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Dokumentenidentifikation DE69825112T2 28.07.2005
EP-Veröffentlichungsnummer 0000905758
Titel Verfahren zur Durchführung von Planarisierungs- und Grabensätzung und Vorrichtung dafür
Anmelder Infineon Technologies AG, 81669 München, DE
Erfinder Chaudhary, Nirmal, Wappingers Falls, US
DE-Aktenzeichen 69825112
Vertragsstaaten DE, FR, GB, IE, IT, NL
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 19.09.1998
EP-Aktenzeichen 981178205
EP-Offenlegungsdatum 31.03.1999
EP date of grant 21.07.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 28.07.2005
IPC-Hauptklasse H01L 21/321
IPC-Nebenklasse H01L 21/3213   H01J 37/32   H01J 37/08   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Durchführen von Planarisierungs- und Ausnehmungsätzungen während der Herstellung integrierter Schaltungen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Derartige Verfahren sind beispielsweise aus US-A-5,540,800 und dem Journal of the Electrochemical Society, Band 139, Nr. 2, Februar 1992, S. 591–599, bekannt.

Die Sequenz aus Planarisierungs- und Ausnehmungsätzungen ist bei der Herstellung einer Vielfalt integrierter Schaltungen (ICs) erforderlich. Beispielsweise können als Beispiele bei der Herstellung von integrierten DRAM-Schaltungen (dynamischer Direktzugriffsspeicher) Grabenkondensatoren über wiederholte Sequenzen aus Abscheidung, chemisch-mechanischer Planarisierung und Ausnehmungsätzung ausgebildet werden. Zur Erleichterung der Erörterung veranschaulichen die 1-3 eine vereinfachte Sequenz aus Abscheidung, chemisch-mechanischer Planarisierung und Ausnehmungsätzung, die im Stand der Technik zum Herstellen eines Grabenkondensators in einem DRAM verwendet werden könnnen. Anfangs unter Bezugnahme auf 1 wird ein Substrat 102, das in der Regel Silizium umfaßt, thermisch oxidiert, um eine Schicht aus Siliziumdioxid (SiO2) 104 zu bilden (die etwa 10 nm dick sein kann). Über der Oxidschicht 104 wird eine Schicht aus Siliziumnitrid 106 unstrukturiert abgeschieden.

Dann wird auf der Oberfläche des Substrats eine herkömmliche Photolackmaske ausgebildet, um das Ätzen des Grabens 108 im Substrat 102 durch die Siliziumnitridschicht 106 und die Oxidschicht 104 zu vereinfachen. Nach dem Entfernen der Photolackmaske wird über einen Polysiliziumfüllschritt Polysilizim über der oberen Oberfläche des Substrats 102 und in den Graben 108 abgeschieden. In 1 ist diese Polysiliziumfüllschicht als Polysiliziumschicht 110 gezeigt. Um die nachfolgende Ausnehmungsätzung des Pulysiliziummaterials im Graben 108 zu erleichtern und die obere Oberfläche der Polysiliziumschicht 110 zu planarisieren, kann als nächstes ein chemisch-mechanischer Polierschritt (CMP) ausgeführt werden. Bei dem CMP der Polysiliziumschicht 110 wird in der Regel die Siliziumnitridschicht 106 als ein CMP-Ätzstopp verwendet.

In 2 wurde die Polysiliziumschicht 110 bis zur oberen Oberfläche der Siliziumnitridschicht 106 hinunter planarisiert. Im Graben 108 bleibt jedoch eine Säule aus Polysiliziummaterial zurück. Danach wird ein Ätzschritt des reaktiven Ionenätzens (RIE) zur Ausnehmungsätzung der Polysiliziumsäule im Graben 108 eingesetzt.

In 3 wurde durch die RIE-Ätzung ein Teil der Polysiliziumsäule im Graben 108 entfernt. Auch die Photolackmaske wurde in 3 entfernt. Wie man in den 1-3 sehen kann, wird nach der Sequenz aus Abscheidung (1), chemisch-mechanischer Planarisierung (2) und Ausnehmungsätzung (3) ein Polysiliziumplug im Graben 108 ausgebildet. Die Sequenz aus Abscheidung, chemisch-mechanischem Planarisieren und Ausnehmungsätzung kann mehrfach wiederholt werden, um die Ausbildung des Grabenkondensators zu erleichtern.

