DE10005804B4

DE10005804B4 - Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, sowie durch dieses Verfahren hergestellter Halbleitersensor für eine physikalische Grösse

Info

Publication number: DE10005804B4
Application number: DE10005804A
Authority: DE
Inventors: Junji Kariya Ohara; Shinji Kariya Yoshihara; Kazuhiko Kariya Kano; Nobuyuki Kariya Ohya
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1999-02-12
Filing date: 2000-02-10
Publication date: 2010-11-11
Anticipated expiration: 2020-02-11
Also published as: US6277756B1; JP4221859B2; DE10005804A1; JP2000299310A

Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, 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 Ausbilden eines Polymerfilms (31) als ersten Schutzfilm an einer inneren Oberfläche des Grabens; und
einen zweiten Schritt als einen zweiten Schutzfilmausbildungsschritt zur Ausbildung eines zweiten Schutzfilmes (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 dem zweiten Schritt wiederholt durchgeführt wird, um einen endgültigen Graben zu bilden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung. Insbesondere befasst sich die vorliegende Erfindung mit einem Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, welche einen Graben hat.
Eine Halbleitervorrichtung mit einem Graben bzw. ein Herstellungsverfahren für eine solche Halbleitervorrichtung ist aus der JP 63289936 A bekannt.
Des weiteren zeigt die US 5658472 A Halbleitervorrichtungen mit tief in das Substrat reichenden, vertikalen Strukturen (Gräben), die DE 19706682 C2 und die DE 4241045 C1 zeigen anisotropes Plasmaätzen für Silizium zur Ausbildung von Gräben und die EP 0729175 A1 zeigt Halbleitervorrichtungen mit in ein Siliziumsubstrat reichenden, vertikalen Strukturen (Gräben). Die JP 02290022 A befasst sich mit einem speziellen Trockenätzverfahren an Siliziumsubstraten
Für gewöhnlich ist der Erkennungsabschnitt zur Erkennung einer physikalischen Größe eines Sensors für eine physikalische Größe, beispielsweise eines Halbleiter-Beschleunigungssensors oder eines Halbleiter-Winkelgeschwindigkeitssensors aus einer träger- oder auslegerartigen Struktur mit kleiner oder feiner Kammform (nachfolgend Kammstruktur genannt) gefertigt, die auf einem Substrat ausgebildet ist. Da die Kammstruktur oder kammförmige Struktur so ausgebildet ist, dass die physikalische Größe auf dem Wege einer elektrostatischen Kraft erfasst wird, ist es notwendig, 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 gebildet. Somit ist es notwendig, ein Schlankheits- oder Streckungsverhältnis, welches die Tiefe eines Grabens relativ 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 Grenzen gelangt.
Eine Gegenmaßnahme zur Beseitigung dieses Nachteils ist in der US 5501893 A beschrieben. Bei diesem US-Patent wird eine Trockenätzungs-Technologie verwendet, bei der zwei Schritte, nämlich ➀ Plasmaätzen mit hoher Anisotropie und ➁ Abscheiden eines Dünnfilms auf Polymerbasis 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 durchgeführten 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 verbessert 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 schützen, so dass nach wie vor eine Einschränkung hinsichtlich des Streckungsverhältnisses vorliegt. 9 der beigefügten Zeichnung zeigt die Beziehung zwischen Prozesszeit und dem Streckungsverhältnis für den Fall, in welchem der Graben experimentell mit reaktivem Trockenätzen (RIE) in einer Trockenätzvorrichtung mit der oben beschriebenen Art und Weise bearbeitet wird. Wie sich aus 9 ergibt, überschreitet das Streckungsverhältnis niemals 25, selbst wenn das Ätzen über eine lange Zeitdauer hinweg durchgeführt wird.
Eine weitere Gegenmaßnahme zur Lösung des oben beschriebenen Problems ist in der bereits eingangs genannten US 5658472 A beschrieben. Diese Technologie unterteilt den Ätzprozess ebenfalls in einen Ätzschritt und in einen Schritt des Ausbildens eines Schutzfilms auf Seitenwänden eines Grabens, wobei diese beiden Schritte abwechselnd durchgeführt werden. Bei dieser Technologie wird der Schritt des Ausbildens des Schutzfilmes 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 Polymerbasis 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 abzuscheiden ist. Weiterhin ist ein Anheben und Absenken der Substrattemperatur jedesmal notwendig. Angesichts der Prozess-Durchlaufzeiten ist diese Vorgehensweise somit nicht vorteilhaft. Weiterhin ist es notwendig, das Substrat unterhalb des Gefrierpunktes während des Ätzvorganges zu halten, um den Eisfilm als Schutzfilm zu verwenden, was die benötigten Vorrichtungen kompliziert macht.
