DE10005804A1 - Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, sowie durch dieses Verfahren hergestellter Halbleitersensor für eine physikalische Grösse - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, sowie durch dieses Verfahren hergestellter Halbleitersensor für eine physikalische Grösse

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Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, mit welchem ein Graben wirksam ausgebildet werden kann, welcher ein hohes Streckungsverhältnis hat, wobei das Verfahren relativ einfache Schritte aufweist. Ein anfänglicher Graben oder Ausgangsgraben (4) wird durch reaktives Ionenätzen unter Verwendung einer Oxidfilmmaske (2) als Ätzmaske in einem Siliziumsubstrat (1) ausgebildet. Nach Ausbilden eines schützenden Oxidfilms (11) an einer inneren Seitenwand des Grabens wird ein Teil des schützenden Oxidfilms an der Stelle der Bodenfläche des Grabens durch reaktives Ionenätzen entfernt, so daß ein Weiterätzen des Siliziumsubstrates durch die Bodenfläche des Grabens erfolgen kann. Der Schritt des Ausbildens des schützenden Oxidfilms und der Schritt des erneuten Ätzens der Bodenfläche des Grabens werden wiederholt durchgeführt, so daß schließlich die Tiefe des Grabens eine bestimmte Tiefe erreicht. Die einzelnen Schritte werden in einer gemeinsamen Kammer unter Verwendung von Plasma (3) durchgeführt, welches durch Umschalten zwischen in die Kammer einzubringenden Gasen prozeßgesteuert wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Her­ stellung einer Halbleitervorrichtung, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 bzw. 7 bzw. 13, sowie einen durch derar­ tige Verfahren hergestellten Halbleitersensor für eine phy­ sikalische Größe, nach dem Oberbegriff des Anspruches 23 bzw. 24. Insbesondere befaßt sich die vorliegende Erfindung mit einem Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervor­ richtung, welche einen Graben hat.
Für gewöhnlich ist der Erkennungsabschnitt zur Erken­ nung einer physikalischen Größe eines Sensors für eine phy­ sikalische Größe, beispielsweise eines Halbleiter-Beschleu­ nigungssensors oder eines Halbleiter-Winkelgeschwindig­ keitssensors aus einer träger- oder auslegerartigen Struk­ tur mit kleiner oder feiner Kammform (nachfolgend Kamm­ struktur genannt) gefertigt, die auf einem Substrat ausge­ bildet ist. Da die Kammstruktur oder kammförmige Struktur so ausgebildet ist, daß die physikalische Größe auf dem We­ ge einer elektrostatischen Kraft erfaßt wird, ist es not­ wendig, einen Abstand zwischen jeder Kammform eng zu machen und die Dicke einer jeden Kammform groß zu machen, um den Sensor zu verkleinern und um eine hohe Erkennungsleistung zu erhalten. Diese Art von Kammstruktur wird für gewöhnlich durch Ausbilden einer Maske auf dem Substrat und durch Trockenätzen des Substrates durch die Maske hindurch gebil­ det. Somit ist es notwendig, ein Schlankheits- oder Streckungsverhältnis, welches die Tiefe eines Grabens rela­ tiv zu einer Öffnungsgröße oder -breite des Grabens ist, während der Grabenherstellung durch einen Ätzvorgang groß zu machen.
Es besteht jedoch eine Einschränkung von Seiten der Prozeßtechnologie her, wenn das Streckungsverhältnis des Grabens groß gemacht wird. Genauer gesagt, im Falle eines normalen Trockenätzens schreitet das Ätzen allmählich in Tiefenrichtung des Grabens von einer Oberfläche des Substrates in den Graben hinein fort, ungeachtet wie hoch die Anisotropie von anisotropem Ätzen (bei welchem eine Ätzrate in Vertikalrichtung des Substrates höher als in die anderen Richtungen ist) gemacht wird. Wenn somit das Ätzen über eine lange Zeitdauer hinweg durchgeführt wird, kann die Querschnittsform des Grabens V-förmig werden, da die Grabenbreite allmählich vergrößert wird, so daß das Streckenverhältnis bei einem bestimmten Grad an seine Gren­ zen gelangt. Eine Gegenmaßnahme zur Beseitigung dieses Nachteils ist in der US-PS 5,501,893 beschrieben. Bei die­ sem US-Patent wird eine Trockenätzungs-Technologie verwen­ det, bei der zwei Schritte, nämlich 1. Plasmaätzen mit ho­ her Anisotropie und 2. Abscheiden eines Dünnfilms auf Poly­ merbasis abwechselnd durchgeführt werden.
Bei dieser Technologie wird im Schritt des Abscheidens eines Dünnfilmes ein Dünnfilm auf Polymerbasis auf jeder Seitenwand eines jeden der geätzten Gräben aufgebracht, so daß der Dünnfilm als Schutzfilm wirkt und verhindert, daß die Seitenwand des Grabens während des danach durchgeführ­ ten Plasmaätzens durch einen Ätzangriff abgetragen wird. Auf diese Weise kann verhindert werden, daß die Öffnung des Grabens in Richtung Öffnungsbreitenrichtung abgeätzt wird, so daß eine obere Grenze des Steckungsverhältnisses der Grabenform im Vergleich zum normalen Trockenätzen verbes­ sert wird. Im Falle eines Dünnfilmes auf Polymerbasis wird jedoch die Grabenweite ebenfalls etwas vergrößert, wenn auch um einen kleinen Betrag. Von daher ist es unmöglich, die Seitenwand vor einem Ätzangriff vollständig zu schüt­ zen, so daß nach wie vor eine Einschränkung hinsichtlich des Streckungsverhältnisses vorliegt. Fig. 9 der beigefüg­ ten Zeichnung zeigt die Beziehung zwischen Prozeßzeit und dem Streckungsverhältnis für den Fall, in welchem der Gra­ ben experimentell mit reaktivem Trockenätzen (RIE) in einer Trockenätzvorrichtung mit der oben beschriebenen Art und Weise bearbeitet wird. Wie sich aus Fig. 9 ergibt, über­ schreitet das Streckungsverhältnis niemals 25, selbst wenn das Ätzen über eine lange Zeitdauer hinweg durchgeführt wird.
Eine weitere Gegenmaßnahme zur Lösung des oben be­ schriebenen Problems ist in der US-PS 5,658,472 beschrie­ ben. Diese Technologie unterteilt den Ätzprozeß ebenfalls in einen Ätzschritt und in einen Schritt des Ausbildens ei­ nes Schutzfilms auf Seitenwänden eines Grabens, wobei diese beiden Schritte abwechselnd durchgeführt werden. Bei dieser Technologie wird der Schritt des Ausbildens des Schutzfil­ mes durch Abscheiden eines thermischen Oxidfilms (SiO2) in einer Kammer durchgeführt, welche unterschiedlich zu einer Kammer ist, in der das Ätzen durchgeführt wird, oder es wird ein dünner Eisfilm in einer Kammer abgeschieden, in welcher das Ätzen durchgeführt wird. Da diese Filme eine (höhere) Haltbarkeit gegenüber einem Seitenwand-Ätzen im Vergleich zum Film auf Polymerbasis haben, wird das Streckungsverhältnis im Vergleich zu Filmen auf Polymerba­ sis bei dieser Technik verbessert.
Es benötigt jedoch eine lange Zeit, das Substrat aus der Kammer zu entnehmen und den Oxidfilm auszubilden, was jedesmal dann geschehen muß, wenn der Schutzfilm abzuschei­ den ist. Weiterhin ist ein Anheben und Absenken der Substrattemperatur jedesmal notwendig. Angesichts der Pro­ zeß-Durchlaufzeiten ist diese Vorgehensweise somit nicht vorteilhaft. Weiterhin ist es notwendig, das Substrat un­ terhalb des Gefrierpunktes während des Ätzvorganges zu hal­ ten, um den Eisfilm als Schutzfilm zu verwenden, was die benötigten Vorrichtungen kompliziert macht.
