DE19821191B4 - Plug-Herstellungsverfahren für Halbleitervorrichtung - Google Patents
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Abstract
Plug-Herstellungsverfahren
für eine Halbleitervorrichtung,
umfassend die folgenden Schritte:
Erzeugen einer Isolationsschicht (3) in bzw. auf einem Halbleitersubstrat (1),
Erzeugen einer Öffnung (4a 4b) auf einem vorbestimmten Oberflächenteil des Halbleitersubstrates (1),
Erzeugen einer Polysiliziumschicht (5) auf der Isolationsschicht (3) einschließlich der Öffnung (4a, 4b), und
Rückätzen der Polysiliziumschicht (5) mittels eines Mischgases, das aus SF6-Gas als erstes Gas und einem zweiten Gas besteht, das aus der Gruppe von NO, SO2 und N2O ausgewählt ist, um den Plug herzustellen.
Erzeugen einer Isolationsschicht (3) in bzw. auf einem Halbleitersubstrat (1),
Erzeugen einer Öffnung (4a 4b) auf einem vorbestimmten Oberflächenteil des Halbleitersubstrates (1),
Erzeugen einer Polysiliziumschicht (5) auf der Isolationsschicht (3) einschließlich der Öffnung (4a, 4b), und
Rückätzen der Polysiliziumschicht (5) mittels eines Mischgases, das aus SF6-Gas als erstes Gas und einem zweiten Gas besteht, das aus der Gruppe von NO, SO2 und N2O ausgewählt ist, um den Plug herzustellen.
Description
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Plug- bzw. Stöpsel-Herstellungsverfahren für eine Halbleitervorrichtung und damit allgemein auf Zwischenverbindungen bei Halbleitervorrichtungen und insbesondere auf ein Plug-Herstellungsverfahren, bei dem ein Plug aus polykristallinem Silizium, im folgenden auch kurz Polysiliziummaterial genannt, in einem Kontaktloch gebildet wird.
- Im Zuge der Großintegration von Halbleitervorrichtungen wurden ein Bitleitungskontaktloch und ein Knotenkontaktloch für einen Kondensator in ihren Abmessungen merklich verringert, wodurch das Geometrie- bzw. Seitenverhältnis des Kontaktloches vergrößert wird. Wenn demgemäß eine Zwischenverbindung in einem folgenden Schritt gebildet wird, wird ein Polysilizium-Plug oder ein Zylinder innerhalb eines Kontaktloches erzeugt, um einen Kurzschluß der Zwischenverbindung zu verhindern, und anschließend wird eine leitende Zwischenverbindung auf dem Polysilizium-Plug oder dem Zylinder gemäß einem üblichen Zwischenverbindungs-Herstellungsverfahren erzeugt.
- Im folgenden wird ein herkömmliches Plug-Herstellungsverfahren für eine Halbleitervorrichtung beschrieben.
- Wie in
1 gezeigt ist, umfaßt die Halbleitervorrichtung zum Herstellen eines Plugs herkömmlicher Art ein Halbleitersubstrat1 mit einer Vielzahl von Diffusionsbereichen2 in der Oberfläche des Halbleitersubstrates1 . Eine Isolationsschicht3 ist auf dem Halbleitersubstrat1 gebildet, und die Isolationsschicht3 ist teilweise über einem Diffusionsbereich2 geätzt, der in dem Halbleitersubstrat1 vorgesehen ist, um Kontaktlöcher4a ,4b oder Öffnungen zu bilden. Hier ist das Kontaktloch4a in der Breite schmaler als das Kontaktloch4b . -
2 ist eine Schnittdarstellung einer Halbleitervorrichtung, bei der eine Polysiliziumschicht5 auf die Struktur von1 aufgetragen bzw. abgeschieden ist. - In