Mit der in den 13 beschriebenen Sequenz aus Abscheidung, chemisch-mechanischer Planarisierung und Ausnehmungsätzung sind jedoch Nachteile verbunden. Als Beispiel kann die Verwendung eines CMP-Schritts zum Planarisieren der Polysiliziumschicht 110 gelegentlich eine Einwölbung („dishing") in den Graben verursachen (d.h. eine geringfügige Vertiefung in den Graben), was zu einem Verlust an Ausnehmungstiefensteuerung und Prozeßschwierigkeiten bei späteren Stufen führt. Der Einwölbungseffekt ist in 2 zu sehen, die eine Vertiefung über dem Siliziumplug im Graben 108 zeigt.

Der CMP-Schritt weist außerdem gegenüber Nitrid eine geringe Selektivität auf und verursacht eine Erosion der Padnitridschicht 106. Falls als CMP-Ätzstopp für mehrere CMP-Schritte die Siliziumnitridschicht 106 verwendet wird, kann es zu einen übermäßigen Grad an Nitriderosion kommen, wodurch das Bauelement möglicherweise fehlerhaft wird. Zudem kann der CMP-Ätzschritt eine ungleichförmige Erosion der Siliziumnitridschicht 106 verursachen, was auch bei nachfolgenden Prozeßschritten Schwierigkeiten verursacht. CMP ist allgemein als ein aufwendiger Prozeß bekannt, d.h. als Nachteil erfordert er teure Werkzeuge und reduziert den Waferdurchsatz. Als Nachteil erzeugt der CMP-Prozeß auch eine Teilchenkontamination in Form einer Aufschlemmung, was danach zeitraubende Reinigungs- und Trocknungsschritte erfordert.

Der CMP-Schritt nach dem Stand der Technik ist nicht nur aufwendig, der zur Ausnehmungsätzung der Polysiliziumsäule im Graben 108 verwendete Schritt des reaktiven Ionenätzens (RIE) erfordert außerdem seine eigenen teuren RIE-Werkzeuge. Die Verwendung einer RIE-Technik zur Ausnehmungsätzung des Polysiliziummaterials im Graben 108 bewirkt auch eine zusätzliche und/oder ungleichförmige Erosion der Siliziumnitridschicht 106, da die RIE-Ätzung im allgemeinen eine physikalische Ätzung ist, bei der die bombardierenden Ionen im allgemeinen gegenüber Nitrid eine geringe Selektivität aufweisen.

Auch herkömmliche Ausnehmungsätzungstechniken mit einer guten Selektivität gegenüber Nitrid weisen ihre Probleme auf. Beispielsweise haben zwar isotrope Ätztechniken (d.h. solche, die als den Hauptätzmechanismus die reaktiven Neutralteilchen verwenden) gegenüber Nitrid im allgemeinen eine gute Selektivität, doch führen diese isotropen Ätzprozesse im allgemeinen zu der Vergrößerung von Hohlräumen oder Nähten in der Polysiliziumsäule im Graben 108, weil der Polysiliziumfüllschritt, der die Polysiliziumschicht 110 in 1 bildet, im Graben 108 Nähte oder Hohlräume erzeugen kann, falls der Polysiliziumabscheidungsprozeß nicht sorgfältig ausgelegt wird oder falls das Seitenverhältnis des Grabens 108 besonders aggressiv ist. Die Naht oder der Hohlraum ist in 4 als ein Hohlraum 402 gezeigt. Falls zum Ausnehmen der Polysiliziumsäule im Graben 108 später ein ausschließlich oder überwiegend isotropes Werkzeug verwendet wird, kann ein seitlicher Angriff (der durch das Vorliegen der neutralen Spezies im Plasma der isotropen Ätzung verursacht wird) den Hohlraum vergrößern und während der Ausnehmungsätzung einen Verlust an Tiefensteuerung verursachen. Um das eben Gesagte zu veranschaulichen, ist der seitliche Angriffsmechanismus in 5 dargestellt, in der der Hohlraum 402 aufgrund der isotropen Ätzwirkung der im Plasma des isotropen Ätzschritts vorliegenden reaktiven neutralen Spezies vergrößert wird.

