DE10333129A1 - Verfahren zur Bildung einer Siliziumnitridschicht - Google Patents

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Abstract

Ein Verfahren zur Bildung einer Siliziumnitridschicht. Das Verfahren umfasst Bereitstellen eines Substrats mit einer Siliziumoberfläche darauf, Durchführen eines Ionenimplantationsprozesses auf der Siliziumoberfläche, Implantieren von Stickstoffatomen in die Siliziumoberfläche, und Durchführen eines thermischen Nitrierungsprozesses und Bilden einer Siliziumnitridschicht auf dem Substrat, wobei die Siliziumnitridschicht das auf der Siliziumoberfläche durch Reaktion der Siliziumoberfläche mit den darin enthaltenen Stickstoffatomen gebildete Siliziumnitrid umfasst.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft Halbleitertechnologie und insbesondere ein Verfahren zur Bildung einer Siliziumnitridschicht.
  • Beschreibung vom Stand der Technik
  • Siliziumnitrid (Si3N4), ein weitverbreitetes dielektrisches Material bei Halbleiterherstellungsprozessen, wird allgemein als, zum Beispiel Maskenschichten, Stopschichten oder Passivierungsschichten auf integrierten Vorrichtungen entweder aufgrund seiner Fähigkeit, gegen die Diffusion von Verunreinigungen und Wasser zu schützen, oder einer vorbestimmten mechanischen Festigkeit, die es ausführte, verwendet.
  • Normalerweise kann Siliziumnitrid durch einen chemischen Aufdampf- (CVD) Prozess bei geringem Druck oder durch einen plasmaunterstützten Beschichtungs- (PECVD) Prozess gebildet werden.
  • Gegenwärtig wird Siliziumnitrid durch Reagieren von Dichlorsilan und Ammoniak bei vermindertem Druck (zum Beispiel zwischen 0,1 und 10 Torr) und einer Temperatur, die im Bereich von 700 bis 800°C liegt, durch einen LPCVD Prozess gebildet, um eine bessere Gleichförmigkeit zu erreichen.
  • Zudem kann Siliziumnitrid durch einen PECVD Prozess durch Reagieren von Silan, Ammoniak und Stickstoff bei niedrigerer Temperatur (normalerweise unter 450°C) gebildet werden und enthält Wasserstoff im Bereich von 7 bis 30 % darin. Deshalb wird seine Stöchiometrie als SiNx gezeigt und unterscheidet sich von der, das durch LPCVD gebildet ist.
  • Beim Halbleiterherstellungsprozess wird folglich eine dickere Siliziumnitridschicht als Maskenschicht oder Stopschicht zum chemischen mechanischen Polieren (CMP) oder Ätzen normalerweise durch LPCVD gebildet. Eine dickere Siliziumnitridschicht als Passivierungsschicht vom Back-End-of-Line (BEOL) Prozess kann durch PECVD bei einer niedrigeren Prozesstemperatur gebildet werden.
  • Zudem kann ein anderes Verfahren zur Bildung einer Siliziumnitridschicht eine thermische Nitrierung in einer Umgebung von Stickstoffatomen bei einer Temperatur sein, die 1000°C überschreitet, um die freigelegte Siliziumoberfläche auf einem Substrat mit den Umgebungsstickstoffatomen zu nitrieren, wobei folglich eine Siliziumnitridschicht gebildet wird. Die thermische Nitrierung kann zum Beispiel ein Furnace- bzw. Ofennitrierungsprozess oder ein schneller thermischer Nitrierungs- bzw. Rapid Thermal Nitridation(RTN)- Prozess sein. Eine durch einen herkömmlichen thermischen Nitrierungsprozess gebildete Siliziumnitridschicht ist durch einen schematischen Querschnitt veranschaulicht, der in 1 gezeigt ist:
  • In 1 wird ein Halbleitersubstrat 10, zum Beispiel ein Siliziumsubstrat, bereitgestellt. Eine ebene Oberfläche und eine Öffnung OP auf und in dem Substrat 10 legen Siliziumoberflächen davon frei. Dann wird ein thermischer Nitrierungsprozess (nicht gezeigt) durchgeführt. Während des thermischen Nitrierungsprozesses wird das Substrat 10 auf eine vorbestimmte Temperatur durch Heizvorrichtungen in dem umgebenden Milieu (nicht gezeigt) erhitzt und dann wird ein Stickstoff-haltiges Gas G eingeführt und bei hoher Umgebungstemperatur zersetzt, um Stickstoffatome davon freizugeben. Die Stickstoffatome können folglich mit den freigelegten Siliziumoberflächen auf der ebenen Oberfläche und der Öffnung OP reagieren, um eine Siliziumnitridschicht 12 darauf zu bilden.