3A ist die Polysiliziumschicht5 von2 rückgeätzt, um Plugs5a ,5b oder Zylinder in den Kontaktlöchern4a ,4b zu erhalten. Der Rückätzschritt verwendet ein anisotropes Ätzverfahren, bei welchem ein auf Fluor basierendes Plasma einschließlich eines Fluor enthaltenden Gases, wie beispielsweise SF6, CF4 und CHF3 oder ein Gasgemisch, das aus dem Fluor enthaltenden Gas und einem Cl2 gemischt ist, verwendet wird. Wie in3A gezeigt ist, bleiben, obwohl die Oberfläche der Isolationsschicht3 glatt ist, Reste6 zurück, die aus Polymer gebildet sind. Auch sind die jeweiligen Oberseiten der Polysilizium-Plugs5a ,5b im Niveau viel niedriger als die Oberseite der Isolationsschicht3 . Hier wird es als Plug verlust bezeichnet, daß die Oberseite des Plugs teilweise abgeätzt und entfernt ist, um niedriger als die Oberseite der Isolationsschicht3 zu sein. Auch sollte verstanden werden, daß ein derartiger Plugverlust viel stärker in dem Polysilizium-Plug5a , der in einem relativ schmalen Kontaktloch4a gebildet ist, als in dem Polysilizium-Plug5b , der in dem relativ weiten Kontaktloch4b gebildet ist, auftritt. Die Verlustdifferenz zwischen den Plugs5a ,5b tritt aufgrund eines Ladeeffektes während des Ätzschrittes auf. Mit anderen Worten, der Ladeeffekt gibt an, daß mit kleiner werdendem Ätzzielbereich die Konzentration der Ätzmittel umso größer wird, um dadurch die Ätzgeschwindigkeit zu steigern. -
3B veranschaulicht eine Schnittdarstellung einer Halbleitervorrichtung, bei der ein Mischgasplasma verwendet wird, das aus einem Chlor enthaltenden Gas, wie beispielsweise Cl2 und HCl, und einem Wasserstoffbromid (HBr) gemischt ist, und bei dem die Polysilizium-Plugs5a ,5b oder Zylinder gebildet werden. Darin ist die Oberfläche der Isolationsschicht3 merklich rauh, und es ist ein Plugverlust gezeigt. - Nach dem Rückätzschritt wird, wie in den
3A ,3B gezeigt ist, ein Naßätzschritt ausgeführt, um die Reste6 zu entfernen, die längs der gesamten Struktur auf dem Halbleitersubstrat1 zurückbleiben. - Wenn, wie in
3A gezeigt ist, der Polysilizium-Plug mittels eines herkömmlichen Fluorgasplasmas gebildet wird, tritt ein Vorteil auf, daß eine glatte Oberfläche der Isolationsschicht erhalten wird. Jedoch ist es ein Nachteil, daß ein starker Plugverlust sowie ein kritischer Ladeeffekt auftreten. - Wenn, wie in
3B gezeigt ist, ein Chlorgasplasma verwendet wird, wird, obwohl der Plugverlust nicht so kritisch ist, der Ladeeffekt groß. Weiterhin wird die Oberfläche der Isolationsschicht nach dem Rückätzschritt in nachteilhafter Weise rauh. Wenn die Oberfläche der Isolationsschicht rauh wird, können, da die Reste in der aufgezehrten Oberfläche der Isolationsschicht verbleiben, die folgenden Schritte einen Kurzschlußeffekt für die Zwischenverbindung verursachen, was die Zuverlässigkeit der Halbleitervorrichtung zerstört. - Wenn weiterhin das HBr-Gas dem Chlorgas zugesetzt wird, können, obwohl die Rauhigkeit der Oberfläche mehr oder weniger verbessert ist, die Schritte für deren Wiedergabe schwierig sein.
- Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die obigen Nachteile zu vermeiden und ein Plug-Herstellungsverfahren für eine Halbleitervorrichtung zu schaffen, um die Oberseite eines Polysilizium-Plugs in einem flachen Typ ohne eine Krümmung zu gestalten und um die jeweiligen Oberseiten einer Isolationsschicht und des Plugs glatt zu machen, damit die Zuverlässigkeit der Halbleitervorrichtung verbessert wird.
- Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die vorliegende Erfindung ein Plug-Herstellungsverfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 vor.
- Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
- Das erfindungsgemäße Plug-Herstellungsverfahren für eine Halbleitervorrichtung verwendet einen Rückätzschritt zum Ver mindern eines Ladeeffektes durch Ätzen der Polysiliziumschicht mit einer raschen, gleichmäßigen Ätzgeschwindigkeit.
