DE2226264C2

DE2226264C2 - Verfahren zum zweistufigen Ätzen einer Ausnehmung

Info

Publication number: DE2226264C2
Application number: DE2226264A
Authority: DE
Inventors: Herbert James Essex Junction Vt. Kump
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1971-06-17
Filing date: 1972-05-30
Publication date: 1985-10-10
Also published as: US3767493A; GB1334345A; FR2141936B1; JPS5235514B1; DE2226264A1; FR2141936A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum zweistufigen Ätzen einer Ausnehmung mit einer vorgesehenen Tiefe in einem Körper in einem in einer Maskierungsschicht ausgesparten Bereich.

Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise aus der US-PS 34 74 021 bekannt.

Beim Herstellen von Halbleiterbauelementen, Insbesondere von Metall-Oxld-Halblelter-Feldeffekt-Translstoren (MOSFET), sind reine Oberflächen die Voraussetzung dafür, daß ein zuverlässiges und den verlangten Kennwerten entsprechend funktionierendes Halbleiterbauelement erhalten wird. Im Lauf der Herstellung muß deshalb oft geätzt werden. Zum Beispiel ist es bei der Herstellung von MOSFETs notwendig, eine Oxidschutzschicht über dem Gate-Gebiet zu entfernen, um dort anschließend auf dem Silizium eine dünne Oxidschicht aufwachsen zu lassen. Zi'-n Entfernen der Oxldschutzschlcht wird eine Ätzung angwandt und dabei bekanntlich bisher meist wie folgt verfahren:

Die vollständig oxidierte Oberfläche des Halbleiterkörpers wird nach einem bekannten photolithographischen Verfahren an den Stellen maskiert, an denen das Ätzbad nicht angreifen soll. In einem Ätzbad wird an den nicht maskierten Stellen die Oxidschutzschicht bis hinunter zum Silizium weggeätzt. Dann wird der restliche Photolack der Maskierung entfernt, und schließlich werden die p _{e na}chdem ob zurückgebliebene Verunreinigungen stören können - entweder gar nicht oder mehr oder weniger Intensiv gereinigt. In den Reinigungsbädem können diemische Reaktionen ablaufen, die aber die Größe und die Form der geatzten Oxidschicturnuster nicht wesentlich beeinflussen.

Die frelgeätzte SlllziumoberflSche Hegt Im Ätzbad und In den nachfolgenden Verfahrensschritten ungeschützt frei. Unter diesen Bedingungen können Verunreinigun gen unkontrolliert auf die Siliziumoberfläche gelangen. Diese Verunreinigungen sind einerseits häufig nicht identifizierbar und schwierig oder gar nicht zu entfernen und andererseits sind sie für MOSFETs ausgesprochen schädlich.

" Eine andere Schwierigkeit, die bei der Herstellung von MOSFETs auftritt, ist die Verunreinigung der Siliziumoberfläche im Gate-Gebiet und der dort aufgewachsenen Gate-Oxidschicht mit dem bei der Source-Draln-Diffusion eingesetzten Dotierungsstoff. Während der Source- Drain-Diffusion und der nachfolgenden Reoxidation wird die ganze, den Siliziumhalbleiterkörper bedeckende Oxidschicht mit dem Stoff verunreinigt, mit dem die Source- und die Drainzone dotiert sind. Wird nun das Gate-Gebiet bei hoher Temperatur oxidiert, diffundiert ein Teil dieses Dotierungsstoffes aus und dotiert die Siliziumoberfläche im Gate-Gebiet und auch die wachsende Gate-Oxidschicht. D'je Folge Ist ein Instabiles Arbeiten im Betrieb des fertigen MOSFETs. Bei dem in der US-Patentschrift 34 74 021 beschriebe nen Verfahren erfolgt das Ätzen nun in zwei Stufen, und zwar wird anschließend an c'ne photolithographische Erzeugung einer Maskierungs^hicht In einem ersten Schritt durch Ionenbeschuß das wegzuätzende Material teilweise entfernt und in einem nachfolgenden zweiten Schritt der Äizvorgang durch naßchemisches Ätzen abgeschlossen. Bei diesem Verfahren werden zwar Ausnehmungen mit weitgehend senkrechten Seitenwänden erzeugt, jedoch treten dieselben Schwierigkelten wie bei der oben ausgeführten bekannten Verfahrensweise auf.

Da die Photolack-Masklerungssuhlcht erst nach Abschluß des Ätzens entfernt wird, ist die freigeätzte Siliziumoberfläche Verunreinigungen aus der Maskierungsschicht ausgesetzt, und bei der Herstellung von MOSFETs wird außerdem Dotierungsstoff aus der wäh rend des Ätzens von der Photolack-Maskierungsschicht bedeckten Oxidschicht bei den auf das Ätzen folgenden

Erhitzungen auf hohe Temperaturen In das freiligende Halbleitergebiet ei nd if fundiert. Der Erfindung lle^t nun die Aufgabe zugrunde. In Her-

stellungsverfahren die: prozeßbedingte Verunreinigung von Oberflächen, die durch Ätzen freigelegt und anschließend weiteren Maßnahmen unterworfen werden, zu vermindern, ohne dabei die Maßnahmen des Herstellungsverfahrens selbst wesentlich zu ändern und etwa den Verfahrensaufwand zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß In einem ersten Ätzschritt die Ausnehmung bis zu einer Tiefe nahe der vorgesehenen Tiefe geätzt wird, dann die

Maskierungsschicht entfernt wird, und anschließend In einem zweiten Ätzsehritt ohne Verwendung einer Maskierungsschicht die Ausnehmung bis zur vorgesehenen Tiefe geätzt wird. Bei diesem Verfahren können die In der Masklerungs-

schicht vorhandenen Verunreinigungen nicht mit der Bodenfläche eier fertig geätzten Ausnehmung In Berührung kommen. Da beim zweiten Ätzschritt nicht nur die Ätzung In der Ausnehmung abgeschlossen wird, sondern

juch eine dünne Schfcht von dem beim ersten Ätzschrltt maskierten Körper und damit auch der In dieser enthaltene Dotierungsstoff entfernt wird, werden bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen von MOSFETs die oben angeführten Schwierigkeiten vermieden. Gegenüber den meist angewandten bekannten Ätzverfahren kommt der Vorteil hinzu, daß das Vorhandensein der dünnen Schicht beim ersten Ätzschritt eine weit größere Freiheit bei der Auswahl des Ätzmittels erlaubt. Beim Durchätzen bis zur SÜIziumoberfläche in einem Schritt, wte es bei diesen Verfahren geschieht, darf bei den angeführten Anwendungen das Ätzmittel nur das Oxid angreifen und bestimmte Verunreinigungen nicht enthalten. Da bei dem erfindungsgemäßen Verfahren das Im ersten Ätzschritt verwendete Ätzmittel mit der Silizlumoberfläche nicht in Berührung kommt, sind beispielsweise die Reinheitsforderungen an dieses Ätzmittel weniger hoch als bei den genannten einstufigen Ätzverfahren.

Es ist vorteilhaft, im ersten Ätzschritt des erfindungsgemäßen Verfahren bis zu einer Tiefe zu ätzen, die 20 nm weniger als die vorgesehene Tiefe beträgt.

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 billgeres Ätzmittel als im zweiten Ätzschritt einzusetzen. Es ist außerdem günstig, beim zweiten Ätzschritt, bei dem nur eine sehr dünne Ätzschicht abgeätzt werden soll, ein langsamer abtragendes Ätzmittel zu ve;wenden als im ersten Ätzschritt.

Um eine etwaige Verschmutzung der Oberflächen noch weiter zu reduzieren, ist es vorteilhaft, wenn nach dem Entfernen der Maskierungsschicht und vor dem zweiten Ätzschritt die Oberfläche des Körpers gereinigt wird.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens nach der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Das Verfahren der Erfindung wird anhand der Zeichnungen in Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 im Schnitt einen zum Ätzen vorbereiteten Halbleiterkörper für einen MOSFET,

Fig. 2, 3 und 4 im Schnitt den Halbleiterkörper nach F i g. 1 in verschiedenen Stadien des zweistufigen Ätzverfahrens nach einem ersten Ausführungsbeispiel

Fi g. 5 und 6 im Schnitt einen Körper, der nach einem zweiten bzw. einem dritten Ausführungsbeispiel geätzt worden ist.

In der Fi g. 1 stellen die Gebiete 12 und 14 die Source- und die Drainzone eines Halbleiterkörpers für einen MOSFET dar. Die In zwei Oxidationsschritten gebildete Oxidschicht 16 bedeckt den Halbleiterkörper 10. Der zwischen der Source- und der Drainzone gelegene Teil der Oxidschicht 16 Ist wegen seiner großen Dicke und seiner unregelmäßigen elektrischen Eigenschaften als Gate-Oxidschlcht ungeeignet. Infolgedessen muß der Halbleiterkörper In dem Gate-Gebiet vollständig freigeätzt und dann neu oxidiert werden. Der Ätzschritt wird mit den üblichen photollthographsichen Schritten vorbereitet.

Wie In Flg. 2 gezeigt, wird in einem ersten Ätzschritt nur so weit geätzt, daß noch eine dünne Oxidschicht 24 ober die SlliziumoberflSche 22 stehen bleibt. Die verbleibende Oxidschicht 24 soll zwischen 10 und 40 nm, am besten etwa 20 nm, dick sein. Die Osidschlcht 24 verhindert, daß irgendwelche Verunreinigungen aus der

Maskierungsschicht 18 oder dem beim ersten Ätzschritt verwendeten Ätzmittel Im Gebiet der Siliziumoberfläche 22 niedergeschlagen, adsorbiert oder eindiffundiert werden.
Im nächsten Schritt, dessen Ergebnis die Fig.3 zeigt,

ίο wird die Maskierungssch'cht 18 vollständig entfernt. Die Gefahr von dabei eingeschleppten Verunreinigungen ist wesentlich geringer, als wenn die Siliziumoberfläche 22 bereits freigeätzt wäre. Wenn notwendig, kann nach dem Entfernen der Maskierungsschicht 18 ein Reinigungsschritt folgen.

