DE10142595C2 - Verfahren zum Ausgleichen von unterschiedlichen Stufenhöhen und zum Herstellen von planaren Oxidschichten in einer integrierten Halbleiterschaltungsanordung - Google Patents
Verfahren zum Ausgleichen von unterschiedlichen Stufenhöhen und zum Herstellen von planaren Oxidschichten in einer integrierten HalbleiterschaltungsanordungInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anglei
chen von unterschiedlichen Stufenhöhen in ersten und zweiten
Gebieten einer integrierten Halbleiterschaltungsanordnung
und ein Verfahren zum Herstellen
von innerhalb ihres jeweiligen Gebietes und untereinander
planaren Dickoxidschichten und Dünnoxidschichten in einer in
tegrierten Halbleiterschaltungsanordnung.
Bei der Herstellung von integrierten Schaltungen, wie bei
spielsweise Halbleiterspeichern, muss deren Oberfläche nach
Abschluss bestimmter Prozessschritte planarisiert werden, be
vor weitere Prozessschritte eingeleitet werden. Dieses Plan
arisieren erfolgt gewöhnlich in einem CMP-Schritt (CMP = che
misch-mechanisches Polieren). Ein Beispiel hierfür ist bei
der Herstellung eines DRAMs (DRAM = dynamischer Schreib/Lese
speicher) die Maskierung des aktiven Bereiches ("AA"-Maske;
AA = Active Area) mit nachfolgender IT-Ätzung dieses Berei
ches (IT = Isolation Trench). Zur elektrischen Isolation wer
den nach dieser AA-Maskierung die nicht aktiven Bereiche mit
Siliziumdioxid, dem sogenannten STI-Oxid (STI = Shallow
Trench Isolation) gefüllt und durch einen nachfolgenden CMP-
Schritt planarisiert.
Das nach diesem CMP-Schritt erhaltene Ergebnis ist schema
tisch in Fig. 7 für einen Bereich 1 und einen Logik-Bereich 2
eines Halbleiterkörpers 3, 4 gezeigt. Der Halbleiterkörper 3,
4 besteht aus einem Chip und ist hier zur Verdeutlichung des
Unterschiedes zwischen dem Bereich 1 und dem Logik-Bereich 2
schematisch getrennt dargestellt.
Im Bereich 1 sind einzelne aktive Gebiete 5, 6, in denen
Schaltungselemente ausgeführt sein können, durch STI-Gebiete
7, 8 aus beispielsweise Siliziumdioxid voneinander getrennt.
Nach dem erwähnten CMP-Schritt sind im Bereich 1, also bei
spielsweise dem Speicherzellenfeld, die einzelnen aktiven Ge
biete 5 noch durch eine, als CMP-Stopp-Schicht fungierende
Siliziumnitridschicht 9 bedeckt. Gleiches gilt auch im Logik-
Bereich 2 für eine Siliziumnitridschicht 10 auf dem aktiven
Gebiet 6. Die Dicke dieser verbleibenden Siliziumnitrid
schichten 9, 10 ist nun von der lokalen Belegungsdichte ab
hängig. Da diese im Bereich 1 größer ist als im Logik-Bereich
2, ist die Schichtdicke der Siliziumnitridschicht 9 im Be
reich 1 größer als die Schichtdicke der Siliziumnitridschicht
10 im Logik-Bereich 2. Außerdem befinden sich im Bereich 1
die STI-Gebiete 7 jeweils zwischen den aktiven Gebieten 5 und
liegen dabei mit ihrer Oberseite einige 10 nm über der Sili
ziumoberkante der aktiven Gebiete 5, wie dies aus der linken
Hälfte der Fig. 7 zu ersehen ist.
Mit anderen Worten, auch nach dem CMP-Schritt weist der die
integrierte Halbleiterschaltungsanordnung enthaltende Chip
Höhendifferenzen auf seiner Oberfläche auf.
Im Prozessablauf schließt sich das Abtragen ("Strip") der Si
liziumnitridschichten 9, 10 an, so dass die in Fig. 8 gezeig
te Anordnung vorliegt. Hier sind die Höhendifferenz zwischen
der Siliziumoberkante der aktiven Gebiete 5, 6 und der Ober
fläche der STI-Gebiete 7 mit dem Bezugszeichen D und die Hö
hendifferenz zwischen den STI-Gebieten 7, 8 des aktiven Be
reiches 1 bzw. des Logik-Bereiches 2 mit dem Bezugszeichen d
versehen. Diese Höhendifferenzen D bzw. d beeinträchtigen die
nachfolgenden Prozessschritte, wie beispielsweise Wannen-
Implantationen ("Well-Implantationen") und die Bildung von
Gate-Oxiden sowie die Strukturierung von Gate-Leiterschich
ten.