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der oben be­ schriebenen Nachteile und Probleme gemacht und es ist eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung, effektiv mit re­ lativ einfachen Verfahrensschritten einen Graben auszubil­ den, der ein hohes Streckungsverhältnis hat. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist darin zu sehen, ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung zu schaffen, wobei die Halbleitervorrichtung einen Graben auf­ weist, dessen Streckungsverhältnis problemlos erhöht werden kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die vorliegende Er­ findung die in den Ansprüchen 1 bzw. 7 bzw. 13 bzw. 23 bzw. 24 angegebenen Merkmale vor, wobei die jeweiligen Unteran­ sprüche vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum In­ halt haben.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird so­ mit ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrich­ tung geschaffen, mit den folgenden Schritten: einem Substrateinbringschritt zum Einbringen eines Halbleiter­ substrates mit einer Maske hierauf in eine Kammer; einem Grabenausbildungsschritt zum Ausbilden eines Grabens in dem Halbleitersubstrat unter Verwendung von reaktivem Ionenät­ zen unter Anwendung der Maske; einem Schutzfilmausbildungs­ schritt zum Ausbilden eines Schutzfilms an einer inneren Oberfläche oder Innenoberfläche des Grabens; und einem Bo­ denflächenätzschritt zum Ätzen eines Teiles des Schutzfil­ mes, der an einem Bodenabschnitt des Grabens angeordnet ist und zum Ätzen des Halbleitersubstrates durch den Bodenab­ schnitt des Grabens unter Verwendung von reaktivem Ionenät­ zen, um den Graben zu vertiefen, wobei der Grabenausbil­ dungsschritt, der Schutzfilmausbildungsschritt und der Bo­ denflächenätzschritt mittels eines Plasmas von Gas durchge­ führt werden, das in die Kammer eingebracht worden ist, wo­ bei abhängig von jedem dieser Schritte die Art des Gases geändert wird, und wobei ein Satz bestehend aus Schutzfilm­ ausbildungsschritt und Bodenflächenätzschritt wiederholt durchgeführt wird, um den endgültigen Graben zu bilden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren gemäß obiger Erläu­ terung wird, nachdem ein Anfangsgraben oder anfänglicher Graben in dem Grabenausbildungsschritt ausgebildet worden ist, an der inneren Oberfläche des Ausgangsgrabens ein Schutzfilm ausgebildet. Danach wird reaktives Ionenätzen durchgeführt. In diesem Fall wird der Schutzfilm auf der Bodenfläche des Grabens vor der Entfernung von der Seiten­ wand oder inneren Oberfläche des Grabens aufgrund der An­ isotropie des Ätzens entfernt. Sodann wird das Ätzen in Tiefenrichtung des Grabens weitergeführt. Durch wiederhol­ tes Durchführen dieser Schritte kann verhindert werden, daß die Öffnungsweite oder Öffnungsbreite des Grabens vergrö­ ßert wird, so daß sich ein hohes Streckungsverhältnis er­ reichen läßt.
Da weiterhin diese Schritte dadurch durchgeführt wer­ den, daß der Gastyp geändert wird, der in die Kammer einge­ bracht wird, wobei die Änderung des Gastypes von den durch­ geführten Schritten abhängt, läßt sich das Verfahren ver­ einfachen, da es nicht notwendig ist, daß Halbleiter­ substrat aus der Kammer zu entnehmen, um den Schutzfilm auszubilden und es weiterhin nicht notwendig ist, die Tem­ peratur des Halbleitersubstrates wiederholt anzuheben und abzusenken.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ergibt sich ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiter­ vorrichtung, mit den folgenden Schritten: einer Mehrzahl von ersten Schritten, wobei jeder erste Schritt aufweist: einen Grabenausbildungsschritt zum Ausbilden eines Grabens in dem Halbleitersubstrat unter Verwendung von reaktivem Ionenätzen; und einen ersten Schutzfilmausbildungsschritt zum Ausbilden eines Polymerfilms als ersten Schutzfilm an einer inneren Oberfläche des Grabens; und einem zweiten Schritt, mit einem zweiten Schutzfilmausbildungsschritt zur Ausbildung eines zweiten Schutzfilmes mit hoher Haltbarkeit gegenüber einem Ätzangriff im Vergleich zu dem Polymerfilm an der inneren Seitenwand oder Oberfläche des Grabens, wo­ bei der zweite Schutzfilmausbildungsschritt nach jedem der Mehrzahl von ersten Schritten durchgeführt wird, wobei ein Satz aus der Mehrzahl der ersten Schritte und der zweite Schritt wiederholt durchgeführt wird, um einen endgültigen Graben zu bilden.
Bei dem soeben genannten Verfahren läßt sich die Halt­ barkeit gegenüber einem lateral oder seitlich fortschrei­ tenden Ätzen dadurch erhöhen, daß die Seitenwand (-wände) oder innere Oberfläche des Grabens mit dem ersten und zwei­ ten Schutzfilm bedeckt wird. Daher kann ein Ätzfortschritt in Tiefenrichtung des Grabens, wo nur ein Polymerfilm aus­ gebildet und dann von der Bodenfläche des Grabens entfernt wird, minimiert werden. Somit läßt sich verhindern, daß die Breite des Grabens ansteigt und der Ätzvorgang aufgrund ei­ ner schrägen Form der Grabenwände endet.
Weitere Einzelheiten, Aspekte und Vorteile der vorlie­ genden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Be­ schreibung von Ausführungsformen anhand der Zeichnung.
Es zeigt:
Fig. 1A bis 1E jeweils Schnittdarstellungen zur Erläu­ terungen von Schritten beim Ausbilden eines Grabens gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 schematisch eine Kammer, in der der Schritt des Grabenausbildens gemäß der ersten Ausführungsform durch­ führbar ist;
Fig. 3 eine Schnittdarstellung durch eine Halbleiter­ vorrichtung nach der Durchführung des Grabenausbildungs­ schrittes gemäß der ersten Ausführungsform;
Fig. 4 eine Schnittdarstellung eines Grabenausbildungs­ schrittes gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorlie­ genden Erfindung;
Fig. 5 und 6 graphische Darstellungen, in welchen ana­ lytische Ergebnisse an einer Silizium-Substratoberfläche dargestellt sind, welche mittels XPS (Röntgenstrahlen-Foto­ elektronen-Spektroskopie) erhalten wurden;
Fig. 7A bis 7E jeweils Schnittdarstellungen zur Erläu­ terung des Ablaufes eines Grabenausbildungsschrittes gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 8 eine schematische Darstellung einer Kammer, in welcher der Grabenausbildungsschritt gemäß der dritten Aus­ führungsform durchführbar ist; und
Fig. 9 eine graphische Darstellung zur Erläuterung ei­ ner Beziehung zwischen Ätzzeit und Streckungsverhältnis, wenn ein Graben gemäß des Standes der Technik ausgebildet wird.
In den einzelnen Figuren der Fig. 1 ist ein Grabenaus­ bildungsschritt gemäß einer ersten Ausführungsform darge­ stellt, wobei die vorliegende Erfindung dafür angewendet wird, in einer Halbleitervorrichtung einen Graben auszubil­ den. Dieser Grabenausbildungsschritt gemäß der ersten Aus­ bildungsform wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 1A bis 1E näher erläutert.
In Fig. 1A dargestellter Schritt
Ein Oxidfilm (SiO2) wird auf einem Siliziumsubstrat 1 (Si) ausgebildet. In einem bestimmten Bereich, d. h. in ei­ nem Bereich, in welchem ein Graben auszubilden ist, wird der Oxidfilm teilweise geöffnet oder entfernt, um eine Oxidfilm-Maske 2 zu bilden. Im Ergebnis wird ein Bereich freigelegt, in welchem das Si-Substrat 1 zu ätzen ist.
Danach wird das Si-Substrat 1 in eine Kammer gebracht. Fig. 2 ist eine schematische Darstellung dieser Kammer. Die Kammer 21, welche als Vakuum- oder Unterdruckkammer ausge­ bildet ist, weist einen Gaseinbringeinlaß oder Gaseinlaß 22 und einen Abgas-Auslaß oder Gasauslaß 23 auf. Der Gaseinlaß 22 ist mit Gasleitungen 22a, 22b und 22c verbunden, um eine Mehrzahl von unterschiedlichen Gasarten zuzuführen. Die An­ zahl von Gasleitungen entspricht der Anzahl von einzubrin­ genden Gasarten. Jede der Gasleitungen 22a, 22b und 22c weist ein Ventil 24a, 24b und 24c auf, um das Einbringen eines jeden Gases in die Kammer 21 steuern zu können. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind drei Gasleitungen 22a, 22b und 22c mit dem Gaseinlaß 22 verbunden, wobei eine Gasleitung Sauerstoffgas (O2), eine weitere Gasleitung Ar­ gongas (Ar) und die dritte Gasleitung ein Ätzgas führt.
