DE19605787A1 - Verfahren zur Herstellung eines Bor-Phosphor-Silikatglasfilmes - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines Bor-Phosphor-SilikatglasfilmesInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines
Bor-Phosphor-Silikatglasfilmes (im folgenden kurz als BPSG-
Film bezeichnet) wie er als Isolationsfilm bei
Halbleiterbauelementen Verwendung findet.
BPSG-Filme als Isolierfilme finden vielfach Verwendung bei
der Herstellung von Halbleiterbauelementen aufgrund ihrer
guten Planaritätseigenschaften sowie ihrer guten
Isolierungseigenschaften. Die Herabskalierung der Abmessungen
von Bauelementen bei der ULSI-Bauweise erfordert eine hohe
Planaritätsrate von BPSG-Filmen, wie sie als Isolationsfilme
Verwendung finden. BPSG-Filme, in die Bor (B) und Phosphor
(P) in hoher Konzentration dotiert sind, haben die
Eigenschaft, daß sie ein Reflow erleichtern. Somit läßt
sich die Planaritätsrate von BPSG-Filmen durch hohe Dotierung
mit Bor (B) und Phosphor (P) verbessern. Ferner erlaubt
hochdotierter BPSG-Film die Herstellung von
Halbleiterbauelementen mit einem flachen Übergang, da BPSG-
Film bei niedriger Temperatur geebnet werden kann.
Hochdotierter BPSG-Film hat allerdings einige Nachteile. Zum
einen weist er eine starke Feuchtigkeitsaufnahme
charakteristik auf und weiter erhöht er das Ausdiffundieren
von Bor (B) und Phosphor (P), welches im BPSG-Film enthalten
ist, während der Ausheilungsbehandlung. Das führt zur
Ausbildung von Kristallextraktionen von ausdiffundiertem Bor
(B) und Phosphor (P) an der Oberfläche des BPSG-Filmes, wobei
die Kristallextraktionen die Zuverlässigkeit eines
Halbleiterbauelementes verringern, da sie einen Fehlerfaktor
bilden. Die Herabskalierung der Abmessungen von Bauelementen
bei ULSI-Bauweise führt zu einer Verengung der
Kontaktöffnungen, weshalb es schwierig ist, in die
Kontaktöffnungen, wie verlangt, leitendes Material
einzubringen, was zu einer Herabsetzung des
Sprungantwortverhaltens an der Kontaktöffnung führt. Um das
Sprungantwortverhalten zu verbessern, müssen Kontaktöffnungen
in der sog. Weinglasform ausgebildet werden im Zuge einer
zweischrittigen Behandlung: einer Naßätzbehandlung und einer
Trockenätzbehandlung. Hochgradig bor- und phosphorhaltiger
BPSG-Film erschwert andererseits die Ausbildung der
weinglasförmigen Kontaktöffnungen während der Naß- und
Trockenätzbehandlung. Da der hochdotierte BPSG-Film eine
starke Feuchtigkeitsaufnahmecharakteristik aufweist, ist die
Haftfestigkeit von Fotolack, der auf den BPSG-Film
aufgetragen wird, gering, wodurch eine exzessive
Lateralätzung im Vergleich mit der Vertikalätzung zustande
kommt, da ein chemisches Ätzmittel leicht in die
Kontaktfläche zwischen Fotolack und BPSG-Film während der
Naßätzbehandlung eindringt. Zu den problematischen
Auswirkungen solcher Effekte gehört, daß die
Kontaktöffnungen sich in Form flacher Teller ausbilden,
schlimmstenfalls werden benachbarte Kontaktöffnungen leitend
verbunden oder der Fotolack löst sich ab.
Wie oben ausgeführt, sollte, um die Planarität des BPSG-
Filmes zu verbessern, die Fremdionenkonzentration hoch sein.
