DE2748401A1 - MOSFET with one or several insulating films - where ion implantation is used for increasing etching grade of at least one insulating film - Google Patents
MOSFET with one or several insulating films - where ion implantation is used for increasing etching grade of at least one insulating filmInfo
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Abstract
Description
Halbleiteranordnung Semiconductor device
Zur Herstellung von Bauelementen oder Schaltkreisen auf Haibleiterkörpern werden neben Siliziumdioxid (SiO2) auch vielfach andere Isolierschichten wie z. B. Siliziuinnitrid (Si3N4) verwendet. Dabei wird das auf einem Siliziumkörper thermisch gewachsene oder auch pyrolytisch abgeschiedene Siliziumdioxid meist in gepufferter Flußsäure geätzt. Andere Isolierschichten lassen sich nicht in gleichem Maße mit gepufferter Flußsäure strukturieren. Dies gilt insbesondere für Siliziumnitrid, dessen Ätzrate in gepufferter Flußsäure bei Raumtemperatur so klein ist, daß es praktisch nicht angegriffen wird. Daher werden Siliziumnitridschichten naßchemisch meist in heißer Phosphorsäure (160 °C) geätzt. Dies erfordert im allgemeinen besondere Betriebsmittel. Die Strukturierung von Siliziumnitrid mit Photolack als Ätzmaske wird unter diesen Bedingungen erschwert, insbesondere das Strmkturieren von definiert schmalen Streifen, die unter 5 /um breit sein sollen. Daher wäre es in vielen Fällen wünschenswert, wenn solche Isolierschichten in Ätzlösungen bei Raumtemperatur strukturiert werden können und wenn als Ätzlösung wie für Siliziumdioxid eine gepufferte Flußsäure verwendet werden könnte.For the production of components or circuits on semiconductor bodies In addition to silicon dioxide (SiO2), other insulating layers such as B. silicon nitride (Si3N4) is used. This is done thermally on a silicon body Grown or pyrolytically deposited silicon dioxide mostly in buffered form Etched hydrofluoric acid. Other insulating layers cannot be used to the same extent structure of buffered hydrofluoric acid. This is especially true for silicon nitride, whose etching rate in buffered hydrofluoric acid at room temperature is so small that it is practically not attacked. Therefore, silicon nitride layers become wet-chemical mostly etched in hot phosphoric acid (160 ° C). This generally requires special Resources. The structuring of silicon nitride with photoresist as an etching mask is made more difficult under these conditions, especially the structuring of defined narrow strips that should be less than 5 / µm wide. Hence in many cases it would be desirable if such insulating layers are structured in etching solutions at room temperature can be and if as an etching solution as for silicon dioxide a buffered hydrofluoric acid could be used.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Weg auf zuzeigen, der Ätzprozesse bei Isolierschichten erleichtert.The invention is based on the object of showing a way the Etching processes for insulating layers facilitated.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einer Halbleiteranordnung mit einer oder mehreren Isolierschichten auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers nach der Erfindung vorgeschlagen, daß wenigstens eine dieser Isolierschichten derart mit Ionen versetzt ist, daß sich durch die Ionenimplantation ihre Ätzrate erhöht.To solve this problem, in a semiconductor arrangement with a or more insulating layers on the surface of the semiconductor body after Invention proposed that at least one of these insulating layers with such Ions is offset that their etching rate increases through the ion implantation.
Die Erfindung findet vorzugsweise bei Halbleiteranordnungen Anwendung, die von mindestens einer Isolierschicht bedeckt sind, die nicht aus Siliziumoxid besteht, und deren Ätzrate in gepufferter Flußsäure mit Hilfe der Erfindung beträchtlich erhöht werden kann, so daß sie sich ebenfalls in gepufferter FluBsäur2 strukturieren läßt.The invention is preferably used in semiconductor arrangements, which are covered by at least one insulating layer that is not made of silicon oxide exists, and their etching rate in buffered hydrofluoric acid with the help of the invention is considerable can be increased so that they are also structured in buffered hydrofluoric acid2 leaves.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird die Isolierschicht, deren Atzrate erhöht werden soll, entweder ganzflächig oder selektiv z. B. mit entwickletezn Fotolack als Maske mit Ionen geringer Energie bombardiert, beispielsweise in einer Ionen-Implantationsanlage mit Ar +- oder P+-Ionen.According to one embodiment of the invention, the insulating layer, whose etching rate is to be increased, either over the entire surface or selectively z. B. with developezn Photoresist bombarded with ions of low energy as a mask, for example in a Ion implantation system with Ar + or P + ions.
