DE3150222C2 - Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung - Google Patents
Verfahren zum Herstellen einer HalbleitervorrichtungInfo
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Abstract
Verfahren zum Herstellen einer integrierten Schaltung mit mindestens einem Feldeffekttransistor mit isolierter Gate-Elektrode (IGFET). Auf einer Siliciumoberfläche (2) werden nacheinander eine Gate-Oxidschicht (15) und eine dotierte Siliciumschicht (16) erzeugt, die mit Hilfe einer siliciumnitridhaltigen Maske (17) in ein Muster geätzt werden, das die Steuerelektrode(n) (16A, B) und Zwischenverbindungen (16C) enthält. In die nicht unter der Maske (17) liegenden Oberflächenteile werden Stickstoffionen implantiert. Durch thermische Oxidation werden nur die Ränder des Siliciummusters (16) oxidiert. Durch Ionenimplantation werden die Source- und Drainzonen (23, 24, 27, 28) erzeugt, wobei die Steuerelektroden als Implantationsmaske dienen. Erwünschtenfalls kann dann durch Ionenimplantation in dem Kanalgebiet über die Steuerelektrode die Schwellwertspannung eingestellt werden. Die Erfindung ist von besonderer Bedeutung für die Herstellung komplementärer IGFET-Paare, wobei ein Transistor in einer wannenförmigen Zone (11) angebracht wird, die von einem pn-Übergang (14) begrenzt wird, der an der Oberfläche zwischen einer mit Bor dotierten p-leitenden Kanalunterbrecherzone (13) und einer angrenzenden mit Phosphor dotierten n-leitenden Kanalunterbrecherzone (7) endet.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verlahren zum Herstellen eiiier Halbleitervorrichtung nach dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
Ein Verfahren dieser Art ist aus der NL-OS 79 02 878 der Patentanmeldung bekannt.
Für das selbstregistrierende Herstellen von Feldeffekttransistoren
mit isolierter Gate-Elektrode wurden mehrere Techniken entwickelt, die alle gemeinsam haben,
daß die Gate-Elektrode, allein oder zusammen mit der darauf befindlichen, zur Bildung der Gate- Elektrode
verwendeten Maske, als Dotierungsmaske beim Dotieren der Source- und Drainzonen verwendet wird. Die
Gate-Elektrode besteht dabei in den meisten Fällen aus polykristallinem Silicium, und zum Vermeiden von
Kurzschluß zwischen der Gate-Elektrode und den Source- und Drainzonen soll wenigstens der Rand der Gate-Elektrode,
z. B. durch thermisches Oxidieren, mit einer Isolierschicht bedeckt werden. Um u. a. Probleme beim
Dotieren der Source- und Drainzonen und bei der Bildung von Kontaktfenstern auf diesen Zonen zu besehigen,
ist es dabei erwünscht, daß während der thermischen
Oxidation der Gate-Elektrode die nicht unter der Gate-Elektrode befindlichen Bereiche der Siliciumoberfläche
gegen diese Oxidation geschützt werden.
Nach einem ersten, aus der niederländischen Patentschrift 1 61 305 der Patentinhaberin bekannten Verfahren
kann dies dadurch erreicht werden, daß vor der Bildung der Gate-Elektrode aus polykristallinem Silicium
die Siliciumoberfläche mit einer gegen Oxidation maskierenden, Siliciumnitrid enthaltenden Schicht bedeckt
wird, auf welcher die Gate-Elektrode erzeugt wird, wonach die ganze Gate-Elektrode mit einer thermischen
Oxidschicht bedeckt wird.
Dieses Verfahren weist u. a. den Nachteil auf, daß das Dielektrikum unter der Gate-Elektrode Siliciumnitrid
enthält, was gegebenenfalls Anlaß zu Instabilitäten und weiteren unerwünschten Effekten geben kann.