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der oben beschriebenen Nachteile und Probleme gemacht und es ist eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung, effektiv mit relativ einfachen Verfahrensschritten einen Graben auszubilden, 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 aufweist, dessen Streckungsverhältnis problemlos erhöht werden kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die vorliegende Erfindung die in den Ansprüchen 1 bzw. 11 bzw. 13 angegebenen Merkmale vor, wobei die jeweiligen Unteransprüche vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt haben.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird somit ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung geschaffen, mit 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 einen zweiten Schritt als einen zweiten Schutzfilmausbildungsschritt zur Ausbildung eines zweiten Schutzfilmes mit hoher Haltbarkeit gegenüber einem Ätzangriff im Vergleich zu dem Polymerfilm an der inneren Oberfläche des Grabens, wobei der zweite Schutzfilm ausbildungsschritt nach jedem der Mehrzahl von ersten Schritten durchgeführt wird, wobei ein Satz aus der Mehrzahl der ersten Schritte und dem zweiten Schritt wiederholt durchgeführt wird, um einen endgültigen Graben zu bilden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung geschaffen, mit den folgenden Schritten: einem Substrateinbringschritt zum Einbringen eines Halbleitersubstrates mit einer Maske hierauf in eine Kammer; einem Grabenausbildungsschritt zum Ausbilden eines Grabens in dem Halbleitersubstrat unter Verwendung von reaktivem Ionenätzen unter Anwendung der Maske; einem Schutzfilmausbildungsschritt zur Entfernung eines durch die reaktive Ionenätzung erzeugten und an einer inneren Oberfläche des Grabens niedergeschlagenen Reaktionsproduktes und zur Ausbildung eines Schutzfilms 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 reaktivem Ionenätzen, um den Graben zu vertiefen, wobei der Schutzfilmausbildungsschritt in einer Sauerstoffgasatmosphäre durchgeführt wird, wobei ultraviolette Strahlen in das Sauerstoffgas einstrahlen, der Grabenausbildungsschritt und der Bodenflächenätzschritt mittels eines Plasmas von Gas durchgeführt werden, das in die Kammer eingebracht worden ist, und wobei ein Satz von Schritten, bestehend aus Schutzfilmausbildungschritt und Bodenflächenätzschritt wiederholt durchgeführt wird, um den endgültigen Graben zu bilden.
Ein erfindungsgemäßer Halbleitersensor für eine physikalische Größe wird hergestellt durch ein derartiges Verfahren, wobei der Halbleitersensor 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 Auslegerstruktur.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren 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 Seitenwand oder inneren Oberfläche des Grabens aufgrund der Anisotropie des Ätzens entfernt. Sodann wird das Ätzen in Tiefenrichtung des Grabens weitergeführt. Durch wiederholtes Durchführen dieser Schritte kann verhindert werden, dass die Öffnungsweite oder Öffnungsbreite des Grabens vergrößert wird, so dass sich ein hohes Streckungsverhältnis erreichen lässt.
Da weiterhin diese Schritte bevorzugt dadurch durchgeführt werden, dass der Gastyp geändert wird, der in die Kammer eingebracht wird, wobei die Änderung des Gastyps von den durchgeführten Schritten abhängt, lässt sich das Verfahren vereinfachen, da es nicht notwendig ist, dass Halbleitersubstrat aus der Kammer zu entnehmen, um den Schutzfilm auszubilden und es weiterhin nicht notwendig ist, die Temperatur des Halbleitersubstrates wiederholt anzuheben und abzusenken.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren lässt sich die Haltbarkeit gegenüber einem lateral oder seitlich fortschreitenden Ätzen dadurch erhöhen, dass die Seitenwand(-wände) oder innere Oberfläche des Grabens mit dem ersten und zweiten Schutzfilm bedeckt wird. Daher kann ein Ätzfortschritt in Tiefenrichtung des Grabens, wo nur ein Polymerfilm ausgebildet 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 einer schrägen Form der Grabenwände endet.
Weitere Einzelheiten, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen anhand der Zeichnung.
