DD286458A5 - PROCESS FOR PRODUCING DEEP TRENCH STRUCTURES IN SILICON MATERIAL - Google Patents

PROCESS FOR PRODUCING DEEP TRENCH STRUCTURES IN SILICON MATERIAL Download PDF

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DD286458A5
DD286458A5 DD30123487A DD30123487A DD286458A5 DD 286458 A5 DD286458 A5 DD 286458A5 DD 30123487 A DD30123487 A DD 30123487A DD 30123487 A DD30123487 A DD 30123487A DD 286458 A5 DD286458 A5 DD 286458A5
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DD
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etching
silicon material
deep trench
trench structures
structuring
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DD30123487A
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German (de)
Inventor
Gerd Woehl
Michael Matthes
Annerose Weisheit
Peter Ettrich
Christian Weber
Original Assignee
Akademie Der Wissenschaften Der Ddr,De
Inst. F. Halbleiterphysik Der Adw Der Ddr,De
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung tiefer Trenchstrukturen in Siliciummaterial mittels des reaktiven Ionenaetzens, das eine hohe Siliciumabtragsrate und eine hohe Anisotropie des AEtzprozesses gewaehrleistet, d. h. dasz die parallel zur Ioneneinfallsrichtung durch den AEtzprozesz freiwerdenden Flaechen des zu aetzenden Siliciummaterials im wesentlichen nicht abgetragen werden. Erreicht wird dies durch die Zugabe von * O2 zum AEtzgas CF2Cl2 und die Durchfuehrung des AEtzprozesses bei einem Arbeitsdruck von * Pa mit einer Durchfluszrate von * sccm.{AEtzprozesz; Siliciummaterial; einkristallines Halbleitermaterial; Implantationsmasken; AEtzmasken; Strukturierung; Abtragsrate; Anisotropie; Selektivitaet; Arbeitsdruck; AEtzgasgemisch}The invention relates to a method for producing deep trench structures in silicon material by means of reactive ion etching, which ensures a high silicon removal rate and a high anisotropy of the AEtzprozesses, d. H. that the surfaces of the silicon material to be etched which are released parallel to the ion incidence direction by the etching process are essentially not removed. This is achieved by adding * O2 to the AEtzgas CF2Cl2 and performing the AEtz process at a working pressure of * Pa at a flow rate of * sccm. Silicon material; single crystalline semiconductor material; Implantation masks; etching masks; Structuring; removal rate; anisotropy; Selectivity; Working pressure; etching gas}