Andererseits jedoch begrenzt die hohe Fremdionenkonzentration
die Möglichkeit, das Naßätzverhältnis zu verringern, ohne
die Planarität des BPSG-Filmes zu beeinträchtigen, da das
Verhältnis von lateraler zu vertikaler Naßätzung groß wird.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung
eines Verfahrens zur Herstellung von BPSG-Film, bei dem das
Naßätzverhältnis bei gleichzeitiger Erhöhung der Planarität
des BPSG-Filmes verringert werden kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Bor-
Phosphor-Silikatglasfilm zeichnet sich aus durch die
Schritte:
Aufbringen eines Bor-Phosphor-Silikatglasfilmes (BPSG) auf der gesamten Strukturoberfläche nach der Ausbildung einer Vielzahl von darunterliegenden Schichten auf einem Wafer;
Einführen des Wafers in einen Brennofen;
Erhöhung der Innentemperatur des Brennofens;
Ebnen der Oberfläche des BPSG-Filmes unter Anwendung des Reflowprozesses;
rasches Absenken der Innentemperatur des Brennofens, derart daß die Oberfläche des BPSG-Filmes eine Zone rascher Abkühlung bildet, während seine Innenseite eine Zone langsamer Abkühlung bildet; und
Entnahme des Wafers.
Aufbringen eines Bor-Phosphor-Silikatglasfilmes (BPSG) auf der gesamten Strukturoberfläche nach der Ausbildung einer Vielzahl von darunterliegenden Schichten auf einem Wafer;
Einführen des Wafers in einen Brennofen;
Erhöhung der Innentemperatur des Brennofens;
Ebnen der Oberfläche des BPSG-Filmes unter Anwendung des Reflowprozesses;
rasches Absenken der Innentemperatur des Brennofens, derart daß die Oberfläche des BPSG-Filmes eine Zone rascher Abkühlung bildet, während seine Innenseite eine Zone langsamer Abkühlung bildet; und
Entnahme des Wafers.
Gegenstand der vorliegenden Anmeldung ist ferner ein nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes
Halbleiterbauelement.
Zum besseren Verständnis der Konzeption und der Vorteile der
Erfindung wird Bezug genommen auf die folgende ausführliche
Beschreibung in Verbindung mit der begleitenden Zeichnung,
wobei:
Fig. 1A und 1B Schnittansichten des Halbleiterbauelementes
zeigen, aus denen das Verfahren, einen
BPSG-Film gemäß der Erfindung
herzustellen, hervorgeht.
Fig. 2 einen Graph zeigt zur Illustration des
Naßätzverhältnisses in Abhängigkeit von
der Flankenabfallrate.
Fig. 3 einen Graph zeigt zur Illustration des
Naßätzverhältnisses in Abhängigkeit von
der Entnahmetemperatur.
Gleichartige Bezugszeichen beziehen sich auf auf gleichartige
Teile in den diversen Ansichten der Zeichnung.
Fig. 1A und Fig. 1B zeigen Schnittansichten eines
Halbleiterbauelementes zur Erklärung der Herstellung eines
BPSG-Filmes gemäß der Erfindung.
Fig. 1A zeigt einen BPSG-Film 3, verwendet als
Isolationsfilm, der auf die gesamte Oberfläche eines Wafers 1
aufgebracht ist nach Ausbildung einer Vielzahl von
darunterliegenden Schichten 2. Die Oberfläche des
aufgebrachtes BPSG-Filmes 3 ist uneben aufgrund der
darunterliegenden Schichten 2.
Wie in Fig. 1B gezeigt, wird der BPSG-Film 3 geebnet durch
die Ausheilungsbehandlung nach der Erfindung, wodurch ein
geebneter BPSG-Film 3A erhalten wird.
Die Ausheilungsbehandlung zur Ebnung des BPSG-Filmes kann in
die folgenden fünf Schritte unterteilt werden: Einführung,
Flankenanstieg, Reflow, Flankenabfall und Entnahme. Der
Flankenabfallschritt und der Entnahmeschritt bestimmen die
Feuchtigkeitsaufnahmecharakteristik des BPSG-Filmes.
