DE3125054C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer
Halbleiteranordnung, entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Die Siliciumnitridschicht kann hierbei, wie beispielsweise
in üblichen Tunnelreaktoren, mit elektrisch ungeladenen Bestandteilen
des Plasmas allein, aber auch, wie beispielsweise in üblichen
Planarreaktoren, mit einer Mischung elektrisch geladener
und ungeladener Bestandteile des Plasmas kontaktiert werden.
Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise zur Herstellung einer
Halbleiteranordnung besonders geeignet, bei der von einem Si-Substrat
mit einer SiO₂-Schicht ausgegangen wird, auf dem eine Si₃N₄-
Schicht angebracht ist und wobei durch Ätzen das Si₃N₄ stellenweise
von der SiO₂-Schicht entfernt wird. Die so gebildete Si₃N₄-
Maske kann sowohl als Oxidierung wie auch als Ionenimplantationsmaske
benutzt werden. Bei der Fertigung der Si₃N₄-Maske dient die SiO₂-
Schicht zur Vermeidung von Beschädigungen des darunter liegenden
Si-Substrats, das durch die Bestandteile des Plasmas sehr stark
angegriffen werden kann. Die Dicke der SiO₂-Schicht muß daher derart
gewählt werden, daß ein ausreichender Schutz des Substrats
erreicht wird. In der Praxis wird diese Dicke u. a. durch das Verhältnis
der Geschwindigkeiten bestimmt, mit denen Si₃N₄ und SiO₂
abgeätzt werden können. Umso schneller Si₃N₄ als SiO₂ abgeätzt
werden kann, umso dünner kann die SiO₂-Schicht gewählt werden.
Aus der US-PS 37 95 557 ist ein Verfahren eingangs erwähnter Art
bekannt, bei dem die Siliciumnitridschicht durch die Kontaktierung
der Schicht mit einer Mischung elektrisch geladener und ungeladener
Bestandteile eines in einer Gasmischung gebildeten Plasmas geätzt
wird, welche Mischung als Fluorverbindung CF₄ und als Sauerstoffverbindung
8,5 Vol.-% O₂ enthält. Mit diesem bekannten Verfahren
kann Si₃N₄ etwa zweimal schneller als SiO₂ abgeätzt werden.
Aus Appl. Phys. Lett. 36 (1980) 9, 786-770 ist es bekannt,
daß die Verwendung von Jod oder Brom anstelle von Sauerstoff
in einem CF₄-Plasma die Ätzrate von SiO₂ erniedrigt.
Weiter ist es daraus bekannt, Si₃N₄ selektiv zu SiO₂ in einem CBrF-Plasma zu ätzen.
Aus der deutschen Patentanmeldung 30 43 517 ist es
bekannt, zum Trockenätzen von Siliciumnitrid mindestens
eines der Gase CF₄, C₂F₆, C₃F₈, C₄F₈ oder
CCl₂F₂ und zusätzlich eines der Gase Sauerstoff,
Stickstoff oder Inertgase zu verwenden.
Ein Nachteil der bekannten beschriebenen Verfahren besteht darin,
daß Si₃N₄ nur wenig schneller als SiO₂ abgeätzt werden kann. Deshalb
muß in jenen Fällen, in denen mit Hilfe dieser Verfahren eine Maske
in eine Si₃N₄-Schicht eingeätzt wird, die auf einem Si-Substrat mit
einer SiO₂-Schutzschicht angebracht ist, diese SiO₂-Schicht verhältnismäßig
dick sein. Dies macht die bekannten Verfahren in der
Praxis beispielsweise für die Fertigung einer Si₃N₄-Oxidierungsmaske
zum Anbringen von Feldoxid in LOCOS-Prozessen ungeeignet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Verfahren
so abzuändern, daß die Selektivität der Ätzung von Siliciumnitrid
in bezug auf Siliciumoxid erhöht wird.
Diese Aufgabe wird
durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1
genannten Merkmale gelöst.
Durch den Zusatz einer geringen Menge einer Verbindung, die ein von
Fluor abweichendes Halogen enthält, kann Si₃N₄ zumindest fünfmal
schneller als SiO₂ abgeätzt werden. Deshalb kann in jenen Fällen,
in denen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Maske in eine
Si₃N₄-Schicht eingeätzt wird, die auf einem Si-Substrat mit einer
SiO₂-Schutzschicht angebracht ist, diese SiO₂-Schicht verhältnismäßig
dünn sein. Dies macht das erfindungsgemäße Verfahren in der
Praxis beispielsweise für die Fertigung einer Si₃N₄-Oxidierungsmaske
zum Anbringen von Feldoxid in LOCOS-Prozessen geeignet. Vermutet wird
daß das von Fluor abweichende Halogen an der SiO₂-Oberfläche selektiv
absorbiert wird und dort eine Schutzschicht für im Plasma gebildete
reaktive Bestandteile bildet.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird der Gasmischung, in der das Plasma gebildet wird das nicht
korrosive und nicht giftige Gas CF₂Cl₂ zugesetzt. Beim Zusatz von
1 bis 4 Vol.-% dieses Gases zur Gasmischung tritt der größte Unterschied
in der Ätzgeschwindigkeit von Si₃N₄ und SiO₂ auf, insbesondere
wenn als Sauerstoffverbindung 3 bis 10 Vol.-% an O₂ zugesetzt wird.