Die Erfindung wird im folgenden an einem MOS-Tran8istor näher erläutert.The invention is explained in more detail below using a MOS transistor.
Figur 1 zeigt schematisch den Querschnitt eines Halbleiterkörpers mit einer halbfertigen MOS-Struktur, bei der die Kontaktditfusion 2 für Source und 3 für Drain bereits durchgeführt wurde. Die Halbleiteranordnung wird bedeckt von einer Isolierschicht 4, die beispielsweise aus thermisch oxidiertem Siliziumdioxid besteht und einer darüberliegenden Isolierschicht 5, die nicht aus Siliziumdioxid besteht, sondern beispielsweise aus Siiiziumnitrid. Auf dieser Schicht 5 befindet sich zwischen den Kontaktdiffusionen 2 und 3 ein durch einen Fotolackprozeß aufgebrachter schmaler Streifen 7, der aus Fotolack besteht. Durch eine Implantation unter Verwendung von beispielsweise Phosphor mit so hoher Energie, daß beide Schichten 4 und 5 durchdrungen werden, werden die eigentlichen Source- und Drainbereiche hergestellt. Nach der Erfindung wird nun die Schicht 5, die beispielsweise aus Siliziumnitrid besteht, in einer Implantationsanlage mit Ionen, die für dieses Beispiel zweckmäßigerweise ebenfalls aus Phosphor bestehen, mit einer solch geringen Energie implantiert, daß die meisten der Ionen die Schicht 5 nicht durchdringen. Durch diese lonenbehandlung wird der innere Zusammenhalt der Schicht 5 so verändert, daß die Ätzrate, beispielsweise in gepufferter Flußsäure, stark ansteigt.Figure 1 shows schematically the cross section of a semiconductor body with a half-finished MOS structure, in which the contactdit fusion 2 for source and 3 for drain has already been carried out. The semiconductor device is covered by a Insulating layer 4, which consists for example of thermally oxidized silicon dioxide and an overlying insulating layer 5, which does not consist of silicon dioxide, but for example made of silicon nitride. On this layer 5 is located between the contact diffusions 2 and 3 a narrower one applied by a photoresist process Strip 7, which consists of photoresist. By implantation using For example, phosphorus with such high energy that both layers 4 and 5 penetrated the actual source and drain regions are produced. After Invention is now the layer 5, which consists for example of silicon nitride, in an implantation system with ions, which is expedient for this example also made of phosphorus, implanted with such a low energy that most of the ions do not penetrate the layer 5. Through this ion treatment the internal cohesion of the layer 5 is changed so that the etching rate, for example in buffered hydrofluoric acid, increases sharply.
Bei dem hier angeführten Beispiel besteht die Schicht 5 beispielsweise aus 600 R dickem Siliziumnitrid. Nach einer Implantation mit Phosphor ionen bei einer Energie von 60 KeV und einer Dosis von 1 x 1014 ergibt sich eine Atzrate des Siliziumnitrids in gepufferter Flußsäure bei Raumtemperatur von ca. 100 i/Min.In the example given here, the layer 5 consists, for example made of 600 R thick silicon nitride. After an implantation with phosphorus ions at an energy of 60 KeV and a dose of 1 x 1014 results an etching rate of silicon nitride in buffered hydrofluoric acid at room temperature of approx. 100 I / min.
Da die Ätzrate der Isolierschicht 5 durch die Erfindung außerhalb der Zone, die von dem Fotolackstreifen 7 bedeckt ist, stark angestiegen ist, kann auch nach dem Entfernen des Fotolackstreifens 7 in gepufferter Flußsäure geätzt werden, ohne daß der Bereich, der von dem Streifen 7 bedeckt war, nennenswert angegriffen wird.Since the etching rate of the insulating layer 5 by the invention outside the zone which is covered by the photoresist strip 7 has risen sharply also etched in buffered hydrofluoric acid after removing the photoresist strip 7 are attacked without the area which was covered by the strip 7, noticeable will.
Ein weiterer Vorteil zeigt sich darin, daß beirn Strukturieren der Schicht 5 nach der Erfindung praktisch keine seitliche Unterätzung auftritt.Another advantage is that when structuring the Layer 5 according to the invention practically no lateral undercutting occurs.
Figur 2 zeigt den schematischen Querschnitt der Struktur nach der Anwendung der Erfindung. Dabei sind die Zonen 6' die durch die Implantation mit hoher Energie hergestellten eigentlichen Source- und Drainbereiche.FIG. 2 shows the schematic cross section of the structure according to FIG Application of the invention. The zones 6 'are those caused by the implantation actual source and drain regions produced with high energy.