  • Nichtsdestoweniger, wenn eine dünne Siliziumnitridschicht auf dem Substrat 10 gebildet wird, wird es aufgrund der dichten kristallinen Struktur der gebildeten Siliziumnitridschicht für die Stickstoffatome in dem umgebenden Milieu schwierig, zu diffundieren und mit den Siliziumatomen in dem tieferen Abschnitt der Oberfläche des Substrats 10 zu reagieren. Die Dicke der Siliziumnitridschicht 12 ist folglich durch das nachfolgende Massentransportergebnis des thermischen Nitrierungsprozesses eingeschränkt. Normalerweise ist die Dicke der durch thermische Nitrierung gebildete Siliziumnitridschicht 12 etwa 20 Å und kann nicht durch Erhöhen der Reaktionszeit oder der Prozesstemperatur des thermischen Nitrierungsprozesses erhöht werden.
  • In Tabelle 1 sind Resultate von Tests gezeigt, die eine Siliziumnitridschicht auf einem ebenen Silizium-Wafer durch thermische Nitrierung bei einer feststehenden Durchflussrate (etwa 20 SCCM) eines Stickstoff-haltigen Gases (hier N2) bilden. Die Dicke einer durch einen schnellen thermischen Nitrierungs- (RTN) Prozess gebildeten Siliziumnitridschicht und die Prozessbedingungen davon sind ebenfalls in Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1
    Figure 00030001
  • Wie in Tabelle 1 gezeigt ist, wird eine nicht naheliegende Erhöhung (weniger als 2 Å) der gebildeten Siliziumnitridschichtdicke durch die erhöhte Prozesstemperatur (etwa 50°C) oder die Prozesszeit (etwa die Doppelte der ursprünglichen Prozesszeit) gefunden und unterstützt die beschriebene Theorie.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Dementsprechend stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Bildung einer Siliziumnitridschicht unter Verwendung einer thermischen Nitrierung zur Bildung einer dickeren Siliziumnitridschicht bereit.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Bildung einer Siliziumnitridschicht bereitzustellen, durch das eine dickere Siliziumnitridschicht an Seitenwänden eines Grabens als eine Maskenschicht mit besserer Toleranz zu Ätzmitteln beim Nassätzen gebildet wird. Ein größerer flaschenförmiger Graben kann folglich zur Verwendung in einem Prozess für einen flaschenförmigen Grabenkondensator gebildet werden.
  • Ein Verfahren zur Bildung einer Siliziumnitridschicht gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst die Schritte des Bereitstellens eines Substrats mit einer Siliziumoberfläche darauf, des Durchführens eines Ionenimplantationsprozesses auf der Siliziumoberfläche und des Implantierens von Stickstoffatomen in die Siliziumoberfläche und des Durchführens eines thermischen Nitrierungsprozesses und des Bildens einer Siliziumnitridschicht auf dem Substrat, wobei die Siliziumritridschicht das auf der Siliziumoberfläche durch Reaktion der Siliziumoberfläche mit den Stickstoffatomen darin gebildete Siliziumnitrid umfasst.