Zwei Elektroden 26a und 26b, welche in Verbindung mit Hochfrequenz-Energieversorgungen 25a und 25b sind, sowie eine Masseelektrode 27, welche der Elektrode 26a gegenüber­ liegt, sind in der Kammer 21 angeordnet. Auf diese Weise wird eine zugeführte HF-Energie an dem Si-Substrat 1 ange­ legt oder auf dieses aufgebracht.
Das Si-Substrat 1 wird in der so aufgebauten Kammer 21 auf der Elektrode 26a angeordnet. Nachfolgend wird der Va­ kuum- oder Unterdruckgrad in der Kammer über den Gasauslaß 23 unter Verwendung einer Vakuumpumpe ausreichend erhöht. Danach wird jedes der in Frage stehenden Gase über den Gas­ einlaß 22 in die Kammer eingebracht und über den Gasauslaß 23 abgeführt, so daß der in der Kammer 21 herrschende Druck der eingebrachten Gase konstant gehalten wird. Danach wird das elektrische HF-Feld von den HF-Energieversorgungen 25a und 25b zugeführt, so daß in dem eingebrachten Gas ein Plasma erzeugt wird. Hierbei wird die Art oder der Typ des in die Kammer 21 eingebrachten Gases entsprechend über die Ventile 24a, 24b und 24c zu jedem Schritt gemäß den Fig. 1B bis 1E umgeschaltet.
In Fig. 1B dargestellter Schritt
Nachfolgend wird das Ätzgas durch Öffnen der Gasleitung 22a zum Einbringen des Ätzgases und durch Schließen der an­ deren beiden Gasleitungen 22b und 22c in die Kammer ge­ führt. In dieser nun herrschenden Atmosphäre wird ein er­ stes Grabenätzen an dem Substrat unter Verwendung der Oxid­ film-Maske 2 als Maskierung durchgeführt. Dieses Trockenät­ zen wird so eingestellt oder gesteuert, daß das Si-Substrat 1 bis zu einer bestimmten Tiefe geätzt wird. Auf diese Weise wird ein anfänglicher Graben oder Ausgangsgraben 4 (Fig. 1B) im Si-Substrat 1 gebildet. Dieses Trockenätzen wird durch ein reaktives Ionenätzen (RIE = reactive ion etching) wie folgt durchgeführt: SF6, Cl2 oder dergleichen wird als Ätzgas eingebracht und in dem SF6 wird durch Anle­ gen eines entsprechenden elektrischen HF-Feldes an das SF6 in der Kammer 21 ein Plasma 3 erzeugt, so daß ein Winkel einer Seitenwand des Grabens innerhalb von 90 ± 1 Grad liegt, wobei die Beziehung zwischen Ätzzeit und Tiefe ent­ sprechend geführt wird. Wenn der Winkel des Grabens, d. h. der Grabenseitenwände auf innerhalb 90 ± 1 Grad eingestellt ist, kann verhindert werden, daß die Breite oder Weite des Grabens 4 zu- oder abnimmt.
In Fig. 1C dargestellter Schritt
Die Gasleitung 22a zum Einbringen des Ätzgases wird ge­ schlossen und die Gasleitungen 22b und 22c zum Einbringen des Ar-Gases und des O2-Gases werden unter Verwendung der Ventile 24b und 24c zugeführt, so daß das in die Kammer 21 eingebrachte Gas vom Ätzgas zu einer Mischung aus Ar-Gas und O2-Gas umgeschaltet wird, wobei das Si-Substrat 1 in der Kammer 21 verbleibt. Nachfolgend wird in der Mischung aus Ar-Gas und O2-Gas ein Plasma 5 durch Anlegen des elek­ trischen HF-Feldes an die Gasmischung erzeugt. Reaktions­ produkte 8, welche sich an der Seitenwand bzw. den Seiten­ wänden des Grabens (d. h. der inneren Oberfläche) während des Ätzens im Schritt von Fig. 1B niedergeschlagen haben, werden durch Sauerstoffionen oder eines Sputter-Effekts aufgrund von Sauerstoffradikalen 6 und Ar-Ionen 7 durch Be­ arbeitung des Si-Substrates 1 in der Plasmaatmosphäre ent­ fernt. Diese Reaktionsprodukte umfassen sämtliche Nieder­ schläge oder Abscheidungen an den Seitenwänden, welche sich aufgrund einer reziproken Wirkung oder Reaktion zwischen den Seitenwänden des Grabens 4 und dem Plasma während des Ätzens ergeben haben. Durch Entfernung der Reaktionsproduk­ te 8 kann ein Si-Teil an einer inneren Oberfläche des Gra­ bens freigelegt werden.
In Fig. 1D dargestellter Schritt
Nachfolgend wird nur die Gasleitung 22b zum Einbringen des O2-Gases durch Ansteuerung der Ventile 24a, 24b und 24c geöffnet, so daß nur das O2-Gas in die Kammer 21 geführt wird. Durch Anlegen des elektrischen HF-Feldes an die Kam­ mer 21 wird nachfolgend ein O2-Plasma erzeugt. Ein Oxid- Schutzfilm (SiO2) 11 wird an den Seitenwänden des Grabens 4 durch Wirkung von Sauerstoffionen 10 (oder Sauerstoffradi­ kalen) ausgebildet, wenn das Si-Substrat 1 in dieser Plas­ maatmosphäre bearbeitet wird.
In Fig. 1E dargestellter Schritt
Nachfolgend wird nur die Gasleitung 22a zum Einbringen des Ätzgases unter entsprechender Ansteuerung der Ventile 24a, 24b und 24c geöffnet, so daß das in die Kammer 21 ein­ gebrachte Gas wieder auf das Ätzgas 3 umgeschaltet wird. Nachfolgend wird wieder das elektrische HF-Feld an die Kam­ mer 21 angelegt. Auf diese Weise wird ein Teil des Oxid- Filmes 11, der an den inneren Seitenwänden des Ausgangsgra­ bens 4 und an der Bodenfläche des Ausgangsgrabens 4 gebil­ det worden ist, durch anisotropes Ätzens entfernt, so daß das Si-Substrat 1 an der Bodenfläche des Grabens 1 freige­ legt wird (der Oxid-Schutzfilm ist an der Bodenfläche des Ausgangsgrabens 4 dünner als an den Seitenwänden). Im Er­ gebnis kann ein zweiter Ätzvorgang mittels RIE an dem Si-Substrat 1 an der Bodenfläche des Grabens 4 erfolgen.
Der Ätzbetrag pro einem reaktiven Ionenätzen kann da­ durch gesteuert werden, daß entweder die Ätztiefe oder die Ätzzeit überwacht werden, so daß der Oxid-Schutzfilm 11, der vor dem reaktiven Ionenätzen ausgebildet worden ist, nach wie vor die gesamte Seitenwand des Grabens 4 bedeckt, auch dann, wenn das reaktive Ionenätzen abgeschlossen ist. Hierbei wird gleichzeitig ein Reaktionsprodukt an der inne­ ren Oberfläche des Grabens 4, der tiefer geworden ist, aus­ gebildet.
Danach werden die in den Fig. 1C bis 1E gezeigten Schritte, in welchen ein Oxidfilm 11 erneut an der inneren Oberfläche des Grabens 4 ausgebildet wird und das Ätzen an der Bodenfläche des Grabens 4 fortschreitet, wiederholt durchgeführt, bis der Graben 4 die gewünschte Tiefe er­ reicht hat.
