DE1614999B2 - Verfahren zum herstellen einer maskierungsschicht aus dielektrischem material - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Maskierungsschicht durch selektive Ätzung von Flächenmustern in eine dielektrische Schicht auf der. Oberfläche eines Halbleiterkörpers.

Die Verwendung von dielektrischen Überzügen zur Maskierung, d. h. Abschirmung bestimmter Flächenbereiche zum Zweck der Eindiffundierung und zum Schichtauftrag an Halbleiterkörpern wie auch zum Schutz des Halbleiters während und nach dem Herstellungsprozeß, ist allgemein bekannt. Diese Verfahren sind besonders zur Herstellung von Planar- und Feldeffekt-Halbleitervorrichtungen der verschiedenen Typen entwickelt worden. Längere Zeit hindurch wurde allgemein Siliciumoxid als dielektrischer Überzug auf verschiedenen Halbleitern als Unterlage ver- wendet. Siliciumoxid hat für diesen Zweck den besonderen Vorteil der Ätzbarkeit durch Fluorwasserstoffsäure, welche die zur Festlegung des Flächenmusters der dielektrischen Schicht durch photographische Ätzung üblicherweise verwendeten Substanzen nicht angreift.

Neuerdings haben einige andere dielektrische Stoffe zur Verwendung an Stelle von Siliciumoxid beträchtliches Interesse gewonnen. Insbesondere Siliciumnitrid, Aluminiumoxid und gewisse Mischoxide, insbesondere Aluminiumsilikate, bieten hier einige Vorteile für die Maskierung sowohl beim Eindiffundieren wie auch beim Schichtauftrag, ferner für den Langzeitschutz und hinsichtlich erhöhter Anfangskennwerte der hergestellten Halbleitervorrichtungen.

Keine der genannten Substanzen' ist "jedoch im wesentlichen Maße in der von Siliciumoxid bekannten Weise mit Fluorwasserstoffsäure ätzbar. Statt dessen kann für diesen Zweck bei höherer Temperatür einwirkende Phosphorsäure verwendet werden, wobei jedoch insofern ein neues Problem auftritt, als das Ätzmittel die üblichen organischen photographischen Maskierungsüberzüge zur Bestimmung des Ätzmusters angreift.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens der eingangs genannten Art, mit dem sich auf einfache Weise Flächenmuster zur Maskierung in dielektrischen Überzügen aus Siliciumnitrid, Aluminiumoxid oder Aluminiumsilikat erzeugen lassen. Bei einem Verfahren der eingangs genannten Art sieht die Erfindung zur Lösung dieser Aufgabe hauptsächlich folgende Verfahrensschritte vor:

a) Auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers wird eine erste Schicht Siliciumnitrid, Aluminiumoxid oder Aluminiumsilikat aufgebracht;

b) über der ersten Schicht wird nach einem vorgegebenen Flächenmuster eine zweite Schicht aus Siliciumoxid, Molybdän oder Platin aufgebracht;

c) die Schichten werden mit einer Lösung von Phosphorsäure behandelt, wodurch nur die nicht durch das Flächenmuster der zweiten Schicht abgedeckten Flächenbereiche der ersten Schicht entfernt werden.

Die Verwendung von Phosphorsäure zum Ätzen von Halbleitervorrichtungen ist an sich bekannt (deutsche Auslegeschrift 1194 064). Hierbei handelte es sich aber um die Ätzung von in ihrem Aufbau bereits fertigen Halbleitervorrichtungen, und zwar von Germanium-Transistoren mit bleihaltigen Anschlußelektroden, die durch Phosphorsäure unter geeigneten Verfahrensbedingungen nicht wesentlich angegriffen werden. Eine Maskenätzung für die Bildung von Halbleiterstrukturen wurde hierbei weder beabsichtigt noch durchgeführt, insbesondere nicht die Bildung von mehrschichtigen und hinsichtlich ihrer Einzelschichten unterschiedlich ätzbaren Masken.

