigt, daß mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens bei einer angelegten Spannung von + 40 V, was einer Feldstärke von ungefähr 7 MV/cm in der Oxidschicht entspricht, beträchtlich bessere CV-Verschiebungswerte erhalten werden. Die Ergebnisse sowohl für die höheren als auch die niedrigeren Gasdurchsätze liegen innerhalb des akzeptablen Bereichs von ±0,5 V. Außer des geringen Einbaus von Verunreinigungen hat das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, daß die Bearbeitungsgeschwindigkeit der bekannten Einscheibenanlagen hierdurch nicht oder nicht wesentlich beeinflußt wird.

Statt durch Anlegen einer Spannung zwischen Halbleitersubstrat und der Prozeßkammer kann das elektrische Feld erfindungsgemäß natürlich auch durch Anlegen einer Spannung zwischen dem Halbleitersubstrat und einer oder mehrerer in der Prozeßkammer angeordneten Elektroden erhalten werden. In Fig. 5 sind, ausgehend von der Anlage in Fig. 1, in der Prozeßkammer über der zu bearbeitenden Seite der Halbleiterscheibe 5 Elektroden 21 angeordnet. Eine Gleichspannungsquelle 22 ist zwischen diese Elektroden 21 und die nicht zu bearbeitende Seite der Halbleiterscheibe 5 geschaltet. Die Elektroden 21 können sehr unterschiedliche Formen haben und beispielsweise eine oder mehrere elektrisch leitende Platten, ein elektrisch leitender Zylinder usw. sein. Selbstverständlich kann die Gleichspannungsquelle 22 auch zwischen die Halbleiterscheibe 5 und das Fokussierungselement 3 (Fig. 1) oder die Abschirmmittel 12, 13 (Fig. 3) oder die Prozeßkammer geschaltet sein.

Da die Halbleiterscheiben im allgemeinen in einem automatischen Prozeß bearbeitet werden, ist es notwendig, das elektrische Feld erfindungsgemäß mindestens von dem Zeitpunkt an anzulegen, zu dem die Oxidschicht oder das Halbleitersubstrat der Plasmawirkung ausgesetzt ist. Es ist dann empfehlenswert, das Feld bereits vor dem Zuführen des Plasmas anzulegen und es mindestens solange aufrechtzuerhalten, bis alle geladenen Plasmateilchen aus der Prozeßkammer entfernt sind, um sicher zu sein, daß keine zurückgebliebenen geladenen Teilchen das Halbleitersubstrat erreichen können, so daß ausgeschlossen ist, daß noch unerwünschte Verunreinigungen in das Siliciumoxid eindringen können.

Selbstverständlich beschränkt sich die Erfindung nicht auf das Anlegen eines elektrischen Feldes konstanten Wertes, sondern es kann beispielsweise auch ein elektrisches Feld verwendet werden, daß am Ende der Bearbeitung stärker wird, oder ein elektrisches Feld kann durch Anlegen einer Gleichspannung mit einer ihr überlagerten Wechselspannungskomponente erzeugt werden.


Anspruch[de]

1. Verfahren zum Entfernen eines Photolacks von einer Siliciumoxidschicht auf einem Halbleitersubstrat, wobei der Photolack in einer Prozeßkammer einem Plasmanachleuchten eines sauerstoffhaltigen Plasmas ausgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitersubstrat über eine erste Elektrode mit dem positiven Pol einer elektrischen Gleichspannungsversorgungsquelle verbunden wird und eine in einem bestimmtem Abstand von dem genannten Halbleitersubstrat in der Prozeßkammer angeordnete zweite Elektrode mit dem negativen Pol dieser Spannungsversorgung verbunden wird, wodurch ein elektrisches Feld zwischen der Siliciumoxidschicht und dem Plasma aufgebaut wird, wobei die elektrische Versorgungsquelle eine solche Stärke hat, daß in der Oxidschicht eine Feldstärke in der Größenordnung von 4-8 MV/cm erzeugt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode mit der nicht mit Photolack überzogenen Seite des Halbleitersubstrats verbunden wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Elektrode die elektrisch leitende Wandung der Prozeßkammer ist, mit der der negative Pol der elektrischen Versorgungsquelle verbunden wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Versorgungsquelle erst ausgeschaltet wird, wenn alle Plasmateilchen am Ende der Herstellung aus der Prozeßkammer entfernt worden sind.







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