Figur 3 zeigt schematisch den Querschnitt eines fertigen MOS-Transistors. Dabei wird die Isolierschicht 4#' durch die bekannte selektive thermische Oxidation des Siliziumkörpers gewonnen. Gleichzeitig diffundieren die eiqentlichen Source-und Drainbereiche 6" tiefer in den Halbleiterkdrper ein Durch einen bekannten Effekt wölbt sich dabei der nach des erfindungsgemäßen Verfahren freigeätzte schmale Siliziumnitridstreifen 5 an den Kanten etwas auf.Figure 3 shows schematically the cross section of a finished MOS transistor. The insulating layer 4 # 'is thereby formed by the known selective thermal oxidation of the silicon body obtained. At the same time, the proper source and diffuse Drain regions 6 "deeper into the semiconductor body by a known effect arches after the method according to the invention etched free narrow silicon nitride strips 5 at the edges somewhat.
Durch die beiden bekannten Effekte wird eine Selbstjustierung bewirkt, so daß die Gateelektrode 8 bei nicht zu großen Justierfehlern automatisch genau über der Kanalzone liegt und dabei nur minimale Uberlappungskapazitäten verursacht.The two well-known effects cause a self-adjustment, so that the gate electrode 8 is automatically accurate if the adjustment errors are not too great lies above the canal zone and causes only minimal overlapping capacities.
Die Erfindung findet mit Vorteil bei Halbleiteranordnungen Anwendung, die mit solchen Isolierschichten bedeckt sind, deren ätzrate in gepufferter Flußsäure so klein sind, daß eine Strukturierung normalerweise nicht in Betracht kommt.The invention is advantageously used in semiconductor arrangements, which are covered with such insulating layers, their etching rate in buffered hydrofluoric acid are so small that structuring is normally out of the question.
Angewendet auf solche Isolierschichten, vorzugsweise auf Siliziumnitrid, hat die Erfindung folgende Vorteile: 1. Starke Erhöhung der Ätzrate von Isolierschichten in gepufferter Flußsäure, so daß die Strukturierung solcher Schichten in gepufferter Flußsäure bei Raumtemperatur überhaupt erst möglich wird.Applied to such insulating layers, preferably on silicon nitride, the invention has the following advantages: 1. Great increase in the etching rate of insulating layers in buffered hydrofluoric acid, so that the structuring of such layers in buffered Hydrofluoric acid is only possible at room temperature.
2. Durch entsprechende Maskierung bei der Implantation kann auch nach Entfernung dieser Maskierung die Isolierschicht noch selektiv strukturiert werden.2. By appropriate masking during the implantation can also after Removal of this masking means that the insulating layer can still be selectively structured.
3. Dadurch, daß die Isolierschichten bei Raumtemperatur geätzt werden können, treten keine Schwierigkeiten bei Verwendung der üblichen Fotolacke auf.3. By etching the insulating layers at room temperature no difficulties arise when using the usual photoresists.
4. Da die Ionen bei der Implantation der Isolierschicht mit einer entsprechenden Maskierung an diesen Maskenkanten nur eine äußerst geringe seitliche Streuung aufweisen, tritt bei dem nachfolgenden Ätzschritt praktisch keine seitliche Unterätzung auf.4. Since the ions during the implantation of the insulating layer with a corresponding masking at these mask edges only an extremely slight lateral Have scatter, practically no lateral occurs in the subsequent etching step Undercut.
5. Die durch die Implantation von Ionen in die Isolierschicht erreichte, stark erhöhte Ätzrate kann durch einen Temperschritt, beispielsweise 20 Minuten bei 800 0C in einer inerten Gasatmosphäre, wieder rückgängig gemacht werden.5. The achieved by the implantation of ions in the insulating layer, greatly increased etching rate can be achieved by a tempering step, for example 20 minutes at 800 ° C. in an inert gas atmosphere, can be reversed.
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0061350A1 (en) * | 1981-03-25 | 1982-09-29 | Hitachi, Ltd. | Method of forming pattern |
EP0122662A1 (en) * | 1983-04-11 | 1984-10-24 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Method of manufacturing a semiconductor device, in which patterns are formed in a layer of sillicon nitride by means of ion implantation |
EP0218039A1 (en) * | 1985-09-30 | 1987-04-15 | Siemens Aktiengesellschaft | Method for transferring the finest photoresist structures |
WO1999010924A1 (en) * | 1997-08-25 | 1999-03-04 | Advanced Micro Devices, Inc. | Reduction of charge loss in nonvolatile memory cells by phosphorous implantation into pecvd nitride/oxynitride films |
-
1977
- 1977-10-28 DE DE19772748401 patent/DE2748401A1/en active Pending
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