Die Fig. 9 bis 12 veranschaulichen noch einen bestehenden Du
al-GOX-Prozess (GOX = Gate-Oxid) für ein Gebiet 12 mit Dick
oxid und ein Gebiet 13 mit Dünnoxid. Dabei zeigen die Fig. 9
einen Chip nach einem CMP-Schritt, die Fig. 10 den Chip nach
einer N2-Ionenimplantation und einem Siliziumnitrid-Strip,
bei dem die Siliziumnitridschichten 9, 10 auf den aktiven Ge
bieten 5 abgetragen wurden, die Fig. 11 den Chip nach Abtragen
eines Opferoxids ("SAC-Oxide-Strip", SAC für sacrificial), bei dem die STL-Gebiete
7 gedünnt wurden, und die Fig. 12 den Chip nach Auftragen von
Gateoxidschichten 14, 15 mit unterschiedlichen Schichtdicken,
nämlich einer Dickoxidschicht 14 im Gebiet 12 und einer Dünn
oxidschicht 15 im Gebiet 13. Ersichtlich liegen hier dann
verschiedene Stufenhöhen der Oxidschichten 14, 15 zu den STI-
Gebieten 7 vor. Dies ist darauf zurückzuführen, dass in den
STI-Gebieten 7 das diese bildende Siliziumdioxid beim Nassät
zen sich, abhängig davon, ob es einer N2-Implantation ausge
setzt war oder nicht, unterschiedlich ätzen lässt. Implan
tierte Gebiete werden nämlich beim Opferoxid-Strip rascher
geätzt als nicht-implantierte Gebiete.
Es hat sich gezeigt, dass die angestrebte Planarität mittels
eines CMP-Schrittes und vorgegebenen CMP-Tools (Werkzeug)
nicht zu erreichen ist.
Im Einzelnen ist ein Verfahren zum Planarisieren der Oberflä
chen einer auf einem Halbleiterkörper einer integrierten
Halbleiterschaltungsanordnung aufgetragenen Isolierschicht
aus der US 5,946,591 bekannt. Bei diesem Verfahren, bei dem
die Oberfläche in ersten Gebieten der Halbleiterschaltungsan
ordnung auf einem in Bezug auf den Halbleiterkörper höheren
Niveau als in zweiten Gebieten der Halbleiterschaltungsanord
nung liegt, werden die zweiten Gebiete zuerst mit einer
Blockmaske abgedeckt. Dann wird in den ersten Gebieten die
Isolierschicht einem Ätzprozess unterworfen.
Weiterhin ist aus der US 5,958,795 ein Verfahren bekannt, bei
dem eine STI-Schicht auf aktiven Gebieten und Gräben einer
integrierten Halbleiterschaltungsanordnung aufgetragen wird.
Dabei wird mittels eines Ätzprozesses unter Verwendung einer
Blockmaske eine vollständige Planarisierung vorbereitet.
Schließlich ist aus der US 6,130,168 ein Verfahren bekannt,
bei dem Gateoxidschichten mit unterschiedlichen Schichtdicken
als Oxid-Nitrid-Oxid-Strukturen geschaffen werden.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum
Ausgleichen von unterschiedlichen Stufenhöhen in der Oberflä
che einer Halbleiterschaltungsanordnung und zum Herstellen
von planaren Dünnoxidschichten und Dickoxidschichten und da
mit Verfahren zum möglichst weitgehenden Planarisieren der
Oberflächen von Halbleiterschaltungsanordnungen zu schaffen.
Diese Aufgabe wird
erfindungsgemäß durch die Verfahren mit den Merkmalen der Patentansprüche 1
bzw. 3 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus
den Unteransprüchen.
Die STI-Schicht besteht beispielsweise aus Siliziumdioxid.
Die Stufenhöhe dieser STI-Schicht kann in den ersten Gebieten
mindestens 10 nm höher als in den zweiten Gebieten sein. Die
ersten Gebiete können dabei in vorteilhafter Weise ein Zel
lenfeld bilden, während in den zweiten Gebieten eine Logikan
ordnung untergebracht ist.
Für den Ätzprozess, mit dem die Isolierschicht in den ersten
Gebieten zurückgeätzt wird, kann ein trocken- oder nasschemi
sches Ätzen angewandt werden. Dabei kann der Ätzprozess vor
oder nach dem Entfernen einer den Halbleiterkörper außerhalb
der Isolierschicht bedeckenden Siliziumnitridschicht vorge
nommen werden.
