DE2226264A1 - Zweistufiges Atzverfahren - Google Patents

Description

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Böblingen, 12. Mai 1972 oe-fr

Anmelderin: International Business Machines

Corporation/ Armonk,; N.Y. 1O5Ö4

Aitttl. Aktenzeichen: Neüanraeldung

Aktenzeichen der Anmelderin: Docket BU 971 004

Zweistufiges Ätzverfahren

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum zweistufigen Ätzen der Oberfläche eines Körpers an in einer Maskierungsschicht ausgesparten Stellen.

Beim Herstellung von Halbleiterbauteilen/ insbesondere von Metäll-Oxid-Halbleiter-Feldeffekt-Transistoren (MOSFET), sind nicht verunreinigte Oberflächen die Voraussetzung für ein zuverlässiges und der Spezifikation entsprechendes Funktionieren. Im Laufe des Herstellurigsprozesses muß sehr oft geätzt werden. Z.B. ist es bei der Herstellung von MOSFET-Bauteilen notwendig, eine Schicht schützenden Oxid über dem Gategebiet zu entfernen, um dort anschließend auf dem Silicium ein dünnes Oxid aufwachsen zu lassen. Dieser Ätzprözeß wird bisher wie folgt durchgeführt!

Die vollständig oxidierte Oberfläche der Halbleiterbauteile wird mittels bekannter photolithographischer Methoden, an den Stellen maskiert, an denen das Ätzmittel nicht angreifen soll. In einem Ätzbad wird an den nicht maskierten Stellen das. Oxid bis hinunter zum Silicium weggeätzt. Dann wird der restliche Photolack entfernt und schließlich werden die Bauteile - je nachdem wie kritisch zurückgebliebene Verunreinigungen sind - entweder gar nicht oder mehr öder weniger intensiv gereinigt. In den Reinigungsbädern können chemische Reaktionen ablaufen, die aber die Größe und

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die Form der geätzten Muster nicht wesentlich beeinflussen.

Die freigeätzte Siliciumoberfläche liegt im Ätzbad und in den nachfolgenden Prozeßschritten ungeschützt frei. Unter diesen Bedingungen können große Mengen von Verunreinigungen unkontrolliert auf die Siliciumoberfläche gelangen. Diese Verunreinigungen sind einerseits häufig nicht identifizierbar und schwierig oder gar nicht zu entfernen und andererseits sind sie für FET-Bauteile ausgesprochen schädlich.

Ein anderes Problem, das bei MOSFET-Bauteilen auftritt, ist die Verunreinigung der Siliciumoberfläche im Gate-Gebiet und des auf gewachsenen Gate-Oxids mit dem bei der Source-Drain-Diffusion eingesetzten Dotierungsstoff. Während der Source-Drain-Diffusibh und der nachfolgenden Reoxidation wird die ganze, das Bauteil bedeckende Oxidschicht mit dem Element verunreinigt, mit dem das Source- und das Drain-Gebiet dotiert sind. Wird nun das Gate Gebiet bei hohen Temperaturen oxidiert, diffundiert ein Teil dieser Verunreinigung aus und dotiert die Siliciumoberfläche im Gate-Gebiet und auch das wachsende Gate-Oxid. Die Folge ist ein instabiles Funktionieren des fertigen Bauteils.

Ätzverfahren, die in zwei Stufen erfolgen, sind bekannt. Bei dem in der US-Patentschrift 3 474 021 beschriebenen Verfahren wi/ anschließend an einen photolithographischen Prozeß in,einem ersten Schritt mittels Sputtern das wegzuätzende Material teilweise entfernt und in einem nachfolgenden zweiten Schritt der Ätzvorgang durch chemisches Ätzen abgeschlossen. Bei dieser Methode treten zwei Schwierigkeiten auf. Da die Photolackschicht erst nach dem chemischen Ätzen entfernt wird, ist die freigeätzte Fläche den gesamten Verunreinigungen aus der Haskenschicht ausgesetzt. Hinzu kommt, daß eine Photolackschicht nur noch sehr schwer zu entfernen ist, nachdem sie dem Sputterprozeß ausgesetzt war.

