DD235010A3 - Plasmachemisches aetzverfahren fuer doppelschichten - Google Patents
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Abstract
Das plasmachemische Aetzverfahren fuer Doppelschichten ist anwendbar in der Halbleitertechnik, vorwiegend in den VLSI-Technologien. Ziel und Aufgabe der Erfindung bestehen darin, ein technologisch einfaches und qualitativ hochwertiges Verfahren zum plasmachemischen Aetzen von Doppelschichten zu entwickeln, das eine hohe Abbildungsgenauigkeit und Selektivitaet aufweist. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe geloest, indem unter Anwendung eines bekannten Gasgemisches aus CF4 und Cl2 waehrend des Aetzprozesses die Zusammensetzung des Gasgemisches von 5 bis 40% CF4 und 95 bis 60% CL2 fuer das Schwermetallsilizid auf 30 bis 80% CF4 und 70 bis 20% CL2 fuer Poly-Si geaendert wird.
Description
Anwendungsbebiet der Erfindung
Oie Erfindung bezieht sich auf ein plasmachemisches Ätzverfahren zum Ätzen von auf isolierenden Substraten befindlichen Doppeischichten, wobei die Hauptanwendungsgebiete in der Halbleitertechnik, vorwiegend in den VLSI-Technoiogien, liegen.
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen
Beim plasmachemischen Ätzen müssen unbedingt qualitative und ökonomische Gesichtspunkte, die das Ätzergebnis charakterisieren und den Einsatzu des Verfahrens in der Mikroelektronik mitbestimmten, Beachtung finden. Probleme, wie Strukturübertragungsgenauigkeit, Ätzprofilausbiidung, Ätzselektivität, elektrische Schädigung des Substrates, aber auch die Wirtschaftlichkeit des Ätzverfahrens stehen bei den neuen VLSI-Technologien im Vordergrund.
Da immer kleinere Strukturen und geringere Schichtdicken zum Einsatz kommen, muß durch das Ätzverfahren abgesichert werden, daß bei der Übertragung der Maskengeometrien in die zu ätzende Schicht keine Abweichungen von den Maskenmaßen auftreten und das beim Ätzen freiwerdende Substrat nicht bzw. minimal angegriffen wird.
Geringe Kantenverschiebungen in Verbindung mit hoher Selektivität zu den darunter liegenden Materialien sind beim Ätzen von Doppelschichten besonders schwer zu erreichen, da die beiden Schichten in der Regel zu sehr differenziertes Ätzverhalten zeigen. Bei einer Prozeßführung mit geringen lonenenergien können zwar hohe Selektivitäten erreicht werden, jedoch ein starker seitlicher Abtrag der schneller ätzenden Schicht ist im allgemeinen unvermeidbar. White et. al. (Journ. Electrochem. Soc., Vol.129, No. 6,1330-1335) stellten in diesem Zusammenhang ein CF4/02-Ätzverfahren vor, wobei durch ein günstiges CF4/O2-Verhältnis der Ätzprozeß so gestaltet wurde, daß sich die Ätzraten angleichen. Nachteilig bleibt aber das isotrope Ätzverhalten der Doppelschicht, welches selbst und ebenso der durch den 02-Anteil hervorgerufene verstärkte Lackabtrag zu unerwünschten Kantenverschiebungen führen.
Gute Abbildungsgenauigkeiten werden dagegen durch Ätzverfahren mit hohem lonenanteii (RIE) erreicht, wie sie von Whitcomb et.al. (Solid State Technology, Vol.25, No4,121-125) vorgestellt wurden. MoSi2/Poly-Si-Doppeischichten werden dabei mittels RIE-Verfahren so strukturiert, daß erst MoSi2 mit CFv^Fe und dann Poly-Si mit CCL2F2/C2F6 geätzt wird. Ungünstig sind dabei jedoch die beim RIE auftretenden Strahlenschäden sowie die Tatsache, daß der Prozeß unterbrochen werden muß und durch einen zusätzlichen Ätzschritt (lonenstrahlätzen oder Sputterätzen in Argon) die zwischen dem MoSi2 und dem Poly-Si vorhandene Zwischenschicht entfernt werden muß.