Description

Für den Fall der Strukturierung von einkristallinem Halbleitermaterial wird das Siliciumsubstrat einem Oxidationsprozeß unterzogen, wobei das Substratmaterial mit einer 600nm dicken Oxidschicht versehen wird, auf die eine Lackhaftmaske aufgebracht wird. In einem nachfolgenden Trockenätzschritt wird zunächst das Oxid strukturiert und anschließend der verbleibende Fotolack entfernt. Die Oxidschicht wird dabei für die Herstellung tiefer Trenchstrukturen im einkristallinen Halbleitermaterial als Oxidmaske ausgebildet. Das mit dieser Oxidmaske ausgebildete einkristalline Halbleitermaterial wird danach in einem Rezipienten einer Ätzanlage einem Ätzprozeß in einem CF1CI] + O2-Plasma ausgesetzt. Dabei ist im Rezipienten der Ätzanlage ein Arbeitsdruck von ρ = 60Pa mit einer HF-LeistungVon 135 W eingestellt. Der Sauerstoffanteil zu dem den Rezipienten zugeführten Ätzgas beträgt 90%. Die Ätzgaszusammensetzung, HF-Leistung, Durchflußrate und Arbeitsdruck führen zu einem ausreichenden anisotropen Ätzangriff und zu Si-Ätzraten größer 0,5 pm min"1. Das Verfahren garantiert durch die Zusgmn.ensetzung des Ätzgases und die Einstellung der entsprechenden Verfahrenspärameter, daß an die parallel zur Einfallsrichtung der Ionen durch den Ätzprozeß freiwerdenden Flächen Passiviorungsprozesse überwiegen, während auf der zu ätzenden Fläche senkrecht zur Einfallsrichtung der Ionen der Ätzprozeß dominiert. Die Wirksamkeit der Passivierung an den parallel zur loneneinfallsrichtung freigelegten Flächen ist dabei entscheidend von den vorhandenen elektrisch neutralen Radikalen abhängig. Durch Veränderung des prozentualen Anteils des Sauerstoffs zum Ätzgas CF]CI2 ist e<ne gezielte Profileinstellung für die tiefen Trenchstrukturen möglich. Die Verfahrensparameter gestatten die Durchführung des Ätzprozesses 'owohl im RIE-, als auch im PE-Mode, falls sich dies im Interesse geringerer Defektbildung im einkristallinen Silicium als günstig erweist. Eine zusätzliche Edelgasmischung von beispielsweise Argon oder Helium homogenisiert das Plasma und führt dabei zur Erhöhung des anisotropen Anteils des Ätzprozesses und zur Erhöhung der Silicium-Ätzrate.In the case of the structuring of single-crystal semiconductor material, the silicon substrate is subjected to an oxidation process, wherein the substrate material is provided with a 600 nm thick oxide layer, to which a paint adhesion mask is applied. In a subsequent dry etching step, first the oxide is patterned and then the remaining photoresist is removed. The oxide layer is formed as an oxide mask for the production of deep trench structures in the monocrystalline semiconductor material. The monocrystalline semiconductor material formed with this oxide mask is then exposed to an etching process in a CF 1 Cl] + O 2 plasma in a recipient of an etching system. In this case, a working pressure of ρ = 60 Pa with an HF power of 135 W is set in the recipient of the etching system. The oxygen content to the etching gas supplied to the recipient is 90%. The etchant gas composition, RF power, flow rate, and operating pressure result in sufficient anisotropic etch attack and Si etch rates greater than 0.5 pm min -1 . The process, by adding the etchant gas and adjusting the appropriate process parameters, guarantees that the Passivity processes predominate in parallel to the direction of incidence of the ions released by the etching process, while the etching process dominates on the surface to be etched perpendicular to the direction of incidence of the ions.The effectiveness of the passivation on the surfaces exposed parallel to the ion incidence direction is decisively dependent on the existing electrically neutral radicals. By altering the percentage of oxygen to the etching gas CF] CI 2 , a selective profile adjustment for the deep trench structures is possible The process parameters allow the etching process to be carried out in RIE as well as in PE mode if the s in the interest of lower defect formation in monocrystalline silicon proves favorable. An additional noble gas mixture of, for example, argon or helium homogenizes the plasma, thereby increasing the anisotropic portion of the etching process and increasing the silicon etch rate.

Claims (2)