  • Zudem umfasst das Verfahren zur Bildung einer Siliziumnitridschicht für einen Prozess für einen flaschenförmigen Graben gemäß der vorliegenden Erfindung die Schritte des Bereitstellens eines Siliziumsubstrats, Bildens eines Grabens darin, konformen Abscheidens einer dielektischen Schicht in dem Graben, selektiven Ätzens der dielektrischen Schicht, Freilegens eines oberen Bereichs in dem Graben und den Seitenwänden davon, Lassens eines unteren Bereichs in dem Graben, der von der verbleibenden dielektrischen Schicht bedeckt ist, Durchführens einen Ionenimplantationsprozesses, Implantierens von Stickstoffatomen in das Siliziumsubstrat benachbart zu den Seitenwänden, Durchführens eines thermischen Nitrierungsprozesses, Bildens einer Siliziumnitridschicht auf der Oberfläche der Seitenwände, wobei die Siliziumnitridschicht das auf der Siliziumoberfläche durch Reaktion der Siliziumoberfläche mit den Stickstoffatomen darin gebildete Siliziumnitrid umfasst, Entfernens der verbleibenden dielektrischen Schicht von dem unteren Bereich des Grabens und Verwendens der Siliziumnitridschicht als eine Ätzmaske, Ätzens des Siliziumsubstrats in dem unteren Bereich, Bildens eines ausgedehnten Bereichs darin und Bildens eines flaschenförmigen Grabens, der aus dem Grabenabschnitt in dem oberen Bereich und dem ausgedehnten Bereich in dem unteren Abschnitt besteht.
  • Eine dickere Siliziumnitridschicht, die durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung gebildet ist, widersteht Ätzmitteln, um sicherzustellen, dass die Form einer Vorrichtung, zum Beispiel eines flaschenförmigen Grabens, während des Ätzprozesses intakt bleibt.
  • Das Verfahren der Erfindung kann das Prozessfenster einer Ätz- und Vorrichtungsstruktur mit einem größeren Raum vergrößern, zum Beispiel kann ein ausgedehnter Abschnitt eines flaschenförmigen Grabens bildet werden, und ein größerer Raum zur Verwendung in einem Kondensator vom Grabentyp wird bereitgestellt, um dessen Kapazität zu erhöhen.
  • Eine detaillierte Beschreibung ist in den folgenden Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen gegeben.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die vorliegende Erfindung kann durch Lesen der anschließenden detaillierten Beschreibung und Beispiele unter Bezugnahmen vollständiger verstanden werden, die auf die begleitenden Zeichnungen gemacht werden, wobei:
  • 1 ein Querschnitt einer Siliziumnitridschicht ist, die durch einen thermischen Nitrierungsprozess gebildet ist, der sich auf den Stand der Technik bezieht;
  • 2a bis 2d Querschnitte eines Verfahrens zur Bildung einer Siliziumnitridschicht in einer Ausführungsform der Erfindung sind;
  • 3a bis 3d Querschnitte eines Prozesses für einen flaschenförmigen Graben unter Verwendung des Verfahrens zur Herstellung der Siliziumnitridschicht der Erfindung sind.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Verfahren zur Bildung einer Siliziumnitridschicht
  • 2a bis 2d sind Querschnitte eines Verfahrens zur Bildung einer Siliziumnitridschicht der Erfindung.
  • In 2a wird ein Halbleitersubstrat 100, zum Beispiel ein Siliziumsubstrat, mit einer freigelegten Siliziumoberfläche (einer Oberfläche des Substrats 100) darauf bereitgestellt. Dann wird ein Ionenimplantationsprozess 110 durchgeführt, um Stickstoffatome mit einer vorbestimmten Einsatzmenge zwischen 1*1014 Atomen/cm2 und 5*1017 Atomen/cm2 in das Substrat 100 zu implantieren. Eine gasförmige Quelle der Stickstoffatome für den Ionenimplantationsprozess 110 kann Stickstoffgas (N2) sein.
  • In 2 wird ein thermischer Nitrierungsprozess (nicht gezeigt), zum Beispiel ein Furnace- bzw. Ofennitrierungsprozess eines schnellen thermischen Nitrierungs- bzw. Rapid Thermal Nitridation(RTN)- Prozesses durchgeführt. Heizvorrichtungen (nicht gezeigt), die in einem Reaktor angeordnet sind, heizen das Substrat 100 auf eine vorbestimmte Prozesstemperatur zwischen 500 °C und 1200 °C. Dann wird ein Stickstoff-haltiges Gas G bereitgestellt und unter der Prozesstemperatur thermisch zersetzt, um Stickstoffatome darin zum Reagieren mit Siliziumatomen auf und in der Siliziumoberfläche (die sich auf Substrat 100 bezieht) freizusetzen. Das Stickstoff-haltige Gas G kann, zum Beispiel, N2, NH3, N2O oder NO sein.