- Auch verwendet das Plug-Herstellungsverfahren für eine Halbleitervorrichtung einen Polysilizium-Rückätzschritt zum Vermindern eines Polysilium-Plugverlustes auf weniger als 300Å.
- Schließlich verwendet das erfindungsgemäße Plug-Herstellungsverfahren für eine Halbleitervorrichtung einen Rückätzschritt, bei dem ein Ätzgeschwindigkeitsverhältnis von Polysilizium und einer Isolationsschicht 5:1 und weniger als 5:1 beträgt, indem die Strom- bzw. Spannungsquelle einer Entladungseinheit gesteuert wird, um ein Plasma einer Ätzvorrichtung zu erzeugen.
- Das erfindungsgemäße Plug-Herstellungsverfahren umfaßt also insbesondere die folgenden Schritte: Bilden einer Isolationsschicht auf einem Halbleitersubstrat, Bilden einer Öffnung auf einem vorbestimmten Oberflächenteil des Halbleitersubstrats, Bilden einer Polysiliziumschicht auf der Isolationsschicht einschließlich der Öffnung und Rückätzen der Poly siliziumschicht mittels eines Mischgases, das aus SF6-Gas als erstes Gas und einem zweiten Gas besteht, das aus der Gruppe von NO, SO2 und N2O ausgewählt ist.
- Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 bis3B Schnittdarstellungen zur Erläuterung des Prozesses für die Erzeugung einer Zwischenverbindung bei einer Halbleitervorrichtung gemäß der Stand der Technik, -
4 bis7 Schnittdarstellungen zur Erläuterung eines Prozesses für die Herstellung einer Zwischenverbindung einer Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, -
8A einen Graph, der die jeweiligen Ätzgeschwindigkeiten einer Polysiliziumschicht und einer Isolationsschicht entsprechend einer Steigerung einer Vorspannung zeigt, wenn ein SF6-Gas verwendet wird, -
8B einen Graph, der jeweilige Ätzgeschwindigkeiten einer Polysiliziumschicht und einer Isolationsschicht gemäß einer gesteigerten Strömung eines SF6-Gases vergleicht, - Anhand der begleitenden Zeichnungen wird das Plug-Herstellungsverfahren für eine Halbleitervorrichtung nunmehr beschrieben.
- Wie in
4 gezeigt ist, wird auf einem Halbleitersubstrat1 mit einer Vielzahl von Fremdstoffbereichen2 eine Isolationsschicht3 gebildet. Die Isolationsschicht3 wird teilweise über dem in dem Halbleitersubstrat1 ausgebildeten Fremdstoffbereich2 geätzt, um Kontaktlöcher4a ,4b oder Öffnungen zu bilden. Hier ist das Kontaktloch4a in der Breite schmaler als das Kontaktloch4b . Auch wird ein undotiertes Silikatglas (USG) als eine Isolationsschicht verwendet. - Dann werden, wie in
5 gezeigt ist, die Kontaktlöcher4a ,4b gleichzeitig mit einem dotierten oder undotierten Polysiliziummaterial gefüllt, und gleichzeitig wird die dotierte oder undotierte Polysiliziumschicht5 auf der gesamten Struktur von4 erzeugt. - Die Polysiliziumschicht
5 wird rückgeätzt, um Polysilizium-Plugs5a ,5b zu bilden, wie dies in6 gezeigt ist. Wie aus5 zu ersehen ist, ist die Oberseite der Isolationsschicht4 glatt, so daß die Plugs5a ,5b einen kleinen Verlust und einen kleinen Ladeeffekt zeigen. Hier ist der Verlust der Plugs5a ,5b geringer als 300Å. Dann wird ein leitender Film7 auf der gesamten Oberseite der Struktur von6 erzeugt. - Der Rückätzprozeß wird nunmehr erläutert.
