DD282107A3

DD282107A3 - METHOD FOR PRODUCING ASSOCIATED STRUCTURES IN POLYCRYSTALLINE OR AMORPHIC SILICONE LAYERS

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.The invention relates to a method for producing seeded structures in polycrystalline or amorphous silicon layers, which is versatile in the technological manufacturing process of microelectronic components. The aim of the invention is the simplification of the method by saving a number of Prozeszschritten and the Gewaehrleistung a yield increase. The object of specifying a method which makes it possible to structurally structure the layer material mask material - polycrystalline or amorphous silicon for different dimensions in an etching step - is achieved by first producing a silicon dioxide layer on the polycrystalline or amorphous silicon layer, which is then selectively charged and accelerated particles are irradiated and dasz the irradiated areas are then removed by the entire thickness of the silicon dioxide and polycrystalline or amorphous silicon layer in only one AEtzschritt, by varying the particle energy and the irradiation dose, the use of ions in the range of 20 to 300 keV and 1014 to 1017 cm 2 and with the use of electrons in the ranges of 20 to 500 keV and 1017 to 1019 cm 2, the generated disturbances and the layer thicknesses are controlled.

Description

Field of application of the invention

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.The invention relates to a method for producing etched structures in polycrystalline or amorphous silicon layers by structuring via an adhesive mask of silicon dioxide, which is versatile in the technological manufacturing process of microelectronic components.

Characteristic of the known technical solutions

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.In known semiconductor device manufacturing processes, e.g. for integrated circuits with insulated gate field effect transistors, (IEEE J. of SSC 7 [1972] p.330) widely conductive or passivating structures of polycrystalline or amorphous silicon are used for conductive lines, passivation layers, control electrodes, etc. In recent publications on modern memory cells (IEDM Dig tochnap pap [1978] p.348) even a technology with 3 levels of polycrystalline silicon is presented.

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.The known technical solutions for the production of corresponding structures made of polycrystalline or amorphous silicon always involve the use of photographic, electron or X-ray lithographic processes which, despite different pretreatment and etching processes always by the application of radiation-sensitive resists to the layer to be patterned, the exposure in the contact , Distance or projection methods with UV, electron or X-rays, the resist development, the etching of the opened areas and a subsequent l.ack removal are characterized. If one were to transfer these known methods to the lonenlithografio, it would first be necessary to open the resist mask of silicon dioxide with a special etcher and then to pattern the technological layer of amorphous or polycrystalline silicon with another etcher. In this case, the etchers are to be selected so that in 1.FaII an attack of the technological. Schier t and in the second case etching of the resist layer is excluded.

Diese; ich praktisch in jeder Strukturierungsebene wiederholenden Prozeßschritte erfordern eine große Anzahl von Einzelschritten, sind material- und zeitaufwendig und wirken außerdem noch ausbeutemindernd.These; I process steps that are repetitive in practically every structuring level require a large number of individual steps, are time-consuming and also have a yield-reducing effect.

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.From DD-WP 136670 and J. Vac. Tech. 16 (1979) No. 6 pp. 1883-1889 discloses a method for direct resist-free layer structuring by selective ion irradiation of the regions to be opened in an ion projector, wherein the desired semiconductor structure is produced due to the etching differences between the irradiated and non-irradiated regions. According to DE-OS 2436389 it is known to exploit the change of the ÄUverl.altens, in particular of oxide layers after ion irradiation, in order to simplify or avoid the complex fc'olithografische process. The etching rate of insulating layers is dependent on the dose and the type of ion beam.

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.A direct structuring mitlels ion bombardment of polycrystalline or amorphous silicon layers is not possible because of the hohbn Amorphisierungsgrados of these materials appreciable etch differences, which are in DD-WP 136670 and DE-OS 2436389 condition for structuring, can not occur after irradiation with ions. The application of the method according to DD-WP 136670 and DE-OS 2436389 to structure the layer mask material polycrystalines or amorphous silicon in one step is conceivable, but the skilled person will start from animal hitherto knowledge that this type of structuring such and others Layer systems technologically very difficult to control, do not consider a use. Thus, at present no satisfactory technical solution is known which allows an economic structuring of polycrystalline or amorphous silicon layers without circumvention of the complex residual processes.

Object of the invention

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.The aim of the invention is the production of etched structures in polycrystalline or amorphous. Simplify silicon layers, the saving of a number of process steps, in particular the application, annealing, exposing and defoaming of the usual resist layers and an increase in yield to be ensured.

Explanation of the essence of the invention

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.The invention has for its object to provide a structuring method for polycrystalline or amorphous Silizi'jmschichten, which allows the layer system masking material polycrystalline or amorphous silicon controlled to structure different dimensions in an etching step.

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.According to the invention the object is achieved in that the surface of the located on the substrate or on technological layers polycrystalline or amorphous silicon layer is covered with a layer of silicon dioxide, that the surface of this layer system is locally selectively irradiated with charged and accelerated particles, that thereafter the selectively irradiated areas are removed by an etching process which is capable of removing both the irradiated silicon dioxide and the polycrystalline or amorphous silicon and that the areas irradiated with charged particles are removed through the entire thickness of the polycrystalline or amorphous silicon layer. The masking oxide layer is partly or completely removed with it. Depending on the technological necessity, further layer deposition or isolation of the structured polycrystalline or amorphous regions can subsequently take place. AU; charged particles for irradiation of the layer system, ions or electrons can be used. By variation of particle energy in the range of 2O-500keV, type of particles such as electrons; Ions of an inert gas respectively) deuterium, hydrogen, phosphorus, boron or arsenic ions and the besii ahlungsdosis that for electrons in the range of 10 ¹⁷ -10 ¹⁹ cm ^"2 and for ions in the range of 10 ^H - 10 "cm" ² , the type of interference produced is so resistant that the residual layer thickness of the SiO ₂ layer, the edge steepness of the polycrystalline or amorphous silicon structures and the properties of the layers below the Si can be specified relatively precisely. in order to obtain a pore-free structure ₂ layer is used as SiO vorcugsweise a 20-50nm thick thermally grown layer in question. for selective removal of the irradiated with geladennn particles areas can optimized wet chemical Ätzvorfahren, a plasma etching method, a reactive lonenstrahlätzverfahren odor is a gas-phase etching be used ,

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll nachstehend am Beispiel der Herstellung eines MOS-Transistors mit einer Steuerelektrode aus polykristallinem Silizium beschrieben werden.The invention will be described below using the example of the production of a MOS transistor having a polycrystalline silicon control electrode.

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.As is known, such a structure consists of a substrate of monocrystalline silicon which is covered with a gate oxide. On the gate oxide is a polycrystalline silicon layer of about 600 ηm thickness. The conclusion of this structure forms a silicon dioxide layer of 60 to 100nm thickness.

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.The structure ation of this layer sequence starts with a locally selective Be radiation with lone example, helium ions with an energy of 60 keV, the dose value in the order of 10 '' cm ^"2. Ip dt. · Η Jii following etching process, for example, an optimized wet chemical or plasma-chemical Ve drive, is opened ii ""iiü'iumdioxidschicht in the ion-selectively irradiated areas and in the same process, the underlying polycrystalline silicon wafers removed to the surface of the gate oxide. At the same time, there is a slow erosion of the non-looen irradiated areas of the silicon dioxide layer. By varying the selectivity of the etching process and the thickness of the tiiiiziumdioxidschicht can always achieve an optimal structuring result, wherein the Siiiziumdiox'dschicht can also be completely removed if necessary.

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.An optimized wet-chemical etching mixture preferably consists of verdür nter acetic acid with low levels of hydrofluoric acid, nitric acid and silver nitrate, while the plasma chemical etch treatment with a gas mixture of CHF ₃ and O ₂ at pressures of about 0.5 Torr can be performed. The further pro leßschritto run in a conventional manner, that is, either takes place opening of the gate oxide or the source D-in implantation with subsequent opening of the source and drain regions is performed. Similarly, the structuring of other levels of polycrystalline or amorphous silicon is possible.

Claims

1. A process for producing etched structures in polycrystalline or amorphous silicon layers, which are arranged on a substrate or a technological layer, characterized in that on the polycrystalline or amorphous silicon layer first generates a silicon dioxide layer, which is then selectively irradiated with charged and accelerated particles, and that the irradiated areas are then removed through the entire thickness of the Siliziumdiouid- and polycrystalline or amorphous silicon layer in only one etching step, wherein by varying the particle energy and the irradiation dose, the use of ions in the range of 20 to 300keV and 10 ¹⁴ to 10 ¹⁷ cm ~ ² and with the use of electrons in the ranges of 20 to 500keV and 10 ¹⁷ to 10 ¹⁹ cm ~ ² , the generated disturbances and the layer thicknesses are controlled.

2. The method according to item 1, characterized in that the silicon dioxide layer is prepared by oxidation of the polycrystalline silicon and has a thickness of 20-500 nm.

3. The method according to item 1, characterized in that a plasma-chemical etching process is used for the selective removal of the charged with charged particles areas.

4. The method according to item 1, characterized in that for the selective removal of the charged particles with charged areas, the reactive ion beam etching is used.

5. The method according to item 1, characterized in that a selective gas etching is used for selective removal of the charged particles with charged areas.