  • Während des beschriebenen Ionenimplantationsprozesses 110 wird die Einkristallbindung in der Siliziumoberfläche des Substrats 100 ebenfalls durch eine vorbestimmte Implantationsenergie, zum Beispiel zwischen 200 eV und 200 Kev davon, beschädigt. Die in dem beschriebenen thermischen Nitrierungsprozess freigesetzten Stickstoffatome können folglich weiterhin in ein tieferes Niveau der Siliziumoberfläche (die sich auf das Siliziumsubstrat 100 bezieht) diffundieren und mit den Siliziumatomen darin reagieren, wobei eine erste Siliziumnitridschicht 120a auf der Siliziumoberfläche (die sich auf das Siliziumsubstrat 100 bezieht) gebildet wird. Zudem reagieren während des thermischen Nitrierungsprozesses die in das Substrat 100 implantierten Stickstoffatome ebenfalls mit benachbarten Siliziumatomen und eine zweite Siliziumnitridschicht 120b wird zur gleichen Zeit gebildet. Eine Verbundsiliziumnitridschicht wird folglich gebildet, die aus der ersten Siliziumnitridschicht 120a und der zweiten Siliziumnitridschicht 120b besteht. Weiterhin kann die Dicke der Verbundsiliziumnitridschicht durch Prüfen bzw. Verifizieren bzw. Nachmessen der Implantationsenergie und der Implantationseinsatzmenge in dem Ionenimplantationsprozess 110 geeignet eingestellt werden.
  • Das Verfahren zur Bildung einer Siliziumnitridschicht gemäß der vorliegenden Erfindung kann ebenfalls auf einer Siliziumoberfläche in einer Öffnung in einem Substrat verwendet werden. In 2c wird ein Halbleitersubstrat 100, zum Beispiel ein Siliziumsubstrat, mit einer Kontakt- bzw. Zwischenlagen- bzw. Padschicht, die eine Zwischenlagenoxidschicht 102 enthält, und einer Maskenschicht 104 darauf bereitgestellt. Eine Öffnung OP wird in der Kontaktschicht und dem Substrat 100 durch geeignete Lithographie und Ätzprozesse gebildet und eine Vorrichtungsstruktur, zum Beispiel ein Graben 106, wird ebenfalls in der Öffnung OP gebildet.
  • Zuerst wird eine Schutzschicht 108 mit einer vorbestimmten Dicke in dem Graben 106 derart gebildet, dass Siliziumoberflächen des Substrats 100 und Seitenwänden davon in der Öffnung freigelegt sind. Die Schutzschicht 108 kann, zum Beispiel, ein Spin-on-Glas sein.
  • Dann wird ein Ionenimplantationsprozess 110 durchgeführt und durch ein Ausgangsgas wie beispielsweise Stickstoffgas (N2) gebildete Stickstoffatome mit einer vorbestimmten Einsatzmenge zwischen 1*1014 Atomen/cm2 und 5*1017 Atomen/cm2 in die Siliziumoberflächen des Substrats 100 und Seitenwänden davon durch eine vorbestimmte Implantationsenergie zwischen 200 eV und 200 KeV implantiert und die Einkristallbindung auf den Oberflächen des Substrats 100 kann durch Energie des Ionenimplantationsprozesses 110 gebrochen werden, um eine Diffusion und Reaktion der Stickstoffatome mit den Siliziumatomen darin in dem folgenden Nitrierungsprozess zu erleichtern.
  • In 2d wird dann ein thermischer Nitrierungsprozess (nicht gezeigt), zum Beispiel, ein Furnace-Nitrierungsprozess oder ein schneller thermischer Nitrierungs- (RTN) Prozess durchgeführt. Während des thermischen Nitrierungsprozesses heizen in einem Reaktor angeordnete Heizer (nicht gezeigt) das Substrat 100 auf eine vorbestimmte Prozesstemperatur zwischen 500 °C und 1200 °C. Dann wird ein Stickstoff-haltiges Gas G bereitgestellt und unter der Prozesstemperatur thermisch zersetzt, um Stickstoffatome zum Reagieren mit Siliziumoberflächen (Substrat 100) von Seitenwänden des Grabens 106 freizusetzen. Das Stickstoff-haltige Gas G kann, zum Beispiel, N2, NH3, N2O oder NO sein.