Für die Blockmaske kann ein geeignetes Material eingesetzt
werden, wie beispielsweise ein Resist, Lack usw.
Wesentlich an dem erfindungsgemäßen Verfahren ist also, dass
Gebiete einer kleineren Stufenhöhe, wie beispielsweise ein
Logik-Bereich oder ein Dünnoxid-Gebiet, zunächst mit einer
Blockmaske abgedeckt werden. Dann werden die Bereiche mit ei
ner größeren Stufenhöhe, wie beispielsweise ein aktiver Be
reich bzw. ein Zellenfeld oder ein Dickoxid-Gebiet, trocken-
oder nasschemisch zurückgeätzt. Dieses Zurückätzen kann vor
oder nach dem Entfernen einer gegebenenfalls in dem aktiven
Gebiet bzw. Zellenfeld noch vorhandenen Nitrid- oder sonsti
gen Isolierschicht, also beispielsweise vor oder nach einem
Nitridstrip, erfolgen. Für das Zurückätzen, für das ein RIE-
Ätzen (RIE = Reaktives Ionenätzen) verwendet werden kann,
wird in bevorzugter Weise eine CHF3/CF4-Oxidätzchemie verwen
det.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird die Planarisierung
mit Hilfe der Blockmaske nach einem CMP-Schritt mittels der
trocken- bzw. nasschemischen Ätzung erheblich verbessert. Die
Stufenhöhe in den einzelnen Gebieten wird durch die Verwen
dung der Blockmaske durch gezielte Ätzung reduziert, so dass
für Gebiete mit niedriger Belegungsdichte, wie beispielsweise
im Logik-Bereich und für Gebiete mit hoher Belegungsdichte,
wie beispielsweise im Zellenfeld, ein optimales Annähern an
die gewünschte Planarität zu erreichen ist. Bei Bedarf ist es
möglich, nach einem Ätzprozess in den ersten Gebieten die
Blockmaske von den zweiten Gebieten zu entfernen und in den
zweiten Gebieten - eventuell zusammen mit den ersten Gebieten
- noch ein weiteres trocken- bzw. nasschemisches Ätzen vorzu
nehmen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher
erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 und 2 Schnittdarstellungen zur Erläuterung eines
ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsge
mäßen Verfahrens,
Fig. 3 bis 6 Schnittdarstellungen zur Erläuterung eines
zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungs
gemäßen Verfahrens,
Fig. 7 und 8 Schnittdarstellungen zur Erläuterung eines
ersten herkömmlichen Verfahrens und
Fig. 9 bis 12 Schnittdarstellungen zur Erläuterung eines
zweiten herkömmlichen Verfahrens.
Die Fig. 7 bis 12 sind bereits eingangs erläutert worden. In
den Figuren werden für einander entsprechende Bauteile je
weils die gleichen Bezugszeichen verwendet.
Die Fig. 1 zeigt wie die Fig. 7 einen Schnitt durch einen Be
reich 1 bzw. einen Logik-Bereich 2 eines Halbleiterkörpers 3
bzw. 4 mit aktiven Gebieten 5 und 6 sowie STI-Gebieten 7 und
8 nach einem chemisch-mechanischen Polieren. Um nun hier eine
Reduktion der Stufenhöhen D und d zwischen den Oberkanten der
STI-Gebiete 7 im Bereich 1 und der Siliziumoberkante in den
aktiven Gebieten 5, 6 bzw. den Oberkanten der aktiven Gebiete
7 und 8 zu erreichen (vgl. hierzu Fig. 8), wird erfindungsge
mäß auf den Logik-Bereich 2 eine Blockmaske 11 aus Lack oder
Resistmaterial oder einem sonst selektiv ätzbaren Stoff auf
getragen. Dann wird der Bereich 1 einem trocken- oder nass
chemischen reaktiven Ionenätzen (RIE) ausgesetzt, um so die
Oberseite der STI-Gebiete 7 zurückzuätzen, bis diese die
gleiche Höhe wie die STI-Gebiete 8 im Logik-Bereich 2 er
reicht haben. Dieses RIE-Zurückätzen kann vor oder nach dem
Entfernen der Siliziumnitridschicht 9 vorgenommen werden.
Wie aus der schematischen Darstellung von Fig. 2 zu ersehen
ist, kann damit die Stufenhöhe d praktisch auf den Wert Null
zurückgeführt werden. Außerdem ist eine erhebliche Verminde
rung der Stufenhöhe D möglich.