Darum ist ein zweites, in der obenerwähnten NL-OS
79 02 878 der Patentinhaberin beschriebenes Verfahren entwickelt worden. Nach diesem Verfahren wird keine
Siliciumnitridschicht verwendet, sondern es werden in den zur Bildung der Source- und Drainzonen bcstin,inten
Oberflächenbereichen Sticksloffioncn implantiert,
wobei die Gate-Elektrode gegen diese Implantation maskiert wird. Bei der nachfolgenden thermischen Oxidation,
wobei die ganze Gate-Elektrode mit einer Oxidschicht bedeckt wird, werden die neben der Gate-Elektrode
liegenden, mit Stickstoffionen implantierten Bereiche der Siliciumoberfläche gegen Oxidation geschützt
Zum sclbstausrichtenden Herstellen von Feldeffekttransistoren mit sehr kleinen Abmessungen in monolithischen
integrierten Schaltungen mit großer Packungsdichte gibt Keines dieser Verfahren eine befriedigende
Lösung. Erstens soll die thermische Oxidation sehr genau kontrolliert werden, damit das polykristalline Silicium
nicht völlig durchoxidiert wird, wobei auch die Siliciumschicht verhältnismäßig dick sein soll. Solche dicke
Schichten sind aber schwierig auf reproduzierbare Weise sehr schmal zu ätzen. Andererseits soll das Oxid auf
der Gate-Elektrode auch nicht allzu dünn sein. Eine aufgedampfte
polykristalline Siliciumschicht hat nämlich eine rohe Oberfläche, und eine darauf gebildete Oxidschicht
weist, wenn sie zu dünn ist, Fehler auf, wodurch Kurzschluß mit z. B. einer auf dieser Oxidschicht liegenden
Metallspur auftreten kann.
Eine dicke Oxidschicht auf der Gate-Elektrode hat aber wichtige Nachteile. Zur Festlegung der Schwellenspannung
ist nämlich in den meisten Fällen eine Ionenimplantation im Kanalgebiet erforderlich. Bei Feldeffekttransistoren
mit sehr kleinen Abmessungen wird man diese Implantation am liebsten spät durchführen,
um die Anzahl der darauffolgenden Erhitzungsschritte, die ein unerwünschtes Weiterdiffundieren der bereits
anwesenden Dotierungsatome zufolge haben können, möglichst gering zu halten. Man wird deshalb diese Implantation
vorzugsweise erst nach dem Anbringen der G ate-Elektrode und somit durch die Gate-Elektrode
hindurch durchführen. In Anwesenheit einer dicken Oxidschicht auf der Gate-Elektrode ist dieses aber praktisch
unmöglich. Schlußendlich kann das Vorhandensein dicker Silicium- und Siliciumoxidschichten Probleme
schaffen in bezug zur »Stufenbedeckung« durch später gebildete weitere Isolierschichten, wodurch u. a. eine die
Gate-Elektrode oder die zum Siliciummuster gehörenden leitenden Verbindungsbahnen kreuzende Metallbahn
unterbrochen werden kann.
Aus »IBM TDB«, Bd. 20 (1977), Nr. 4, Seiten 1617 bis 1621 (siehe die F i g. 2A und 2B) ist es bekannt, bei einem
Verfahren zum Herstellen eines MOS-Feldeffekttransistors mit einer Gate-Elektrode aus polykristallinem Silicium
auf die dem Halbleitersubstrat abgewandte Oberfläche des Gates eine gegen Oxidation schützende Siliciumnitridschicht
aufzubringen, so daß diese Oberfläche während der thermischen Oxidation der Seitenwände
des Gates nicht mit oxidiert wird.
Aus »IEEE Journal of Solid-State Circuits«, Bd. SC-15
(1980), Nr. 4, Seiten 417 bis 423 (siehe Fig. 3) ist es bekannt, bei einem Verfahren zum Herstellen eines MOS-Feldeffekttransistors
mit einer Gate-Elektrode aus polykristallinen! Silicium auf die dem Halbleitersubstrat
abgewandte Oberfläche des Gates zunächst eine Siliciumdioidschicht
und darauf eine Siliciumnitridschicht aufzubringen, um besagte Oberfläche während der thermischen
Oxidation der Gate-Seitenwände gegen eine Oxidation zu schützen.
Schließlich ist es aus dem Buch Harth: »Halbleitertechnologie«, Stuttgart 1982, Seiten 112 bis 115 bekannt,
zur Einstellung der Schwellenspannung von MOS-FeIdeffekttransistoren
im Kanalgsbiet eine Ionenimplantation — iedoch nicht durch das Gate hindurch — durchzuführen.