Wie man aus dem oben Gesagten erkennen kann, werden verbesserte Techniken zum Ausführen der Planarisierungs-/Ausnehmungsätzsequenz erwünscht, die vorteilhafterweise einen hohen Grad an Ätztiefensteuerung bei gleichzeitiger Minimierung der Erosion an der Siliziumnitridschicht bereitstellen. Die verbesserten Techniken und die Vorrichtungen dafür bewerkstelligen bevorzugt das oben Gesagte bei gleichzeitiger Minimierung der Kosten, wodurch Bauelementbeschädigung aufgrund von Ladung reduziert und der Waferdurchsatz verbessert wird.

KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft bei einer Ausführungsform ein Verfahren zum Durchführen einer Planarisierungsätzung und einer Ausnehmungsätzung einer ersten Schicht auf einem Halbleiterwafer in einer HF-blasierten Plasmabehandlungskammer. Das Verfahren beinhaltet das Platzieren des Halbleiterwafers mit einem darin ausgebildeten Graben in die Plasmabehandlungskammer und seine Bearbeitung nach Anspruch 1.

Diese und weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden unten in der ausführlichen Beschreibung der Erfindung und in Verbindung mit den folgenden Figuren ausführlicher beschrieben.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die vorliegende Erfindung wird beispielhaft und nicht als Einschränkung in den Figuren der beiliegenden Zeichnungen veranschaulicht, in denen sich gleiche Bezugszahlen auf gleiche Elemente beziehen. Es zeigen:

13 den Prozeß nach dem Stand der Technik der CMP-Planarisierungs- und RIE-Ausnehmungsätzung bei der Herstellung eines Grabenkondensators,

4 die Nähte oder Hohlräume, die während der Polysiliziumabscheidung im Polysiliziumplug entstehen können,

5 den Mechanismus, durch den die Nähte oder Hohlräume im Polysiliziumplug durch die isotrope Ätzung vergrößert werden können,

6 eine induktiv gekoppelte Plasmabehandlungskammer nach dem Stand der Technik,

7 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Modifikationen an der oben erwähnten, induktiv gekoppelten Plasmabehandlungskammer von 6, um den im wesentlichen isotropen Planarisierungsschritt und die ionenunterstützte Ausnehmungsätzungssequenz zu erleichtern,

8 gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung den Wafer von 1, nachdem eine im wesentlichen isotrope Ätzung verwendet worden ist, um die Polysiliziumschicht zu planarisieren,

9 gemäß einem Aspekt der Erfindung den Polysiliziumplug im Graben, nachdem die ionenunterstützte Ausnehmungsätzung durchgeführt worden ist.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf einige wenige veranschaulichende Ausführungsformen, wie sie in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind, ausführlich beschrieben. In der folgenden Beschreibung werden zahlreiche spezifische Einzelheiten dargelegt, um ein eingehendes Verständnis der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen. Für den Fachmann ist jedoch offensichtlich, daß die vorliegende Erfindung ohne einige oder alle dieser spezifischen Einzelheiten praktiziert werden kann. In anderen Fällen sind wohlbekannte Prozeßschritte und/oder -strukturen nicht ausführlich beschrieben worden, um die vorliegende Erfindung nicht unnötig undeutlich zu machen.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung werden verbesserte Techniken zum Durchführen der Planarisierungs-/Ausnehmungsätzsequenz bereitgestellt, vorteilhafterweise die Kosten und Bauelementbeschädigung aufgrund von Ladung minimiert und gleichzeitig den Waferdurchsatz verbessert. Statt zwei verschiedene Werkzeuge zu verwenden, zum beispiel ein CMP-Werkzeug und ein RIE-Werkzeug wie im Fall des Stands der Technik der 13, erleichtert die Erfindung die Planarisierungsätzung und die Ausnehmungsätzung in einer einzigen Plasmabehandlungskammer. Die Planarisierungsätzung wird auf eine im wesentlichen isotrope Weise durchgeführt, während die einen anderen Satz von Parametern verwendende darauffolgende Ausnehmungsätzung die Polysiliziumsäule unter Verwendung einer mehr anisotropen Ätzung ausnimmt.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Planarisierungsätzung unter Verwendung eines HF-basierten Werkzeugs durchgeführt, das die Polysiliziumschicht unter Verwendung eines Plasmas mit einer relativ geringen Ionendichte bis hinunter zur Nitridschicht planarisiert. Nachdem die Polysiliziumschicht bis hinunter zur oberen Oberfläche der Siliziumnitridschicht planarisiert worden ist, wird mit dem gleichen HF-basierten Werkzeug eine ionenunterstützte Ausnehmungsätzung durchgeführt, wenngleich ein Plasma mit einer höheren Ionendichte verwendet wird.