Ein experimentelles Ergebnis, welches unter Verwendung der oben beschriebenen Schritte gemäß dieser Ausführungs­ form erhalten worden ist, wird nachfolgend im Vergleich mit einem experimentellen Ergebnis beschrieben, welches unter Verwendung des Verfahrens erhalten wurde, wie es in der US-PS 5,501,893 offenbart ist (nachfolgend "bekanntes Verfah­ ren" genannt). Zuerst wird ein Si-Substrat mit 15,24 cm (6 Inch) Durchmesser, welches mit einer Oxidfilm-Maske gemu­ stert ist, wie beim bekannten Verfahren unter Verwendung einer RIE-Vorrichtung geätzt. Wenn ein Standardätzen für 18 Minuten und 45 Sekunden durchgeführt wird, beträgt in einem Abschnitt, wo die Öffnungsbreite der Maske 0,5 µm beträgt, die Grabentiefe 12,3 µm, die Öffnungsbreite des Grabens 0,74 µm und das Streckungsverhältnis 16,6. Wenn jedoch das Ätzen unter Verlängerung der Ätzzeit weiter durchgeführt wird, nimmt die Grabenbreite allmählich zu. Wenn beispiels­ weise das Ätzen 70 Minuten lang durchgeführt, beträgt die Grabentiefe 22,1 µm, die Grabenbreite 0,91 µm und das Streckungsverhältnis 24,3. Mit anderen Worten, das Streckungsverhältnis nähert sich einem End- oder Grenzwert an. Rechnerisch läßt sich ermitteln, daß das Streckungsver­ hältnis seinen Grenzwert bei annähernd 25 hat, selbst dann, wenn die Ätzzeit noch weiter verlängert wird.
Die Schritte gemäß den Fig. 1A bis 1E der erfin­ dungsgemäßen Ausführungsform werden demgegenüber so durch­ geführt, daß das Si-Substrat 1 unter den gleichen Ätzbedin­ gungen wie beim bekannten Verfahren und unter zur Hil­ fenahme der gleichen RIE-Vorrichtung wie im bekannten Ver­ fahren durchgeführt wird. Danach werden die in den Fig. 1A bis 1E gezeigten Schritte erneut durchgeführt, um den Graben 4 zu bilden. Hierbei erfolgt das Plasmaätzen gemäß der Fig. 1B und 1E zehn Minuten lang, so daß die gesamte Ätzzeit 30 Minuten beträgt. Mit anderen Worten, der Graben 4 wird durch zwei Schritte gebildet, in welchen der Oxid- Schutzfilm 11 zweimal an der inneren Oberfläche des Grabens ausgebildet wird.
Im Ergebnis beträgt in einem Abschnitt, wo die Öff­ nungsbreite der Maske 0,5 µm beträgt, die Grabentiefe 19,4 µm, die Öffnungsbreite des Grabens 0,58 µm und das Streckungsverhältnis 33,4. Somit kann das erfindungsgemäße Verfahren dieser Ausführungsform einen Graben erzeugen, der im Vergleich zum bekannten Verfahren ein weitaus höheres Streckungsverhältnis hat. Mit anderen Worten, bei der er­ findungsgemäßen Ausführungsform kann verhindert werden, daß sich die Öffnungsbreite des Grabens während des Ätzens er­ höht (Ätzangriff in Richtung der Breite), indem der Oxid- Schutzfilm an der inneren Oberfläche des Grabens 4 ausge­ bildet wird.
Wie oben beschrieben, wird der Oxid-Schutzfilm 11, der verhindert, daß sich die Grabenbreite während des Plasmaät­ zens zur Ausbildung des Grabens erhöht, wiederholt ausge­ bildet. Somit kann ein Graben mit hohem Streckungsverhält­ nis durch im Vergleich zum bekannten Verfahren einfache Verfahrensschritte ausgebildet werden.
Als Ergebnis dieses Grabenausbildungsschrittes erhält das Si-Substrat 1 eine Kammform, indem es mit einem bestimm­ ten Muster mehrfach unterteilt wird, so daß sich eine Halb­ leitervorrichtung, beispielsweise ein Halbleiter-Beschleu­ nigungssensor, ein Halbleiter-Winkelgeschwindigkeitssensor oder dergleichen herstellen läßt, die einen Erkennungsab­ schnitt für eine physische Größe hat, welche eine kammför­ mige Struktur aufweist.
Nachfolgend wird eine zweite Ausführungsform der vor­ liegenden Erfindung beschrieben. Bei dieser Ausführungsform sind ein Reaktionsprodukt-Entfernungsschritt (gemäß Fig. 1C der ersten Ausführungsform) bei dem das Plasma in der Mi­ schung aus Ar-Gas und O2-Gas verwendet wird und der Ausbil­ dungsschritt des Oxid-Schutzfilmes (Fig. 1D der ersten Aus­ führungsform) unter Verwendung des O2-Plasmas durch einen Reaktionsprodukt-Entfernungsschritt und eine Oxidation der inneren Oberfläche des Grabens unter Verwendung von Sauer­ stoff ersetzt, welcher durch UV-Strahlen (ultraviolettes Licht) angeregt wird. In Fig. 4 ist diese Vorgehensweise gezeigt. Es sei hier festzuhalten, daß die Schritte der Fig. 1A, 1B und 1E gemäß der ersten Ausführungsform im we­ sentlichen nochmals durchgeführt werden, so daß eine noch­ malige Erläuterung nicht erfolgt.
Gemäß Fig. 4 werden UV-Strahlen 14 auf das Si-Substrat 1 in der Kammer 21 gemäß Fig. 2 mit strömendem Sauerstoff­ gas hierin gerichtet. Sauerstoffmoleküle 15, welche sich im Bereich der inneren Oberfläche des Grabens 4 befinden, wer­ den durch die UV-Strahlen 14 angeregt und in Ozon (O3), ei­ nen Radikal-Zustand oder den Ionen-Zustand umgewandelt. In diesen Zuständen sind die Sauerstoffmoleküle 15 chemisch hoch aktiv und es kann mit ihnen leicht eine Oxidation durchgeführt werden. Wenn die Sauerstoffmoleküle 15 unter derartigen Bedingungen auf die innere Oberfläche des Gra­ bens 5 auftreffen, wird das Reaktionsprodukt (beispielsweise ein Film auf Polymerbasis) abgelöst und in den gasförmigen Zustand übergeführt und das Reaktionspro­ dukt wird so entfernt. Weiterhin wird ein Oxidfilm (SiO2) 16 an der inneren Oberfläche des Grabens 4 aufgrund einer Oxidation der freiliegenden Siliziumoberfläche des Grabens 4 ausgebildet.
Die Auswirkungen des Verfahrens gemäß der zweiten Aus­ führungsform werden nachfolgend anhand eines experimentel­ len Ergebnisses erläutert.
Fig. 5 ist eine graphische Darstellung, in der analyti­ sche Ergebnisse einer Silizium-Substratoberfläche darge­ stellt sind, wie sie durch XPS (X-ray photoelectron spectroscopy = Röntgenstrahl-Fotoelektronen-Spektroskopie) erhalten wurden. Bei dieser Untersuchung wird eine Probe dadurch erzeugt, daß absichtlich ein Reaktionsprodukt abge­ schieden wird, welches an der inneren Oberfläche des Gra­ bens 4 anhaftet und welches ein Dünnfilm auf Polymerbasis ist, oder aber welches auf der gesamten Oberfläche des Si-Substrates ausgebildet wird. Mit XPS werden vorhandene Kom­ ponenten und Kombinationsarten gemessen. Beim Ergebnis er­ scheinen Spitzen für Kohlenstoff (C) und Fluor (F) mit ho­ hen Intensitäten. Es zeigt sich, daß die Oberfläche des Si-Substrates mit einem Film bedeckt ist, der hauptsächlich aus einer C-F-Verbindung besteht, d. h., einem Film auf Po­ lymerbasis.