Aus dieser Literaturstelle ist es auch bekannt (siehe Seite 115), bei ein und demselben Halbleitersubstrat nebeneinander
zwei komplementäre Feldeffekttransistoren herzustellen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 so
auszugestalten, daß während der Oxidation der Seiten-Tvände
des polykristallinen Silicium-Gates die dem Halbleiterkörper abgewandte Oberfläche des Gates
nicht mit oxidiert wird und dann ohne zusätzliche Maskierung in einer der letzten Verfahrensstufen eine Ionenimplantation
zur Festlegung der Schwellenspannung durchgeführt wird.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren gemäß dem Obeibegriff des Patentanspruchs 1 durch die kennzeichnenden
Merkmale dieses Anspruchs gelöst.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist wichtige Vorteile auf. Dadurch, daß die Gate-Elektrode nicht in
der Dickenrichtung oxidiert wird, kann für die Gate-Elektrode und für die Verbindungsleiter eine relativ
dünne Siliciumschicht verwendet werden, die während des ganzen Prozesses ihre ursprüngliche Dicke beibehält
Da weiter eine Siliciumnitridschicht auch bei geringer Dicke eine genügende Dichte aufweist und selbst
wenn auf einer relativ rohen Oberfläche niedergeschlagen, keine Fehler aufweist, kann als Maskierung auf der
Siliciumschicht auch eine realtiv dünne Siliciumnitridschicht verwendet werden. Dadurch ergibt sich die
Möglichkeit, ohne Probleme zur Bestimmung der Schwellenspannung eine Ionenimplantation durch die
Gate-Elektrode und durch die darauf befindliche Isolierschicht
hindurch im Kanalgebiet durchzuführen. Da sich unter der Gate-Elektrode kein Siliciumnitrid befindet,
wird eine stabile Charakteristik erhalten, während durch die relativ geringe Gesamtdicke der Siliciumschicht
und der darauf liegenden Isolierschicht eine gute Stufenbedeckung durch weitere Isolierschichten und
durch kreuzende Leiterspuren gesichert ist.
Die Erfindung schafft weiter die Möglichkeit, sehr niedrige Stickstoffionendosen zu verwenden. Die Patentinhaberin
hat nämlich gefunden, daß die oxidationshemmende Wirkung der Stickstoffionen sehr abhängig
ist von der Siliciumdotierung und daß eine solche Implantation bei einer relativ niedrigen Ionendosis von
z. B. 3 · 1015 Ionen pro cm2 oder weniger auf eine hochdotierte
Gate-Elektrode aus polykristallinem Silicium nicht mehr wirksam ist. Wenn aber die Source- und
Drainzonen sehr flach, z. B. nur 0,3 bis 0,5 μπι tief sind,
sind höhere Stickstoffionendosen unerwünscht wegen der hohen Dichte der dadurch verursachten Kristallfehler.
Darüber hinaus sollte dann noch auf die Gate-Elektrode zusätzlich eine weitere Isolierschicht aufgebracht
werden zum Vermeiden von Kurzschluß mit kreuzenden Leiterbahnen.
Vorzugsweise wird nach der Bildung der Source- und Drainzonen über die ganze Oberfläche eine weitere Isolierschicht,
z. B. eine pyrolitisch niedergeschlagene SiIiciumoxidschicht,
angebracht, in welche dann Kontaktfenster geätzt werden. Da die Ätzgeschwindigkeit von
Siliciumoxid und Siliciumnitrid bei den meisten Ätzprozessci stark verschieden ist, wird das Siliciummuster an
Stellen, die unter dem Nitrid liegen, gegen diesen Ätzprozeß maskiert, wodurch diese Maskierungs- und Ätzstufen
weniger kritisch sind, als wenn z. B. das Siliciummuster nur mit einer Oxidschicht bedeckt ist.
Von besonderem Interesse ist die Erfindung für die Herstellung von integrierten Schattungen mit komplementären
Feldeffekttransistoren mit isolierter Gate-Elektrode, wobei beide Transistoren von einem Muster
aus wenigstens teilweise versenktem Oxid umgeben sind und wobei einer der Transistoren angeordnet ist in
einem Gebiet das innerhalb des Halbleiterkörpers völlig von einem Substratgebiet des entgegengesetzten Leitungstyps
umgeben ist und damit einen auf dem versenkten Oxidmuster endenden pn-übergang bildet. Die
Kompaktheit einer derartigen Struktur kann, außer durch die bereits erwähnte Maßnahme, noch erheblich
verbessert werden durch Anwendung von mit Bor und mit Phosphor dotierten kanalunterbrechenden Zonen,
wie dieses nachher noch weiter beschrieben wird.
Vorzugsweise besteht die Maskierungsschicht auf dem Siliciummuster aus einer sehr dünnen thermischen
Oxidschicht und einer darauf liegenden Siliciumnitridschicht. Dabei beträgt die Dicke der Nitridschicht vorzugsweise
höchstens 60 nm, die Dicke der thermischen Oxidschicht höchstens 20 nm und die Dicke des Siliciummusters
höchstens 350 nm. Derart dünne Schichten können leicht sehr schmal geätzt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen
Fig. 1 bis 15 schematisch im Querschnitt aufeinanderfolgende
Stufen des Verfahrens zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung mit den beanspruchten
Merkmalen,
F i g. 16 schematisch in Draufsicht die fertige Vorrichtung; Fi g. 15 zeigt einen Schiiiii entlang der Linie XV-XV
in Fig. 16,
F i g. 17 einen Teildurchschnitt entlang der Linie
XVII-XVII in Fig. 16.