Die Fig. 3 bis 6 zeigen, wie mit Hilfe des erfindungsgemäßen
Verfahrens verschiedene Stufenhöhen in Gebieten 12 mit Dick
oxid und Gebieten 13 mit Dünnoxid zu vermeiden sind. Es wird
nämlich eine Blockmaske 11 im Dünnoxid-Gebiet 13 aufgetragen
(vgl. Fig. 3 und 9), so dass ein Rückätzen der STI-Gebiete 7
aus Siliziumdioxid ("Oxid-Rückätzen") im Dickoxid-Gebiet 12
vorgenommen werden kann. Damit können solche Stufenhöhen zwi
schen den aktiven Gebieten 5 und den STI-Gebieten 7 einge
stellt werden, dass schließlich die Dickoxidschicht 14 mit
der Dünnoxidschicht 15 nach dem Strip des Opferoxids planar
ist (vgl. Fig. 6 und 12). Es ist so ein Ausgleich von unter
schiedlichen Ätzgeschwindigkeiten in implantierten und nich
timplantierten Gebieten möglich.
Im
Übrigen entsprechen die Verfahrensschritte der Fig. 3 bis 6
jeweils den Verfahrensschritten der Fig. 9 bis 12.
1
Bereich
2
Logik-Bereich
3
,
4
Halbleiterkörper
5
,
6
aktive Gebiete
7
,
8
STI-Schicht
9
,
10
Siliziumnitridschicht
11
Blockmaske
12
Dickoxid-Gebiet
13
Dünnoxid-Gebiet
14
Dickoxidschicht
15
Dünnoxidschicht
Claims (8)
1. Verfahren zum Ausgleichen von unterschiedlichen Stufen
höhen in ersten und zweiten Gebieten einer integrierten Halb
leiterschaltungsanordnung
mit einer zuvor einer CMP (Chemisch Mechanisches Polie ren)-Behandlung unterworfenen STI (Flachgrabenisolierungs)- Schicht als Isolierschicht (7, 8), die auf einem Halbleiter körper (3, 4) der integrierten Halbleiterschaltungsanordnung aufgetragen ist und deren Oberfläche in ersten Gebieten (1) der Halbleiterschaltungsanordnung auf einem in Bezug auf den Halbleiterkörper (3, 4) höheren Niveau als in zweiten Gebie ten (2) der Halbleiterschaltungsanordnung liegt,
mit durch die STI-Schicht (7, 8) voneinander getrennten aktiven Gebieten (5, 6) in den ersten und zweiten Gebieten (1, 2) der Halbleiterschaltungsanordnung und
mit einer Stufenhöhe (D) zwischen der Oberkante der STI- Schicht (7) und der Oberkante von aktiven Gebieten (5) des Halbleiterkörpers (3) in den ersten Gebieten (1), die größer ist als die entsprechende Stufenhöhe in den zweiten Gebieten (2),
wobei ein Ausgleich der unterschiedlichen Stufenhöhen erzielt wird, indem die zweiten Gebiete (2) zuerst mit einer Block maske (11) abgedeckt werden, und in den ersten Gebieten (1) die STI-Schicht (7) einem Ätzprozess unterworfen wird.
mit einer zuvor einer CMP (Chemisch Mechanisches Polie ren)-Behandlung unterworfenen STI (Flachgrabenisolierungs)- Schicht als Isolierschicht (7, 8), die auf einem Halbleiter körper (3, 4) der integrierten Halbleiterschaltungsanordnung aufgetragen ist und deren Oberfläche in ersten Gebieten (1) der Halbleiterschaltungsanordnung auf einem in Bezug auf den Halbleiterkörper (3, 4) höheren Niveau als in zweiten Gebie ten (2) der Halbleiterschaltungsanordnung liegt,
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wobei ein Ausgleich der unterschiedlichen Stufenhöhen erzielt wird, indem die zweiten Gebiete (2) zuerst mit einer Block maske (11) abgedeckt werden, und in den ersten Gebieten (1) die STI-Schicht (7) einem Ätzprozess unterworfen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
für die ersten Gebiete (1) das Zellenfeld einer Halbleiter
speicheranordnung und für die zweiten Gebiete (2) der Logik-
Bereich dieser Halbleiterspeicheranordnung dienen.