Die relativ geringe Ionendichte im Plasma der Planarisierungsätzung stellt sicher, daß das Ätzprofil im wesentlichen planar ist, während seine hohe Selektivität gegenüber Nitrid ein Mindestniveau an Nitriderosion sicherstellt. Andererseits wird durch die höhere Ionendichte im Plasma des ionenunterstützten Ausnehmungsätzschritts die Richtungsabhängigkeit der Ausnehmungsätzung vergrößert, um die Vergrößerung von Hohlräumen während der Polysiliziumausnehmungsätzung zu minimieren. Da das gleiche HF-basierte Werkzeug sowohl für die Planarisierungsätzung als auch die ionenunterstützte Ausnehmungsätzung verwendet wird, besteht kein Bedarf dafür, zwei getrennte Werkzeuge zu kaufen und zu warten, wie in dem Fall, der durch den Stand der Technik in den 13 dargestellt ist. Da das gleiche HF-basierte Werkzeug sowohl für die Planarisierungs- als auch ionenunterstützten Ausnehmungsätzungen verwendet wird, besteht zudem keine Notwendigkeit dafür, den Wafer von einem Bearbeitungswerkzeug zum nächsten zu bewegen (wie dies zwischen dem CMP-Schritt und dem RIE-Ätzschritt des Stands der Technik nach den 2 und 3 erfolgt). Die Planarisierungs-/Ausnehmungsätzsequenz erfordert dementsprechend weniger Zeit, was den Waferdurchsatz vorteilhafterweise verbessert.

Die Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung lassen sich unter Bezugnahme auf die folgenden Figuren klarer verstehen. 6 zeigt eine induktiv gekoppelte Plasmabehandlungskammer 600 nach dem Stand der Technik, die eine induktiv gekoppelte (ICP) Plasmakammer der Firma Mattson Technology darstellt, die in Fremont, Kalifornien, USA, erhältlich ist.

Wie in 6 gezeigt, enthält die Kammer 600 einen Gaseinlaß 602 zum Eintrag eines Reaktionsquellengases in die Kammer 604 über einen Koppler 606. Eine Spule 610 koppelt bei Bestromung induktiv mit dem Reaktionsquellengas in der Kammer 604 unter Ausbildung eines Plasmas 612 zum Ätzen des Wafers 614. Zwischen Wafer 614 und Plasma 612 ist ein Ionengitter 616 gezeigt, dessen Aufgabe darin besteht, zu verhindern, daß die Ionen im Plasma 612 den Wafer 614 erreichen.

Der Wafer 614 ist auf einer gleichförmigen Widerstandsheizplatte 620 angeordnet gezeigt, die dahingehend fungiert, die Temperatur des Wafers 614 während des Ätzens zu stabilisieren. Ein Faraday-Schirm 622 in Form eines Zylinders mit offenem Ende ist zwischen Spule 610 und Außenwand 624 der Kammer 604 angeordnet. Der Faraday-Schirm 622, der im Stand der Technik in der Regel geerdet ist, verhindert, daß die von der Spule 610 erzeugten elektrischen Feldlinien in die Kammer 604 eindringen. Dementsprechend können nur magnetische Feldlinien in die Kammer 604 eindringen, um mit dem Plasma 612 zu koppeln.

Der Faraday-Schirm 622 besteht aus einem leitenden Material und ist in der Regel geerdet, was im wesentlichen alle elektrischen Feldlinien daran hindert, in die Kammer 604 einzudringen. Dementsprechend werden im Plasma 612, wenn überhaupt, dann nur wenige Ionen erzeugt. In dem Ausmaß, in dem etwaige Ionen erzeugt werden, werden die meisten von ihnen von der Ionenabschirmung 616 daran gehindert, den Wafer 614 zu erreichen. Die induktiv gekoppelte Plasmakammer 600 nach dem Stand der Technik erzeugt dementsprechend jederzeit eine im wesentlichen isotrope Ätzung, bei der die reaktiven Neutralteilchen den Hauptätzmechanismus darstellen.