Geschichtete Masken sind zwar andererseits ebenfalls bekannt (französische Patentschrift 1373 468), indessen handelt es sich hier nur um das Problem, das Abtragen der Maskenschichten in ihrem Kantenbereich, d. h. in seitlicher Richtung, mit der entsprechenden Veränderung und Genauigkeitseinbuße des vorgesehenen Flächenmusters zu vermindern, wobei die zuoberst befindliche, photolithographische Maske in entwickeltem und fixiertem Zustand gegen alle anschließend aufgebrachten Ätzmittel beständig sein muß. Die Aufgabenstellung der vorliegenden Erfindung bezieht sich demgegenüber auf spezielle, durch Phosphorsäure auflösbare unterste Maskenschichten, bei deren Ätzung durch Phosphorsäure die aus organischem Material bestehende lithographische Maske (Photoresist-Maske) zerstört wird. Die spezielle Kombination von dielektrischen Maskenschichten mit den zugehörigen Ätzschritten gemäß vorliegender Erfindung ist daher durch diesen Stand der Technik nicht nahegelegt.

Wesentlich für die Erfindung ist die Aufbringung einer zusätzlichen Schicht auf den Halbleiter, deren Formgebung nach einem üblichen photographischen Maskierungs- und Ätzverfahren erfolgt und die wiederum als Maske für die Ätzung der unteren dielektrischen Schicht dient.

Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen wird die Erfindung an Hand einiger Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Die Fig. 1, 2 und 3 geben schematische Querschnitte einer Halbleiteranordnung in aufeinanderfolgenden Herstellungszuständen bei der Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung wieder.

Gemäß F i g. 1 besteht die Halbleiteranordnung 10 aus einer halbleitenden Siliciumoxid-Einkristallscheibe H als Grundkörper, welcher eine durch epitaxiale Ablagerung erzeugte Oberflächenschicht umfassen kann. Auf einer Oberfläche des Grundkörpers wird in bekannter Verfahrensweise mit einer Schicht 12 aus Siliciumnitrid versehen. Solche Überzüge werden vorzugsweise dadurch aufgebracht, daß Siliciumwasserstoff (SiH₄) und Ammoniak (NH₃) in einem als Trägergas dienenden Wasserstoffstrom gemischt und bei einer Temperatur von etwa 850 bis 900° C in eine den Siliciumkörper enthaltende Kammer eingeführt wird. Bei der hier ablaufenden Reaktion zerfällt der Siliciumwasserstoff unter Bildung von Siliciumnitrid, welches sich auf der Siliciumoberfläche ablagert. Typische Werte für die Stärke der Siliciumnitridschicht liegen bei etwa 1000 Angstrom.

Bei einer anderen Ausführungsweise des Verfahrens wird in ebenfalls an sich bekannter Weise eine Schicht 12 aus Aluminiumoxid aufgebracht. Hierbei wird z. B. ein Wasserstroff strom mit einer Beimengung von Aluminiumtrichlorid bei etwa 1000° C mit Kohlendioxid gemischt und zur Einwirkung auf den Halbleiter gebracht. Für die Zwecke der Erfindung kommen Schichtstärken von etwa 2000 bis 3000 Angström in Betracht. In weiterer Abwandlung des Verfahrens wird eine Schicht 12 aus einem Mischoxid wie Aluminiumsilikat aufgebracht, welches z. B. durch Beimengung von Siliciumtetrachlorid zu dem gemäß vorangehendem Ausführungsbeispiel für den

Auftrag von Aluminiumoxid verwendeten Aluminiumtrichlorid erzeugt wird.