Es zeigt:
1A bis 1E jeweils Schnittdarstellungen zur Erläuterungen von Schritten beim Ausbilden eines Grabens gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
2 schematisch eine Kammer, in der der Schritt des Grabenausbildens gemäß der ersten Ausführungsform durchführbar ist;
3 eine Schnittdarstellung durch eine Halbleitervorrichtung nach der Durchführung des Grabenausbildungsschrittes gemäß der ersten Ausführungsform;
4 eine Schnittdarstellung eines Grabenausbildungsschrittes gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
5 und 6 graphische Darstellungen, in welchen analytische Ergebnisse an einer Silizium-Substratoberfläche dargestellt sind, welche mittels XPS (Röntgenstrahlen-Fotoelektronen-Spektroskopie) erhalten wurden;
7A bis 7E jeweils Schnittdarstellungen zur Erläuterung des Ablaufes eines Grabenausbildungsschrittes gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
8 eine schematische Darstellung einer Kammer, in welcher der Grabenausbildungsschritt gemäß der dritten Ausführungsform durchführbar ist; und
9 eine graphische Darstellung zur Erläuterung einer Beziehung zwischen Ätzzeit und Streckungsverhältnis, wenn ein Graben gemäß des Standes der Technik ausgebildet wird.
In den einzelnen Figuren der 1 ist ein Grabenausbildungsschritt gemäß einer ersten Ausführungsform dargestellt, wobei die vorliegende Erfindung dafür angewendet wird, in einer Halbleitervorrichtung einen Graben auszubilden. Dieser Grabenausbildungsschritt gemäß der ersten Ausbildungsform wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 1A bis 1E näher erläutert.
[In 1A dargestellter Schritt]
Ein Oxidfilm (SiO₂) wird auf einem Siliziumsubstrat 1 (Si) ausgebildet. In einem bestimmten Bereich, d. h. in einem 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. 2 ist eine schematische Darstellung dieser Kammer. Die Kammer 21, welche als Vakuum- oder Unterdruckkammer ausgebildet 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 Anzahl von Gasleitungen entspricht der Anzahl von einzubringenden 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 Argongas (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 gegenüberliegt, sind in der Kammer 21 angeordnet. Auf diese Weise wird eine zugeführte HF-Energie an dem Si-Substrat 1 angelegt oder auf dieses aufgebracht.
Das Si-Substrat 1 wird in der so aufgebauten Kammer 21 auf der Elektrode 26a angeordnet. Nachfolgend wird der Vakuum- 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 Gaseinlaß 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 1B bis 1E umgeschaltet.
[In 1B dargestellter Schritt]
Nachfolgend wird das Ätzgas durch Öffnen der Gasleitung 22a zum Einbringen des Ätzgases und durch Schließen der anderen beiden Gasleitungen 22b und 22c in die Kammer geführt. In dieser nun herrschenden Atmosphäre wird ein erstes Grabenätzen an dem Substrat unter Verwendung der Oxidfilm-Maske 2 als Maskierung durchgeführt. Dieses Trockenätzen 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 (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 Anlegen 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 entsprechend 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 1C dargestellter Schritt]
Die Gasleitung 22a zum Einbringen des Ätzgases wird geschlossen 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 elektrischen HF-Feldes an die Gasmischung erzeugt. Reaktionsprodukte 8, welche sich an der Seitenwand bzw. den Seitenwänden des Grabens (d. h. der inneren Oberfläche) während des Ätzens im Schritt von 1B niedergeschlagen haben, werden durch Sauerstoffionen oder eines Sputter-Effekts aufgrund von Sauerstoffradikalen 6 und Ar-Ionen 7 durch Bearbeitung des Si-Substrates 1 in der Plasmaatmoshäre entfernt. Diese Reaktionsprodukte umfassen sämtliche Niederschläge 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 Reaktionsprodukte 8 kann ein Si-Teil an einer inneren Oberfläche des Grabens freigelegt werden.
[In 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 Kammer 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 Sauerstoffradikalen) ausgebildet, wenn das Si-Substrat 1 in dieser Plasmaatmosphäre bearbeitet wird.