Demgegenüber zeigt Fig. 6 eine graphische Darstellung von Untersuchungsergebnissen an einer Siliziumsubstrat- Oberfläche mittels XPS. Bei dieser Untersuchung wird nach Bestrahlen des Substrates, welches auf gleiche Weise wie dasjenige von Fig. 5 ausgebildet worden ist, wobei Sauer­ stoffgas zur Anwendung gelangte, die Oberfläche des Substrates mittels XPS untersucht. Beim Ergebnis zeigt sich, daß die Spitzenwerte betreffend Kohlenstoff (C) und Fluor (F) niedriger werden und eine Spitze für Sauerstoff (O) anstelle hiervon mit hoher Intensität auftritt. Der Spitzenwert für Silizium (Si) wird ebenfalls hoch. Es kann somit gefolgert werden, daß sich ein Oxidfilm 16 (SiO2) auf der Oberfläche des Substrates nach Entfernung des Polymer­ filmes ausgebildet hat. Wenn gemäß obiger Beschreibung die UV-Strahlen mit strömendem Sauerstoffgas verwendet werden, tritt an der inneren Oberfläche des Grabens eine starke Oxidationswirkung ein, so daß das an der inneren Oberfläche des Grabens haftende Reaktionsprodukt entfernt und anstelle hiervon ein Oxidfilm ausgebildet wird. Um den Bestrahlungs­ schritt mit ultravioletter Strahlung durchzuführen, kann das Sauerstoffgas 13 durch die Kammer 21 gemäß Fig. 2 strö­ men, wobei die UV-Strahlen 14 von der Kammeraußenseite her durch ein Fenster aus Silikatglas eingebracht werden oder indem die UV-Strahlen 14 von der Kammeraußenseite her über einen Lichtleiter oder dergleichen direkt eingebracht wer­ den.
Weiterhin können die UV-Strahlen 14 in eine andere Kam­ mer eingebracht werden, welche mit der Ätzkammer 21 in Ver­ bindung steht, wobei das Sauerstoffgas 13 entsprechend ge­ führt wird und wobei das Si-Substrat von der Ätzkammer 21 in die andere Kammer bewegt wird. Da die Kammern miteinan­ der in Verbindung stehen, ist diese Vorgehensweise immer noch effektiv im Vergleich zu dem Fall, indem das Si-Substrat 1 aus der Kammer 21 entnommen und in einer separa­ ten Oxidationsvorrichtung oxidiert wird.
Wenn der Ätzschritt wiederholt wird, wobei der Ausbil­ dungsschritt für den Schutzfilm zwischengeschaltet wird, wird ein vernachlässigbar kleiner Ebenensprung (Stufe) an der inneren Oberfläche des Grabens 4 erzeugt. Dieser Ab­ schnitt mit dem Ebenensprung oder der Stufe wird wie folgt erzeugt: wenn das Ätzen von dem Bodenabschnitt des Grabens 4 aus weiter fortschreitet, wird, da in diesem Abschnitt kein Schutzfilm an der Seitenwand des Grabens vorhanden ist, die Grabenbreite gegenüber der mit dem Schutzfilm be­ deckten Seitenwand etwas vergrößert. Wie bereits erwähnt, ist dieser Stufenabschnitt jedoch vernachlässigbar klein.
Eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend beschrieben. Die Fig. 7A bis 7E zeigen einen Grabenausbildungsschritt für eine Halbleitervorrich­ tung gemäß dieser Ausführungsform.
In Fig. 7A dargestellter Schritt
Der Oxidfilm SiO2 wird auf dem Siliziumsubstrat (Si) 1 ausgebildet. In einem bestimmten Bereich, d. h. einem Be­ reich, wo ein Graben auszubilden ist, wird der Oxidfilm teilweise geöffnet oder entfernt, um die Oxidfilm-Maske 2 zu bilden.
In Fig. 7B gezeigter Schritt
Das Si-Substrat 1 wird in die Kammer 21 von Fig. 2 ge­ bracht. SF6, Cl2 oder dergleichen wird als Ätzgas in die Kammer 21 gebracht. In diesem Ätzgas wird durch Anlegen ei­ nes entsprechenden elektrischen HF-Feldes ein Plasma, bei­ spielsweise ein induktiv gekoppeltes Plasma in der Kammer 21 erzeugt. Unter Verwendung dieses Plasmas wird das Gra­ benätzen mit hoher Anisotropie an dem Si-Substrat 1 durch­ geführt, so daß in dem Substrat 1 der Graben 4 ausgebildet wird. Bei diesem Ätzvorgang wird die Ätzzeit überwacht oder gesteuert, so daß das Si-Substrat 1 bis zu einer bestimmten Tiefe geätzt wird.
Nachfolgend wird entweder C4H8-Gas oder eine Gasmi­ schung aus CF4 und CHF3 in die Kammer 21 gebracht. Durch Anlegen eines passenden elektrischen HF-Feldes wird in dem C4H8 ein Plasma, beispielsweise ein induktiv gekoppeltes Plasma erzeugt. Unter Verwendung des Plasmas wird an der inneren Oberfläche des Grabens 4 ein Polymerfilm 31 als er­ ster Schutzfilm ausgebildet. Die Prozeßzeit des Polymer- Ausbildungsschrittes wird gesteuert, so daß die Dicke des Polymerfilmes 31 einen bestimmten Wert annimmt.
In den Fig. 7C bis 7E gezeigten Schritte
Danach werden der Grabenausbildungsschritt von Fig. 7A und der Polymerfilmausbildungsschritt von Fig. 7B wieder­ holt durchgeführt. Hierbei sind die Grabenätzungszeit und die Polymerfilm-Ausbildungszeit auf diejenigen Werte ge­ setzt, wie sie in den Schritten der Fig. 7A und 7B ge­ wählt worden sind. Wenn ein Satz bestehend aus Grabenaus­ bildungsschritt und Polymerfilm-Ausbildungsschritt als ein Satz definiert sei, wird in dieser Ausführungsform eine Mehrzahl von Sätzen durchgeführt. Im Ergebnis wird der Po­ lymerfilm an der Bodenfläche des Grabens 4 vor demjenigen an der Seitenwand durch die Anisotropie des Ätzangriffes während des Grabenätzungsschrittes entfernt. Danach wird der Graben allmählich vertieft, wenn das Ätzen weiterge­ führt wird. Hierbei kann verhindert werden, daß ein seitli­ cher Ätzangriff im Graben 4 erfolgt, da der Polymerfilm 31 an der Seitenwand des Grabens 4 als Schutzfilm wirkt, bis er vollständig entfernt worden ist. Es sei festzuhalten, daß die Fig. 7A bis 7E dem Schritt von Fig. 1B entspre­ chen.
In Fig. 7F gezeigter Schritt
Das an der inneren Oberfläche des Grabens 4 befindliche Reaktionsprodukt wird durch den gleichen Schritt wie in Fig. 1C entfernt. Danach wird ein Oxidfilm 32 als zweiter Schutzfilm an der inneren Oberfläche des Grabens 4 unter Verwendung des gleichen Schrittes wie in Fig. 1D ausgebil­ det.
In Fig. 7G dargestellter Schritt
Danach werden der Grabenausbildungsschritt und der Po­ lymerfilm-Ausbildungsschritt wie in den Fig. 7A bis 7E wiederholt durchgeführt. Da in diesem Schritt die Seiten­ wand des Grabens 4 aufgrund des Polymerfilms 31 geschützt ist, wird der Oxidfilm 32 an der Bodenfläche des Grabens 4 vor demjenigen an der Seitenwand entfernt. Danach erfolgt an der Bodenfläche des Grabens 4 der Ätzangriff weiter in Tiefenrichtung, indem die Aufbringung und Entfernung des Primärfilms 31 abwechselnd wiederholt wird. Demgegenüber ist an der Seitenwand des Grabens 4 der Polymerfilm 31 an dem Oxidfilm 32 als zweiter Schutzfilm abgeschieden, so daß die Seitenwand des Grabens 4 mit zwei Lagen von Schutzfil­ men bedeckt ist. Selbst wenn somit der Polymerfilm 31 wäh­ rend des Grabenätzungsschrittes entfernt wird, liegt noch der Oxidfilm 32 unter dem Polymerfilm 31, so daß das Ätzen des Grabens weiter durchgeführt werden kann, wobei die Sei­ tenwand des Grabens 4 nach wie vor geschützt ist.