Somit liegt bei den zitierten Arbeiten der gemeinsame Nachteil vor, daß sie die für die Mikroelektronikverfahren wesentlichsten Voraussetzungen, Wirtschaftlichkeit und Qualität, nicht in sich vereinen, sondern die Bevorzugung eines Kriteriums auf Kosten des anderen geht.
Ziel der Erfindung
Das Ziel der Erfindung besteht darin, ein technologisch einfaches und qualitativ hochwertiges Verfahren zum plasmachemischen Ätzen von Doppelschichten zu entwickeln.
Darlegung des Wesens der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Doppelschichten aus Schwermetallsiliziden und Poly-Silizium plasmachemisch mit hoher Abbildungsgenauigkeit und Selektivität zu ätzen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst, indem bei Anwendung eines an sich bekannten Gasgemisches aus CF4 und Cl2 ein 2-Phasenätzprozeß benutzt wird, der dem differenzierten Ätzverhalten der aus zwei unterschiedlichen Materialien zusammengesetzten Doppelschichten Rechnung trägt. Das Gasgemisch wird zur Erzeugung von Ätzspezies in eine Plasmaätzanlage eingeleitet und ist während des Ätzens in seiner Zusammensetzung veränderbar. Mit diesem veränderbaren Gasgemisch werden die Doppelschichten, bestehend aus einem Schwermetallsiiizid und Poly-Si, die sich auf in der Halbleitertechnik üblichen isolierenden Substraten befinden und bekannterweise partiell maskiert sind, in der Plasmaätzanlage geätzt. Der 2-Phasen-Ätzprozeß läuft so ab, daß während der ersten Phase das Schwermetallsiiizid durch das Gasgemisch mit · einer Zusammensetzung von 5 bis40%CF4und 95 bis 60%CI2 und während der zweiten Phase das darunter befindliche Poly-Si mit einer Zusammensetzung von 30 bis 80% CF4und 70 bis 20% CI2 strukturiert wird. Beim Ätzen des Schwermetallsilizides während der ersten Phase wird durch die günstige Gaszusammensetzung eine hohe Abbildungsgenauigkeit erreicht. In der darauffolgenden zweiten Phase werden die lateralen Abmessungen der Schwermetallsilizidstrukturen nicht verändert, das Poly-Si jedoch durch an sich bekannte Rekombinationsmechanismen mit hoher Maßübertragungsgenauigkeit selektiv zum unterliegenden isolierenden Substrat geätzt und so die gewünschten maßhaltigen Doppelschichtstrukturen erzeugt.
Die exakte jeweilige Gaszusammensetzung hängt ab von den vorliegenden Gegebenheiten des entsprechenden Ätzproblems: Schichtdicken, Dotierung, geforderte Selektivität zur jeweils darunter befindlichen Schicht usw.
Ausführungsbeispiel
Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
Es wird von einer Doppelschicht, bestehend aus einer 200mm dicken Poly-Si-Schicht und einer 300mm dicken MoSi2-Schicht, ausgegangen, die sich auf einem Si-Substrat mit einer darauf abgeschiedenen Si02-Schicht befindet. Die Doppelschicht ist mit einer Fotolackmaske partiell bedeckt.