[In 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 Kammer 21 angelegt. Auf diese Weise wird ein Teil des Oxid-Filmes 11, der an den inneren Seitenwänden des Ausgangsgrabens 4 und an der Bodenfläche des Ausgangsgrabens 4 gebildet worden ist, durch anisotropes Ätzens entfernt, so daß das Si-Substrat 1 an der Bodenfläche des Grabens 1 freigelegt wird (der Oxid-Schutzfilm ist an der Bodenfläche des Ausgangsgrabens 4 dünner als an den Seitenwänden). Im Ergebnis 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 dadurch 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 inneren Oberfläche des Grabens 4, der tiefer geworden ist, ausgebildet.
Danach werden die in den 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 erreicht hat.
Ein experimentelles Ergebnis, welches unter Verwendung der oben beschriebenen Schritte gemäß dieser Ausführungsform 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 Verfahren” 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 beispielsweise 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 Streckungsverhältnis seinen Grenzwert bei annähernd 25 hat, selbst dann, wenn die Ätzzeit noch weiter verlängert wird.
Die Schritte gemäß den 1A bis 1E der erfindungsgemäßen Ausführungsform werden demgegenüber so durchgeführt, daß das Si-Substrat 1 unter den gleichen Ätzbedingungen wie beim bekannten Verfahren und unter zur Hilfenahme der gleichen RIE-Vorrichtung wie im bekannten Verfahren durchgeführt wird. Danach werden die in den 1A bis 1E gezeigten Schritte erneut durchgeführt, um den Graben 4 zu bilden. Hierbei erfolgt das Plasmaätzen gemäß der 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 Öffnungsbreite 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 erhöht (Ätzangriff in Richtung der Breite), indem der Oxid-Schutzfilm an der inneren Oberfläche des Grabens 4 ausgebildet wird.
Wie oben beschrieben, wird der Oxid-Schutzfilm 11, der verhindert, daß sich die Grabenbreite während des Plasmaätzens zur Ausbildung des Grabens erhöht, wiederholt ausgebildet. Somit kann ein Graben mit hohem Streckungsverhältnis durch im Vergleich zum bekannten Verfahren einfache Verfahrensschritte ausgebildet werden.
Als Ergebnis dieses Grabenausbildungsschrittes erhält das Si-Substrat 1 eine Kammform, indemes mit einem bestimmten Muster mehrfach unterteilt wird, so daß sich eine Halbleitervorrichtung, beispielsweise ein Halbleiter-Beschleunigungssensor, ein Halbleiter-Winkelgeschwindigkeitssensor oder dergleichen herstellen läßt, die einen Erkennungsabschnitt für eine physische Größe hat, welche eine kammförmige Struktur aufweist.
Nachfolgend wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Bei dieser Ausführungsform sind ein Reaktionsprodukt-Entfernungsschritt (gemäß 1C der ersten Ausführungsform) bei dem das Plasma in der Mischung aus Ar-Gas und O₂-Gas verwendet wird und der Ausbildungsschritt des Oxid-Schutzfilmes (1D der ersten Ausführungsform) unter Verwendung des O₂-Plasmas durch einen Reaktionsprodukt-Entfernungsschritt und eine Oxidation der inneren Oberfläche des Grabens unter Verwendung von Sauerstoff ersetzt, welcher durch UV-Strahlen (ultraviolettes Licht) angeregt wird. In 4 ist diese Vorgehensweise gezeigt. Es sei hier festzuhalten, daß die Schritte der 1A, 1B und 1E gemäß der ersten Ausführungsform im wesentlichen nochmals durchgeführt werden, so daß eine nochmalige Erläuterung nicht erfolgt.
Gemäß 4 werden UV-Strahlen 14 auf das Si-Substrat 1 in der Kammer 21 gemäß 2 mit strömendem Sauerstoffgas hierin gerichtet. Sauerstoffmoleküle 15, welche sich im Bereich der inneren Oberfläche des Grabens 4 befinden, werden durch die UV-Strahlen 14 angeregt und in Ozon (O₃), einen 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 Grabens 5 auftreffen, wird das Reaktionsprodukt (beispielsweise ein Film auf Polymerbasis) abgelöst und in den gasförmigen Zustand übergeführt und das Reaktionsprodukt 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 Ausführungsform werden nachfolgend anhand eines experimentellen Ergebnisses erläutert.
5 ist eine graphische Darstellung, in der analytische Ergebnisse einer Silizium-Substratoberfläche dargestellt 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 abgeschieden wird, welches an der inneren Oberfläche des Grabens 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 Komponenten und Kombinationsarten gemessen. Beim Ergebnis erscheinen Spitzen für Kohlenstoff (C) und Fluor (F) mit hohen 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 Polymerbasis.