Wenn beim Grabenätzen nur ein Schutzfilm, der in seit­ licher Richtung während des Ätzens Leicht abätzbar ist, verwendet werden würde, würde beim Tieferätzen des Grabens 4 der Ätzangriff auch in Seitenrichtung fortschreiten, so daß die Grabenbreite sich vergrößern würde. In einem ande­ ren Fall, indem nur ein Schutzfilm verwendet werden würde, der eine hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber einem seitlich wirkenden Ätzangriff hat, wird der Graben 4, da es schwie­ rig wird, das Ätzen an der Bodenfläche des Grabens 4 voran­ zutreiben, allmählich schräg verlaufend oder im Querschnitt V-förmig, wobei sich die Breite in Richtung Bodenfläche des Grabens 4 nach und nach verringert, so daß schließlich der Ätzvorgang ganz unterbrochen wird.
Demgegenüber wird bei der erfindungsgemäßen Ausfüh­ rungsform gemäß obiger Beschreibung der Oxidfilm 32 mit ho­ her Haltbarkeit oder Widerstandsfähigkeit gegenüber seitli­ chem Ätzangriff nur einmal für eine Mehrzahl von Grabenätz­ schritten ausgebildet. Somit kann die Widerstandsfähigkeit gegenüber seitlichem Ätzen durch Bedecken der Seitenwand des Grabens 4 mit zwei Lagen von Schutzfilmen erhöht werden und weiterhin kann der Ätzfortschritt in Tiefenrichtung des Grabens verbessert werden, indem die Bodenfläche des Grabens 4 lediglich mit dem Polymerfilm 31 bedeckt wird. Somit kann verhindert werden, daß sich die Breite des Grabens 4 ver­ größert und es kann verhindert werden, daß das Ätzen auf­ grund einer zunehmenden Verjüngung des Grabens in Tiefen­ richtung aufhört.
In Fig. 7H dargestellter Schritt
Danach wird das an der inneren Oberfläche des Grabens 4 haftende Reaktionsprodukt wie im Schritt Fig. 7F entfernt, und der Oxidfilm 32 wird als zweiter Schutzfilm an der in­ neren Oberfläche des Grabens 4 ausgebildet. Auf diese Weise wird der Oxidfilm als zweiter Schutzfilm durch Durchführung mehrerer Schritte ausgebildet, welche den Grabenätzschritt und den Polymerfilm-Ausbildungsschritt beinhalten.
In Fig. 7I dargestellter Schritt
Nachfolgend wird der Satz mit dem Grabenätzschritt und dem Polymerfilm-Ausbildungsschritt wiederholt. Die Auswir­ kung ist die gleiche wie in Fig. 7G, da die Seitenwand des Grabens 4 während des Grabenätzens mit zwei Lagen von Schutzfilmen abgedeckt ist.
Nachdem die Schritte der Fig. 7F bis 7I abhängig von der gewünschten Tiefe des Grabens 4 mehrfach wiederholt worden sind, ist schließlich der Graben 4 mit der gewünsch­ ten Tiefe ausgebildet. Wie oben beschrieben ist hierbei das Streckungsverhältnis des Grabens 4 weiter erhöht, da mit diesem Verfahren die Breite des Grabens 4 gering gehalten werden kann und verhindert werden kann, daß sich der Graben in Tiefenrichtung gesehen allmählich verjüngt.
Bei dieser Ausführungsform werden unterschiedliche Gase in dem Grabenätzschritt und dem Polymerfilm-Ausbildungs­ schritt verwendet. Es kann jedoch gemäß Fig. 8 eine Gaslei­ tung 22a' zur Ausbildung des Polymerfilmes zusätzlich bei der Kammer 21 zu der Gasleitung 22a für den Grabenätz­ schritt vorgesehen werden, so daß diese Gasleitungen 22a und 22a' in jedem Schritt umgeschaltet werden.
Nachfolgend seien noch Abwandlungen und Weiterbildungen der Erfindung erläutert.
Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen wird das an der inneren Oberfläche des Grabens 4 entstehende Reakti­ onsprodukt im Schritt gemäß Fig. 1C entfernt. Auf diesen Schritt kann jedoch verzichtet werden, wenn der Plasmaer­ zeugungszustand oder die Plasmaerzeugungsbedingungen im Schritt Fig. 1D entsprechend abgewandelt werden.
In der ersten Ausführungsform wird der Oxidfilm 11 als Schutzfilm für die Seitenwand des Grabens 4 erzeugt; an­ stelle hiervon kann jedoch auch ein Nitridfilm (SiNx) als Schutzfilm erzeugt werden. Mit dieser Abwandlung lassen sich die gleichen Ergebnisse wie in der beschriebenen er­ sten Ausführungsform erzielen.
Weitherhin wird in der dritten Ausführungsform der Oxidfilm als zweiter Schutzfilm verwendet; anstelle hiervon kann als zweiter Schutzfilm genauso gut ein Nitridfilm ver­ wendet werden. In diesem Fall wird der Nitridfilm als (zweiter) Schutzfilm durch Verwendung eines Gases, welches Stickstoff (N2) enthält, in den Schritten der Fig. 1C und 1D oder der Fig. 1F und 1H und durch Bearbeiten des Si-Substrates in einer Stickstoffplasma-Atmosphäre gebildet werden. Insbesondere in dem Fall, in welchem eine Resist­ maske anstelle der Oxidfilmmaske 2 verwendet wird kann die Resistmaske während des Oxidfilm-Ausbildungsschrittes voll­ ständig beseitigt werden. Insbesondere ist diese Abwandlung dann vorzuziehen, wenn die Resistmaske als Maskierung ver­ wendet wird, da die Resistmaske in einem Stickstoffplasma nicht beseitigt wird. In diesem Fall kann der Schritt zum Entfernen des Reaktionsproduktes von der inneren Oberfläche des Grabens 4 weggelassen werden, indem die Plasmaerzeu­ gungsbedingungen im Schritt der Fig. 1D oder 7F und 7G entsprechend modifiziert werden. Mit anderen Worten, der Oxidfilm (oder Nitridfilm) kann mit Entfernen des Reakti­ onsproduktes alleine durch das Sauerstoffplasma (oder Stickstoffplasma) gebildet werden.
Weiterhin kann im Schritt von Fig. 7F der dritten Aus­ führungsform das Reaktionsprodukt an der inneren Oberfläche des Grabens 4 entfernt werden oder die innere Oberfläche des Grabens 4 kann oxidiert werden, indem ein Sauerstoff­ gas, welches durch die UV-Strahlen angeregt worden ist, eingebracht wird und indem ein Plasma des angeregten Sauer­ stoffgases in der Kammer 21 erzeugt wird.
Weiterhin wird in der dritten Ausführungsform der Oxid­ film als zweiter Schutzfilm durch eine Mehrzahl von Sätzen ausgebildet, von denen jeder den Grabenätzprozeß und den Polymerfilmausbildungsschritt beinhaltet. Die Anzahl von Sätzen, welche zwischen jedem der zweiten Schutzfilm-Aus­ bildungsschritte durchgeführt wird, wird so bestimmt, daß die Sätze enden, bevor der Oxidfilm (oder Nitridfilm) als zweiter Schutzfilm von der Seitenwand des Grabens 4 während des Grabenätzschrittes entfernt wird. Unter Verwendung die­ ser Abwandlung ist die Seitenwand des Grabens stets gegen­ über Ätzangriffen durch den stets vorhandenen Oxidfilm (oder Nitridfilm) geschützt, so daß zuverlässig verhindert werden kann, daß sich die Breite des Grabens erhöht.
Weiterhin können die Erzeugungsbedingungen des Plasmas während des Grabenätzschrittes und des Polymerfilmausbil­ dungsschrittes entsprechend abgewandelt oder modifiziert werden, wenn der Graben 4 vertieft wird. Allgemein gesagt, wenn der Graben mit festgelegten Plasmaerzeugungsbedingun­ gen während des Grabenätzschrittes und des Polymerfilmaus­ bildungsschrittes bearbeitet wird, ändert sich der Graben allmählich in die sich verjüngende Form, da die Menge von Ätzmittel, welches an der Bodenfläche des Grabens ankommt, abnimmt. Wenn somit die Plasmabedingungen oder Plasmaerzeu­ gungsbedingungen entsprechend eingestellt und geändert wer­ den, kann verhindert werden, daß die Ätzleistung abnimmt und der Graben somit in Bodenrichtung sich verjüngt. Bei­ spielsweise kann die Beschleunigungsspannung von Ionen in Richtung des Substrates erhöht werden, wenn während des Grabenätzschrittes der Graben sich vertieft. Ähnliche Ab­ wandlungen können bei der Erzeugung von Sauerstoffplasma (oder Stickstoffplasma) während des Ausbildens des zweiten Schutzfilmes und der Prozeßzeit hiervon angewandt werden. Allgemein gesagt, je tiefer der Graben wird, um so leichter kann die Seitenwand des Grabens 4 angeätzt werden, da die auftreffenden Ionen schräg auftreffen oder aus anderen Gründen. Durch Änderung der Plasmabedingungen des Sauer­ stoff- oder Stickstoffplasmas kann somit die Seitenwand des Grabens vollständig geschützt werden. Beispielsweise können die Plasmaerzeugungsbedingungen bei tieferwerdendem Graben geändert werden, oder die Prozeßzeit kann bei tiefer wer­ dendem Graben verlängert werden, um die Ausbildung des Oxidfilms zu erleichtern.