Diese Schichtfolge wird in einem Planarrektor bei einer Frequenz von 27,12 MHz, einem Druck von ca.8Pa und üblichen Leistungen einem CF4/CI2-Plasma ausgesetzt. Der Ätzprozeß läuft so ab, daß zunächst das MoSi2 an den nicht mit Fotolack bedeckten Stellen mit dem CF^C^-Plasma in einer Zusammensetzung von 10% CF4 und 90% Cl2 abgetragen wird. Nach Beendigung dieses Ätzvorganges wird die Zusammensetzung zu 70% CF4 und 30% Cl2 verändert und damit das unter dem MoSi2 freigewordene Poly-Si bis zur Si02-Schicht durchgeätzt. Bei diesem Ätzprozeß werden Ätzraten von 72 nm/min für MoSi2, 120nm/min für Poly-Si und eine Selektivität zum Si03 von 10 erreicht.
Claims (1)
- Erfindungsanspruch:1. Plasmachemisches Ätzverfahren für Doppelschichten aus Schwermetallsiliziden und Poiy-Si unter Anwendung eines Gasgemisches aus CF4 und Cl2, dadurch gekennzeichnet, daß während des Ätzprozesses die Zusammensetzung des Gasgemisches von 5 bis 40% CF4 und 95 bis 60% Cl2 für das Schwermetallsilizid auf 30 bis 80% CF4 und 70 bis 20% Cl2 für PoIy-Si geändert wird.Anwendungsbebiet der ErfindungDie Erfindung bezieht sich auf ein plasmachemisches Ätzverfahren zum Ätzen von auf isolierenden Substraten befindlichen Doppeischichten, wobei die Hauptanwendungsgebiete in der Halbleitertechnik, vorwiegend in den VLSI-Technoiogien, liegen.Charakteristik der bekannten technischen LösungenBeim plasmachemischen Ätzen müssen unbedingt qualitative und ökonomische Gesichtspunkte, die das Ätzergebnis charakterisieren und den Einsatzu des Verfahrens in der Mikroelektronik mitbestimmten, Beachtung finden. Probleme, wie Strukturübertragungsgenauigkeit, Ätzprofilausbildung, Ätzselektivität, elektrische Schädigung des Substrates, aber auch die Wirtschaftlichkeit des Ätzverfahrens stehen bei den neuen VLSI-Technologien im Vordergrund.Da immer kleinere Strukturen und geringere Schichtdicken zum Einsatz kommen, muß durch das Ätzverfahren abgesichert werden, daß bei der Übertragung der Maskengeometrien in die zu ätzende Schicht keine Abweichungen von den Maskenmaßen auftreten und das beim Ätzen freiwerdende Substrat nicht bzw. minimal angegriffen wird.Geringe Kantenverschiebungen in Verbindung mit hoher Selektivität zu den darunter liegenden Materialien sind beim Ätzen von Doppelschichten besonders schwer zu erreichen, da die beiden Schichten in der Regel zu sehr differenziertes Ätzverhalten zeigen. Bei einer Prozeßführung mit geringen lonenenergien können zwar hohe Selektivitäten erreicht werden, jedoch ein starker seitlicher Abtrag der schneller ätzenden Schicht ist im allgemeinen unvermeidbar. White et. al. (Journ. Electrochem. Soc, Vol. 129, No. 6,1330-1335) stellten in diesem Zusammenhang ein CF4/O2-Ätzverfahren vor, wobei durch ein günstiges CF4ZO2-Verhältnis der Ätzprozeß so gestaltet wurde, daß sich die Ätzraten angleichen. Nachteilig bleibt aber das isotrope Ätzverhalten der Doppelschicht, welches selbst und ebenso der durch den O2-Anteil hervorgerufene verstärkte Lackabtrag zu unerwünschten Kantenverschiebungen führen.Gute Abbildungsgenauigkeiten werden dagegen durch Ätzverfahren mit hohem lonenanteii (RIE) erreicht, wie sie von Whitcomb et.al. (Solid State Technology, Vol. 25, No4,121—125) vorgestellt wurden. MoS^ZPoly-Si-Doppeischichten werden dabei mittels RIE-Verfahren so strukturiert, daß erst MoSi2 mit CF4ZC2F6 und dann PoIy-Si mit CCL2F2ZC2F6 geätzt wird. Ungünstig sind dabei jedoch die beim RIE auftretenden Strahlenschäden sowie die