7 veranschaulicht gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Modifikationen an der oben erwähnten induktiv gekoppelten Plasmakammer 600 von 6. Die Modifikationen gestatten vorteilhafterweise die Durchführung der Planarisierungs- und Ausnehmungsätzsequenz in einer einzigen Plasmabearbeitungskammer, ohne daß ein CMP- und/oder RIE-Ätzschritt erforderlich ist. Es sei jedoch daran erinnert, daß zur Erleichterung der Erörterung zwar hier die Ätzanlage von Mattson Technology verwendet wird, die Erfindung jedoch nicht auf eine derartige Ätzanlage beschränkt ist und tatsächlich in jeder Plasmabehandlungskammer ausgeübt werden kann, die die Ionendichte zwischen dem Schritt der Planarisierungsätzung und der Ausnehmungsätzung variieren kann.

In 7 ist eine veränderliche Abschirmung 702 gegen elektrische Felder zwischen Spule 610 und Außenwand 624 der Kammer 604 angeordnet. Die veränderliche Abschirmung 702 gegen elektrische Felder stellt eine Abschirmung dar, die so gesteuert werden kann, daß sie die Stärke des in die Kammer 604 eindringenden elektrischen Felds variiert. Zur Verbesserung der Atzgleichförmigkeit kann eine wahlweise Gasverteilungsplatte verwendet werden, um das Ätzmittelgas in der Plasmabehandlugskammer gleichmäßiger zu verteilen.

Bei einer Ausführungsform stellt die veränderliche Abschirmung 702 gegen elektrische Felder eine beliebige geeignete veränderliche Abschirmung gegen elektrische Felder dar. Bevorzugt wird die veränderliche Abschirmung 702 gegen elektrische Felder durch eine doppelte Faraday-Abschirmung implementiert, d.h. zwei Faraday-Abschirmungen, die ineinander verschachtelt sind. Mindestens eine (oder sogar beide) der Faraday-Abschirmungen kann mit einer oder mehreren Öffnungen versehen sein, zum Beispiel Schlitzen oder Löchern. Indem die Abschirmungen relativ zueinander gedreht werden, wird eine veränderliche Fläche der Außenwand 624 für die Durchdringung des elektrischen Felds freigegeben. Auf diese Weise kann das Ausmaß der kapazitiven Koppelung und Ionenerzeugung in der Kammer 604 variiert werden.

Als ein Beispiel kann die veränderliche Abschirmung 702 gegen elektrische Felder auch so konfiguriert werden, daß sie entweder in der ungeerdeten oder geerdeten Betriebsart arbeitet. Wenn die veränderliche Abschirmung 702 gegen elektrische Felder geerdet ist, werden mehr der erzeugten elektrischen Feldlinien absorbiert und die kapazitive Koppelung wird wesentlich reduziert. In der ungeerdeten Betriebsart nimmt die kapazitive Koppelung zu, wobei gleichzeitig die Menge der in der Kammer 604 erzeugten Ionen erhöht wird und dadurch die Ätzung darin mehr physikalisch und anisotrop wird.

Die Ionenabschirmung 704 stellt eine Ionenabschirmung dar, die den Durchtritt einer veränderlichen Ionenmenge von Kammer 604 zu Wafer 706 gestattet. Bei einem Beispiel stellt die veränderliche Ionenabschirmung 704 eine bewegliche Ionenabschirmung dar, die bewegt werden. kann, um den Wafer 706 mehr von den in der Kammer 604 erzeugten Ionen auszusetzen.