  • Aufgrund der Brüche der Einzelsiliziumbindung in den Siliziumoberflächen des Substrats 100 an den benachbarten Seitenwänden des Grabens 106 während des erwähnten Ionenimplantationsprozesses 110 führen die Stickstoffatome im umgebenden Milieu eine bessere Diffusion durch und reagieren mit Siliziumatomen in dem tieferen Niveau der Siliziumoberfläche.
  • Eine erste Siliziumnitridschicht 120a wird deshalb gebildet. Zudem binden die implantierten Stickstoffatome ebenfalls die benachbarten Siliziumatome in der Siliziumoberfläche, um eine zweite Siliziumnitridschicht 120b zu bilden. Eine Verbundsiliziumnitridschicht wird folglich gebildet, die aus der ersten Siliziumnitridschicht 120a und der zweiten Siliziumnitridschicht 120b besteht.
  • Weiterhin kann die Dicke der Verbundsiliziumnitridschicht durch Verifizieren der Implantationsenergie und der Implantationseinsatzmenge in dem Ionenimplantationsprozess 110 geeignet eingestellt werden.
  • Verfahren zur Bildung einer Siliziumnitridschicht für einen Prozess für einen flaschenförmigen Graben
  • Das Verfahren zur Bildung einer Siliziumnitridschicht gemäß der vorliegenden Erfindung kann ebenfalls für einen Betriebsprozess zur Herstellung eines Halbleiters verwendet werden und ist nicht auf die beschriebenen Anwendungen beschränkt. Eine Anwendung des Prozesses zur Bildung eines flaschenförmigen Grabens ist in 3a bis 3d veranschaulicht.
  • Zuerst wird in 3a ein Halbleitersubstrat 200, zum Beispiel ein Siliziumsubstrat, mit einer Kontakt- bzw. Zwischenlagen- bzw. Padschicht, die eine Zwischenlagenoxidschicht 210 enthält, und einer Maskenschicht 220 darauf bereitgestellt. Dann wird ein Graben 230 in diesen Schichten und dem Substrat 200 durch geeignete Lithographie- und Ätzprozesse gebildet (nicht gezeigt).
  • Dann wird eine konforme dielektrische Schicht 240, zum Beispiel eine Siliziumdioxidschicht, auf die Maskenschicht 220 und in den Graben 230 durch Verfahren wie beispielsweise ein LPCVD Prozess oder Flüssigphasenbeschichtungs-(LPD) Prozess aufgetragen.
  • Dann wird in 3b eine Schicht aus Schutzmaterial, zum Beispiel, Photolack- (PR) Material abdeckend auf die dielektrische Schicht 240 und in den Graben 230 aufgetragen und dann rückgeätzt und geeignet ausgespart. Eine Schutzschicht 150 wird folglich in dem Graben 230 gelassen. Die nicht von der Schutzschicht 250 in dem Graben 230 bedeckte dielektrische Schicht wird durch einen Ätzprozess entfernt (nicht gezeigt). Der Graben 230 wird folglich in einen oberen Bereich 230a, der Seitenwände davon freilegt, und einen unteren Bereich 230b, geteilt, der von der Schutzschicht 250 und der dielektrischen Schicht 240 bedeckt ist.
  • Dann wird ein Ionenimplantationsprozess 255 an Seitenwänden des oberen Bereichs 230a durchgeführt und Stickstoffatome mit einer vorbestimmten Einsatzmenge zwischen 1*1014 Atomen/cm2 und 5*1017 Atomen/cm2 einer gasförmigen Quelle wie beispielsweise Stickstoffgas (N2) werden in das Substrat 200 benachbart zu Seitenwänden in dem oberen Bereich 230a unter einer vorbestimmten Implantationsenergie zwischen 200 eV und 200 KeV implantiert. Die Einzelkristallbindung des Substrats 200 kann durch den Ionenimplantationsprozess 225 gebrochen werden, wobei Stickstoffatome im umgebenden Milieu eine bessere Diffusion durchführen und mit Siliziumatomen in den tieferen Niveaus der Siliziumoberfläche reagieren. Eine dickere Siliziumnitridschicht kann folglich durch den thermischen Nitrierungsprozess erhalten werden.