Si₃N₄ wird dabei etwa fünfmal schneller als SiO₂ abgetragen.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens nach der
Erfindung wird der Gasmischung, in der das Plasma gebildet wird, das
nicht korrosive und nicht giftige CF₃Br zugesetzt. Beim Zusatz von
2 bis 8 Vol.-% zur Gasmischung tritt der größte Unterschied in der
Ätzgeschwindigkeit von Si₃N₄ und SiO₂ auf, insbesondere wenn als
Sauerstoffverbindung 3 bis 10 Vol.-% an O₂ zugesetzt wird. Si₃N₄ wird
dabei etwa zehnmal schneller als SiO₂ abgetragen.
Enthält die Gasmischung, in der das Ätzplasma gebildet wird, als
Sauerstoffverbindung 20 bis 40 Vol.-% NO und 1 bis 3 Vol.-% CF₃Br, so
wird Si₃N₄ sogar etwa zwölfmal schneller als SiO₂ abgetragen.
Die Erfindung wird nachstehend als Beispiel anhand der Zeichnung und
anhand einiger Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 bis 4 schematisch aufeinanderfolgende Herstellungsphasen
einer Halbleiteranordnung, bei denen das erfindungsgemäße
Verfahren angewandt wird, und
Fig. 5 und 6 Geschwindigkeiten, mit denen auf einem Si-Substrat
vorhandene Si₃N₄- und SiO₂-Schichten mit Hilfe von
Bestandteilen von Plasmas abgeätzt werden, die in
CF₄/O₂-Mischungen gebildet sind, denen variable CF₂Cl₂/-
bzw. CF₃Br-Mengen zugesetzt sind.
In Fig. 1 bis 4 sind schematisch aufeinanderfolgende Herstellungsphasen
eines Feldoxidmusters dargestellt, bei dem von einem N-Typ
von Si-Substrat 1 ausgegangen wird, das mit einer SiO₂-Schicht 2 mit
einer Dicke von 20 bis 100 nm versehen ist, auf der eine Si₃N₄-
Schicht 3 mit einer Dicke von 100 bis 150 nm angebracht ist.
Die Si₃N₄-Schicht 3
wird auf übliche Weise stellenweise mit einer Lackschicht 4
bedeckt, wonach die unbedeckten Stellen durch Kontaktierung
mit Bestandteilen eines in einer Gasmischung gebildeten
Plasmas abgeätzt werden, welche Gasmischung eine Fluor- und
eine Sauerstoffverbindung enthält. Der Gasmischung wird
erfindungsgemäß 1 bis 15 Vol.-% einer gasförmigen Verbindung
zugesetzt, die ein von Fluor abweichendes Halogen enthält.
Hierdurch kann Si₃N₄ zumindest fünfmal schneller als SiO₂
abgeätzt werden, so daß die SiO₂-Schutzschicht 2 verhältnismäßig
dünn sein kann. Hiermit ist dieses Verfahren in
der Praxis für die Fertigung einer Maske zum Anbringen von
Feldoxid in der Si₃N₄-Schicht 3 geeignet.
Nachdem die Si₃N₄-Schicht 3 stellenweise und
auch die Lackschicht 4 entfernt ist, können mittels einer
üblichen B-Implantation P-Typ Gebiete 5 angebracht werden,
die als ′′channel-stopper′′ zwischen verschiedenen Schaltelementen
dienen können. Hierbei dient die in der Si₃N₄-
Schicht 3 gebildete Maske als Implantationsmaske (Fig. 2).
Anschließend werden durch Oxydierung auf übliche Weise
SiO₂-Gebiete 6 mit einer Dicke von etwa 1000 nm gebildet
(Fig. 3). Diese SiO₂-Gebiete 6, auch Feldoxidgebiete genannt,
dienen zusammen mit den darunterliegenden P-Typ Si-Gebieten 5
zum gegenseitigen Trennen verschiedener auf dem Si-Substrat 1
anzubringender Schaltungselemente. Beim Anbringen der Feldoxidgebiete
6 dient die in der Si₃N₄-Schicht 3 gebildete
Maske als Oxydierungsmaske. Schließlich werden die restlichen
Teile der Si₃N₄-Schicht 3 und der SiO₂-Schicht 2
auf übliche Weise entfernt (4). Auf den so entstandenen
durch Feldoxidgebiete 6 umschlossenen Teilen 7 des Si-
Substrats 1, von denen der Deutlichkeit halber nur einer
dargestellt ist, aber von denen sehr viele auf einem
Substrat angebracht sein können, können jetzt Schaltungselemente
wie Feldeffekttransistoren angebracht werden.