Eine HF-Stromversorgung 710 liefert HF-Energie an einen elektrostatischen Scheibenhalter 712. Bei einem Beispiel stellt die HF-Stromversorgung 710 eine HF-Stromversorgung mit 12,56 MHz dar. Indem die Menge an dem ESC-Scheibenhalter 712 zugeführter HF-Leistung variiert wird, kann die Energie der erzeugten Ionen variiert werden, um die vertikale Richtungsabhängigkeit der Ätzung zu vergrößern oder zu verringern, d.h., die Ätzung mehr oder weniger isotrop zu machen. Das Variieren der dem Scheibenhalter zugeführten HF-Leistungsmenge stellt einen zusätzlichen oder alternativen Mechanismus dar, um den Charakter des Ätzprozesses in der Kammer 604 so zu ändern, daß entweder die im wesentlichen isotrope Planarisierungsätzung oder die mehr physikalische Ausnehmungsätzung durchgeführt wird.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Planarisierungsätzung mit einer Ionendichte durchgeführt, die geringer ist als die zum Durchführen der ionenunterstützten Ausnehmungsätzung verwendete Ionendichte. Als Beispiel kann die veränderliche Abschirmung 702 gegen elektrische Felder so konfiguriert werden (d.h. durch Drehen der Faraday-Abschirmungen relativ zueinander), daß das Eindringen des elektrischen Felds in die Kammer 604 minimiert und dadurch der Mechanismus der kapazitiven Koppelung im wesentlichen eliminiert und die in der Kammer 604 während der Planarisierungsätzung erzeugte Ionenmenge reduziert werden. Wie der Fachmann erkennt, wird durch die Minimierung der Ionenerzeugung die Ätzung während die Planarisierungsätzung im wesentlichen isotrop. Bei einem weiteren Beispiel kann die in der Plasmabehandlungskammer erzeugte Ionendichte durch Erden der Faraday-Abschirmung gesenkt werden, und alternativ oder zusätzlich kann die Planarisierungsätzung mit einem Ionenenergiepegel durchgeführt werden, der geringer ist als der bei der ionenunterstützten Ausnehmungsätzung verwendete Ionenenergiepegel. Den geringeren Ionenenergiepegel während der Planarisierungsätzung kann man beispielsweise erzielen durch Ändern der dem ESC-Scheibenhalter 712 zugeführten HF-Leistungsmenge.

Die 89 veranschaulichen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die erfinderische Planarisierungs-/Ausnehmungsätzsequenz. Nach der Ausbildung des Grabens und dem Abscheiden des Polysiliziummaterials in den Graben und über der Waferoberfläche (wie in 1 gezeigt) wird die variable Ionenkammer 700 so konfiguriert, daß sie eine im wesentlichen isotrope Ätzung durchführt, d.h. unter Verwendung einer geringen Ionendichte und/oder eines niedrigen Ionenenergiepegels. Die Planarisierungsätzung wird bevorzugt mit einem Ätzmittel ausgeführt, das gegenüber der darunterliegenden Nitridschicht selektiv ist. Bei einer Ausführungsform wird ein Ätzmittelquellengas, das CF4/O2 umfaßt, sowohl bei der Planarisierungsätzung als auch der ionenunterstützten Ausnehmungsätzung eingesetzt. Da CMP nicht für die Planarisierung verwendet wird, wird eine Einwölbung oder eine ungleichförmige Padnitriderosion im wesentlichen auf ein Minimum reduziert. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Planarisierungs-/Ausnehmungsätzungssequenz wiederholt durchgeführt werden muß, zum Beispiel bei der Herstellung eines Tiefgrabenkondensators.

Nach dem Planarisieren der Polysiliziumschicht in 8 wird eine ionenunterstützte Ausnehmungsätzung, die einen höheren Ionendichtepegel verwendet, dazu eingesetzt, die Polysiliziumsäule im Graben zurück auszunehmen. Bei dieser Ausführungsform kann der größere Ionendichtepegel der ionenunterstützten Ausnehmungsätzung erzielt werden, indem die veränderliche Abschirmung 702 gegen elektrische Felder so konfiguriert wird, daß mehr der elektrischen Feldlinien die Kammer 609 durchdringen können, um mit dem Plasma darin kapazitiv zu koppeln. Auf diese Weise werden im Plasma mehr Ionen erzeugt, um der ionenunterstützten Ausnehmungsätzung mehr Richtungsabhängigkeit zu geben.