Aufgabe der Erfindung ist es, die prozeßbedingte Verunreinigung BU 971 004 209852/1102

von Oberflächen, die bei einem Ätzprozeß freigelegt und anschließend weiteren Prozeßschritten unterworfen werden, zu vermindern, ohne dabei den Prozeß wesentlich zu ändern und die Produktionskosten zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in einem ersten Ätzschritt fast, aber nicht ganz bis zur gewünschten Tiefe geätzt wird, daß anschließend die Maskierungsschicht entfernt wird und schließlich in einem zweiten Ätzschritt vollends bis zur gewünschten Tiefe geätzt wird. Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß das Vorhandensein der dünnen Schicht beim ersten Ätzschritt eine weit größere Freiheit als bisher bei der Auswahl des Ätzmittels erlaubt. Beim Ätzen bis zum Silicium in einem Schritt, wie es dem Stand der Technik entspricht, darf das Ätzmittel nur Oxid angreifen, bestimmte Verunreinigungen nicht enthalten usw. Da bei dem erfindungsgemäßen Verfahren das im ersten Ätzschritt verwendete Ätzmittel mit der Siliciumoberflache nicht in Berührung kommt, sind auch die Reinheitsforderungen an dieses Ätzmittel weniger hoch als bei dem konventionellen Verfahren.

Es ist vorteilhaft, im ersten Ätzschritt bis auf eine Restschicht von etwa 200 A* Dicke abzuätzen.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorteilhaft so eingesetzt, daß für den ersten und den zweiten Ätzschritt verschiedene Ätzmittel verwendet werden. So ist es z.B. vorteilhaft, im ersten Ätzschritt ein weniger reines und damit billigeres Ätzmittel als im zweiten Ätzschritt einzusetzen. Es empfiehlt sich außerdem, beim zweiten Ätzschritt, bei dem nur eine sehr dünne Schicht abgeätzt werden soll, ein langsamer'abtragendes Ätzmittel zu verwenden als im ersten Ätzschritt.

Um die Verschmutzung der Oberflächen noch weiter zu reduzieren, ist es vorteilhaft, nach dem Entfernen der Maskierungsschicht und vor dem zweiten Ätzschritt eine Reinigung einzuschieben.

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Die Erfindung wird anhand von durch die Zeichnungen erläuterten Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Ausschnitt aus einer zum Atzen vorberei

teten MOSFET-Struktur,

Fig. 2 denselben Ausschnitt wie Fig. 1 nach dem Ätzen

in einem einstufigen, bekannten Verfahren,

Fign. 3, 4 u. 5 denselben Ausschnitt wie Fig. 1 in verschiedenen Stadien des zweistufigen Ätzverfahrens, und

Fign. 6 und 7 zwei weitere Anwendungsbeispiele für das Verfahren.

In der Fig. 1 stellen die Gebiete 12 und 14 Source und Drain einer noch nicht zu Ende prozessierten MOSFET-Struktur dar. Die in zwei Oxidationsschritten gebildete Oxidschicht 16 bedeckt das Halbleitermaterial 10. Der zwischen Source und Drain gelegene Teil der Oxidschicht ist wegen seiner großen Dicke und seiner unregelmäßigen elektrischen Eigenschaften als Gate-Oxid ungeeignet. Infolgedessen muß das über dem Gate liegende Gebiet vollständig freigeätzt und dann neu oxidiert werden. Der Ätzschritt wird mit dem üblichen photolithographischen Prozeß vorbereitet.

In konventionellen einstufigen Ätzverfahren werden, wie die Fig. zeigt, die von der Maskierungsschicht 18 freigelassenen Stellen des Oxids 16 in einem Schritt bis hinunter zur Siliciumoberflache 22 weggeätzt.

Im Gegensatz dazu wird bei dem zweistufigen Verfahren, wie Fig. zeigt, in einem ersten Ätzschritt nur so weit geätzt, daß noch eine dünne Oxidschicht 24 über der Oberfläche 22 stehen bleibt. Die stehenbleibende Oxidschicht soll zwischen 100 und 400 A, am besten etwa 200 S, dick sein. Die Oxidschicht 24 soll verhindern, daß irgendwelche Verunreinigungen aus der Maskierungsschicht 18 oder dem im ersten Ätzschritt verwendeten Ätzmittel im Gebiet

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der Oberfläche 22 niedergeschlac/en, adsorbiert oder eindiffundiert werden.