Beschrieben wurde somit ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, mit welchem ein Graben wirksam ausgebildet werden kann, welcher ein hohes Streckungsver­ hältnis hat, wobei das Verfahren relativ einfache Schritte aufweist. Ein anfänglicher Graben oder Ausgangsgraben wird durch reaktives Ionenätzen unter Verwendung einer Oxidfilm­ maske als Ätzmaske in einem Siliziumsubstrat ausgebildet. Nach Ausbilden eines schützenden Oxidfilms an einer inneren Oberfläche des Grabens wird ein Teil des schützenden Oxid­ films an der Stelle der Bodenfläche des Grabens durch reak­ tives Ionenätzen entfernt, so daß ein Weiterätzen des Sili­ ziumsubstrates durch die Bodenfläche des Grabens erfolgen kann. Der Schritt des Ausbildens des schützenden Oxidfilmes und der Schritt des erneuten Ätzens der Bodenfläche des Grabens werden wiederholt durchgeführt, so daß schließlich der Tiefe des Grabens eine bestimmte Tiefe erreicht. Die einzelnen Schritte werden in einer gemeinsamen Kammer unter Verwendung von Plasma durchgeführt, welches durch Umschal­ ten zwischen in die Kammer einzubringenden Gasen prozeßge­ steuert wird.

Claims (24)

1. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrich­ tung, mit den folgenden Schritten:
einem Substrateinbringschritt zum Einbringen eines Halbleitersubstrates (1) mit einer Maske (2) hierauf in ei­ ne Kammer (21);
einem Grabenausbildungsschritt zum Ausbilden eines Grabens (4) in dem Halbleitersubstrat unter Verwendung von reaktivem Ionenätzen unter Anwendung der Maske;
einem Schutzfilmausbildungsschritt zum Ausbilden eines Schutzfilms (11) an einer inneren Oberfläche des Grabens; und
einem Bodenflächenätzschritt zum Ätzen eines Teiles des Schutzfilmes, der an einem Bodenabschnitt des Grabens angeordnet ist und zum Ätzen des Halbleitersubstrates durch den Bodenabschnitt des Grabens unter Verwendung von reakti­ vem Ionenätzen, um den Graben zu vertiefen, wobei
der Grabenausbildungsschritt, der Schutzfilmausbil­ dungsschritt und der Bodenflächenätzschritt mittels eines Plasmas von Gas durchgeführt werden, das in die Kammer ein­ gebracht worden ist, wobei abhängig von jedem dieser Schritte die Art des Gases geändert wird, und wobei
ein Satz bestehend aus Schutzfilmausbildungsschritt und Bodenflächenätzschritt wiederholt durchgeführt wird, um den endgültigen Graben zu bilden.
2. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrich­ tung nach Anspruch 1, wobei das während des Schutzfilmaus­ bildungsschrittes in die Kammer eingebrachte Gas Sauer­ stoffgas beinhaltet und wobei der Schutzfilm (11), der in dem Schutzfilmausbildungsschritt erzeugt wird, ein Oxidfilm ist.
3. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrich­ tung nach Anspruch 1, wobei das während des Schutzfilmaus­ bildungsschrittes in die Kammer eingebrachte Gas Stickstoff beinhaltet und wobei der Schutzfilm (11), der in dem Schutzfilmausbildungsschritt erzeugt wird, ein Nitridfilm ist.
4. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrich­ tung nach Anspruch 1, welches vor dem Schutzfilmausbil­ dungsschritt weiterhin aufweist:
einen Reaktionsproduktentfernungsschritt zur Entfer­ nung eines Reaktionsproduktes, welches durch Durchführung des reaktiven Ionenätzens erzeugt und an der inneren Ober­ fläche des Grabens niedergeschlagen wird, wobei das in die Kammer einzubringende Gas durch ein anderes Gas ersetzt wird, welches unterschiedlich zu dem während des Grabenaus­ bildungsschrittes verwendeten Gases ist und wobei ein Plas­ ma des geänderten oder anderen Gases in der Kammer erzeugt wird.
5. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrich­ tung nach Anspruch 4, wobei das in dem Reaktionsproduktent­ fernungsschritt eingebrachte Gas wenigstens ein Inertgas beinhaltet.
6. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrich­ tung nach Anspruch 4, wobei das während des Reaktionspro­ duktentfernungsschrittes eingebrachte Gas eine Gasmischung mit Argongas (Ar) und Sauerstoffgas (O2) ist.
7. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrich­ tung, mit den folgenden Schritten:
einem Substrateinbringschritt zum Einbringen eines Halbleitersubstrates (1) mit einer Maske (2) hierauf in ei­ ne Kammer (21);
einem Grabenausbildungsschritt zum Ausbilden eines Grabens (4) in dem Halbleitersubstrat unter Verwendung von reaktivem Ionenätzen unter Anwendung der Maske;
einem Schutzfilmausbildungsschritt zur Entfernung ei­ nes durch die reaktive Ionenätzung erzeugten und an einer inneren Oberfläche des Grabens niedergeschlagenen Reakti­ onsproduktes und zur Ausbildung eines Nitridfilmes als Schutzfilm (11) an der inneren Oberfläche des Grabens; und
einem Bodenflächenätzschritt zum Ätzen eines Teiles des Schutzfilmes, der an einem Bodenabschnitt des Grabens angeordnet ist und zum Ätzen des Halbleitersubstrates durch den Bodenabschnitt des Grabens unter Verwendung von reakti­ vem Ionenätzen, um den Graben zu vertiefen, wobei
der Schutzfilmausbildungsschritt in einer Sauerstoff­ gasatmosphäre durchgeführt wird, wobei ultraviolette Strah­ len in das Sauerstoffgas einstrahlen,
der Grabenausbildungsschritt und der Bodenflächenätz­ schritt mittels eines Plasmas von Gas durchgeführt werden, das in die Kammer eingebracht worden ist, und wobei
ein Satz bestehend aus Schutzfilmausbildungsschritt und Bodenflächenätzschritt wiederholt durchgeführt wird, um den endgültigen Graben zu bilden.
8. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrich­ tung nach Anspruch 1, bei dem jedes Plasma aus Gas durch einen Plasma aus Gas durch einen Plasmaausbildungsschritt erzeugt wird, wobei jeder Plasmaausbildungsschritt durch individuelles Bestimmen von Plasmaerzeugungsbedingungen und einer Prozeßzeit durchgeführt wird.
9. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrich­ tung nach Anspruch 1, wobei das in die Kammer während des Grabenausbildungsschrittes und des Bodenflächenätzschrittes eingebrachte Gas ein SF6-Gas oder Cl2-Gas enthaltendes Gas ist.
10. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrich­ tung nach Anspruch 1, wobei ein Ätzbetrag pro einem reakti­ ven Ionenätzen so gesteuert wird, daß der schützende Ni­ tridfilm, der vor dem reaktiven Ionenätzen vorhanden ist, nach wie vor die gesamte Seitenwand des Grabens nach dem reaktiven Ionenätzen bedeckt, in dem entweder die Ätztiefe oder die Ätzzeit gesteuert werden.
11. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrich­ tung nach Anspruch 1, wobei jede der Ätzzeiten beim reakti­ ven Ionenätzen im Grabenausbildungsschritt und Bodenflä­ chenätzschritt so gesteuert wird, daß ein Winkel der Sei­ tenwand des Grabens innerhalb von 90 ± 1 Grad bezüglich ei­ ner Oberfläche des Halbleitersubstrates beträgt.
12. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrich­ tung nach Anspruch 1, wobei der Grabenausbildungsschritt, der Schutzfilmausbildungsschritt und der Bodenflächenätz­ schritt jeweils in einer gemeinsamen Kammer durchgeführt werden.
13. Ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervor­ richtung, mit den folgenden Schritten:
einer Mehrzahl von ersten Schritten, wobei jeder erste Schritt aufweist:
einen Grabenausbildungsschritt zum Ausbilden eines Grabens (4) in dem Halbleitersubstrat unter Verwendung von reaktivem Ionenätzen; und
einen ersten Schutzfilmausbildungsschritt zum Ausbil­ den eines Polymerfilms (31) als ersten Schutzfilm an einer inneren Oberfläche des Grabens; und
einem zweiten Schritt, mit einem zweiten Schutzfilm­ ausbildungsschritt zur Ausbildung eines zweiten Schutzfil­ mes (32) mit hoher Haltbarkeit gegenüber einem Ätzangriff im Vergleich zu dem Polymerfilm an der inneren Oberfläche des Grabens, wobei der zweite Schutzfilmausbildungsschritt nach jedem der Mehrzahl von ersten Schritten durchgeführt wird, wobei
ein Satz aus der Mehrzahl der ersten Schritte und der zweite Schritt wiederholt durchgeführt wird, um einen end­ gültigen Graben zu bilden.
14. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrich­ tung nach Anspruch 13, wobei jeder aus der Mehrzahl der er­ sten Schritte und der zweite Schritte in einer gemeinsamen Kammer durchgeführt wird und so durchgeführt wird, daß die Gasart, welche in die Kammer eingebracht wird, abhängig von diesen Schritten geändert wird.
15. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrich­ tung nach Anspruch 13, wobei das während des Grabenausbil­ dungsschrittes in die Kammer eingebrachte Gas ein Gas ist, welches SF6-Gas oder Cl2-Gas beinhaltet.
16. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrich­ tung nach Anspruch 1, wobei das während des Polymerfilmaus­ bildungsschrittes in die Kammer eingebrachte Gas ein Gas ist, welches C4H8-Gas oder eine Gasmischung aus CF4 und CHF3 beinhaltet.
17. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrich­ tung nach Anspruch 13, wobei das in die Kammer während des zweiten Schutzfilmausbildungsschrittes eingebrachte Gas Sauerstoffgas beinhaltet und wobei der in dem zweiten Schutzfilmausbildungsschritt ausgebildete zweite Schutzfilm aus einem Oxidfilm besteht.
18. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrich­ tung nach Anspruch 13, wobei:
das während des zweiten Schutzfilmausbildungsschrittes in die Kammer eingebrachte Gas Sauerstoffgas beinhaltet;
der zweite Schutzfilmausbildungsschritt in Sauerstoff­ gasatmosphäre durchgeführt wird, wobei das Sauerstoffgas mit ultravioletten Strahlen bestrahlt wird; und
der zweite Schutzfilm, der in dem zweiten Schutzfilm­ ausbildungsschritt ausgebildet wird, aus einem Oxidfilm be­ steht.
19. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrich­ tung nach Anspruch 13, wobei das in die Kammer während des zweiten Schutzfilmausbildungsschrittes eingebrachte Gas Stickstoffgas beinhaltet und wobei der in dem zweiten Schutzfilmausbildungsschritt ausgebildete zweite Schutzfilm aus einem Nitridfilm besteht.
20. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrich­ tung nach Anspruch 13, wobei eine gesamte Prozeßzeit der Mehrzahl von ersten Schritten, welche zwischen jedem zwei­ ten Schritt durchgeführt werden, kürzer als eine Zeit ge­ macht wird, während der der zweite Schutzfilm vollständig von der Seitenwand des Grabens entfernt wird.
21. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrich­ tung nach Anspruch 13, wobei der Grabenätzschritt und der Polymerfilmausbildungsschritt unter einem Gasplasma durch­ geführt werden, welches in der Kammer befindlich ist, wobei individuell eine Plasmaerzeugungsbedingung abhängig von der Tiefe des Grabens festgelegt wird.
22. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrich­ tung nach Anspruch 13, wobei der zweite Schutzfilmausbil­ dungsschritt in einem Gasplasma durchgeführt wird, welches in der Kammer enthalten ist, wobei eine Plasmaerzeugungsbe­ dingung und eine Prozeßzeit abhängig von einer Tiefe des Grabens individuell festgelegt werden.
23. Ein Halbleitersensor für eine physikalische Größe, hergestellt durch ein Verfahren, welches umfaßt:
einen Substrateinbringschritt zum Einbringen eines Halbleitersubstrates (1) mit einer Maske (2) hierauf in ei­ ne Kammer (21);
einen Grabenausbildungsschritt zum Ausbilden eines Grabens (4) in dem Halbleitersubstrat unter Verwendung von reaktivem Ionenätzen unter Anwendung der Maske;
einen Schutzfilmausbildungsschritt zum Ausbilden eines Schutzfilms (11) an einer inneren Oberfläche des Grabens; und
einen Bodenflächenätzschritt zum Ätzen eines Teiles des Schutzfilmes, der an einem Bodenabschnitt des Grabens angeordnet ist und zum Ätzen des Halbleitersubstrates durch den Bodenabschnitt des Grabens unter Verwendung von reakti­ vem Ionenätzen, um den Graben zu vertiefen, wobei
der Grabenausbildungsschritt, der Schutzfilmausbil­ dungsschritt und der Bodenflächenätzschritt mittels eines Plasmas von Gas durchgeführt werden, das in die Kammer ein­ gebracht worden ist, wobei abhängig von jedem dieser Schritte die Art des Gases geändert wird, und wobei
ein Satz bestehend aus Schutzfilmausbildungsschritt und Bodenflächenätzschritt wiederholt durchgeführt wird, um den endgültigen Graben zu bilden; und
wobei der Halbleitersensor für die physikalische Größe weiterhin aufweist:
den endgültigen Graben mit einem Sprungabschnitt an der inneren Seitenwand, der durch wiederholtes Durchführen des Satzes bestehend aus Schutzfilmausbildungsschritt und Bodenflächenätzschritt gebildet wird; und
eine von dem endgültigen Graben unterteilte Ausleger­ struktur.
24. Ein Halbleitersensor für eine physikalische Größe, hergestellt durch ein Verfahren, welches aufweist:
eine Mehrzahl von ersten Schritten, wobei jeder erste Schritt aufweist:
einen Grabenausbildungsschritt zum Ausbilden eines Grabens (4) in dem Halbleitersubstrat unter Verwendung von reaktivem Ionenätzen; und
einen ersten Schutzfilmausbildungsschritt zum Ausbil­ den eines Polymerfilms (31) als ersten Schutzfilm an einer inneren Oberfläche des Grabens; und
einen zweiten Schritt, mit einem zweiten Schutzfilm­ ausbildungsschritt zur Ausbildung eines zweiten Schutzfil­ mes (32) mit hoher Haltbarkeit gegenüber einem Ätzangriff im Vergleich zu dem Polymerfilm an der inneren Oberfläche des Grabens, wobei der zweite Schutzfilmausbildungsschritt nach jedem der Mehrzahl von ersten Schritten durchgeführt wird, wobei
ein Satz aus der Mehrzahl der ersten Schritte und der zweite Schritte wiederholt durchgeführt wird, um einen end­ gültigen Graben zu bilden; und
wobei der Halbleitersensor für die physikalische Größe weiterhin aufweist:
den endgültigen Graben mit einem Sprungabschnitt an der inneren Seitenwand, der durch wiederholtes Durchführen des Satzes aus der Mehrzahl der ersten Schritte und der zweite Schritte gebildet wird; und
eine von dem endgültigen Graben unterteilte Ausleger­ struktur.
DE10005804A 1999-02-12 2000-02-10 Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, sowie durch dieses Verfahren hergestellter Halbleitersensor für eine physikalische Grösse Expired - Fee Related DE10005804B4 (de)

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