Die Ausheilungsbehandlung zur Ausbildung des BPSG-Filmes 3A,
dessen Oberfläche geebnet ist, verläuft wie folgt.
Der Wafer 1, auf den der BPSG-Film 3 aufgebracht ist, wird in
den Brennofen eingeführt. Zu diesem Zeitpunkt beträgt die
Einführungstemperatur annähernd 400°C. Während des
Flankenanstiegschrittes wird die Innentemperatur des
Brennofens auf 800 bis 950°C erhöht, d. h. 25 bis 35% höher
als die Temperaturspanne von 650 bis 700°C, bei der es sich
um die Übergangstemperatur des BPSG-Filmes handelt. Während
des Reflowschrittes sollte die Oberfläche des BPSG-Filmes 3
bei einer Temperatur von 800 bis 950°C geebnet werden in
einem inertem Gas, wie Stickstoff (N₂) oder Argon (Ar).
Während des Flankenabfallsschrittes sollte die
Temperaturspanne bei 90 bis 95% der Reflowtemperatur
gehalten werden, z. B. 700 bis 900°C, wobei die
Flankenabfallsrate -20 bis -50°C/min beträgt. Bei dieser
Temperatur wird der Wafer 1 entnommen.
Des weiteren führt die Ausheilung des BPSG-Filmes bei einer
hohen Temperatur, die oberhalb der Übergangstemperatur liegt,
dazu, daß die Viskosität des BPSG-Filmes genügend abfällt,
um freie Bewegung aller Atome innerhalb des Filmes zu
erlauben. Während des Flankenabfallschrittes führt eine
langsame Flankenabfallrate dazu, daß die Atome innerhalb des
Filmes eine starke Tendenz zur Kristallisierung zeigen,
demgemäß wächst die Kontraktionsrate und damit die Dichte
des Filmes. Dagegen bleibt bei schneller Flankenabfallrate
die Struktur des Filmes bei Hochtemperatur erhalten, und es
ergibt sich eine geringere Dichte als bei langsamer
Flankenabfallrate, während das Ätzverhältnis zunimmt. Hinzu
kommt, daß der bei langsamer Abkühlung ausgebildete BPSG-
Film die Eigenschaft aufweist, daß seine
Feuchtigkeitsaufnahme gegenüber der Fremdionenkonzentration
innerhalb des Filmes empfindlich reagiert, wogegen der bei
relativ rascher Abkühlung ausgebildete Film die Eigenschaft
aufweist, daß seine Feuchtigkeitsaufnahme gegenüber der
Fremdionenkonzentration unempfindlich bleibt.
Da die Erfindung von den spezifischen Eigenschaften eines
solchen BPSG-Filmes Gebrauch macht, hat der BPSG-Film 3A, der
sich als Resultat der genannten Ausheilungsbehandlung
ausbildet, eine differenzierte innere Struktur. Tatsächlich
wird die Oberfläche des BPSG-Filmes 3A zu einer stark
abkühlenden Zone A, deren Struktur bei Reflowtemperatur (800
bis 950°C) erhalten bleibt, während das Innere des BPSG-
Filmes 3A zu einer langsam abkühlenden Zone B wird, in der
alle Bestandteile nach langsamer Abkühlung auf
Reflowtemperatur (800 bis 950°C) kristallisieren. In einem
BPSG-Film 3A, der eine derartige Struktur aufweist, wirkt
eine Kompressionsspannung auf die rasch abkühlende Zone A, da
die Kontraktionskraft in der langsam abkühlenden Zone B im
Vergleich zu derjenigen innerhalb der schnell abkühlenden
Zone A relativ groß ist. Die Kompressionsspannung ist
geeignet, die Entstehung von Kristallextraktionen an der
Oberfläche des BPSG-Filmes 3A zu unterdrücken und gleichfalls
die Feuchtigkeitsaufnahme des BPSG-Filmes 3A zu reduzieren.