Demgegenüber zeigt 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 5 ausgebildet worden ist, wobei Sauerstoffgas 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 Polymerfilmes 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 Bestrahlungsschritt mit ultravioletter Strahlung durchzuführen, kann das Sauerstoffgas 13 durch die Kammer 21 gemäß 2 strömen, 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 werden.
Weiterhin können die UV-Strahlen 14 in eine andere Kammer eingebracht werden, welche mit der Ätzkammer 21 in Verbindung steht, wobei das Sauerstoffgas 13 entsprechend geführt wird und wobei das Si-Substrat von der Ätzkammer 21 in die andere Kammer bewegt wird. Da die Kammern miteinander in Verbindung stehen, ist diese Vorgehensweise immer noch effektiv im Vergleich zu dem Fall, indemdas Si- Substrat 1 aus der Kammer 21 entnommen und in einer separaten Oxidationsvorrichtung oxidiert wird.
Wenn der Ätzschritt wiederholt wird, wobei der Ausbildungschritt für den Schutzfilm zwischengeschaltet wird, wird ein vernachlässigbar kleiner Ebenensprung (Stufe) an der inneren Oberfläche des Grabens 4 erzeugt. Dieser Abschnitt 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 bedeckten Seitenwand etwas vergrößert. Wie bereits erwähnt, ist dieser Stufenabschnitt jedoch vernachlässigbar klein.
Eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend beschrieben. Die 7A bis 7E zeigen einen Grabenausbildungsschritt für eine Halbleitervorrichtung gemäß dieser Ausführungsform.
[In 7A dargestellter Schritt]
Der Oxidfilm SiO₂ wird auf dem Siliziumsubstrat (Si) 1 ausgebildet. In einem bestimmten Bereich, d. h. einem Bereich, wo ein Graben auszubilden ist, wird der Oxidfilm teilweise geöffnet oder entfernt, um die Oxidfilm-Maske 2 zu bilden.
[In 7B gezeigter Schritt]
Das Si-Substrat 1 wird in die Kammer 21 von 2 gebracht. SF₆, Cl₂ oder dergleichen wird als Ätzgas in die Kammer 21 gebracht. In diesem Ätzgas wird durch Anlegen eines entsprechenden elektrischen HF-Feldes ein Plasma, beispielsweise ein induktiv gekoppeltes Plasma in der Kammer 21 erzeugt. Unter Verwendung dieses Plasmas wird das Grabenätzen 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 Gasmischung aus CF₄ und CHF₃ in die Kammer 21 gebracht. Durch Anlegen eines passenden elektkrischen 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 erster Schutzfilm ausgebildet. Die Prozeßzeit des Polymer-Ausbildungsschrittes wird gesteuert, so daß die Dicke des Polymerfilmes 31 einen bestimmten Wert annimmt.
[In den 7C bis 7E gezeigten Schritte]
Danach werden der Grabenausbildungsschritt von 7A und der Polymerfilmausbildungsschritt von 7B wiederholt durchgeführt. Hierbei sind die Grabenätzungszeit und die Polymerfilm-Ausbildungszeit auf diejenigen Werte gesetzt, wie sie in den Schritten der 7A und 7B gewählt worden sind. Wenn ein Satz bestehend aus Grabenausbildungsschritt und Polymerfilm-Ausbildungsschritt als ein Satz definiert sei, wird in dieser Ausführungsform eine Mehrzahl von Sätzen durchgeführt. Im Ergebnis wird der Polymerfilm 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 weitergeführt wird. Hierbei kann verhindert werden, daß ein seitlicher 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 7A bis 7E dem Schritt von 1B entsprechen.
[In 7F gezeigter Schritt]
Das an der inneren Oberfläche des Grabens 4 befindliche Reaktionsprodukt wird durch den gleichen Schritt wie in 1C entfernt. Danach wird ein Oxidfilm 32 als zweiter Schutzfilm an der inneren Oberfläche des Grabens 4 unter Verwendung des gleichen Schrittes wie in 1D ausgebildet.
[In 7G dargestellter Schritt]
Danach werden der Grabenausbildungsschritt und der Polymerfilm-Ausbildungsschritt wie in den 7A bis 7E wiederholt durchgeführt. Da in diesem Schritt die Seitenwand 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 Schutzfilmen bedeckt ist. Selbst wenn somit der Polymerfilm 31 während 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 Seitenwand des Grabens 4 nach wie vor geschützt ist.