Anschließend wird in einem zweiten Ätzschritt die Oxidschicht 24 entfernt und die Siliziumoberfläche 22 freigelegt. Das Ergebnis dieses Schrrtts zeigt Fig.4. Selbstverständlich kann in diesem Ätzschritt das gleiche Ätzmittel wte im ersten Ätzschritt verwendet werden, es kann aber auch, um eine etwaige Verr ·reinigung auf ein Minimum zu reduzieren, im zweiten Ätzschritt ein besonders reines Ätzmittel verwendet werden. Da die Oxidschicht 24 sehr dünn ist, ist es günstig, ein relativ langsam wirkendes Ätzmittel im zweiten Ätzschriti einzusetzen Dies kann durch Verdünnung oder durch Pufferung geschehen. Zum Beispiel kann im ersten Ätzschritt chemisch reine 48%ige Flußsäure und im zweiten Ätzschritt hochreine, mit Ammoniumfluorid gepufferte Flußsäure benutzt werden. Beim zweiten Ätzschritt wird, wie durch die gestrichelte Linie in der Fig. 3 angedeutet, von der gesamten Oxidschicht 16 eine dünne Schicht 25 abgetragen. Dies ist durchaus wünschenswert, weil dabei Verunreinigungen entfernt werden, die etwa bei der Source-Drain-Dlffus'on bzw. bei der anschließenden Reoxidation in die Oxidschicht 16 geraten sind.

Soll eine bestimmte Dicke der Oxidschicht 16 eingehalten werden, so ist es lediglich notwendig, von einer entsprechend dickeren Oxidschicht auszugehen.

Das beschriebene Verfahren kann nicht nur in dem ausgeführten Beispiel, sondern stets mit Vorteil angewanjt werden, wenn beim Ätzen einer Ausnehmung die Möglichkeit besteht, daß Verunreinigungen aus der Maskierungsschicht und/oder aus dem Ätzmittel die Oberfiäehe, die beim Ätzen in der Ausnehmung freigelegt wird, Irreversibel schädigen.

Das Verfahren ist, vgl. die Fig. 5, auch anwendbar, wenn ein Körper aus zwei ein Substrat 26 bedeckenden ätzbaren Schichten 28 und 30 geätzt werden soll, wobei die beiden Ätzschritte dann das durch die Linie 31 angedeutete eine Ausnehmung aufweisende Schichtmuster ergeben. Fig. 6 zeigt ein Anwendungsbeispiel des Verfahrens, bei dem einp Vertiefung in ein Substrat 32 geätzt werden soll. Die beiden Ätzschritte ergeben die durch die gestrichelte Linie angedeutete eine Vertiefung aufweisende Oberfläche des Substrats 32.

Für die Anwendung des zweistufigen Ätzverfahrens Ist eine genaue Bemessung der Ätzzelt und der Ätzgeschwmdlgkelt v/lchtlg.

Weitere Beispiele zur Ausführung des Ätzens sind außer den oben schon genannten sogenannten naßchemischen Ätzmjtteln, die lonenbeschußatzung und die elektrolytlsche Ätzung.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum zweistufigen Ätzen einer Ausnehmung mit einer vorgesehenen Tiefe in einem Körper in einem in einer Maskierungsschicht ausgesparten Bereich, dadurch gekennzeichnet, daß in einem ersten Ätzschritt die Ausnehmung bis zu einer Tiefe nahe der vorgesehenen Tiefe geatzt wird, dann die Maskierungsschicht (18) entfernt wird und anschließend in einem zweiten Ätzschritt ohne Verwendung einer Maskierungsschicht die Ausnehmung bis zur vorgesehenen Tiefe geätzt wird.

2. Verfahren nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im ersten Ätzschritt bis zu einer Tiefe geätzt wird, die 20 nm weniger als die vorgesehene Tiefe beträgt.

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

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit naßchemischen Ätzmitteln geätzt wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Entfernen der Maskierungsschicht (18) und vor dem zweiten Ätzschritt die Oberfläche des Körpers gereinige wird.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Maskierungsschicht (18) eine Photolackschicht verwendet wird.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Körper (32) aus Halbleitermaterial geäut wird.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Körpej {16) aus einer ein Halbleitersubstrat (10) bedeckenden, dielektrischen Schicht geätzt wird und eine Tiefe der Ausnehmung gleich der Dicke der dielektrischen Schicht (16) vorgesehen ist.