Demzufolge müssen bei Erhöhung der Planarität des BPSG-Filmes
Probleme, wie die Ausbildung von Kristallextraktionen und der
Anstieg der Feuchtigkeitsaufnahme, kaum berücksichtigt
werden, obwohl die Konzentration von Bor und Phosphor
ausreichend hoch ist, z. B. 5 bzw. 6 Gewichtsprozent. Somit
ist die Erfindung geeignet, das Naßätzverhältnis zu
verringern und zugleich die Planarität des BPSG-Filmes zu
erhöhen.
Bei Ausformung der Kontaktöffnungen im Zuge der Naß- und
Trockenätzbehandlung eines BPSG-Filmes, der in
Übereinstimmung mit der Erfindung hergestellt ist, bildet
sich ein weinglasförmiges Profil der Kontaktfläche aus. D.h.,
mit der Erfindung läßt sich das Verhältnis von lateraler zu
vertikaler Naßätzung (DL/DV) des BPSG-Filmes 3A auf 1,125
bis 1,5 aussteuern, was nachfolgend anhand der experimentell
gewonnenen Daten, die Fig. 2 und Fig. 3 zeigen, erläutert
wird.
Fig. 2 stellt das Naßätzverhältnis in Abhängigkeit von der
Flankenabfallrate dar, bei einer Entnahmetemperatur von 800
°C, wobei die Flankenabfallrate von -3 auf -50 °C/min
variiert. Die experimentell gewonnenen Daten belegen, daß
bei einer Flankenabfallrate, die schneller ist als 25°C/min,
das Naßätzverhältnis (DL/DV) auf weniger als 1,5 verharrt,
unabhängig von der Dotierungskonzentration.
Fig. 3 stellt das Naßätzverhältnis in Abhängigkeit von der
Entnahmetemperatur der bei einer Flankenabfallrate von -25
°C/min, wobei die Entnahmetemperatur zwischen 600 und 800°C
variiert. Die experimentell gewonnenen Daten belegen, daß
bei einer Entnahmetemperatur von über 700°C das
Naßätzverhältnis (DL/DV) auf weniger als 1,5 verharrt,
unabhängig von der Dotierungskonzentration.
Bei hoher Dotierungskonzentration führt die
Feuchtigkeitsaufnahme des BPSG-Filmes zu einer Reduzierung
von dessen Haftfestigkeit auf Fotolack. Während der
Ausheilungsbehandlung zur Ebnung des BPSG-Filmes wird durch
hohe Flankenabfallrate in Verbindung mit einer hohen
Entnahmetemperatur erreicht, daß die Auswirkungen einer
hohen Dotierungskonzentration auf wirksame Weise gering
gehalten werden und daß derart eine verbesserte Ausbildung
der Kontaktöffnungen erzielt wird.
Somit ist die Erfindung geeignet, die Planarität des BPSG-
Filmes zu verbessern, da sie bei der Aufbringung des BPSG-
Filmes höhere Konzentrationen von Bor und Phosphor zuläßt im
Vergleich mit der Aufbringung von BPSG-Film nach bekannten
Verfahren. Somit ergibt sich eine Erhöhung der
Oberflächenplanarität. Darüber hinaus ist die Erfindung
geeignet, die Verminderung der Haftfestigkeit von Fotolack
aufgrund der Feuchtigkeitsaufnahme des BPSG-Filmes zu
verhindern, durch eine Verbesserung der Ausheilungsbehandlung
des BPSG-Filmes. Weiterhin ist die Erfindung geeignet, durch
Ausbildung einer rasch abkühlenden Zone an der Oberfläche des
BPSG-Filmes die Entstehung von Kristallextraktionen auf dem
BPSG-Film zu unterdrücken und somit schließlich eine
verbesserte Ausbildung der Kontaktöffnungen zu erreichen.