Wenn beim Grabenätzen nur ein Schutzfilm, der in seitlicher 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 anderen 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 voranzutreiben, 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 Ausführungsform gemäß obiger Beschreibung der Oxidfilm 32 mit hoher Haltbarkeit oder Widerstandsfähigkeit gegenüber seitlichem Ätzangriff nur einmal für eine Mehrzahl von Grabenätzschritten 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, indemdie Bodenfläche des Grabens 4 lediglich mit dem Polymerfilm 31 bedeckt wird. Somit kann verhindert werden, daß sich die Breite des Grabens 4 vergrößert und es kann verhindert werden, daß das Ätzen aufgrund einer zunehmenden Verjüngung des Grabens in Tiefenrichtung aufhört.
[In 7H dargestellter Schritt]
Danach wird das an der inneren Oberfläche des Grabens 4 haftende Reaktionsprodukt wie im Schritt 7F entfernt, und der Oxidfilm 32 wird als zweiter Schutzfilm an der inneren 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 7I dargestellter Schritt]
Nachfolgend wird der Satz mit dem Grabenätzschritt und dem Polymerfilm-Ausbildungsschritt wiederholt. Die Auswirkung ist die gleiche wie in 7G, da die Seitenwand des Grabens 4 während des Grabenätzens mit zwei Lagen von Schutzfilmen abgedeckt ist.
Nachdem die Schritte der 7F bis 7I abhängig von der gewünschten Tiefe des Grabens 4 mehrfach wiederholt worden sind, ist schließlich der Graben 4 mit der gewünschten 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-Ausbildungsschritt verwendet. Es kann jedoch gemäß 8 eine Gasleitung 22a' zur Ausbildung des Polymerfilmes zusätzlich bei der Kammer 21 zu der Gasleitung 22a für den Grabenätzschritt 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 innern Oberfläche des Grabens 4 entstehende Reaktionsprodukt im Schritt gemäß 1C entfernt. Auf diesen Schritt kann jedoch verzichtet werden, wenn der Plasmaerzeugungszustand oder die Plasmaerzeugungsbedingungen im Schritt 1D entsprechend abgewandelt werden.
In der ersten Ausführunsform wird der Oxidfilm 11 als Schutzfilm für die Seitenwand des Grabens 4 erzeugt; anstelle hiervon kann jedoch auch ein Nitridfilm (SiN_x) als Schutzfilm erzeugt werden. Mit dieser Abwandlung lassen sich die gleichen Ergebnisse wie in der beschriebenen ersten Ausführungsform erzielen.
Weitherhin wird in der dritten Ausführungsform der Oxidfilm als zweiter Schutzfilm verwendet; anstelle hiervon kann als zweiter Schutzfilm genauso gut ein Nitridfilm verwendet werden. In diesem Fall wird der Nitridfilm als (zweiter) Schutzfilm durch Verwendung eines Gases, welches Stickstoff (N₂) enthält, in den Schritten der 1C und 1D oder der 1F und 1H und durch Bearbeiten des Si-Substrates in einer Stickstoffplasma-Atmosphäre gebildet werden. Insbesondere in dem Fall, in welchem eine Resistmaske anstelle der Oxidfilmmaske 2 verwendet wird kann die Resistmaske während des Oxidfilm-Ausbildungsschrittes vollständig beseitigt werden. Insbesondere ist diese Abwandlung dann vorzuziehen, wenn die Resistmaske als Maskierung verwendet 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, indemdie Plasmaerzeugungsbedingungen im Schritt der 1D oder 7F und 7G entsprechend modifiziert werden. Mit anderen Worten, der Oxidfilm (oder Nitridfilm) kann mit Entfernen des Reaktionsproduktes alleine durch das Sauerstoffplasma (oder Stickstoffplasma) gebildet werden.
Weiterhin kann im Schritt von 7F der dritten Ausführungsform das Reaktionsprodukt an der inneren Oberfläche des Grabens 4 entfernt werden oder die innere Oberfläche des Grabens 4 kann oxidiert werden, indem ein Sauerstoffgas, welches durch die UV-Strahlen angeregt worden ist, eingebracht wird und indem ein Plasma des angeregten Sauerstoffgases in der Kammer 21 erzeugt wird.
