DE2241870A1 - Verfahren zum aetzen von siliziumnitrid - Google Patents

Verfahren zum aetzen von siliziumnitrid

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Description

Western Electric Company, Incorporated Panousis 3-10
New York, V.St.A. 22Λ 1
Verfahren zum Ätzen von Siliziumnitrid
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ätzen von Siliziumnitrid.
Das üblicherweise zum Ätzen von Siliziumnitrid verwendete Ätzmittel Phosphorsäure greift auch Silizium an. Dies ist ein Problem bei der ebenen Behandlung von Silizium, wenn ein Siliziumnitrid-Ätzschritt durchgeführt wird, nachdem Fenster oder Öffnungen im reinen Silizium gebildet sind. Außerdem ist es ein Problem in der Silizium-Gate-Technologie, wo die Metallisierung zum Teil oder insgesamt am Silizium stattfindet. Siehe hierzu beispielsweise US-Patent 3 475 234 (insbesondere Schritt 9).
Es ist deshalb erwünscht, ein Ätzmittel für Siliziumnitrid
zur Verfügung zu stellen, das ebenso wirksam wie das üfoist licherweise verwendete heiße Phosphorsäure-Atzmittel/, welches
jedoch Silizium nicht merklich angreift.
Erfindungsgemäß wird hierfür ein Verfahren zum Ätzen von Siliziumnitrid, bei dem das Siliziumnitrid mit einer Ätzlösung
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aus H3PO4 geätzt wird, vorgeschlagen, welches sich dadurch auszeichnet, daß die Ätzung unter Verwendung einer Ätzlösung durchgeführt wird, in welcher dem H3PO4 von 10 bis 40 Vol.% H SO4 und so viel Wasser zugefügt sind, daß die Lösung im Bereich von etwa 160 bis 180° C kocht.
Um das Ätzverhalten des erfindungsgemäßen Ätzmittels im Vergleich zum üblichen H3PO4 zu erläutern, wurden eine Reihe von Silizium- und Siliziumnitridproben verschiedenen Ätzmittelmischungen ausgesetzt. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt:
Tabelle 1
Temp. (0C) Si^N-Ätzgeschwindigk.
J 4
ο
(A/min)		 lh Ätzung von Emitter
Kontaktfenstern		 10%H2SO4 sehr geringe Ätzung 2OXH3SO4 keine Ätzung 40XH2SO4 keine Ätzung
H3PO4 (85%) keine Ätzung keine Ätzung keine Atzung
180 110 starke Ätzung
170 80 leichte Ätzung
75 % H3PO4,
180 110
170 80
68 % H3PO4,
180 110
170 80
50 % H3PO4,
180 95
170 67
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Alle Prozentangaben sind Volumenprozente, die mit Wasser zu 100 % ergänzt werden, wobei zusätzliches Wasser zugefügt wurde, um die Lösung auf einen Siedepunkt bei der angegebenen Temperatur zu bringen» In jedem Fall wurde siedende Lösung für das Ätzverfahren verwendet»
Die Vierte zeigen, daß die Wirkung der zugeführten Schwefelsäure auf das Ätzverhalten mit der Ausnahme vernachlässigbar gering ist, daß bei den höchsten Konzentrationen eine leicht hemmende Wirkung beobachtet werden konnte» Dieses Ergebnis kann dazu verwendet werden, eine maximale Konzentration festzulegen, jenseits derer die Ätzgeschwindigkeit des Nitrids wesentlich vermindert wird»
Die Menge des verdünnenden Wassers ist nebensächlich mit der Ausnahme, daß sie den Siedepunkt der Mischung beeinflußt. Die Wasserkonzentration wird normalerweise durch Rückfluß festgelegt, um einen gewünschten Siedepunkt, üblicherweise 180 C,zu erhalten. Die genaue Größe ist eine Sache der Auswahl. Es ist unwahrscheinlich, daß das vorliegende Ätzverfahren für die hier in Frage stehenden Anwendungsfälle mit Wasser-gehalten von wesentlich mehr als 30 Vol% durchgeführt wird.