1. Verfahren zur Herstellung tiefer Trenchstrukturen in Siliciummaterial mittels des reaktiven lonenätzens, insbesondere sowohl zur Strukturierung von einkristallinem Halbleitermaterial als auch mit darauf befindlichen dünnen Schichten unter Anwendung eines einem Rezipienten zugeführten Ätzgasgemisches, bestehend aus CF2CI2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ätzgas ein Anteil von 75... 95% O2 zugegeben wird, und daß im Rezipienten ein Arbeitsdruck des Ätzgases von 20v.60Pa mit einer Durchflußrate von 100...250sccm eingestellt ist und eine Biasspannung von 100... 200 V erzeugt wird.1. A method for producing deep trench structures in silicon material by means of the reactive ion etching, in particular both for structuring of single-crystal semiconductor material and with thin layers thereon using a recipient supplied Ätzgasgemisches consisting of CF 2 CI 2 , characterized in that the etching gas Content of 75 ... 95% O 2 is added, and that in the recipient a working pressure of the etching gas of 20 v. 60Pa is set at a flow rate of 100 ... 250sccm and a bias voltage of 100 ... 200 V is generated. 2. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß den, dem Rezipienten zugeführten Gasgemisch ein Anteil zwischen 50...90% eines Edelgases zugegeben werden.2. The method according to item 1, characterized in that the, the recipient supplied gas mixture is added a proportion between 50 ... 90% of a noble gas. Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung tieferTrenchstrukturen in Siliciummaterial mittels des reaktiven lonenätzens, insbesondere sowohl zur Strukturierung von einkristallinem Halbleitermaterial, als auch mit darauf befindlichen dünnen Schichten und zur Strukti rierung von Implantations- bzw. Ätzmasken aus undotiertem Polysilicium, wie sie zur Erstellung hochintegrierter elektronischer Schaltkreise erforderlich sind.The invention relates to a method for producing tiefTrenchstrukturen in silicon material by means of the reactive ion etching, in particular both for structuring single-crystalline semiconductor material, as well as with thin layers thereon and for structuring of implantation or etching masks of undoped polysilicon, as they are used to create highly integrated electronic Circuits are required. Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions Bei der Strukturierung von einkristallinem Siliciummaterial oder undotiertem Polysiliciummaterial in reaktiven Plasmen werden unterschiedliche Verfahrensweisen genutzt. Ein besonderes Problem erwächst bei der Strukturierung schmaler, tiefer Trenchstrukturen in einkristallinen Silicium. Zur Realisierung schmaler, tiefer Trenchstrukturen gilt es, eine hohe Anisotropie des Ätzangriffs hinsichtlich des zu ätzenden Materials, eine hohe Selektivität zum Maskenmaterial und hohe Materialätzraten zu realisieren. Insbesondere letzter Forderung kommt wegen der zu realisierenden Ätztiefen a 5 μιτι eine wesentliche Bedeutung zu. Bisher übliche reaktive lo'.. nützverfahren, die den Ätzprozeß bei niedrigen Drücken, die um 5Pa liegen, realisieren, haben den Nachteil niedriger Siliciummaterial-Ätzraten. Diese Ätzraten liegen im wesentlichen unter ΙΟΌμπι min"1. Der Einsatz der entsprechenden Ätzgase, beispielsweise Cl2, CCI4, HCI oder BCI3 macht darüber hinaus erhöhte sicherheitstechnische Anforderungen an den Ätzanlagen notwendig. Zur Erhöhung der Siliciummaterialätzrate sind eine Reihe von Maßnahmen bekannt. Maßnahmen dieser Art sind die Erhöhung des Arbeitsdruckes im Rezipienten der Ätzanlage aufwerte um 50Pa. Die damit verbundene zunehmende Isotropie des Ätzprozesses wird dabei durch die Anwendung bromhaltiger Ätzgase geringfügig verringert. Für den Ätzprozeß tiefer Trenchstrukturen ist diese Verfahrensweise auf Grund des durch den hohen Druck des Ätzgases hohen isotropen Anteil des Ätzprozesses ungeeignet, die Anwendung niedriger Arbeitsdrücke des Ätzgases bedingt bei der Erzeugung tiefer Trenchstrukturen eine niedrige Siliciummaterialabtragsrate, die einer wirtschaftlichen Anwendung dieser Verfahrensweise entgegensteht.In structuring single crystal silicon material or undoped polysilicon material in reactive plasmas, different procedures are used. A particular problem arises in the structuring of narrow, deep trench structures in monocrystalline silicon. To realize narrow, deep trench structures, it is necessary to realize a high anisotropy of the etching attack with respect to the material to be etched, a high selectivity to the mask material and high material etch rates. In particular, the last requirement is essential because of the etching depths a 5 μιτι to be realized. Previously popular reactive soldering techniques that implement the etching process at low pressures that are around 5 Pa have the disadvantage of low silicon material etch rates. These