3. Verfahren zum Herstellen von innerhalb ihres jeweiligen
Gebietes und untereinander planaren Dickoxidschichten und
Dünnoxidschichten in einer integrierten Halbleiterschaltungs
anordnung
mit einer zuvor einer CMP (Chemisch Mechanisches Polie ren)-Behandlung unterworfenen STI (Flachgrabenisolierungs)- Schicht als Isolierschicht (7) in Dickoxid-Gebieten (12) und Dünnoxid-Gebieten (13) als erste und zweite Gebiete (1, 2) der Halbleiterschaltungsanordnung, deren Ätzgeschwindigkeit in den Dünnoxid-Gebieten (13) durch eine nur dort durchzufüh rende Implantation gegenüber den Dickoxid-Gebieten (12) ver größert wird, wodurch die STI-Schicht (7) in einem Ätzschritt in den Dünnoxid-Gebieten (13) stärker gedünnt wird als in den Dickoxid-Gebieten (12),
mit durch die STI-Schicht (7) voneinander getrennten ak tiven Gebieten (5) in den Dickoxid-Gebieten (12) und Dünn oxid-Gebieten (13),
mit einer Stufenhöhe zwischen der Oberkante der STI- Schicht (7) und der Oberkante von aktiven Gebieten (5) in den Dickoxid-Gebieten (12), die größer ist als die entsprechende Stufenhöhe in den Dünnoxid-Gebieten (13),
mit Dickoxidschichten (14) und Dünnoxidschichten (15) auf den jeweiligen aktiven Gebieten (5), die innerhalb der Dickoxid-Gebiete (12) und Dünnoxid-Gebiete (13) mit der je weiligen STI-Schicht (7) planar sind,
wobei auch untereinander planare Dickoxidschichten (14) und Dünnoxidschichten (15) erzielt werden, indem zum Ausgleich der unterschiedlichen Ätzgeschwindigkeiten in den Dickoxid- Gebieten (12) und Dünnoxid-Gebieten (13) die Dünnoxid-Gebiete (13) zuerst mit einer Blockmaske (11) abgedeckt werden, und in den Dickoxid-Gebieten (12) die STI-Schicht (7) einem Ätz prozess unterworfen wird.
mit einer zuvor einer CMP (Chemisch Mechanisches Polie ren)-Behandlung unterworfenen STI (Flachgrabenisolierungs)- Schicht als Isolierschicht (7) in Dickoxid-Gebieten (12) und Dünnoxid-Gebieten (13) als erste und zweite Gebiete (1, 2) der Halbleiterschaltungsanordnung, deren Ätzgeschwindigkeit in den Dünnoxid-Gebieten (13) durch eine nur dort durchzufüh rende Implantation gegenüber den Dickoxid-Gebieten (12) ver größert wird, wodurch die STI-Schicht (7) in einem Ätzschritt in den Dünnoxid-Gebieten (13) stärker gedünnt wird als in den Dickoxid-Gebieten (12),
mit durch die STI-Schicht (7) voneinander getrennten ak tiven Gebieten (5) in den Dickoxid-Gebieten (12) und Dünn oxid-Gebieten (13),
mit einer Stufenhöhe zwischen der Oberkante der STI- Schicht (7) und der Oberkante von aktiven Gebieten (5) in den Dickoxid-Gebieten (12), die größer ist als die entsprechende Stufenhöhe in den Dünnoxid-Gebieten (13),
mit Dickoxidschichten (14) und Dünnoxidschichten (15) auf den jeweiligen aktiven Gebieten (5), die innerhalb der Dickoxid-Gebiete (12) und Dünnoxid-Gebiete (13) mit der je weiligen STI-Schicht (7) planar sind,
wobei auch untereinander planare Dickoxidschichten (14) und Dünnoxidschichten (15) erzielt werden, indem zum Ausgleich der unterschiedlichen Ätzgeschwindigkeiten in den Dickoxid- Gebieten (12) und Dünnoxid-Gebieten (13) die Dünnoxid-Gebiete (13) zuerst mit einer Blockmaske (11) abgedeckt werden, und in den Dickoxid-Gebieten (12) die STI-Schicht (7) einem Ätz prozess unterworfen wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
für die STI-Schicht eine Siliziumdioxidschicht verwendet
wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
in den ersten Gebieten (1) die Stufenhöhe zwischen der Ober
kante der STI-Schicht (7) und der Oberkante von aktiven Ge
bieten (5) des Halbleiterkörpers (3) um mindestens 10 nm grö
ßer ist als die entsprechende Stufenhöhe in den zweiten Ge
bieten (2).
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
für den Ätzprozess ein trocken- oder nasschemisches reaktives
Ionenätzen verwendet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Ätzprozess vor oder nach dem Entfernen einer den Halblei
terkörper außerhalb der Isolierschicht (7, 8) bedeckenden Si
liziumnitridschicht (9) durchgeführt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
für das Entfernen der Siliziumnitridschicht (9) eine
CHF3/CF4-Oxidätzchemie verwendet wird.
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