Die vorangegangene Beschreibung, obwohl auf eine bevorzugte
Ausführungsform der Erfindung mit einem bestimmten Grad von
Ausführlichkeit gerichtet, dient lediglich als
Exemplifikation des der Erfindung zugrundeliegenden Prinzips.
Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf die
bevorzugten Ausführungsformen beschränkt ist, wie sie hier
offengelegt und beschrieben werden. Demgemäß sind alle
geeigneten Abweichungen, die im Rahmen der Konzeption der
Erfindung getätigt werden können, als weitere
Ausführungsformen der Erfindung einzustufen.
Claims (7)
1. Verfahren zur Herstellung eines Bor-Phosphor-
Silikatglasfilmes (BPSG-Film), gekennzeichnet durch folgende
Schritte:
Aufbringung eines Bor-Phosphor-Silikatglasfilmes (BPSG-Film) auf der gesamten Strukturoberfläche eines Wafers nach Ausbildung einer Vielzahl von darunterliegenden Schichten;
Einführung des Wafers in einen Brennofen;
Erhöhung der Innentemperatur des Brennofens;
Ebnung der Oberfläche des BPSG-Filmes unter Benutzung eines Reflowprozesses;
rasche Abkühlung der Innentemperatur des Brennofens derart, daß die Oberfläche des BPSG-Filmes sich zu einer rasch abkühlenden Zone ausbildet, während seine Innerseite sich zu einer langsam abkühlenden Zone ausbildet; und
Entnahme des Wafers.
Aufbringung eines Bor-Phosphor-Silikatglasfilmes (BPSG-Film) auf der gesamten Strukturoberfläche eines Wafers nach Ausbildung einer Vielzahl von darunterliegenden Schichten;
Einführung des Wafers in einen Brennofen;
Erhöhung der Innentemperatur des Brennofens;
Ebnung der Oberfläche des BPSG-Filmes unter Benutzung eines Reflowprozesses;
rasche Abkühlung der Innentemperatur des Brennofens derart, daß die Oberfläche des BPSG-Filmes sich zu einer rasch abkühlenden Zone ausbildet, während seine Innerseite sich zu einer langsam abkühlenden Zone ausbildet; und
Entnahme des Wafers.
2. Verfahren zur Herstellung eines Bor-Phosphor-
Silikatglasfilmes (BPSG-Film) gemäß Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Einführungstemperatur annähernd
400°C beträgt.
3. Verfahren zur Herstellung eines Bor-Phosphor-
Silikatglasfilmes (BPSG-Film) gemäß Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Reflowprozeß sich in einem
Temperaturbereich abspielt, der um 25 bis 35% höher liegt
als die Übergangstemperatur des Bor-Phosphor-
Silikatglasfilmes (BPSG-Film).
4. Verfahren zur Herstellung eines Bor-Phosphor-
Silikatglasfilmes (BPSG-Film) gemäß Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Übergangstemperatur des Bor-
Phosphor-Silikatglasfilmes (BPSG-Film) im Bereich von 650 bis
700°C liegt.
5. Verfahren zur Herstellung eines Bor-Phosphor-
Silikatglasfilmes (BPSG-Film) gemäß Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Reflowprozeß sich in einem
Temperaturbereich von 800 bis 950°C abspielt.
6. Verfahren zur Herstellung eines Bor-Phosphor-
Silikatglasfilmes (BPSG-Film) gemäß Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der rasche Abkühlungsvorgang bei einer
Flankenabfallrate von -20 bis -50°C/min stattfindet, bis die
Temperatur bei 90 bis 95% der Reflowtemperatur angelangt
ist.
7. Verfahren zur Herstellung eines Bor-Phosphor-
Silikatglasfilmes (BPSG-Film) gemäß Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Entnahmetemperatur im Bereich von
700 bis 900°C liegt.
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