- Das Halbleitersubstrat
1 , wie dieses in6 gezeigt ist, wird in eine Vakuumkammer gebracht, die als ein Ätzgerät dient. Hier wird bevorzugt, eine Ätzvorrichtung aus einem re -aktiven Ionenätzer (RIE), einem magnetisch verstärkten reaktiven Ionenätzer (MERIE) und einem Plasmaätzer hoher Dichte zu wählen, um Ionenenergie und Plasmadichte zu steuern. - Dann werden in die Vakuumkammer ein erstes Gas SF6 und ein zweites Gas NO, SO2 oder N2O, das als ein Mischgas dient, eingeführt. Eine Plasmaentladung wird induziert, indem eine Quellenleistung von 200∼300W durch eine Seitenelektrode hiervon in der Vakuumkammer induziert wird, und eine Vorspannung wird einer anderen Seitenelektrode hiervon aufgeprägt, um ein anisotropes Ätzen dadurch auszuführen.
- Gemäß dem Ätzen unter Verwendung des Mischgasplasmas wird auf der Oberseite des Polysilizium-Plugs eine Schutzschicht gebildet, die aus einem Material, wie beispielsweise Si-N oder Si-O hergestellt ist, so daß der durch die Fluorionen verursachte Plugverlust verhindert wird, indem die Ätzgeschwindigkeit des Polysilizium-Plugs entlastet wird. Auch werden, wenn unter der obigen Bedingung geätzt wird, der Plugverlust und der Ladeeffekt merklich vermindert.
- Der Ablauf des Plug-Herstellungsverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung wird nunmehr beschrieben.
- Um den Polysilizium-Plugverlust und den Ladeeffekt zu vermindern, sollte die Differenz zwischen den Ätzgeschwindigkeiten der Polysiliziumschicht und Oxidschicht verkleinert werden. Das heißt, wenn, wie in
6 gezeigt. ist, die Polysiliziumschicht:5 geätzt wird, um die Isolationsschicht3 freizulegen, wird, falls das Ätzgeschwindigkeitsverhältnis der Poly siliziumschicht5 und der Isolationsschicht3 identisch oder ähnlich ist, die Zunahme der Ätzmittel hinsichtlich jedes Musters der Polysiliziumschicht5 und der Isolationsschicht3 verhindert, um so eine gleichmäßige Dicke hiervon zu ätzen, wodurch der Ladeeffekt herabgesetzt wird. Auch werden, da die Polysiliziumschicht5 und die Isolationsschicht3 gleichmäßig geätzt werden, die Oberflächen hiervon flach, um dadurch den Plugverlust zu vermeiden. Um den Plugverlust und den Ladeeffekt einzuschränken, sollte ein Rückätzprozeß unter einer Bedingung von weniger als 5:1 im Ätzverhältnis der Polysiliziumschicht5 und der Isolationsschicht3 ausgeführt werden. Zu dieser Zeit ist der Plugverlust kleiner als 300Å, um dadurch Polysilizium-Plugs5a ,5b mit verminderten Ladeeffekten zu erzeugen. - Verschiedene Experimente zeigen einen kleinen Plugverlust und einen verminderten Ladeeffekt bei der Plugerzeugung.
-
8A ist ein Graph, der eine Steigerung im Ätzgeschwindigkeitsverhältnis der Polysiliziumschicht und der Oxidschicht, die als eine Isolationsschicht dient, bei einer Steigerung der Vorspannung zeigt, wenn lediglich SF6-Gas verwendet wird. Wie hieraus zu ersehen ist, ist bei erhöhter Vorspannung die Ätzgeschwindigkeit der Polysiliziumschicht graduell gesteigert, während die Ätzgeschwindigkeit der Oxidschicht in einem größeren Ausmaß erhöht ist. Als ein Ergebnis wird mit größer werdender Vorspannung die Selektivität der Polysiliziumschicht und der Oxidschicht geringer. Insbesondere wird die Ätzselektivität am kleinsten bei mehr als 20 W Vorspannungsleistung. - Wenn, wie in
8B gezeigt ist, lediglich SF6 für das Ätzen verwendet wird, ist auch die Ätzrate des Polysiliziums pro portional zu der Strömungszunahme von SF6; erhöht. Die Ätzgeschwindigkeit der Oxidschicht, die als eine Isolationsschicht dient, neigt dazu, geringfügig vermindert zu werden. Das heißt, die Ätzselektivität ist auf ein Verhältnis von 10:1 gesteigert. Demgemäß verursacht die minimalisierte Strömung von SF6 eine geeignete Abnahme der Ätzselektivität, um so zur Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe beizutragen. - Durch die obigen Experimente wird ein Mischgas, das durch Beifügen eines zweiten Gases, das aus NO, SO2 und N2O ausgewählt ist, zu einem ersten Gas SF6, gemischt ist, für das Ätzgas verwendet. Hier ist die Ätzselektivität am niedrigsten, wenn der Rückätzprozeß bei einer Vorspannungsleistung von 50 W und einer Quellenleistung von 200 W ausgeführt wird. Auch liegt die am meisten gewünschte Ätzselektivität im Bereich von 2,5:1 bis 1,5:1. Der Ätzladeeffekt ist am kleinsten bei dem Verhältnis von unter 5:1. Als ein Ergebnis verursachen die Zwischenverbindungen für eine Halbleitervorrichtung, daß der Plug und die Isolationsschicht flache Oberflächen aufweisen.