Es existieren auch weitere Beispiele für Mechanismen, um die Ionendichte und/oder Ionenenergie in der Plasmabehandlungskammer zu erhöhen. Unter Bezugnahme auf 7 kann die HF-Stromversorgung 710 zusätzlich oder alternativ so konfiguriert werden, daß die Vorspannung zu dem ESC-Scheibenhalter 712 zum Vergrößern der Ionenenergie erhöht wird, damit die Ätzung mehr anisotrop wird. Zusätzlich oder alternativ kann die veränderliche Ionenabschirmung 704 so konfiguriert werden, daß mehr Ionen den Wafer 706 erreichen können, d.h. durch Bewegen der veränderlichen Ionenabschirmung 704 aus dem Weg heraus, damit die Ätzung mehr anisotrop wird. Zusätzlich oder alternativ kann die veränderliche Abschirmung 702 gegen elektrische Felder von Masse entkoppelt oder erdfrei gemacht werden, um das Ausmaß der kapazitiven Koppelung zu erhöhen und dadurch in der Kammer 604 mehr Ionen zu erzeugen. Das Ergebnis der ionenunterstützten Ausnehmungsätzung ist in 9 gezeigt.

Beispiel

Bei einem Beispiel ein 200 mm-Wafer mit einer 300 nm (3000 Angstrom)-dicken Polysiliziumschicht darauf, angeordnet über eine Siliziumnitridschicht und in einen 8 Mikrometer tiefen Graben (mit einem Seitenverhältnis von 32:1. Das Polysilizium ist in den Graben bis auf eine Tiefe von 1,5 +/– 0,2 Mikrometer ausgenommen.

Die nachfolgende Tabelle 1 veranschaulicht die ungefähren Werten, die sich zum Durchführen der im wesentlichen isotropen Planarisierungsätzung und der ionenunterstützten Ausnehmungsätzung des Polysiliziums auf einem derartigen Wafer eignen. Man beachte, daß die dargestellten Werte zur Verwendung in dem System CDE 80 von Shibaura, erhältlich von Shibaura Corporation of Japan, optimiert sind. Die Optimierung der offengelegten Werte für eine Eignung für die Anforderungen verschiedener Werkzeuge liegt innerhalb der Fähigkeiten des Fachmanns, der diese Offenbarung erhält.

TABELLE 1

Wie man anhand des oben Gesagten erkennen kann, eliminiert die Erfindung vorteilhafterweise den teuren chemisch-mechanischen Polierschritt (und das erforderliche Werkzeug dafür). Dementsprechend werden CMP-betreffende Probleme der Planarisierungs-/Ausnehmungsätzungssequenz nach dem Stand der Technik vorteilhafterweise eliminiert. Beispielsweise wurde der in 2 gezeigte CMP-induzierte Einwölbungseffekt eliminiert, wenn der CMP-Ätzschritt durch die im wesentlichen isotrope Planarisierungsätzung substitutiert wird. Durch das Fehlen des Einwölbungsphänomens wird die Ätztiefensteuerunq in der darauffolgenden Ausnehmungsätzung verbessert.

Durch die Eliminierung des CMP-Schritts wird auch die Erosion der Siliziumnitridschicht auf ein Minimum reduziert, da die im wesentlichen isotrope Planarisierungsätzung mit wenigen Ionen gegenüber Siliziumnitrid eine größere Selektivität aufweist als der CMP-Planarisierungsätzschritt nach dem Stand der Technik. Da die Nitridschicht nicht länger als eine Ätzstoppschicht für das chemisch-mechanische Polieren verwendet wird, kommt es zu weniger Abnutzung bei der Siliziumnitridschicht. Dies ist bei Anwendungen von größerer Wichtigkeit, bei denen mehrere Planarisierungs-/Ausnehmungsätzungssequenzen durchgeführt werden müssen, zum Beispiel bei der Herstellung von Grabenkondensatoren für DRAMs.

Wie erwähnt, wird durch die Verwendung einer einzigen Plasmabehandlungskammer, um sowohl die Planarisierungsätzung als auch die ionenunterstützte Ausnehmungsätzung durchzuführen, die Waferprozeßzeit vorteilhafterweise reduziert, da der Wafer nicht länger von einem Werkzeug zum nächsten bewegt werden muß. Bei mehreren Planarisierungs-/Ausnehmungsätzungssequenzanwendungen kann die Zeiteinsparung erheblich sein.

Zusätzlich minimiert die Verwendung eines ionenunterstützten Ausnehmungsätzungsschritts zum Ausnehmen der Polysiliziumsäule vorteilhafterweise die Verstärkung von Säumen oder Lücken in Polysilizium. Die Zunahme der Ionendichte bei dem Schritt des ionenunterstützten Ausnehmungsätzens vergrößert die Direktionalität der Ätzung, wodurch seitliche Angriffe auf Säume oder Lücken minimiert werden, und dadurch wird eine verbesserte Ätztiefensteuerung erreicht.