  • In 3c wird die Schutzschicht 250 in dem unteren Abschnitt durch einen geeigneten Ätzprozess (nicht gezeigt), wie beispielsweise Nassätzen, entfernt. Dann wird ein thermischer Nitrierungsprozess (nicht gezeigt), zum Beispiel, ein Furnace- bzw. Ofennitrierungsprozess oder ein schneller thermischer Nitrierungs- (RTN) Prozess durchgeführt. Während des thermischen Nitrierungsprozesses heizen in einem Reaktor angeordnete Heizvorrichtungen (nicht gezeigt) das Substrat 200 auf eine vorbestimmte Prozesstemperatur zwischen 500 °C und 1200 °C. Dann wird ein Stickstoff-haltiges Gas G bereitgestellt und unter der Prozesstemperatur thermisch zersetzt, um Stickstoffatome zum Reagieren mit Siliziumoberflächen (Substrat 200) von Seitenwänden in dem oberen Abschnitt 230a freizusetzen. Das Stickstoff-haltige Gas G kann, zum Beispiel, N2, NH3, N2O oder NO sein.
  • Aufgrund der Brüche der Einzelsiliziumbindung in dem Substrat 200 benachbart zu Seitenwänden des oberen Abschnitts 230a durch den beschriebenen Ionenimplantationsprozess 225 führen die Stickstoffatome im umgebenden Milieu eine bessere Diffusion durch und reagieren mit Siliziumatomen in dem tieferen Niveau der Siliziumoberfläche (die sich auf das Substrat 200 bezieht).
  • Zudem binden die implantierten Stickstoffatome ebenfalls die benachbarten Siliziumatome, um eine zweite Siliziumnitridschicht 260b zu bilden. Eine Verbundsiliziumnitridschicht wird folglich gebildet, die aus der ersten Siliziumnitridschicht 260a und der zweiten Siliziumnitridschicht 260b besteht. Weiterhin kann die Dicke der Verbundsiliziumnitridschicht durch Verifizieren der Implantationsenergie und der Implantationseinsatzmenge in dem Ionenimplantationsprozess 225 geeignet eingestellt werden.
  • In 3d wird die verbleibende dielektrische Schicht 240 in dem Graben 260 entfernt und das Siliziummaterial in dem erwähnten unteren Abschnitt 230b wird isotropisch durch eine Ätzung (nicht gezeigt) wie beispielsweise einem Nassätzprozess unter Verwendung von Ätzmitteln geätzt, die Ammoniak oder Mischungen von Salpetersäure und Fluorwasserstoffsäure enthalten. Ein ausgedehnter bzw. geweiteter Bereich 270 in dem unteren Abschnitt 230b, der breiter ist als der Graben in dem oberen Abschnitt 230a, wird unter Verwendung der Siliziumnitridschicht als eine Maskenschicht gebildet. Der ausgedehnte Bereich 270 und der beschriebene Graben in dem oberen Abschnitt 230 bilden einen flaschenförmigen Graben, wie in 3d gezeigt.
  • Weil bei dem erwähnten Nassätzen verwendetes Ätzmittel oft Salpetersäure (aq) enthält, wird eine Ätzrate zwischen 15 Å bis 3000 Å auf der Maskenschicht durchgeführt. Die Siliziumnitridschicht wird hier durch die Prozessfähigkeit des herkömmlichen thermischen Nitrierungsprozesses eingeschränkt. Die Dicke ist lediglich etwa 20 Å und wird beim Ätzen derart verloren werden, dass der Raum des ausgedehnten Bereichs 270 folglich beschränkt ist. Sobald die Siliziumnitridschicht während des Nassätzens vollständig ausgeätzt wird, tritt eine Überätzung auf und das Silizium des Substrats 200 in dem oberen Abschnitt 230a wird ebenfalls geätzt werden, wobei folglich die Form der gebildeten Flasche beeinflusst wird.