Weiterhin wird in der dritten Ausführungsform der Oxidfilm 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-Ausbildungsschritte 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 dieser Abwandlung ist die Seitenwand des Grabens stets gegenüber 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 Polymerfilmausbildungsschrittes entsprechend abgewandelt oder modifiziert werden, wenn der Graben 4 vertieft wird. Allgemein gesagt, wenn der Graben mit festgelegten Plasmaerzeugungsbedingungen während des Grabenätzschrittes und des Polymerfilmausbildungsschrittes 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 Plasmaerzeugungsbedingungen entsprechend eingestellt und geändert werden, kann verhindert werden, daß die Ätzleistung abnimmt und der Graben somit in Bodenrichtung sich verjüngt. Beispielsweise kann die Beschleunigungsspannung von Ionen in Richtung des Substrates erhöht werden, wenn während des Grabenätzschrittes der Graben sich vertieft. Ähnliche Abwandlungen 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 Sauerstoff- 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 werdendem Graben verlängert werden, um die Ausbildung des Oxydfilms zu erleichtern.
Beschrieben wurde somit 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 wird durch reaktives Ionenätzen unter Verwendung einer Oxidfilmmaske als Ätzmaske in einem Siliziumsubstrat ausgebildet. Nach Ausbilden eines schützenden Oxidfilms an einer inneren Oberfläche 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 Oxifilmes 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 Umschalten zwischen in die Kammer einzubringenden Gasen prozeßgesteuert wird.

Claims

Ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, 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 Ausbilden eines Polymerfilms (31) als ersten Schutzfilm an einer inneren Oberfläche des Grabens; und einen zweiten Schritt als einen zweiten Schutzfilmausbildungsschritt zur Ausbildung eines zweiten Schutzfilmes (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 dem zweiten Schritt wiederholt durchgeführt wird, um einen endgültigen Graben zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei jeder aus der Mehrzahl der ersten Schritte und der zweite Schritt 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.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das während des Grabenausbildungsschrittes in die Kammer eingebrachte Gas SF₆-Gas oder Cl₂-Gas beinhaltet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das während des Polymerfilmausbildungsschrittes in die Kammer eingebrachte Gas C₄H₈-Gas oder eine Gasmischung aus CF₄ und CHF₃ beinhaltet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, 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.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Sauerstoffgas mit ultravioletten Strahlen bestrahlt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, 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.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei eine gesamte Prozesszeit der Mehrzahl von ersten Schritten, welche zwischen jedem zweiten Schritt durchgeführt werden, kürzer als eine Zeit gemacht wird, während der der zweite Schutzfilm vollständig von der Seitenwand des Grabens entfernt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Grabenätzschritt und der Polymerfilmausbildungsschritt unter einem Gasplasma durchgeführt werden, welches in der Kammer enthalten ist, wobei eine Plasmaerzeugungsbedingung abhängig von der Tiefe des Grabens individuell festgelegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der zweite Schutzfilmausbildungsschritt in einem Gasplasma durchgeführt wird, welches in der Kammer enthalten ist, wobei eine Plasmaerzeugungsbedingung und eine Prozesszeit abhängig von einer Tiefe des Grabens individuell festgelegt werden.
Ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, mit den folgenden Schritten: einem Substrateinbringschritt zum Einbringen eines Halbleitersubstrates (1) mit einer Maske (2) hierauf in eine 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 eines durch die reaktive Ionenätzung erzeugten und an einer inneren Oberfläche des Grabens niedergeschlagenen Reaktionsproduktes und zur Ausbildung eines Schutzfilms (16) 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 reaktivem Ionenätzen, um den Graben zu vertiefen, wobei der Schutzfilmausbildungsschritt in einer Sauerstoffgasatmosphäre durchgeführt wird, wobei ultraviolette Strahlen in das Sauerstoffgas einstrahlen, der Grabenausbildungsschritt und der Bodenflächenätzschritt mittels eines Plasmas von Gas durchgeführt werden, das in die Kammer eingebracht worden ist, und wobei ein Satz von Schritten, bestehend aus Schutzfilmausbildungschritt und Bodenflächenätzschritt wiederholt durchgeführt wird, um den endgültigen Graben zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Schutzfilm (16), der in dem Schutzfilmausbildungsschritt erzeugt wird, ein Oxidfilm ist.
Ein Halbleitersensor für eine physikalische Größe, hergestellt durch ein Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Halbleitersensor 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 Auslegerstruktur.