Die Figuren sind rein schematisch und nicht maßstablieh
gezeichnet. Im Querschnitt sind Halbleiterzonen des gleichen Leitungstyps in derselben Richtung schraffiert
Übereinstimmende Teile haben in der Regel die gleichen Bezugszeichen.
Die Fig. 1 bis 15 zeigen schematisch im Querschnitt
aufeinanderfolgende Stufen des Verfahrens mit den beanspruchten Merkmalen. In diesem Beispiel werden
komplementäre Feldeffekttransistoren mit isolierter Gate-Elektrode hergestellt, obwohl das Verfahren auch
zur Herstellung von einzelnen Feldeffekttransistoren besonders geeignet ist. Ausgegangen wird (siehe F i g. 1)
von einem scheibenförmigen Siliciumkörper 1, in diesem Beispiel von einer n-Typ-Siliciumplatte mit einem
spezifischen Widerstand von etwa 4 Ohm cm (Dotierung etwa 1,2 · 1015 Atome/cm3), mit einer Dicke von
etwa 500 tip. und mit einer
<1 ^-orientierten Oberfläche 2. Die Oberfläche 2 wird durch thermische Oxidation
mit einer dünnen Oxidschicht 3 (Dicke etwa 30 nm) bedeckt. Darauf wird in an sich bekannter Weise aus
einem Gasgemisch von NH3 und Silan (S1H4) eine etwa 120 nm dicke Siliciumnitridschicht 4 niedergeschlagen.
Zur Bildung eines Oxidmusters wird nun die Siliciumnitridschicht 4 in den Bereichen, wo die komplementären
Feldeffekttransistoren anzubringen sind, mit einer Photolackmaske 5 (F i g. 1) bedeckt.
Dann werden die nicht von der Photolackmaske 5 bedeckten Teile der Schichten 3 und 4 durch Ätzen
entfernt. Das Ätzen kann auf beliebige Weise, z. B. mittels
Ätzflüssigkeiten bekannter Art, geschehen. Vorzugsweise wird aber die Siliciumnitridschicht 4 durch
Ätzen in einem Plasma entfernt, wonach die Oxidschicht 3 durch Ätzen in einer gepufferten HF-Lösung entfernt
wird.
Nach dem Entfernen der Photolackschicht in einem Sauerstoffplasma wird dann zur Bildung von kanalunterbrechenden
Zonen 7 eine Implantation von Donorionen 6 durchgeführt, gegen welche Implantation die
Schichten 3 und 4 maskieren, siehe F i g. 2. Als Donorionen können z. B. Arsenionen verwendet werden. Vorzugsweise
werden in diesem Beispiel aber aus Gründen, die später erklärt werden, Phosphorionen implantiert.
Die Implantation findet statt bei einer Energie von 50 keV und mit einer Dosis von 3 · 10l2P3i+-Ionen/cm2.
Durch thermisches Oxidieren in einem Sauerstoff-Wasserstoffgemisch
bei 1150°C während etwa 20 Minuten wird nun in den nicht von der Anti-Oxidationsmaske
3,4 bedeckten Oberflächenteilen eine teilweise im Siliciurnkörper
versenkte Oxidschicht 8 erzeugt (siehe F i g. 3). Dabei werden die kanalunterbrechenden Zonen
7 tiefer in den Körper eindiffundiert.
Dann wird eine Ätzmaske 9 aus Photolack gebildet, die an der Stelle eines ersten anzubringenden Feldeffekttransistors
die Anti-Oxidationsmaske 3,4 und einen diese umgebenden Randteil des Oxidmusters freiläßt,
und es werden die nicht von der Maske bedeckten Teile des Oxidmusters 8 durch Ätzen mit einer gepufferten
HF-Lösung entfernt. Dann wird (siehe Fig.4) eine Implantation
mit Borionen 10 (Bn+, 120 keV, 4 ■ 1012 Ionen/cm2)
durchgeführt Die Ionen durchdringen die Schichten 3 und 4, dringen aber nicht in die unter der
Photolackmaske 9 liegenden Bereiche hinein. Diese Implantation dient zur Bildung der p-Typ Wanne U, die
dann, nach Entfernen der Photolackmaske 9 in einem Sauerstoffplasnia, bei 1150°C während etwa 15 Stunden
weiter diffundiert wird. Diese Diffusion findet fast völlig in Stickstoff statt, fängt aber an bei 900° C während
7 Minuten in Sauerstoff, wobei auf der Siliciumoberfläche eine etwa 30 nm dicke Oxidschicht 12 gebildet wird
(siehe F i g. 5).