  • In der vorliegenden Erfindung kann die zweite Siliziumnitridschicht 260b weiterhin dem Ätzmittel in dem Ätzprozess widerstehen, auch wenn die erste Siliziumnitridschicht vollständig entfernt wird und die Flasche erleidet keine Verformung.
  • Das Verfahren der Erfindung vergrößert das Prozessfenster des Nassätzens und ein ausgedehnter Abschnitt 270 wird gebildet, der einen größeren Raum für die Verwendung in einem Kondensator vom Grabentyp bereitstellt, um dessen Kapazität zu erhöhen.
  • In Tabelle 2 sind Resultate von Testen gezeigt, wobei eine Siliziumnitridschicht auf einem ebenen Siliziumwafer durch das Verfahren der Erfindung bei einer feststehenden Durchflussrate (etwa 20 SCCM) an Reaktiongas gebildet wird. Die Dicke von Siliziumnitridschichten, die durch die zweistufigen Prozesse gebildet werden, die einen ersten Ionenimplantationsprozess und einen zweiten schnellen thermischen Nitrierungs- (RTN) Prozess umfassen, und die Prozessbedingungen davon sind in Tabelle 2 gezeigt. Tabelle 2.
    Figure 00110001
  • Wie gezeigt, ist eine Dicke einer Siliziumnitridschicht, die durch das Verfahren der Erfindung mit einer Implantationsenergie von 5 KeV, Implantationseinsatzmenge von 5*1014 Atomen/cm2, unter Verwendung von Stickstoffgas (N2) als Ausgangsgas, einer RTN-Temperatur von 1050 °C und Prozesszeit von 34 Sekunden 19 Å und eine Erhöhung um 9 % über der wird festgestellt, die durch einen herkömmlichen thermischen Nitrierungsprozess gebildet wird, wie in Tabelle 1 gezeigt.
  • Zudem, wenn die Implantationseinsatzmenge verdoppelt wird, wird eine Erhöhung um 32 % (etwa 4 Å) in der Dicke der Siliziumnitridschicht über der in Tabelle 1 festgestellt. Das Verfahren der Erfindung kann die Dicke einer durch einen thermischen Nitrierungsprozess gebildeten Siliziumnitridschicht effektiv erhöhen.
  • Während die Erfindung beispielhaft und in Bezug auf die bevorzugten Ausführungsformen beschrieben ist, sollte klar sein, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist. Es ist im Gegenteil beabsichtigt, verschiedene Modifikationen und ähnliche Anordnungen (wie sie dem Fachmann klar sein werden) abzudecken. Dem Schutzumfang der anhängenden Ansprüche soll deshalb die breiteste Interpretation zugestanden werden, um alle derartigen Modifikationen und ähnliche Anordnungen zu umfassen.

Claims (22)

  1. Verfahren zur Bildung einer Siliziumnitridschicht, umfassend: Bereitstellen eines Substrats mit einer Siliziumoberfläche darauf; Durchführen eines Ionenimplantationsprozesses auf der Siliziumoberfläche, Implantieren von Stickstoffatomen in die Siliziumoberfläche; und Durchführen eines thermischen Nitrierungsprozesses, Bilden einer Siliziumnitridschicht auf dem Substrat, wobei die Siliziumnitridschicht das auf der Siliziumoberfläche durch Reaktion der Siliziumoberfläche mit den darin enthaltenen Stickstoffatomen gebildete Siliziumnitrid umfasst.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem die Siliziumnitridschicht weiterhin das durch Reaktion der Siliziumoberfläche mit einem Stickstoff-haltigen Gas in dem thermischen Nitrierungsprozess gebildete Siliziumnitrid umfasst.
  3. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem das Substrat ein Siliziumsubstrat ist.
  4. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem die Siliziumoberfläche eine ebene Siliziumoberfläche einer Siliziumoberfläche in einer Öffnung ist.
  5. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem das Ausgangsgas für den Ionenimplantationsprozess Stickstoffgas (N2) ist.
  6. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem die Implantationsenergie für den Ionenimplantationsprozess zwischen 200 eV und 200 KeV liegt.