Tatsache, daß der Prozeß unterbrochen werden muß und durch einen zusätzlichen Ätzschritt (lonenstrahlätzen oder Sputterätzen in Argon) die zwischen dem MoSi2 und dem PoIy-Si vorhandene Zwischenschicht entfernt werden muß.Somit liegt bei den zitierten Arbeiten der gemeinsame Nachteil vor, daß sie die für die Mikroelektronikverfahren wesentlichsten Voraussetzungen, Wirtschaftlichkeit und Qualität, nicht in sich vereinen, sondern die Bevorzugung eines Kriteriums auf Kosten des anderen geht.Ziel der ErfindungDas Ziel der Erfindung besteht darin, ein technologisch einfaches und qualitativ hochwertiges Verfahren zum plasmachemischen Ätzen von Doppelschichten zu entwickeln.Darlegung des Wesens der ErfindungDer Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Doppelschichten aus Schwermetallsiliziden und Poly-Silizium plasmachemisch mit hoher Abbildungsgenauigkeit und Selektivität zu ätzen.Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst, indem bei Anwendung eines an sich bekannten Gasgemisches aus CF4 und Cl2 ein 2-Phasenätzprozeß benutzt wird, der dem differenzierten Ätzverhalten der aus zwei unterschiedlichen Materialien zusammengesetzten Doppelschichten Rechnung trägt. Das Gasgemisch wird zur Erzeugung von Ätzspezies in eine Plasmaätzanlage eingeleitet und ist während des Ätzens in seiner Zusammensetzung veränderbar. Mit diesem veränderbaren Gasgemisch werden die Doppelschichten, bestehend aus einem Schwermetallsiiizid und PoIy-Si, die sich auf in der Halbleitertechnik üblichen isolierenden Substraten befinden und bekannterweise partiell maskiert sind, in der Plasmaätzanlage geätzt. Der 2-Phasen-Ätzprozeß läuft so ab, daß während der ersten Phase das Schwermetallsilizid durch das Gasgemisch mit einer Zusammensetzung von 5 bis 40% CF4 und 95 bis 60% Cl2 und während der zweiten Phase das darunter befindliche PoIy-Si mit einer Zusammensetzung von 30 bis 80% CF4 und 70 bis 20% Cl2 strukturiert wird. Beim Ätzen desSchwermetallsilizides während der ersten Phase wird durch die günstige Gaszusammensetzung eine hohe Abbildungsgenauigkeit erreicht. In der darauffolgenden zweiten Phase werden die lateralen Abmessungen der Schwermetallsilizidstrukturen nicht verändert, das PoIy-Si jedoch durch an sich bekannte Rekombinationsmechanismen mit hoher Maßübertragungsgenauigkeit selektiv zum unterliegenden isolierenden Substrat geätzt und so die gewünschten maßhaltigen Doppelschichtstrukturen erzeugt. Die exakte jeweilige Gaszusammensetzung hängt ab von den vorliegenden Gegebenheiten des entsprechenden Ätzproblems: Schichtdicken, Dotierung, geforderte Selektivität zur jeweils darunter befindlichen Schicht usw.AusführungsbeispielDie Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.Es wird von einer Doppelschicht, bestehend aus einer 200mm dicken Poly-Si-Schicht und einer 300mm dicken MoSi2-Schicht, ausgegangen, die sich auf einem Si-Substrat mit einer darauf abgeschiedenen SiO2-Schicht befindet. 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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4201661A1 (de) * | 1991-01-22 | 1992-07-30 | Toshiba Kawasaki Kk | Verfahren zur herstellung einer halbleiteranordnung |
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1983
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| DE4201661A1 (de) * | 1991-01-22 | 1992-07-30 | Toshiba Kawasaki Kk | Verfahren zur herstellung einer halbleiteranordnung |
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