Da der ionenunterstützte Ausnehmungsätzungsschritt einen Ionendichte- und/oder Ionenenergiepegel verwendet, der niedriger ist als der während der RIE-Ausnehmungsätzung nach dem Stand der Technik verwendete Pegel, erfährt der Wafer während des ionenunterstützten Ausnehmungsätzungsschritts weniger Bombardierung. Durch die reduzierte Bombardierung wird die Ätzung vorteilhafterweise weniger physikalisch und selektiver gegenüber Siliziumnitrid als die RIE-Ausnehmungsätzung nach dem Stand der Technik. Durch einen geringeren Ionenenergie- und/oder Ionendichtepegel wird zudem auch die Möglichkeit einer Bauelementbeschädigung aufgrund des Ladens während der ionenunterstützten Ausnehmungsätzung auf ein Minimum reduziert.

Weenngleich die vorliegende Erfindung in Form mehrerer Ausführungsformen beschrieben worden ist, existieren Änderungen, Permutationen und Äquivalente, die in den Schutzbereich der Ansprüche fallen. Es sei angemerkt, daß die Planarisierungs-/Ausnehmungsätzungssequenz hier zur Erleichterung der Erörterung verwendet wird, die Erfindung aber auch auf jede Prozeßsequenz angewendet werden kann, die zwei aufeinanderfolgende Ätzungen erfordert, von denen eine mehr isotrop ist als die andere. Beispielsweise kann die Erfindung dafür eingesetzt werden, um eine Grabenätzung und danach ein Photolackablösen in einer einzigen Plasmabehandlungskammer durchzuführen. Als weiteres Beispiel kann die Erfindung dafür verwendet werden, eine Lackplanarisierung und -ausnehmung vorzunehmen. Als weiteres Beispiel kann die Erfindung zum Ausbilden von Polysiliziumpfosten auf einem Wafer verwendet werden. Es ist deshalb beabsichtigt, daß die folgenden beigefügten Ansprüche so ausgelegt werden sollen, daß sie alle derartigen Änderungen, Permutationen und Äquivalente beinhalten, die in den eigentlichen Erfindungsgedanken und Schutzbereich der vorliegenden Ansprüche fallen.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zum Durchführen einer Planarisierungsätzung und einer Ausnehmungsätzung einer ersten Schicht auf einem Halbleiterwafer in einer HF-basierten Plasmabehandlungskammer, umfassend:

    Plazieren des Halbleiterwafers mit einem darin ausgebildeten Graben in der Plasmabehandlungskammer;

    Abscheiden der ersten Schicht über einer Oberfläche des Halbleiters und in den Graben;

    Durchführen der Planarisierungsätzung, um die erste Schicht in der Plasmabehandlungskammer im wesentlichen zu planarisieren, wobei die Planarisierungsätzung mit einem ersten Ionendichtepegel ausgeführt wird; und nachfolgendes Ausführen, wobei die Plasmabehandlungskammer verwendet wird, der Ausnehmungsätzung an der ersten Schicht, um die erste Schicht im Graben auszunehmen, wobei die Ausnehmungsätzung mit einem zweiten Ionendichtepegel in der Plasmabehandlungskammer ausgeführt wird, wobei der zweite Ionendichtepegel höher ist als der erste Ionendichtepegel, dadurch gekennzeichnet, daß eine veränderliche Abschirmung der Plasmabehandlungskammer gegen elektrische Felder eingestellt wird, um einen Pegel des Eindringens eines elektrischen Felds in die Plasmabehandlungskammer zu erhöhen, wodurch der zweite Ionendichtepegel erzeugt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Schicht eine Polysiliziumschicht darstellt.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Oberfläche eine Siliziumnitridschicht enthält, wobei die Siliziumnitridschicht unter der Polysiliziumschicht vor der Abscheidung angeordnet wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Graben einen Graben zum Ausbilden eines Grabenkondensators darstellt.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Plasmabehandlungskammer eine induktiv gekoppelte Plasmabehandlungskammer darstellt.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei bei der Planarisierungsätzung und der Ausnehmungsätzung CF4 verwendet wird.
Es folgen 5 Blatt Zeichnungen






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