  7. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem die Implantationseinsatzmenge für den Ionenimplantationsprozess zwischen 1*1014 Atomen/cm2 und 5*1017 Atomen/cm2 liegt.
  8. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem der thermische Nitrierungsprozess ein Furnace- bzw. Ofennitrierungsprozess oder ein schneller thermischer Nitrierungs- (RTN) Prozess ist.
  9. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem die Prozesstemperatur für den thermischen Nitrierungsprozess zwischen 500°C und 1200°C liegt.
  10. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem das Prozessgas für den thermischen Nitrierungsprozess NH3, N2, N2O oder NO ist.
  11. Verfahren zur Bildung einer Siliziumnitridschicht für einen Prozess für einen flaschenförmigen Graben, umfassend: Bereitstellen eines Siliziumsubstrats; Bilden eines Grabens in dem Siliziumsubstrat; konformes Aufbringen einer dielektrischen Schicht in dem Graben; selektives Ätzen der dielektrischen Schicht, Freilegen eines oberen Bereichs in dem Graben und Seitenwänden davon, Lassen eines unteren, von der verbleibenden dielektrischen Schicht bedeckten Bereichs in dem Graben; Durchführen eines Ionenimplantationsprozesses, Implantieren von Stickstoffatomen in das Siliziumsubstrat benachbart zu den Seitenwänden; Durchführen eines thermischen Nitrierungsprozesses, Bilden einer Siliziumnitridschicht auf der Oberfläche der Seitenwände, wobei die Siliziumnitridschicht das auf der Siliziumoberfläche durch Reaktion der Siliziumoberfläche mit den Stickstoffatomen darin gebildete Siliziumnitrid umfasst; Entfernen der verbleibenden dielektrischen Schicht von dem unteren Bereich des Grabens; und Verwenden der Siliziumnitridschicht als eine Ätzmaske, Ätzen des Siliziumsubstrats in dem unteren Bereich, Bilden eines ausgedehnten Bereichs darin, und Bilden eines flaschenförmigen Grabens, der aus dem Grabenabschnitt in dem oberen Bereich und dem ausgedehnten Bereich in dem unteren Abschnitt besteht.
  12. Verfahren gemäß Anspruch 11, bei dem die Siliziumnitridschicht weiterhin das durch Reaktion der Siliziumoberfläche mit einem Stickstoff-haltigen Gas in dem thermischen Nitrierungsprozess gebildete Siliziumnitrid umfasst.
  13. Verfahren gemäß Anspruch 11, bei dem die dielektrische Schicht Siliziumdioxid ist.
  14. Verfahren gemäß Anspruch 11, bei dem das Verfahren zur Aufbringung der dielektrischen Schicht LPCVD oder Flüssigphasenabscheidung (LPD) ist.
  15. Verfahren gemäß Anspruch 11, bei dem das Verfahren gemäß Anspruch 1 ist, bei dem das Ausgangsgas für den Ionenimplantationsprozess Stickstoff (N2) ist.
  16. Verfahren gemäß Anspruch 11, bei dem die Implantationsenergie für den Ionenimplantationsprozess zwischen 200 eV und 200 KeV liegt.
  17. Verfahren gemäß Anspruch 11, bei dem die Implantationseinsatzmenge für den Ionenimplantationsprozess zwischen 1*104 Atomen/cm2 und 5*1017 Atomen/cm2 liegt.
  18. Verfahren gemäß Anspruch 11, bei dem der thermische Nitrierungsprozess ein Furnace- bzw. Ofennitrierungsprozess oder ein schneller thermischer Nitrierungs- (RTN) Prozess ist.
  19. Verfahren gemäß Anspruch 11, bei dem die Prozesstemperatur für den thermischen Nitrierungsprozess zwischen 500°C und 1200°C liegt.
  20. Verfahren gemäß Anspruch 11, bei dem das Ätzverfahren zur Bildung des ausgedehnten Bereichs Nassätzen ist.
  21. Verfahren gemäß Anspruch 11, bei dem der ausgedehnte Bereich breiter ist als der Graben in dem oberen Bereich.
  22. Verfahren gemäß Anspruch 11, bei dem das Prozessgas für den thermischen Nitrierungsprozess NH3, N2, N2O oder NO ist.
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