DE3131031A1 - Method for producing area doping when fabricating integrated complementary MOS field effect transistors - Google Patents
Method for producing area doping when fabricating integrated complementary MOS field effect transistorsInfo
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Abstract
Description
Verfahren zum Erzeugen der Felddotierung beim HerstellenMethod for generating the field doping during manufacture
von integrierten komplementären N0S-Feldeffekttransistoren.of integrated complementary N0S field effect transistors.
Die vorliegende Patentanmeldtmg betrifft ein Verfahren zum Erzeugen der Felddotierung durch Ionenimplantation beim Herstellen von integrierten komplementären MOS-Feldeffekttransistoren (CMOS-FETs) unter Verwendung einer Doppel-Fotolackschicht als Implantations- und Ätzmaske.The present patent application relates to a method for generating field doping by ion implantation in the manufacture of integrated complementary MOS field effect transistors (CMOS-FETs) using a double photoresist layer as an implantation and etching mask.
Ein solches Verfahren ist in einem Aufsatz von T. Ohzone et al im IEEE Transaction on Electron Devices, Vol. ED-27, No. 9, September 1980 auf den Seiten 1789 bis 1795 für einen Silizium-Gate-n-Wannen-CM0S-Prozeß beschrieben. Dabei wird auf einem p-Siliziumsubstrat ein Oxid aufgewachsen, darauf zur Definition der n-Wannen-Bereiche eine Fotolackmaske erzeugt, das Oxid selektiv geätzt, anschließend z. B. Phosphor implantiert, die Fotolackmaske wieder entfernt, der Phosphor zur Ausbildung der n-Wannen in Substrat eindiffundiert, das Oxid ganzflächig entfernt, danach zur lokalen Oxidation ein neues Oxid aufgewachsen und darauf Siliziumnitrid abgeschieden. Darm wird zur Definition der aktiven Bereiche eine weitere Fotolackmaske erzeugt, die Siliziumnitridschicht selektiv geätzt und Bor in die freigeätzten Feldbereiche implantiert.Such a method is described in an article by T. Ohzone et al IEEE Transaction on Electron Devices, Vol. ED-27, No. September 9, 1980 to the Pages 1789-1795 for a silicon gate n-well CMOS process. Included an oxide is grown on a p-type silicon substrate to define the n-well regions, a photoresist mask is created, the oxide is selectively etched, then z. B. implanted phosphorus, the photoresist mask removed again, the phosphorus for Formation of the n-wells diffused into the substrate, the oxide removed over the entire surface, then a new oxide was grown for local oxidation and silicon nitride on top deposited. Another photoresist mask is used to define the active areas generated, the silicon nitride layer etched selectively and boron in the etched-free field areas implanted.
Ein Teil der freigeätzten Feldbereiche befindet sich innerhalb der implantierten n-Wannen. Das Problem liegt nun darin, diese Bereiche auf einfache Weise wirkungsvoll vor der Borimplantation zu schützen, um am Prozeßende elektrisch funktionsfähige Schaltungen zu erhalten. Dazu könnte nach dem Entfernen der Fotolackmaske für die Nitridätzung eine neue Fotolackmaske auf die zu schützenden n-Wannen-Bereiche aufgebracht werden. Dabei kann bei der Borimplantation die Maskierwirkung der Oxid/Nitrid-Doppelschicht ungenügend sein, bzw. die Wahl der Implantationsenergie eingeschraLkt sein.A part of the etched-free field areas is located within the implanted n-wells. The problem now is to keep these areas simple Way to effectively protect against boron implantation to be electrical at the end of the process to maintain functional circuits. This could be done after removing the photoresist mask for the nitride etching a new photoresist mask on the ones to be protected n-tub areas be applied. In the case of boron implantation, the masking effect of the oxide / nitride double layer can be used insufficient or the choice of implantation energy be limited.
