DD282107A3

DD282107A3 - Verfahren zur herstellung geaetzter strukturen in polykristallinen oder amorphen siliziumschichten

Info

Publication number: DD282107A3
Authority: DD
Publication date: 1990-08-29

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung geaetzter Strukturen in polykristallinen oder amorphen Siliziumschichten, das im technologischen Herstellungsprozesz mikroelektronischer Bauelemente vielseitig anwendbar ist. Ziel der Erfindung ist die Vereinfachung des Verfahrens durch Einsparung einer Anzahl von Prozeszschritten sowie die Gewaehrleistung einer Ausbeutesteigerung. Die Aufgabe, ein Verfahren anzugeben, das es gestattet, das Schichtsystem Maskenmaterial - polykristallines oder amorphes Silizium kontrollierbar fuer verschiedene Dimensionierungen in einem AEtzschritt zu strukturieren, wird dadurch geloest, dasz auf der polykristallinen oder amorphen Siliziumschicht zunaechst eine Siliziumdioxidschicht erzeugt, diese danach selektiv mit geladenen und beschleunigten Teilchen bestrahlt wird und dasz die bestrahlten Gebiete sodann durch die gesamte Dicke der Siliziumdioxid- und polykristallinen beziehungsweise amorphen Siliziumschicht in nur einem AEtzschritt abgetragen werden, wobei durch Variation der Teilchenenergie sowie der Bestrahlungsdosis, die bei Verwendung von Ionen in den Bereichen von 20 bis 300 keV sowie 1014 bis 1017 cm 2 und bei Verwendung von Elektronen in den Bereichen von 20 bis 500 keV sowie 1017 bis 1019 cm 2 liegen, die erzeugten Stoerungen und die Schichtdicken kontrolliert werden.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft uin Verfahren zum Herstellen geätzter Strukturen in polykristallinen oder amorphen Siliziumschichten durch Strukturieren über eine Haftmaske aus Siliziumdioxid, das im technologischen Herstellungsprozeß mikroelektronischer Bauelemente vielseitig anwendbar ist.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

In bekannten Hersteilungsverfahren für Halbleiterbauelemente, z.B. für integrierte Schaltkreise mit Isolierschicht-Feldeffekttransistoren, (IEEE J. of SSC 7 [1972] S.330) werden in breitem Maße leitfähige oder passivierende Strukturen aus polykristüMinem oder amorphem Silizium für Leitbahnebenen, Passivierungsschichten, Steuerelektroden usw. verwendet. In neueren Veröffentlichungen zu modernen Speicherzellen (IEDM Dig. tochn. pap. [1978] S.348) wird sogar eine Technologie mit 3 Ebenen polykristallinen Siliziu.ns vorgestellt.

Die bekannten technischen Lösungen zur Herstellung entsprechender Strukturen aus polykristallinem oder amorphem Silizium beinhalten stets die Anwendung foto-, elektronen- oder röntgenlithografischer Verfahren, die trotz unterschiedlicher Vorbehandlungs- und Ätzverfahren immer durch die Aufbringung strahlungsempfindlicher Resiste auf die zu strukturierende Schicht, deren Belichtung im Kontakt-, Abstands- oder Projektionsverfahren mit UV-, Elektronen- oder Röntgenstrahlen, die Resistentwicklung, das Ätzen der geöffneten Gebiete und eine anschließende l.ackentfernung charakterisiert werden. Würde man diese bekannten Verfahren auf die lonenlithografio übertragen, so müßte zunächst mit einem speziellen Ätzer die Resistmaske aus Siliziumdioxid geöffnet und danach die technologische Schicht aus amorphem oder polykristallinem Silizium mit einem weiteren Ätzer strukturiert werden. Dabei sind die Ätzer so auszuwählen, daß im 1.FaII ein Angriff der technologischer. Schier t und im 2. Fall ein Ätzen der Resistschicht ausgeschlossen wird.

Diese; ich praktisch in jeder Strukturierungsebene wiederholenden Prozeßschritte erfordern eine große Anzahl von Einzelschritten, sind material- und zeitaufwendig und wirken außerdem noch ausbeutemindernd.