etch rates are substantially below ΙΟΌμπι min " 1. The use of the corresponding etching gases, such as Cl 2 , CCI 4 , HCI or BCI 3 also makes increased safety requirements on the etching necessary. Measures of this type are the increase in the working pressure in the recipient of the etching system by 50 Pa. The associated increasing isotropy of the etching process is thereby slightly reduced by the use of bromine-containing etching gases For the etching process of deep trench structures, this procedure is due to the high pressure of the etching gas high isotropic portion of the etching process unsuitable, the application of low working pressures of the etching gas causes in the production of deep trench structures a low silicon material removal rate, which precludes an economic application of this procedure. Ziel der ErfindungObject of the invention Die Erfindung verfolgt das Ziel, ein Verfahren zur Herstellung tiefer Trenchstrukturen in Siliciummaterial mittels eines reaktiven Ionenätzprozesse3 anzugeben, das eine hohe Siliciummaterialabtragsrate und eine hohe Anisotropie des Ätzprozesses gewährleistet.The invention aims to provide a method for producing deep trench structures in silicon material by means of a reactive ion etching process 3, which ensures a high silicon material removal rate and a high anisotropy of the etching process. Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention Der Erfindung liegt dabei die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung tiefer Trenchstrukturen in Siliciummaterial mittels eines reaktiven lonenätzprozesses zu schaffen, wobei die parallel zur loneneinfallsrichtung durch den Ätzprozeß freiwerdenden Flächen des zu ätzenden Siliciummaterials im wesentlichen nicht abgetragen werden. Diese Abgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung tiefer Trenchstrukturen in Siliciummaterial mittels des reaktiven lonenätzens, insbesondere sowohl zur Strukturierung von einkristallinem Halbleitermaterial, als auch mit darauf befindlichen dünnen Schichten unter Anwendung eines einem Rezipienten zugeführten Ätzgasgemisches, bestehend aus CF2CI2, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dem Ätzgas ein Anteil zwischen 75...95% O2 zugegeben wird, und daß ein Arbeitsdruck des Ätzgases von 20...60Pa mit einer Durchflußrate von 100...250sccm im Rezipienten eingestellt ist und eine Biasspannung von 100...200V erzeugt wird. Das Verfahren wird vorteilhaft dadurch ausgestaltet, daß den, dem Rezipienten zugeführten Gasgemisch ein Anteil zwischen 50...90% eines Edelgases, insbesondere Argon oder Helium, zugegeben wird.The object of the invention is to provide a method for producing deep trench structures in silicon material by means of a reactive ion etching process, wherein the surfaces of the silicon material to be etched parallel to the ion incidence direction are essentially not removed by the etching process. This release is achieved by a method for producing deep trench structures in silicon material by means of the reactive ion etching, in particular both for structuring single-crystal semiconductor material, as well as with thin layers thereon using a recirculated supplied Ätzgasgemisches consisting of CF 2 CI 2 , according to the invention thereby solved in that a proportion of between 75 and 95% O 2 is added to the etching gas and that a working pressure of the etching gas of 20 to 60 Pa is set at a flow rate of 100 to 250 sccm in the recipient and has a bias voltage of 100. .200V is generated. The method is advantageously configured by adding to the gas mixture fed to the recipient a proportion of between 50 and 90% of a noble gas, in particular argon or helium. Ausführungsbeispielembodiment Die Erfindung soll anhand zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail with reference to two embodiments. Dabei wird sowohl die erfindungsgemäße Strukturierung von einkristallinem Halbleitersilicium, als auch die Strukturierung vonIn this case, both the structuring according to the invention of monocrystalline semiconductor silicon, as well as the structuring of undotiertem Polysilicium erläutert.undoped polysilicon explained.
DD30123487A 1987-03-30 1987-03-30 PROCESS FOR PRODUCING DEEP TRENCH STRUCTURES IN SILICON MATERIAL DD286458A5 (en)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE4416057A1 (en) * 1994-05-02 1995-11-09 Mannesmann Ag Prodn. of three=dimensional structures in silicon substrates

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE4416057A1 (en) * 1994-05-02 1995-11-09 Mannesmann Ag Prodn. of three=dimensional structures in silicon substrates
DE4416057C2 (en) * 1994-05-02 1998-12-03 Hartmann & Braun Gmbh & Co Kg Process for the production of three-dimensional deep structures in silicon substrates

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