Im nächsten Schritt, dessen Ergebnis die Fig. 4 zeigt, wird die Maskierungsschicht 18 vollständig entfernt. Die Gefahr von dabei eingeschleppten Verunreinigungen ist wesentlich geringer, als wenn die Oberfläche 22 bereits freigeätzt ist.

Wenn notwendig, kann nach dem Entfernen der Maskierungsschicht 18 ein Reinigungsschritt folgen. Anschließend wird in einem zweiten Atzschritt die Oxidschicht 24 entfernt und die Oberfläche 22 freigelegt. Das Ergebnis zeigt die Abbildung 5. Selbstverständlich kann in diesem Ätzschritt dasselbe Ätzmittel wie im ersten Ätzschritt verwendet werden, es kann aber auch, um die Verunreinigung auf ein Minimum zu reduzieren, im'zweiten Ätzschritt ein besonders reines Ätzmittel verwendet werden. Da die Schicht 24 sehr dünn ist, ist es günstig, ein relativ langsam wirkendes Ätzmittel im zweiten Ätzschritt einzusetzen. Dies kann durch Verdünnung oder durch Pufferung geschehen. Z.B. kann im ersten Ätzschritt chemisch reine 48 % Flusäure und im zweiten Ätzschritt hochreine, mit Ammoniumfluorid gepufferte Flußsäure benutzt werden. Beim zweiten Ätzschritt wird, wie die gestrichelte Linie in der Fig. 4 andeutet, von der gesamten Oxidschicht eine dünne Schicht 25 abgetragen. Dies ist durchaus wünschenswert, weil dabei Verunreinigungen entfernt werden, die beim Source-Drain-Diffusionsprozeß bzw. bei der anschließenden Reoxidation in das Oxid geraten sind. Muß eine bestimmte Oxiddicke eingehalten werden, so ist es lediglich notwendig, von einem entsprechend dickeren Oxid auszugehen.

Das beschriebene Verfahren ist nicht auf diesen speziellen Fall beschränkt, sondern kann bei allen Ätzprozessen angewandt werden, bei denen die Möglichkeit besteht, daß Verunreinigungen aus der Maskierungsschicht und/oder aus dem Ätzmittel die Oberfläche, die beim Ätzen freigelegt werden soll, irreversibel schädigen.

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Day Verfahren ist, wie die Abbildung 6 zeigt, auch anwendbar, wenn zwei ätzbare Schichten 28 und 30 geätzt werden solLen, wobei. aLs Ergebnis beider Ätzschritte die durch die Linie 3L angedeutete Struktur übrigbleibt.

Ficj. 7 zeigt ein Anwendungsbeispiel des Verfahrens, bei dein Vertiefungen in ein Substrat 32 geätzt werden sollen. Das Ergebnis beider Ätzschritte ist die durch die gestrichelte Linie angedeutete Struktur.

Notwendig für die Anwendung des Verfahrens ist eine genaue Kontrolle der Ätzzeit und der Ätzgeschwindigkeit.

Zwar wurden in der Beschreibung nur chemische Ätzverfahren erwähnt, jedoch ist das Verfahren für jedes Ätzmittel, wie z.B. Sputtern, elektrolytische Abtragung usw., geeignet.

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Claims (7)

— "7 — ■L ATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zum zweistufigen Ätzen der Oberfläche eines Körpers an in einer Maskierungsschicht ausgesparten Stellen, dadurch gekennzeichnet/ daß in einem ersten Ätzschritt fast, aber nicht ganz bis zur gewünschten Tiefe geätzt wird, daß anschließend die Maskierungsschicht (18) entfernt wird und schließlich in einem zweiten Ätzschritt vollends bis zu gewünschten Tiefe geätzt wird.

2. Verfahren nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im ersten Ätzschritt bis auf eine Restschicht von etwa 200 Ä Dicke abgeätzt wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß für den ersten und den zweiten Ätzschritt verschiedene Ätzmittel verwendet werden.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß chemisch geätzt wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Entfernen der Maskierungsschicht und vor dem zweiten Ätzschritt eine Reinigung eingeschoben wird.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Halbleitermaterial geätzt wird.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine das Halbleitermaterial bedeckende, dielektrische Schicht geätzt wird, wobei die beim Ätzen gewünschte Tiefe gleich der Dicke der dielektrischen Schicht ist.

δ. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Maskierungsschicht aus Photolack hergestellt wird.

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ORIGINAL iisiSPECTED