Bei den nachstehend zu beschreibenden Ausführungsbeispielen
wurden in einem Plasma-Ätzreaktor Si-Scheiben
mit einem Durchmesser von etwa 75 mm, die mit etwa 500 nm
Si₃N₄ auf einer Zwischenschicht von etwa 400 nm SiO₂ bedeckt
waren, bei einer Substrattemperatur von etwa 125°C
mit ungeladenen Bestandteilen eines Plasmas kontaktiert,
die im Reaktor bei einer Frequenz von 13,56 MHz, einer
Leistung von etwa 150 Watt und einem Gasstrom von 100 bis
300 cm³ bei Normalbedingungen pro Minute erzeugt.
In Fig. 5 sind die Geschwindigkeiten dargestellt,
mit denen Si₃N₄ und SiO₂ durch die Bestandteile eines
Plasmas abgeätzt werden, das in einer Gasmischung mit einem
Gesamtdruck von etwa 100 Pa gebildet ist, die aus CF₄ und
5 Vol.-% an O₂ als Funktion der dieser Gasmischung zugesetzten
Mengen CF₂Cl₂ besteht. Ohne Zusatz von CF₂Cl₂ wird Si₃N₄
etwa zweimal schneller als SiO₂ abgeätzt, bei einem geringen
Zusatz von CF₂Cl₂ (1 bis 4 Vol.-%) beträgt dieses Verhältnis
etwa fünf. Beim Zusatz größerer Mengen (< 5 Vol.-%) an
CF₂Cl₂ sinkt das Verhältnis wieder, während außerdem die
Ätzgeschwindigkeiten von Si₃N₄ auf niedrige Werte absinken.
Vergleichbare Ergebnisse sind zu erwarten, wenn statt CF₂Cl₂
andere Cl-Verbindungen der Mischung CF₄ mit O₂ zugesetzt
werden, wie Cl₂, CCl₄, CFCl₃, HCl, usw. aber CF₂Cl₂ wird
wegen seiner Hantierbarkeit und geringer Korosivität bevorzugt.
In Fig. 6 sind die Geschwindigkeiten dargestellt,
mit denen Si₃N₄ und SiO₂ durch die Bestandteile eines
Plasmas abgeätzt werden, das in einer Gasmischung mit einem
Gesamtdruck von etwa 65 Pa gebildet ist, die aus CF₄ und
5 Vol.-% an O₂ als Funktion der dieser Gasmischung zugesetzten
Mengen CF₃Br besteht. Ohne Zusatz von CF₃Br wird
Si₃N₄ etwa zweimal schneller als SiO₂ abgeätzt, bei einem
geringen Zusatz von CF₃Br (2 bis 8 Vol.-%) beträgt dieses
Verhältnis etwa zehn. Beim Zusatz größerer Mengen (< 10 Vol.-%)
an CF₃Br sinkt das Verhältnis in der Ätzgeschwindigkeit
wieder ab, während außerdem die Ätzgeschwindigkeiten von
Si₄N₄ auf niedrige Werte absinken. Vergleichbare Ergebnisse
sind zu erwarten, wenn statt CF₃Br andere Br-Verbindungen
der Mischung von CF₄ und O₂ zugesetzt werden, wie CF₂Br₂,
HBr, Br₂, BrF₃, BrF₅ usw., aber CF₃Br wird wegen seiner
Hantierbarkeit, Nicht-Giftigkeit und geringer Korosivität
bevorzugt.
In bezug auf das Beispiel II läßt sich eine
weitere Verbesserung erreichen, indem statt O₂ der Gasmischung,
in der das Plasma gebildet wird, als Sauerstoffverbindung
NO zugesetzt wird. In Bestandteilen eines Plasmas,
das in einer Gasmischung mit 30 Vol.-% NO, 7,4 Vol.-% CF₃Br
und 62,5 Vol.-% CF₄ gebildet wird, wird Si₃N₄ zwölfmal
schneller abgeätzt als SiO₂.
Claims (7)
1. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung, bei dem
auf einem Substrat vorhandene Siliciumoxid- und Siliciumnitridschichten durch
Einwirkung von Bestandteilen eines in einer
Gasmischung gebildeten Plasmas abgeätzt werden, welche Mischung
CF₄ und eine Sauerstoffverbindung enthält,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Erhöhung der Selektivität der Ätzung von Siliciumnitrid in bezug auf Siliciumoxid der Gasmischung eine weitere gasförmige
Verbindung zugesetzt wird, die Chlor, Brom oder Jod
enthält und deren Anteil an der Gesamtmischung, abhängig von der Art der
Verbindung, 1 bis 15 Vol.-% beträgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Gasmischung als weitere
Verbindung CF₂Cl₂ enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Gasmischung 1 bis 4
Vol.-% CF₂Cl₂ enthält.
4. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Gasmischung als
weitere Verbindung CF₃Br enthält.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Gasmischung 2 bis 8 Vol.-%
CF₃Br enthält.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Gasmischung als
Sauerstoffverbindung 3 bis 10 Vol.-% O₂ enthält.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Gasmischung
als Sauerstoffverbindung 20 bis 40 Vol.-% NO enthält.
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