Nach diesem Diffusionsschritt wird eine weitere Borimplantation 10' zur Bildung einer kanalunterbrechenden
Zone 13 in der Wanne 11 durchgeführt. Für diese Implantation werden BF2+-lonen 14 mit einer Dosis
von 3,5 · i013 ionen/cm2 und einer Energie von 65 keV
verwendet Die Ionendosen zum Erzeugen der kanalunterbrechenden Zonen 7 und 13 werden so gewählt, daß
in der fertigen Vorrichtung die parasitäre Schwellenspannung, wobei über einer isolierten Leiterbahn in der
unterliegenden Siliciumoberfläche ein Inversionskanal gebildet wird, etwa 15 Volt beträgt Die BF2+-Implantation
wird von den Schichten 3, 4 und 8 maskiert, dringt aber durch die dünne Oxidschicht 12 hindurch.
Dann wird mittels einer weiteren Oxidation bei 1000° C während 6 Stunden das Oxidmuster 8 bis auf
etwa 900 nm verdickt, wobei eine weitere Eindiffusion der Wanne 11 (F i g. 6) stattfindet
Sehr wichtig ist daß während aller bisher beschriebenen Temperaturbehandlungen die Wand der Wanne 11
wenigstens in der Nähe der Oberfläche sich praktisch nicht in seitlicher Richtung verschiebt Das rührt daher,
daß Phosphor und Bor in Silicium bei der gleichen Temperatur praktisch gleiche Diffusion^koeffizienten aufweisen.
Die seitliche Diffusion der aneinander grenzender) Zonen 7 und 13 bzw. 7 und 11 wird daher weitgehend
kompensiert und der pn-übergang 14 steht am Rande der Wanne nahezu senkrecht auf der Oberfläche.
Der Umriß der Wanne bleibt daher praktisch zusammenfallend mit dem Rand des in der Photolackmaskc 9
gebildeten Implantationsfensters. Der von der Wanne beanspruchte Raum wird dadurch beträchtlich beschränkt
gegenüber bekannten Verfahren, bei denen
keine Bor- und Phosphor-dotierter angrenzenden kanalunterbrechenden
Zonen verwendet werden.
Die Nitridschicht 4 wird nun in einem Plasma entfernt (siehe F i g. 6) und anschließend wird die verbleibende
Oxidschicht 3 durch Ätzen in einer gepufferten HF-Lösung entfernt. Dieser letzte Älzpro/eß wird fortgesetzt,
bis etwa 100 nm vom Oxidmuster 8 abgetragen sind (F i g. 7). Dadurch wird der Rand des Oxidmusters steiler,
was in den nächsten Schritten zu einer besseren Definition und Reproduzierbarkeit der anzubringenden
Source- und Drainzonen sowie auch zum Vermeiden von Kurzschlüssen beiträgt.
Dieses Verfahren zum Herstellen der Wanne und der kanalunterbrechenden Zonen 7 und 13 ist nicht nur
wichtig in Verbindung mit dem hier beschriebenen Beispiel, sondern auch von Interesse in allen Fällen, in denen
eine derartige Wannenstruktur mit kanalunterbrechenden Zonen verwendet wird.
In den unbedeckten Oberflächenbereichen der Wanne 11 und des Substratgebietes 1 werden nun komplementäre
Feldeffekttransistoren mit isolierter Gate-Elektrode gebildet. Dazu wird zuerst auf diesen Oberflächenbereichen
eine Süiciumoxidschicht 15 (das Gate-Oxid) mittels thermischer Oxidation erzeugt (siehe
F i g. 8). Die Dicke der Schicht 15 beträgt etwa 50 nm.
Auf dieser Oxidschicht 15 wird eine polykristalline dotierte Siliciumschicht 16 unter Anwendung üblicher
Techniken niedergeschlagen. Die Siliciumschicht 16 hat eine Dicke von etwa 300 nm. Sie wird entweder während
des Aufwachsens oder nachträglich mit Phosphor dotiert, bis der Schichtwiderstand etwa 30 Ohm pro
Quadrat beträgt. In diesem Beispiel wird die Dotierung der Schicht 16 inittels Diffusion aus PH3 und Sauerstoff
in einem Diffusionsofen vorgenommen. Nach Enfernen der dabei entstandenen Phosphorglasschicht wird auf
der stark η-dotierten Siliciumschicht 16 mittels einer leichten thermischen Oxidation eine sehr dünne Oxidschicht
von etwa 15 nm Dicke (in der Zeichnung nicht angegeben) erzeugt und darauf wird eine 55 nm dicke
Siliciumnitridschicht niedergeschlagen. Die Siliciumnitridschicht mit der darunterliegenden sehr dünnen Oxidschicht
bildet eine gegen Oxidation schützende Maskierungsschicht, die in der Zeichnung mit 17 bezeichnet ist
Auf der Maskierungsschicht 17 wird eine Photolackmaske 18 erzeugt an den Stellen, wo sich aus der Schicht
16 ein Siliciummuster bilden soll, das heißt an den Stellen der Gate-Elektroden und der leitenden Verbindungsbahnen.