Bei dem bekannten Verfahren wird zum Schutz der n-Wannen vor der Borimplantation die Fotolackmaske für die Nitridätzung auf der Oxid/Nitrid-Doppelschicht belassen und darauf eine weitere Fotolackmaske erzeugt. Dies geschieht in der Weise, daß nach dem selektiven Ätzen der Siliziumnitridschicht auf die dazu verwendete Fotolackmaske eine weitere Fotolackschicht ganzflächig aufgetragen wird, die dann so strukturiert wird, daß die sonst freiliegenden n-Wannen-Bereiche abgedeckt bleiben. Dann erfolgt die Borimplantation der Feldbereiche.In the known method, the n-type wells are protected from the boron implantation leave the photoresist mask for the nitride etching on the oxide / nitride double layer and then another photoresist mask is produced. This is done in such a way that after the selective etching of the silicon nitride layer on the photoresist mask used for this purpose another layer of photoresist is applied over the entire surface, which is then structured in this way that the otherwise exposed n-well areas remain covered. Then it takes place the boron implantation of the field areas.
Es hat sich gezeigt, daß die geschilderte Prozeßfolge nicht erfolgreich ist, wenn z. B. für die Fotolackmasken ein Fotolack auf der Basis von Phenolkondensationsharzen (Phenol-Formaldehyd-Novolack) mit einer vom Diazotyp bestehenden fotoaktiven Komponente (AZ-Fotolacke der Firma Shipley : Positiv Resist der Serie 1300 bzw. 1400) zum Einsatz kommen und die Siliziumnitridätzung in Tetrafluorkohlenstoff (CF4)/02-Plasma erfolgt.It has been shown that the process sequence outlined is unsuccessful is if z. B. for the photoresist masks a photoresist based on phenolic condensation resins (Phenol-formaldehyde novolac) with a photoactive component of the diazo type (AZ photoresists from Shipley: Positive Resist of the 1300 or 1400 series) are used come and the silicon nitride etching is carried out in tetrafluorocarbon (CF4) / 02 plasma.
Durch die Nitridätzung wird die Oberfläche der ersten Fotolackmaske so verändert, daß sie beim Aufbringen der zweiten Fotolackschicht von dieser nicht mehr vollständig benetzt wird. Damit können Teile der freiliegenden n-Wannen-Bereiche nicht mit Fotolack abgedeckt werden und deshalb bei der nachfolgenden Borimplantation auf unerwünschte Weise dotiert werden.The nitride etching becomes the surface of the first photoresist mask changed in such a way that when the second photoresist layer is applied it does not more fully wetted. This allows parts of the exposed n-well areas are not covered with photoresist and therefore during the subsequent boron implantation be doped in an undesirable manner.
Die Aufgabe, die der Erfindung zugrundeliegt, besteht in einer Verbesserung des bekannten Verfahrens, wobei gewährleistet ist, daß ein vollkommener Schutz der teilweise frei liegenden n (bzw. p)-Wanuaen vor der Bor (bzw. Phosphor)-Implantation unter Verwendung der oben angeführten Fotolacke erreicht wird.The object on which the invention is based is to improve the known method, which ensures that a complete protection of the partially exposed n (or p) -Wanuaen before boron (or phosphorus) implantation using the above listed photoresists is achieved.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genalmten Art gelöst, welches gekennzeichnet ist durch den Ablauf folgender Verfahrensschritte: a) Aufbringen einer ersten Fotolackschicht auf das mit der Siliziumnitridschicht versehene oxidierte Siliziumsubstrat, b) Vorbacken der ersten Fotolackschicht, c) Strukturieren der ersten Fotolackschicht durch Belichten und Entwickeln zur Definition der aktiven Transistorbereiche, d) Nachbacken der strukturierten ersten Fotolackschicht, e) Aufbringen einer zweiten Fotolackschicht auf die erste Fotolackschicht und auf die, durch die Strukturierung der ersten Fotolackschicht freigelegten Siliziumnitridbereiche, f) Vorbacken der zweiten Fotolackschicht, g) Erzeugen einer Struktur in der zweiten Fotolackschicht durch Belichten und Entwickeln, wobei die durch die Strukturierung der ersten Fotolackschicht entstandenen freiliegenden Bereiche bedeckt bleiben, h) Nachbacken der zweiten Fotolackschicht, i) Durchführung der Feldimplantation in die Feldoxidbereiche, J) ganzflächige Belichtung, k) Entfernen der zweiten Fotolackschicht, 1) Ätzung der nicht von der ersten Fotolackschicht bedeckten Nitridschicht- und Oxidschichtbereiche des Siliziumsubstrats und m) Entfernen der ersten Fotolackschicht.This task is carried out by a method of the type mentioned at the beginning solved, which is characterized by the following process steps: a) Application of a first photoresist layer on the one with the silicon nitride layer provided oxidized silicon substrate, b) prebaking of the first photoresist layer, c) Structuring the first photoresist layer by exposure and development for definition the active transistor areas, d) post-baking of the structured first photoresist layer, e) applying a second photoresist layer to the first photoresist layer and on the silicon nitride areas exposed by the structuring of the first photoresist layer, f) prebaking the second photoresist layer, g) creating a structure in the second Photoresist layer through exposure and development, whereby through the structuring exposed areas of the first photoresist layer remain covered, h) post-baking the second photoresist layer, i) carrying out the field implantation in the field oxide areas, J) all-over exposure, k) Remove the second photoresist layer, 1) etching of the not from the first photoresist layer covered nitride layer and oxide layer areas of the silicon substrate and m) removing the first photoresist layer.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, die zweite Fotolackschicht mittels ganzflächiger Belichtung und einer auf den Fotolack abgestimmten Entaicklerlösung zu entfernen.It is within the scope of the invention to use the second photoresist layer full-surface exposure and a developer solution tailored to the photoresist to remove.
Das Nachbacken der ersten Fotolackmaske bei 170 + C erfolgt, um die Schicht gegen im Fotolack enthaltene Lösungsmittel der zweiten Fotolackschicht resistent zu machen.The re-baking of the first photoresist mask at 170 + C takes place to the Layer resistant to solvents contained in the photoresist of the second photoresist layer close.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird die Nitridätzung in der Prozeßfolge so angeordnet, daß eine ungünstige Beeinflussung der Oberfläche der ersten Fotolackmaske durch den Nitridätzprozeß vermieden wird.The method according to the invention, the nitride etching in the Process sequence arranged so that an adverse effect on the surface of the first photoresist mask is avoided by the nitride etching process.
Das Verfahren nach der Lehre der Erfindung ist sowohl für p-Wannen- als auch für n-Doppelwannen-CM0S-Prozesse anwendbar.The method according to the teaching of the invention is applicable to both p-well as well as for n-double tub CM0S processes.
Weitere Einzelheiten ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung der in der Zeichnung befindlichen Figuren 1 bis 4, welche die erfindungswesentlichen Verfahrensschritte im Schnittbild darstellen.Further details emerge from the subclaims and from the description of the figures 1 to 4 in the drawing, which represent the essential elements of the invention Represent process steps in a sectional view.
In einem Ausführungsbeispiel werden anhand der Figuren 1 bis 4 die erfindungswesentlichen Verfahrensschritte eines n-Wannen-CMOS-Prozesses unter Vensendung von positiv arbeitenden Fotolacken (AZ 1450 J von Shipley) beschrieben. Für gleiche Teile sind in allen Figuren gleiche Bezugszeichen verwendet.In one embodiment, the process steps essential to the invention of an n-well CMOS process with use of positive working photoresists (AZ 1450 J from Shipley). For same Parts are given the same reference numerals in all figures.
Figur 1: Auf ein mit n-lMannen 2 versehenes p-dotiertes Siliziumsubstrat 3 mit einem spezifischen Widerstand von 18 bis 24 Q cm wird durch thermische Oxidation eine z. B. 50 nm dicke Si02-Schicht 4 aufgewachsen und darauf durch ein CVD-Verfahren (chemical vapor deposition) eine z. B. 100 nm dicke Siliziumnitridschicht 5 abgeschieden.FIG. 1: On a p-doped silicon substrate provided with n-male 2 3 with a resistivity of 18 to 24 Ωcm is obtained by thermal oxidation a z. B. 50 nm thick SiO2 layer 4 and grown on it by a CVD process (chemical vapor deposition) a z. B. 100 nm thick silicon nitride layer 5 is deposited.
Dann wird ganzflächig auf die Siliziumnitridschicht 5 eine erste Fotolackschicht 6 von z. B. 1,5 /um Dicke aufgebracht und bei z. B. 85 It. 20C vorgebacken.A first photoresist layer is then applied over the entire surface of the silicon nitride layer 5 6 of z. B. 1.5 / um thickness and applied at z. B. 85 It. 20C pre-baked.
Figur 2: Zur Definition der aktiven Bereiche wird die erste Fotolackschicht 6 durch Belichten und Entwickeln auf herkömmliche Weise strukturiert und anschließend bei 170 + #O # nachgebacken, um die Fotolackschicht 6 gegen im später aufzubringenden zweiten Fotolack (7) enthaltende Lösungsmittel resistent zu machen.Figure 2: The first photoresist layer is used to define the active areas 6 structured by exposure and development in a conventional manner and then baked at 170 + #O # in order to apply the photoresist layer 6 against the later second photoresist (7) containing solvents to make resistant.
Während beim bekannten Verfahren Setzt die. Nitrid- und Oxidätzung durchgeführt wird, wird beim Verfahren nach der Lehre der Erfindung die zweite Fotolackschicht 7 ganzflächig in einer Schichtdicke von z. B. 1,5 /um auf die erste Fotolackmaske 6 aufgebracht und nach dem Vorbacken bei z. B. 85 + 20C durch Belichtung und Entwicklung so strukturiert, daß die durch die erste Fotolackschicht 6 freigelegten Bereiche 12 der n-Wannenbereiche 2 bedeckt bleiben. Es entsteht die in Figur 3 dargestellte Anordnung.While the known method sets the. Nitride and oxide etching is carried out, in the method according to the teaching of the invention, the second photoresist layer 7 over the entire area in a layer thickness of z. B. 1.5 / µm on the first photoresist mask 6 applied and after prebaking at z. B. 85 + 20C by exposure and development structured in such a way that the areas exposed by the first photoresist layer 6 12 of the n-well areas 2 remain covered. The result is that shown in FIG. 3 Arrangement.
Nach dem Nachbacken der zweiten Fotolackinaske 7 bei 0 120 + 5 C erfolgt die Borimplantation in die Feldoxid-12 -2 bereiche 9 mit z. B. einer Dosis von 4 x 10 cm 2 und einer Energie von 105 keV.After the second photoresist mask 7 has been re-baked at 0 120 + 5 C takes place the boron implantation in the field oxide 12 -2 areas 9 with z. B. a dose of 4 x 10 cm 2 and an energy of 105 keV.
Dann wird eine ganzflächige Belichtung durchgeführt und die zweite Fotolackmaske 7 mittels eines 1:1 AZ-Entwicklers (Firma Shipley) entfernt. Organische Rückstände werden durch Behandlung im Sauerstoffplasma (z. B. zwei Minuten) entfernt. Nach Entfernung der freigelegten Nitrid (5)- und Oxid (4)-Schichtbereiche durch teilweise Behandlung in einem Tetrafluorkohlenstoff/Sauerstoff-Plasma bzw. einer gepufferten Flußsäure entsteht die in Figur 4 dargestellte Anordnung.Then a full-surface exposure is carried out and the second Photoresist mask 7 removed by means of a 1: 1 AZ developer (Shipley). Organic Residues are removed by treatment in oxygen plasma (e.g. two minutes). After removing the exposed nitride (5) and oxide (4) layer areas through partially Treatment in a tetrafluorocarbon / oxygen plasma or a buffered hydrofluoric acid results in the arrangement shown in FIG.
Die weitere Prozeßfolge zur Herstellung von CMOS-Bauelementen geschieht nach Entfernung der ersten Fotolackmaske im Sauerstoffplasma in bekannter Weise.The further process sequence for the production of CMOS components takes place after removing the first photoresist mask in the oxygen plasma in a known manner.
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