Aus DD-WP 136670 und J. Vac. Tech. 16 (1979) Nr.6 S. 1883-1889 ist ein Verfahren zur direkten resistfreien Schichtstrukturierung durch selektive lonenbestrahlung der zu öffnenden Gebiete in einem lonenprojektor bekannt, wobei auf Grund der Ätzunterschiede zwischen den bestrahlten und unbe strahlten Gebieten die gewünschte Halbleiterstruktur erzeugt wird. Gemäß DE-OS 2436389 ist es bekannt, die Veränderung des ÄUverl.altens, insbesondere von Oxidschichten nach einer Ionen-Bestrahlung, auszunutzen, um das aufwendige fc'olithografische Verfahren zu vereinfachen oder zu vermeiden. Die Ätzrate von Isolierschichten ist dabei abhängig von der Dosis und der Art des Ionenstrahl.

Eine direkte Strukturierung mitlels lonenbeschuß polykristalliner oder amorpher Siliziumschichten ist nicht möglich, da infolge des hohbn Amorphisierungsgrados dieser Materialien spürbare Ätzunterschiede, die im DD-WP 136670 und in der DE-OS 2436389 Voraussetzung zur Strukturierung sind, nach einer Bestrahlung mit Ionen nicht auftreten können. Die Anwendung der Verfahren gemäß DD-WP 136670 und DE-OS 2436389, das Schichtsystem Maskenmaterial-polykristalines oder amorphes Silizium in einem Schritt zu strukturieren ist zwar denkbar, aber der Fachmann wird ausgehend von tier bisherigen Erkenntnis, daß diese Art der Strukturierung solcher und anderer Schichtsysteme technologisch sehr schwierig zu beherrschen ist, einen Einsatz nicht in Erwägung ziehen. Damit ist zur Zeit keine befriedigende technische Lösung bekannt, die eine ökonomische Strukturierung polykristalliner oder amorpher Siliziumschichten untei Umgehung der aufwendigen Resi jtprozesse gestattet.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die Herstellung geätzter Strukturen in polykristallinen oder amorpher. Siliziumschichten zu vereinfachen, wobei die Einsparung einer Anzahl von Prozeßschritten, insbesondere das Aufbringen, Tempern, Belichten und Entfornen der üblichen Resistschichten und eine Ausbeutesteigerung gewährleistet werden sollen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Strukturierungsverfahren für polykristalline oder amorphe Silizi'jmschichten zu schaffen, das es gestattet, das Schichtsystem Maskenmaterial-polykristallines oder amorphes Silizium kontrollierbar für verschiedene Dimensionierungen in einem Ätzschritt zu strukturieren.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Oberfläche der sich auf dem Substrat bzw. auf technologischen Schichten befindlichen polykristallinen oder amorphen Siliziumschicht mit einer Schicht aus Siliziumdioxid bedeckt wird, daß die Oberfläche dieses Schichtsystems örtlich selektiv mit geladenen und beschleunigten Teilchen bestrahlt wird, daß danach die selektiv bestrahlten Gebiete mit einem Ätzverfahren entfernt werden, welches sowohl das bestrahlte Siliziumdioxid als auch das polykristalline bzw. amorphe Silizium abzutragen imstande ist und daß die τι it geladenen Teilchen bestrahlten Gebiete durch die gesamte Dicke der polykristallinen oder amorphen Siliziumschicht hindurch entfernt werden. Dabei wird die maskierende Oxidschicht teilweise oder ganz mit abgetragen. Je nach technologischer I Jotwendigkeit kann anschließend eine weitere Schichtabscheidung oder eine Isolau'onsoxidation der strukturierten polykristallinen oder amorphen Gebiete erfolgen. AU; geladene Teilchen zur Bestrahlung des Schichtsystems können Ionen oder Elektronen verwendet werden. Durch Variation von Teilchenenergie im Bereich von 2O-500keV, Art der Teilchen-wie Elektronen; Ionen eines inerten Gases beziehungsweise) Deuterium-, Wasserstoff-, Phosphor-, Bor- oder Arsen-Ionen- und der Besii ahlungsdosis, die bei Elektronen im Bereich von 10¹⁷-10¹⁹Cm"² und bei Ionen im Bereich von 10^H-10"cm"² liegt, ist die Art der erzeugten Störungen derart kontro'lierbar daß die Restschichtdicke der SiO₂-Schicht, die Flankensteilheit der Strukturen aus polykristallinem oder amorphem Silizium sowie die Eigenschaften der unter dem Si befindlichen Schichten relativ genau vorgegeben werden können. Zur Erzielung einer porenfreien Strukturierung kommt als SiO₂-Schicht vorcugsweise eine 20-50nm dicke thermisch aufgewachsene Schicht in Frage. Zum selektiven Abtragen der mit geladennn Teilchen bestrahlten Gebiete können ein optimiertes naßchemisches Ätzvorfahren, ein plasmachemisches Ätzverfahren, ein reaktives lonenstrahlätzverfahren odor ein Gasphasenätzverfahren eingesetzt werden.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend am Beispiel der Herstellung eines MOS-Transistors mit einer Steuerelektrode aus polykristallinem Silizium beschrieben werden.

Bekanntlich besteht eine derartige Struktur aus einem Substrat monokristallinen Siliziums, das mit einem Gateoxid bedeckt ist. Auf dem Gateoxid befindet sich eine polykristalline Siliziumschicht von etwa 600 ηm Dicke. Den Abschluß dieser Struktur bildet eine Siliziumdioxidschicht von 60 bis 100nm Dicke.

Die Struktur ierung dieser Schichtfolge beginnt mit einer örtlich selektiven Be strahlung mit lone beispielsweise Heliumionen, mit einer Energie von 60keV, wobei der Dosiswert in der Größenordnung 10' 'cm"² liegt. Ip dt .· η Jii folgenden Ätzverfahren, zum Beispiel einem optimierten naßchemischen oder plasmachemischen Ve fahren, wird οίυ "iiü'iumdioxidschicht an den mit Ionen selektiv bestrahlten Gebieten geöffnet und im gleichen Prozeß die darunterliegende polykristblüne Siliziumschiern bis zur Oberfläche des Gateoxides entfernt. Gleichzeitig damit erfolgt ein langsames Abtragen der nicht mit looen bestrahlton Gebiete der Siliziumdioxidschicht. Durch Variation der Selektivität des Ätzverfahrens sowie der Dicke der tiiiiziumdioxidschicht läßt sich dabei stets ein optimales Strukturierungsergebnis erreichen, wobei bedarfswsise die Siiiziumdiox'dschicht auch völlig entfernt werden kann.

Ein optimiertes naßchemisches Ätzgemisch besteht vorzugsweise aus verdür nter Essigsäure mit geringen Anteilen von Flußsäure, Salpetersäure und Silbernitrat, während die plasmachemische Ätzaehandlung mit einem Gasgemisch aus CHF₃ und O₂ bei Drücken von etwa 0,5 Torr durchgeführt werden kann. Die weiteren Pro leßschritto verlaufen in an sich bekannter Weise, daß heißt, entweder erfolgt ein Öffnen der Gateoxidschicht oder die Source-D ain-lmplantation mit nachfolgender Öffnung der Source- und Drain-Gebiete wird durchgeführt. Analog dazu ist auch die Strukti irierung weiterer Ebenen aus polykristallinem oder amorphem Silizium möglich.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung geätzter Strukturen in polykristallinen oder amorphen Siliziumschichten, die auf einem Substrat oder einer technologischen Schicht ingeordnet sind, gekennzeichnet dadurch, daß auf der polykristallinen oder amorphen Siliziumschicht zunächst eine Siliziumdioxidschicht erzeugt, diese danach selektiv mit geladenen und beschleunigten Teilchen bestrahlt wird und daß die bestrahlten Gebiete sodann durch die gesamte Dicke der Siliziumdiouid- und polykristallinen beziehungsweise amorphen Siliziumschicht in nur einem Ätzschritt abgetragen werden, wobei durch Variation der Teilchenenergie sowie der Bestrahlungsdosis, die bei Verwendung von Ionen in den Bereichen von 20 bis 300keV sowie 10¹⁴ bis 10¹⁷cm~² und bei Verwendung von Elektronen in den Bereichen von 20 bis 500keV sowie 10¹⁷ bis 10¹⁹cm~² liegen, die erzeugten Störungen und die Schichtdicken kontrolliert werden.

2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Siliziumdioxidschicht durch Oxydation des polykristallinen Siliziums hergestellt wird und eine Dicke von 20-500 nm besitzt.

3. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß zum selektiven Abtragen der mit geladenen Teilchen bestrahlten Gebiete ein plasmachemisches Ätzverfahren eingesetzt wird.

4. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß zum selektiven Abtragen der mit geladenen Teilchen bestrahlten Gebiete das reaktive lonenstrahlätzen eingesetzt wird.

5. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß zürn selektiven Abtragen der mit geladenen Teilchen bestrahlten Gebiete ein Gasphasenätzverfahren eingesetzt wird.