Dann werden (siehe F i g. 9) durch Ätzen die Maskierungsschicht 17 und die darunterliegende Siliciumschicht
16 in die Form eines Musters mit Gate-Elektrode 16A und 16S und mit einem Verbindungsleiter
16C gebracht. Das Ätzen wird wegen der kleinen Breite-Abmessungen des Siliciummusters vorzugsweise
völlig in einem Plasma durchgeführt
Nach Entfernen der Photolackmaske 18 werden in den nicht unter der Siliciumschicht 16 liegenden Teilen
der Siliciumoberfläche Stickstoff-(N2+)-Ionen 19 implantiert
mit einer Dosis von etwa 2,5 · 1015 Ionen/cm2
bei einer Energie von 100 keV. Wegen der geringen Tiefe der anzubringenden Source- und Drain-Zonen
wird die Stickstoffionendosis niedrig, vorzugsweise zwischen 2 · 1015 und 3 · 1015Cm-2, gewählt Die anti-oxidierende
Wirkung ist dann befriedigend und die Kristallbeschädigung dringt nicht zu tief in das Silicium ein.
Die Stickstoffionen dringen durch die Oxidschicht 15 in das Silicium ein.
Dann wird thermisch oxidiert in einer SauerstoffatmosDhäre mit etwa 13% Wasserstoff, bei 10500C während
etwa 3 Stunden. Die mit Stickstoffionen implantierten Siliciumbereiche, die relativ schwach dotiert
sind, werden praktisch nicht oxidiert. Die nicht implantierten und nicht vom Siliciumnitrid bedeckten Ränder
■> des Siliciummusters aber werden mil einer elwii 300 nm
dicken Oxidschicht 20 bedeckt (siehe I" i g. 10).
Auf der Oberfläche wird dann eine nicht kritische Photoiackmaske 21 erzeugt (Fig. 11), die wenigstens
den Bereich des anzubringenden p-Kanaltransistors bedeckt und den Bereich des anzubringenden n-Kanaltransistors
freiläßt. Durch Implantieren von Arsenionen 22 (Dosis 2 · 1015 cm-2, Energie 150 keV) werden dann
die η-Typ Source- und Drain-Zonen 23,24 des n-Kanaltransistors
in der Wanne 11 gebildet. Dann wird die Maske 21 in einem Sauerstoffplasma entfernt und wird
(siehe Fig. 12) eine neue nicht kritische Photolackmaske
25 aufgebracht die wenigstens den Bereich des n-Kanaltransistors bedeckt und den Bereich des p-Kanaltransistors
freiläßt Durch Implantatieren von BF2 + -Ionen
26 (Dosis 5 ■ 10Mcm-2, Energie 150 keV) werden
dann die Source- und Drain-Zonen 27,28 vom p-Kanaltransistor
gebildet. Bei den Source- und Drainimplantationen dienen die oxidierten und mit Siliciumnitrid bedeckten
Gate-Elektroden als Implantations-Maskierung.
Wegen der geringen Eindringtiefe (etwa 0,2 μπι) der
implantierten Source- und Drainzonen ist eine getrennte Maskierung für die Implantation der η-Kanal und der
p-Kanal Source- und Drainzonen erforderlich.
Ohne Entfernen der Photolackmaske 25 wird nun zur Bestimmung der Schwellenspannung des p-Kanaltransistors
gemäß den Pfeilen 26 eine weitere Implantation, diesmal von B+π-Borionen, mit einer derartigen Energie
vorgenommen, z. B. 180 keV, daß die Ionen durch die Maskierungsschicht 17 und durch die Gate-Elektrode
165 und das Gate-Oxid 15 hindurch in das Kanalgebiet eindringen. Wegen der relativ geringen Dicke der
Schichten 17 und 16 sind dazu keine allzu großen Energien erforderlich. Das erfindungsgemäße Verfahren
schafft daher die Möglichkeit, ohne zusätzliche Maskierung und erst in einer der letzten Verfahrensstufen die
Implantation zur Festlegung der Schwellenspannung durchzuführen.