Eine zweite, gegen Phosphorsäure beständige, jedoch mit den für organische Photomasken üblichen Ätzmitteln versetzbare Schicht 13 wird anschließend über der Schicht 12 aufgebracht. Bevorzugt wird hierfür erfindungsgemäß Siliciumoxid mit einer Schichtstärke von 2000 bis 3000 Angström aufgetragen. Hierfür kommen an sich übliche Verfahren in Betracht, die auf der Reaktion eines Gemischs von Wasserstoff, Siliciumtetrachlorid und Kohlendioxid beruhen. Auf der Oberfläche der Siliciumoxidschicht wird eine photographische Maske 14 aufgebracht, deren dem vorgegebenen Flächenmuster entsprechende Aussparungen in den Figuren mit 15 bezeichnet sind. Anschließend wird die Halbleiteranordnung 10 mit einer gepufferten FluorwasserstofHösung behandelt, wobei die von der Photomaske nicht abgedeckten Flächenbereiche der Siliciumoxidschicht 13 gemäß Fig. 2 innerhalb der Aussparungen 15 bis zur Oberfläche der Schicht 12 abgetragen werden. Da die verwendete Fluorwasserstoffsäure weder Siliciumnitrid noch Aluminiumoxid und Aluminiumsilikat wesentlich angreift, bleibt diese Ätzung auf die Tiefe der Siliciumoxidschicht beschränkt. Molybdän und Platin, beide an Stelle von Siliciumoxid für die Schicht 13 verwendbar, bilden wirksame Schutzschichten gegen den Angriff von Phosphorsäure und können zur selektiven Ätzung in Verbindung mit Photomasken herangezogen werden. Ätzmittel für Molybdän bzw. Platin sind Salpetersäure bzw. Mischungen von Königswasser.

Zur Fertigstellung der Maskierung des Halbleiterkörpers wird dieser mit einer Lösung von heißer Phosphorsäure behandelt, welche die von dem SiIiciumoxid der Schicht 13 nicht abgedeckten Flächenbereiche der dielektrischen Schicht 12 gemäß Fig. 3 abträgt. Gleichzeitig wird die nicht mehr benötigte Photomaske 14 durch das letztgenannte Ätzmittel abgetragen. Auch das Siliciumoxid der Schicht 13 wird von diesen Ätzmitteln angegriffen, jedoch mit einer im Vergleich zu der dielektrischen Schicht 12 wesentlich geringeren Reaktionsgeschwindigkeit, so daß die von der Siliciumoxidschicht gebildete Maske während des letzten Ätzvorganges ausreichend wirksam bleibt.

Entsprechend wird die selektive Ätzung bei Verwendung von Masken aus Siliciumnitrid, Aluminiumoxid und Aluminiumsilikat durchgeführt. Solche Schichten brauchen nicht in unmittelbarer Berührung mit der Halbleiteroberfläche zu stehen. Diese können vielmehr insbesondere über eine unmittelbar auf der Halbleiteroberfläche angeordnete Siliciumoxidschicht aufgebracht werden. Die Durchätzung des Flächenmusters wird bei einer solchen Zwischenschicht ebenfalls mit Fluorwasserstoffsäure ausgeführt, wobei die dielektrische Schicht 12 als Maske wirkt.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen einer Maskierungsschicht durch selektive Ätzung von Flächenmustern in eine dielektrische Schicht auf der Oberfläche eines Halbleiterkörpers, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

a) Auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers wird eine erste Schicht (12) aus Siliciumnitrid, Aluminiumoxid oder Aluminiumsilikat aufgebracht;

b) über der ersten Schicht wird nach einem vorgegebenen Flächenmuster eine zweite Schicht (13) aus Siliciumoxid, Molybdän, oder Platin aufgebracht;

c) die Schichten werden mit einer Lösung von Phosphorsäure behandelt, wodurch nur die nicht durch das Flächenmuster der zweiten Schicht abgedeckten Flächenbereiche der ersten Schicht entfernt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Herstellung des Flächenmusters in der zweiten Schicht durch photographische Maskierung und Ätzung erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers unter der ersten Schicht eine Zwischenschicht aus Siliciumoxid aufgebracht wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen