DD298975A5 - Verfahren zum erzeugen tiefer graeben in einem einkristallinen siliziumsubstrat - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen tiefer Graeben in einem einkristallinen Siliziumsubstrat zur Herstellung von Isolationsgebieten beziehungsweise Kondensatoranordnungen bei der Produktion von mikroelektronischen Halbleiteranordnungen in VLSI-Technik. Das erfindungsgemaesze Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dasz nach Ausbildung einer AEtzmaske eine Vorbehandlung der Substratoberflaeche durch einen reaktiven Ionenaetzprozesz bei einem Druck von * Pa mit einem Reaktionsgemisch aus Trifluormethan mit * Sauerstoffanteil durchgefuehrt und anschlieszend die tiefen Graeben durch einen reaktiven Ionenaetzprozesz bei einem Druck von * Pa mit einem Reaktionsgasgemisch, welches aus Chlor, Borchlorid und Siliziumtetrachlorid besteht, erzeugt werden.{Graben; Isolationsgebiet; Kondensatoranordnung; Ionenaetzprozesz; Reaktionsgasgemisch; Bor; Borchlorid; Siliziumtetrachlorid}
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen tiefer Gräben in einem oinkristallinon Siliziumsubstrat zur Herstellung von Isolationsgebieten beziehungsweise Kondensatoranordnungen bei dor Produktion von mikroelektronischen Halbloiteranordnungon in VLSI-Technik.
Charakteristik des bekannten Standes der Technik
Um die bei der Herstellung von hochintogrierten Halbleiteranordnungen für Isolationsgebiete beziehungsweise Kondensatoranordnungon notwendigen tiefen Gräben in einem oinkristallinon Siliziumsubstrat zu erzeugen, sind oino Vielzahl anisotroper Trockenätzverfahren bekannt.
So ist es bekannt, nach Erzeugen einer zumoist aus Siliziumdioxid und/oder Siliziumnitrid bestellenden Ätzmaske (Hardmasko) die anisotrope Trockenätzung mit einem Reaktionsgasgemisch aus fluor· beziehungsweise bromhaltigen Gasen und einem Zusatz eines passivierenden Gases, beispielsweise BCIj, SiCU oder CCI4, durchzuführen (vgl. EP-PS 200951, US-PS 4589952, EP-PS 272143).
Diese Ätzverfahren sind durch eine geringe Selektivität zur Ätzmaske, die kleiner gleich 10 boträgt, negativ gekennzeichnet.
Verfahren, bei denon das reaktive lonenätzen zum Erzeugen von Gräben in einer aus Trifluorbrommethan bestehenden Reaktionsgasatmosphäre durchgeführt wird (vgl. DE-PS 3613181), sind neben der geringen Selektivität auch durch eine niedrige Ätzrate nachteilig gekennzeichnet.
Aus EP-PS 101828 ist ein die Ätzselektivität verbesserndes Plasmaätzverfahren bekannt, bei dem das anisotrope Ätzen des Siliziumsubstrates in einem Reaktionsgasgemisch, das im wesentlichen aus Borchlorid und Brom besteht, ausgeführt wird.
Nachteilig an diesem Verfahren ist die relativ niedrige Ätzrate.
G.K. Herb u. a. (Solid State Technology 30/1987/10, S. 109ff.) beschreiben oin Verfahren zur Erzeugung von Gräben, bei dem nach Ausbildung einer Ätzmaske zunächst die Oberfläche durch einen F einigungsprozeß mit einem aus Borchlorid und Argonzu gleichenTeilen bestehenden Resktionsgasgemisch, bei einem Druck von 2,7Pa und einer Überätzdauer von 5min gereinigt wird.
Dabei werden die auf dem Siliziumsubstrat befindlichen Oxidschichten entfernt.
Anschließend werden die tiefen Gräben durch ein reaktives lonenätzverfahren mit einem Ätzgasgemisch aus Chlor, Siliziumtetrachlorid und Borchlorid beziehungsweise aus Chlor, Siliziumtetrachlorid, Borchlorid und Helium bei einem Druck von kleiner 5Pa in das einkristalline Siliziumsubstrat eingebracht. Die dabei auftretende relativ niedrige Ätzrate beträgt ca.
82,5nmmin~'.
Weiterhin ist ein Verfahren zum Herstelion eines Grabenkondensators bekannt (DE-PS 3812621), bei dem die Gräben durch einen Ätzprozeß mit einem aus Borchlorid und Chlor bestehenden Ätzgasgemisch erzeugt werden. Nachteilig an diesem Verfahren ist das dabei erzeugte unterätzteÄtzprofil, welches durch komplizierte Teilschritte im weiteren Herstellungsverfahren des Grabenkondensators ausgeglichen wird.
Durch die bekannten Verfahren ist eine Erzeugung von tiefen Gräben In einkristallinen Siliziumsubstruten, insbesondere in einer Einzelscheibenanlage, mit einer hohen Qualität der orzeugten Grabenstruktur sowie einer hohen Produktivität und Reproduzierbarkeit nicht realisierbar.
Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Erzeugen tiefer Gräben in einem einkristallinen Siliziumsubstrat zu schaffen, welches eine gute Qualität der erzeugten Grabenstruktur garantiert sowie eine hohe Produktivität und Reproduzierbarkeit gewährleistet.
-2- 298 Darlegung dos Wesens der Erfindung
Dor Erfindung llogt dio Aufgabe zugrundo, ein Verfahren zum Erzougen tiofor Gräben In einem olnkristalllnon Siliziumsubstrat anzugeben, bei dem unterätzte Ätzprofile vermieden, eine hohe Sili/iumätzrate gewährleistet und eine Ätzseloktlvität des oinkristalllnen Siliziumsubstrats zur Ätzmaske von größor 12 ermöglicht wordon.
Erfindungsgomäß wird dio Aufgabe dadurch golöst, daß nach Ausbildung olnor Ätzmaske zur Reinigung der Siliziumsubstratoberfläche eine Vorbehandlung durch elnon roaktivon lonenätzprozeß bei einem Druck von 3...8Pa und oinor Leistungsdichte von 3...4W cm'1 mit elnom Roaktlonsgasgomisch aus Trifluormethan mit 5...20% Sauerstoffantoil durchgeführt und anschließend oin reaktiver lononätzprozoß ohne Unterbrechung mit einem Reaktionsgasgomisch aus Chlor mit einem Anteil von 2... 10% Borohlorid und oinom Antoll von 10... 30% Sillziumtotrachloridbo! einem Druck von 8... 15 Pa und einer Leistungsdichte von 1... 1.5W cm"2 zum Erzeugen der tlofon Qrttbon ausgeführt wird. In einer Ausgestaltung dos orfindungsgemäßen Verfahrens wird dom Ronklionsgasgomisch zum Grabenätzon ein Edelgas, insbesondere Helium, als Verdünnungsgas zugesotzt. Dor Anteil dos Vordünnungsgases am Roaktionsgasgemisch beträgt 2... 10%. Zur Vorbehandlung und der anschließenden Erzeugung tiefor Gräben wird das Siliziumsubstrat in oino Einzolschoibenanlage, insbesondere ninon Einzolscheiben-Diodenroaktor eingebracht.
ι if einem oinkristallinen Siliziumsubstrat (Wafer) mit einem Durchmesser von 125 mm wird eine ca. 40 nm dicke thermische O. !schicht aufgebracht. Anschließend werden durch einen LP-CVD-Prozeß oino Siliziumnitridschicht mit oinor Dicke von 40... 150nm und einoca. 600ηm dicke Siliziumdioxidschicht abgeschieden.
Nach dem folgenden Aufbringen einer Photolackhaftmaske werden dio Siliziumdioxid- und dio Siliziumnitridschicht strukturiert, die Photolackhaftmaske wieder entfernt und oin Feinreinigungsprozoß durchgeführt. Im Anschluß an diese Ätzmasken (Hardmaske)-Erzeugung wird das Siliziumsubstrat in den Reaktionsraum eines Einzelschoiben-Diodenreaktors eingebracht. Zur Reinigung der Siliziumsubstratoberfläche, insbesondere zur Entfernung der Siliziumdioxid-Restschichten wird nachfolgend eine Vorbehandlung bei einem Druck von 5Pa und einer Leistungsdichte von 4W cm"* durchgeführt. Der Reaktionsgasstrom dieses reaktiven lonenätzprozessos setzt sich dabei aus 60sccm Trifluormethan und ösccrv Sauerstoff zusammen. Anschließend werden ohne Unterbrechung im gleichen Reaktionsraum die tiefen Gräbon erzeugt, in dem bei einem Druck von 10Pa und einer Leistungsdichte von 1.25W cm'1 oin reaktiver lononätzprozoß mit einem Reaktionsgasstrom, der sich aus 20 seem Chlor, 1 sccm Borchlorid und 6 sccm Siliziumtetrachlorid zusammensetzt, ausgeführt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich durch die gute Qualität der orzougten Gräben sowie eine hohe Produktivität und Reproduzierbarkeit aus.
Claims (3)
1. Verfahren zum Erzeugen tiefer Gräben in einem einkristallinen Siliziumsubstrat, bei dem nach Ausbildung einer Ätzmaske zur Reinigung der Substratoberfläche eine Vorbehandlung durchgeführt und anschließend die tiefen Gräben durch einen reaktiven lonenätzprozeß mit einem Bortrichlorid und Chlor enthaltenden Reaktionsgasgemisch erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorbehandlung der Substratoberfläche durch einen reaktiven lonenätzprozeß bei einem Druck von 3.. .8 Pa und einer Leistungsdichte von 3... 4 Wem"2 mit einem Reaktionsgasgemisch ausTrifluormethan mit 5...20% Sauerstoffanteil durchgeführt und der anschließende reaktive lononätzprozeß zum Erzeugen dor tiefen Gräben ohne Unterbrechung mit einem Reaktionsgasgemisch aus Chlor mit einem Anteil von 2... 10% Borchlorid und einem Anteil von 10...30% Siliziumtetrachlorid bei einem Druckvon8...15Pa und einer Leistungsdichte von 1 ...1,5Wc(TT2 ausgeführt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsgasgemisch zum Erzeugen tiefer Gräben ein Edelgas als Verdünnungsgas mit einem Anteil von 2... 10% enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsgasgemisch zum Erzeugen tiefer Gräben Helium als Verdünnungsgas enthält.
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| DE4416057C2 (de) * | 1994-05-02 | 1998-12-03 | Hartmann & Braun Gmbh & Co Kg | Verfahren zur Herstellung dreidimensionaler Tiefenstrukturen in Siliziumsubstraten |
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