Die Photolackmaske 23 wird wieder in einem Sauer-Stoffplasma
entfernt und eine neue Photolackmaske 29 wird aufgebracht (F i g. 13). Mit Hilfe dieser Maske wird
nun an den zu kontaktierenden Stellen des Siliciummusters 16 die Maskierungsschicht 17 entfernt durch Ätzen
der darunterliegenden 15 nm dicken Oxidschicht in einer gepufferten HF-Lösung. Die 300 nm dicke Oxidschicht
20 am Rande des Siliciummusters 16 bleibt dabei wenigstens zum Teil beibehalten. Über die ganze Oberfläche
wird dann, nach Entfernen der Photolackmaske 29 in einem Sauerstoffplasma, eine weitere Isolierschicht,
in diesem Beispiel eine pyrolitisch aufgebrachte Oxidschicht 30, erzeugt (siehe Fig. 14). Danach erfolgt
eine »Getter«- und Eindiffusionsstufe, wobei gleichzeitig die implantierten Zonen ausgeheizt werden und die
Source- und Drainzonen ihre endgültige Dicke von etwa 0,5 μπι erhalten. Dazu wird die Siliciumplatte bei
einer Temperatur von 1000° C in einer Atmosphäre von
PH3+O2+ N2 während etwa 30 Minuten aufgeheizt.
Dann wird (siehe F i g. 14) im nächsten Schritt eine Photolackmaske
31, die Kontaktmaske, aufgebracht und in dem dadurch freigelassenen Kontaktfenster wird die
Oxidschicht 30 auf den Oberflächen der Source- und Drainzonen und auf den zu kontaktierenden Stellen des
Siliciummusters 16 entfernt und in üblicher Weise die
Metallisierung 32, nach Entfernen der Photolackmaske
31, angebracht (F ig. 15).
Die endgültig erhaltene Struktur ist in Fig. 16 in Draufsicht und in F i g. 15 im Querschnitt längs der Linie
XV-XV von F i g. 16 dargestellt. In F i g. 16 sind die Umrisse
der Metallisierung 32 gestrichelt, die Umrisse des Siiiciummusters 16 durch gezogene Linien angegeben.
Die Kontaktfenster sind mit diagonalen Linien angedeutet. Wie aus F i g. 16 hervorgeht, sind in den Source-Zonen
23 und 27 Bereiche K 1 und K 2 ausgespart, wo die Wanne 11 bzw. das Substratgebiet 1 an die Oberfläche
tritt und dort von der Source-Metallisierung kontaklicrt wird. Vorteilhaft wird eine Metallisierung mit
Aluminium, das 0,5% Silicium enthält und mit einer Dikke von etwa 1,2 μπι aufgespritzt wird, durchgeführt. Die
Metallschicht 32 kann z. B. mit einer Photolackmaske und Plasma-Ätzen definiert werden.
In bestimmten Schaltungen kann es wichtig sein, einen
spannungsunabhängigen Kondensator vorzusehen. Das beanspruchte Verfahren bietet die Möglichkeit dazu
ohne zusätzliche Verfahrensstufen. Wenn z. B. auf der Leitungsbahn 16C aus polykristallinem Silicium
(Fig. 14) die Maskierungsschicht 17 an einer bestimmten Stelle nicht entfernt wird, kann die Metallisierung
32, statt direkt auf dem Silicium, auf der Nitridschicht angebracht werden (siehe Fig. 17, die einen Schnitt
längs der Linie XVII-XVII von Fig. 16 darstellt). Die
Struktur 16C, 17,32 bildet dann einen spannungsunabhängigen Kondensator mit 16Cund 32 als Kondensatorplatten und die Schicht 17 als Dielektrikum.
Obwohl im obenstehenden Beispiel die Herstellung komplementärer Feldeffekttransistoren beschrieben ist,
kann das Verfahren, wobei als Anti-Oxidationsmittel sowohl Stickstoffionenimplantation als auch Siliciumnitridmaskierung
in geeigneter Kombination verwendet werden, auch sehr vorteilhaft für die Herstellung von
Vorrichtungen mit nur η-Kanal- oder nur p-Kanaltransistoren angewandt werden. Auch ist die Erfindung
nicht beschränkt auf die Herstellung von Transistoren vom Anreicherungstyp. Wenn z. B. vor dem Anbringen
der Gate-Oxidschicht 15 eine Oberflächenkanalschicht vom gleichen Leitungstyp wie die Source- und Drainzonen
in der freiliegenden Siliciumoberfläche implantiert wird, können die weiteren Verfahrensschritte gleich wie
im obenstehenden Beispiel zur Herstellung eines Feldeffekttransistors vom Verarmungstyp durchgeführt
werden.
Das beanspruchte Verfahren ist insbesondere von Bedeutung in Verbindung mit der Verwendung eines wenigstens
teilweise versenkten Oxidmusters, wie an Hand der Figuren beschrieben. Dadurch wird eine möglichst
große Packungsdichte erreicht Die Erfindung" kann aber auch in Abwesenheit eines solchen Oxidmusters
sehr vorteilhaft angewendet werden.
An Stelle der erwähnten Siliciumnitridschichten können
auch oxidationsverhindernde Schichten, die nicht ausschließlich aus S13N4 bestehen, verwendet werden,
wie z. B. Siliciumoxidnitridschichten, die außer Si3N4
auch Sauerstoff enthalten.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
60
65
Claims (6)
1. Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung mit einem Halbleiterkörper aus Silicium
mit wenigstens einem Feldeffekttransistor mit isolierter Gate-Elektrode, wobei auf der Oberfläche
des Siliciumkörpers eine Siliciumoxidschicht erzeugt wird, auf die Siliciumoxidschicht eine dotierte SiIiciumschicht
aufgebracht wird, wonach die Siliciumschicht mit einer Maskierungsschicht versehen wird
und die Maskierungsschicht und die darunterliegende Siliciumschicht durch Ätzen in ein Muster gebracht
werden, das wenigstens eine Gate-Elektrode umfaßt, und dann in die nicht unter der Siliciumschicht
liegenden Teile der Oberfläche des Siliciumkörners Stickstoffionen implantiert werden, wonach
die freiliegenden Oberflächenbereiche der Siliciumschicht thermisch oxidiert werden und dann in nicht
unter der Siliciumschicht liegenden Bereiche der Oberfläche des Siliciumkörpers durch Ionenimplantation
Source- und Drainzonen gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, daß als Maskierungsschicht
eine thermische Oxidschicht und darauf eine gegen thermische Oxidation schützende siliciumnitridhaltige
Schicht aufgebracht werden und daß zum Festlegen der Schwellenspannung des Feldeffekttransistors
Ionen durch die Maskierungsschicht und die Gate-Elektrode hindurch in das Kanalgebiet
implantiert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der thermischen Oxidschicht
höchstens 20 nm, die Dicke der siliciumnitridhaltigen Schicht höchstens 60 nm und die Dicke der Siliciumschicht
höchstens 350 nm beträgt.
3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stickstoffionenimplantation
mit einer Dosis von wenigstens 2 · 1015 Ionen/cm2 und höchstens 3 · 10'5 Ionen/cm2
durchgeführt wird.
4. Verwendung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche zum Herstellen eines
spannungsunabhängigen Kondensators, wobei die Maskierungsschicht an einer außerhalb des Feldeffekttransistors
liegenden Stelle mit einer leitenden Schicht bedeckt wird, die zusammen mit der unter
der Maskierungsschicht liegenden Siliciumschicht die Platten des spannungsunabhängigen Kondensators
bildet, wobei die Maskierungsschicht das Dielektrikum darstellt.
5. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zur Herstellung von zwei komplementären
Feldeffektransistoren mit isolierter Gate-Elektrode, wobei um jeden Transistor herum ein wenigstens
teilweise versenktes Oxidmuster gebildet wird und wobei der erste Transistor in einem Substratgebiet
des ersten Leitungstyps erzeugt wird, und der zweite Transistor in einer Wanne des zweiten,
entgegengesetzten Leitungstyps, die innerhalb des Halbleiterkörpers völlig vom Subtratgebiet umgeben
ist und damit einen am Oxidmuster endenden PN-Übergang bildet, erzeugt wird.
6. Verwendung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ausgegangen wird von einem n-leitendcn
Siliciumsubslrat, das auf der Oberfläche im Bereich der zu bildenden Feldeffekttransistoren eine
oxidaticnsverhindernde Maske erzeugt wird, daß dann die nichtmaskierten Oberflächenbereiche einer
Phosphorionenimplantation ausgesetzt werden und danach zur Bildung eines teilweise versenkten Oxidmusters
thermisch oxidiert werden, daß dann eine Ätzmaske aufgebracht wird, die an der Stelle des
ersten Transistors die oxidationsverhindernde Maske sowie einen umringenden Randbereich des Oxidmusters
freiläßt, daß dann der unbedeckte Teil des Oxidmusters durch Ätzen entfernt wird und durch
die oxidationsverhindernde Maske hindurch und im von der Ätzmaske unbedeckten Bereich eine erste
Borionenimplantation durchgeführt wird und nach Entfernen der Ätzmaske die Boratome weiter eindiffundiert
werden, wonach im nicht von der oxidationsverhindernden Maske und vom Oxidmuster bedeckten
Bereich eine zweite Borimplatation durchgeführt wird, daß dann mittels einer weiteren thermischen
Oxidation das Oxidmuster vervollständigt wird und danach die unter der oxidationsverhindernden
Maske liegenden Oberflächenbereiche freigelegt und in diesen Bereichen die Feldeffekttransistoren
gebildet werden.
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