DD298975A5 - PROCESS FOR PRODUCING DEEP GRAVES IN A CRYSTALLINE SILICON SUBSTRATE - 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}The invention relates to a method for producing deep trenches in a monocrystalline silicon substrate for the production of isolation regions or capacitor arrangements in the production of microelectronic semiconductor devices in VLSI technology. The process according to the invention is characterized in that, after forming an AEtz mask, a pretreatment of the substrate surface by a reactive ion etching process is carried out at a pressure of * Pa with a reaction mixture of trifluoromethane with oxygen content and then the deep trenches by a reactive ion etching process at a pressure of * Pa with a reaction gas mixture consisting of chlorine, boron chloride and silicon tetrachloride. {Dig; Isolation region; Capacitor arrangement; Ionenaetzprozesz; Reaction gas mixture; Boron; boron chloride; Silicon tetrachloride}
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.The invention relates to a method for producing deep trenches in an oinkristallinon silicon substrate for the preparation of isolation regions or capacitor arrangements in the production of microelectronic Halbloiteranordnungon in VLSI technology.
Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art
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.In order to produce the deep trenches necessary in the fabrication of highly intrinsic semiconductor devices for isolation regions or capacitor arrays in an o-crystalline silicon substrate, a large number of anisotropic dry etching processes are known.
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).Thus, it is known to produce an anisotropic dry etching with a reaction gas mixture of fluorine- or bromine-containing gases and an addition of a passivating gas, for example BCl, SiCu or CCl 4 , after producing an etching mask (Hardmasko) usually consisting of silicon dioxide and / or silicon nitride (cf. 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.These etching processes are negatively characterized by a low selectivity to the etch mask, which is less than or equal to 10.
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.Methods in which reactive ion etching is carried out to produce trenches in a reaction gas atmosphere consisting of trifluoromethane (cf., DE-PS 3613181) are disadvantageously characterized not only by low selectivity but also by a low etch rate.
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.EP-PS 101828 discloses an etching selectivity enhancing plasma etching process in which the anisotropic etching of the silicon substrate is carried out in a reaction gas mixture consisting essentially of boron chloride and bromine.
Nachteilig an diesem Verfahren ist die relativ niedrige Ätzrate.A disadvantage of this method is the relatively low etching rate.
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.G. K. Herb u. a. (Solid State Technology 30/1987/10, p. 109ff.) Describe a process for the formation of trenches, in which after formation of an etching mask, first the surface by a F-unification process with a consisting of boron chloride and Argon gleichTeilen Resorptionsgasgemisch, at a pressure of 2.7 Pa and a Überätzdauer of 5min is cleaned.
Dabei werden die auf dem Siliziumsubstrat befindlichen Oxidschichten entfernt.In this case, the oxide layers located on the silicon substrate are removed.
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.Subsequently, the deep trenches are introduced by a reactive ion etching with an etching gas mixture of chlorine, silicon tetrachloride and boron chloride or from chlorine, silicon tetrachloride, boron chloride and helium at a pressure of less than 5Pa in the monocrystalline silicon substrate. The occurring relatively low etching rate is approx.
82,5nmmin~'.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.Furthermore, a method for the manufacture of a trench capacitor is known (DE-PS 3812621), in which the trenches are produced by an etching process with an etching gas mixture consisting of boron chloride and chlorine. A disadvantage of this method is the undercut etched profile produced thereby, which is compensated by complicated partial steps in the further production process of the trench capacitor.
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.The known methods make it impossible to produce deep trenches in monocrystalline silicon substrates, in particular in a single-disk system, with a high quality of the generated trench structure and high productivity and reproducibility.
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.The aim of the invention is to provide a method for producing deep trenches in a monocrystalline silicon substrate, which guarantees a good quality of the trench structure produced and ensures high productivity and reproducibility.
-2- 298 Darlegung dos Wesens der Erfindung-2- 298 Presentation of the essence of the invention
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.The invention is based on the object of specifying a method for forming an inorganic silicon substrate in which undercut etching profiles are avoided, a high silicon etching rate is ensured and an etching selectivity of the crystalline silicon substrate to the etching mask of magnitude 12 is possible.
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.According to the invention, the object is achieved by forming, after formation of an etching mask for cleaning the silicon substrate surface, a pretreatment by electron-etching process at a pressure of 3 to 8 Pa and an energy density of 3 to 4 W cm -1 with an inert gas mixture of trifluoromethane with 5 ... 20% Sauerstoffantoil and then oin reactive Iononätzprozoß without interruption with a Reaktionsgasgomisch from chlorine with a share of 2 ... 10% Borohlorid and oinom Antoll of 10 ... 30% Sillziumtotrachloridbo! is carried out at a pressure of 8 ... 15 Pa and a power density of 1 ... 1.5W cm "2 for generating the tlofon Qrttbon. In one embodiment dos orfindungsgemäßen method dom Ronklionsgasgomisch is a noble gas, in particular helium for Grabenätzon, zugesotzt as a diluent gas The proportion of diluting gas in the mixture of roughening gas is 2 to 10% .The silicon substrate is introduced into a single-rotor disk system, in particular a ninon single-disk diode reactor, for pretreatment and subsequent generation of deep trenches.
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.If an oycrystalline silicon substrate (wafer) with a diameter of 125 mm is applied, a thermal O.layer approximately 40 nm thick is applied. Subsequently, by an LP-CVD process oino silicon nitride layer with oinor thickness of 40 ... 150nm and aoca. Deposited 600ηm thick silicon dioxide layer.
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.After the subsequent application of a photoresist mask, the silicon dioxide and silicon nitride layers are patterned, the photoresist mask is removed, and a fine cleaning process is performed. Subsequent to this etching mask (hard mask) generation, the silicon substrate is introduced into the reaction space of a single-plate diode reactor. In order to clean the silicon substrate surface, in particular to remove the residual silicon dioxide layers, a pretreatment is then carried out at a pressure of 5 Pa and a power density of 4 W cm -1. The reactive gas stream of this reactive ion etching process is composed of 60 sccm of trifluoromethane and oxygen of oxygen Interruption in the same reaction space produces the deep gravel, in which at a pressure of 10Pa and a power density of 1.25W cm ' 1 oin reactive Iononätzprozoß with a reaction gas stream, which is composed of 20 seem of chlorine, 1 sccm boron chloride and 6 sccm silicon tetrachloride is performed ,
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich durch die gute Qualität der orzougten Gräben sowie eine hohe Produktivität und Reproduzierbarkeit aus.The inventive method is characterized by the good quality of the orzougten trenches and high productivity and reproducibility.
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DD34073990A DD298975A5 (en) | 1990-05-17 | 1990-05-17 | PROCESS FOR PRODUCING DEEP GRAVES IN A CRYSTALLINE SILICON SUBSTRATE |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4416057A1 (en) * | 1994-05-02 | 1995-11-09 | Mannesmann Ag | Prodn. of three=dimensional structures in silicon substrates |
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1990
- 1990-05-17 DD DD34073990A patent/DD298975A5/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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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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