- Wie oben beschrieben wurde, vermindert das Plug-Herstellungsverfahren für eine Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung den Ätzladeeffekt und den Plugverlust, um so die Zuverlässigkeit der Halbleitervorrichtung zu verbessern.
- Weiterhin werden bei dem erfindungsgemäßen Plug-Herstellungsverfahren keine Reste nach dem Ätzprozeß zurückgelassen, und demgemäß ist ein zusätzlicher Aufbereitungs- oder Waschprozeß nicht erforderlich, um so wesentlich die Produktivität bei der Herstellung der Halbleitervorrichtung zu verbessern.
Claims (11)
- Plug-Herstellungsverfahren für eine Halbleitervorrichtung, umfassend die folgenden Schritte: Erzeugen einer Isolationsschicht (
3 ) in bzw. auf einem Halbleitersubstrat (1 ), Erzeugen einer Öffnung (4a 4b ) auf einem vorbestimmten Oberflächenteil des Halbleitersubstrates (1 ), Erzeugen einer Polysiliziumschicht (5 ) auf der Isolationsschicht (3 ) einschließlich der Öffnung (4a ,4b ), und Rückätzen der Polysiliziumschicht (5 ) mittels eines Mischgases, das aus SF6-Gas als erstes Gas und einem zweiten Gas besteht, das aus der Gruppe von NO, SO2 und N2O ausgewählt ist, um den Plug herzustellen. - Plug-Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Isolationsschicht (
3 ) eine Oxidschicht verwendet wird. - Plug-Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Isolationsschicht (
3 ) undotiertes Silikatglas (USG) verwendet wird. - Plug-Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die Polysiliziumschicht (
5 ) eine undotierte Polysiliziumschicht verwendet wird. - Plug-Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die Polysiliziumschicht (
5 ) eine dotierte Polysiliziumschicht verwendet wird. - Plug-Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß das Mischungsverhältnis des ersten Gases und des zweiten Gases größer als eins zu drei (1:3) gewählt wird.
- Plug-Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß die Ätzselektivität der Polysiliziumschicht (
5 ) und der Isolationsschicht (3 ) kleiner als fünf zu eins (5:1) im Verhältnis ist. - Plug-Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, daß eine Ätzvorrichtung für den Rückätzschritt ausgewählt ist aus einer reaktiven Ionenätzeinrichtung (RIE), einer magnetisch verstärkten reaktiven Ionenätzeinrichtung (MERIE) und einer hochdichten Plasmaätzeinrichtung, die in der Lage sind, Ionenenergie und Dichte zu steuern.
- Plug-Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, daß eine an einer Sei tenelektrode der Ätzvorrichtung anliegende Quellenleistung von 200∼3000 W reicht.
- Plug-Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, daß eine an einer anderen Seitenelektrode der Ätzvorrichtung liegende Vorspannungsleistung größer als 50 W ist.
- Plug-Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, daß eine an einer Seitenelektrode der Ätzvorrichtung liegende Quellenleistung von 200∼3000 W reicht, und daß eine an einer anderen Seitenelektrode der Ätzvorrichtung anliegende Vorspannungsleistung größer als 50 W ist.
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