Die Vierte zed gen auch, daß bei niedrigeren Temperaturen das Problem der Ätzangrd ffε von Silizium weniger stark auftritt
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und dies wurde auch durch den Versuch bestätigt. Die Untersuchung hat jedoch auch gezeigt, daß die Empfindlichkeit von Silizium gegenüber dem Ätzmittel in gewissem Ausmaß von der Dotierstoffkonzentration abhängig ist. Sehr stark dotiertes Silizium, wie es üblicherweise in Transistor-Emitter-Kontaktfenstern oder in Source-und Drain-Kontakt-
vorliegt fenstern bei Feldeffekttransistoren (FET) /ist besonders empfindlich gegen den Ätzangriff durch Phosphorsäure. Die Werte der Tabelle 1 wurden bei η-leitendem Silizium einer spezifischen Leitfähigkeit von o,olLccm erhalten. Das η-leitende Material ist etwas empfindlicher als p-leitendes Material entsprechenden Dotierstoffgehalts. Aus diesem Aspekt der Untersuchung kann der wichtige Rückschluß gezogen werden, daß unter günstigen Bedingungen, d.h. bei relativ hoch-leitendem Material (d.h.}i-*<- cm) und niedriger Ätztemperatur das bekannte Verfahren brauchbar ist. Insbesondere ist auf Kosten von etwa der Hälfte der Ätzgeschwindigkeit des Siliziumnitrid eine Phosphorsäure-Ätzung bei 1600C im Grenzfall auch für mäßig dotiertes Silizium brauchbar.
Wenn eine höhere Dotierung vorliegt oder eine schnellere Nitridätzung erwünscht ist, empfiehlt sich die Verwendung eines Zusatzes von Schwefelsäure. Da dieser Zusatz in keiner Weise schädlich ist, erscheint er unter den oben
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erläuterten weiten Anwendungsbedingungen brauchbar als Universal-Ätzmittel. Um die Bedingungen, unter denen die Ätzung am vorteilhaftesten ist, einzugrenzen, wird jedoch eine Ätztemperatur von wenigstens 160 C und ein Ätzmittel mit etwa 10 % H3SO4 empfohlen.
Es ist ersichtlich, daß die Schwefelsäure eine passivierende Wirkung auf den Ätzangriff der Phosphorsäure bezüglich Silizium innerhalb bestimmter Zusammensetzungsgrenzen hat, während die Ätzwirkung auf Siliziumnitrid im wesentlichen unbeeinflußt bleibt.
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Claims (6)

Patentansprüche
1. Verfahren zum Ätzen von Siliziumnitrid, bei dem das Siliziumnitrid mit einer Ätzlösung aus H.,PO. geätzt v/ird, dadurch gekennzeichnet, daß die Ätzung unter Verwendung einer Ätzlösung durchgeführt wird, in welcher dem H3PO4 von 10 bis 40 Vol% H SO. und so viel Wasser zugefügt sind, daß die Lösung im Bereich von etwa 160 bis 180 C kocht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Siliziumnitrid bei Vorhandensein von Silizium mit der
Ätzlösung in Kontakt gebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Siliziumnitrid ein Fenster eingebracht wird, durch welches das Silizium geätzt werden kann.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß Silizium eines spezifischen Widerstands von weniger als 1 je cm gewählt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß Silizium mit einem spezifischen Widerstand von
0,0οί jj£ cm oder weniger gewählt wird.
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6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ätzlosung mit 10 % H 2 S04 und hinreichend Wasser, so daß der Siedepunkt der Lösung bei etwa 160 C liegt, gewählt wird.
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DE2241870A 1971-09-03 1972-08-25 Siliziumnitrid-Ätzverfahren Expired DE2241870C3 (de)

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