DE3425531A1

DE3425531A1 - Verfahren zum verfliessenlassen von dotierten sio(pfeil abwaerts)2(pfeil abwaerts)-schichten bei der herstellung von integrierten mos-halbleiterschaltungen

Info

Publication number: DE3425531A1
Application number: DE19843425531
Authority: DE
Inventors: Frank-Stefan Dr.rer.nat. 8000 München Becker; Dieter Dipl.-Ing. 8038 Gröbenzell Pawlik
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1984-07-11
Filing date: 1984-07-11
Publication date: 1986-01-16

Description

Verfahren zum Verfließenlassen von dotierten Si02-Schich-
ten bei der Herstellung von integrierten MOS-Halbleiterschaltunqen.
Die Patentanmeldung betrifft ein Verfahren zum Verf ließenlassen von dotierten Si02-Schichten, wie sie vorzugsweise als Zwischenisolationsschichten bei der Herstellung integrierter MOS-Halbleiterschaltungen verwendet werden, in einer aus feuchtem Sauerstoff und/oder Stickstoff bestehenden Gasatmosphäre bei Temperaturen kleiner 1000°C.
Mit zunehmender Strukturverkleinerung nimmt das Verhältnis von#Stufenhöhe zu Stufenbreite in MOS-Strukturen zu, weil die Schichtdicken nicht verringert (geshrinkt) werden können. Dadurch entsteht für die Metallisierung eine ungünstige Topographie. So können zum Beispiel steile Stufen zu Unregelmäßigkeiten und Abrissen der aus zum Beispiel Aluminium bestehenden Leiterbahnen führen. Das Zwischenoxid, welches die Gateebene gegen die Metallisierungsebene elektrisch isoliert, hat die wichtige Aufgabe, solche topographischen Unebenheiten auszugleichen. Aus diesem Grunde sollte das Zwischenoxid-Abscheideverfahren stufenkonform sein und die Oxidschicht bei der Abscheidung mit Phosphor und/oder Bor dotierbar sein, um ein Verfließen bei erhöhter Temperatur zu ermöglichen.
Das Zwischenoxid kann zum Beispiel durch eine Abscheidung aus einer gasförmigen Siliziumverbindung bei niedrigem Druck und niedriger Temperatur (LPCVD LTO = low pressure chemical vapour deposition low temperature oxide) oder durch pyrolytische Zersetzung von Tetra- äthylorthosilikat unter Zufügung von Phosphin (PH3) hergestellt werden. Für den Gesamtprozeß von großer Bedeutung ist ein gutes Verfließergebnis bei niedriger Verfließtemperatur, wobei der Phosphorgehalt in der SiO2-Schicht möglichst niedrig sein soll, um Aluminium-Korrosion zu vermeiden. Eine weitere Forderung ist, daß beim Verfließprozeß die unter dem Oxid befindlichen Schichten möglichst nicht oxidiert werden.
Aus der DE-OS 30 07 500 oder DE-OS 31 33 516 Al ist ein Verfahren bekannt, bei dem der Fließprozeß (reflow process) von Phosphorsilikatglasschichten mit Phosphorkonzentrationen von 10 Gew.-% in einer gesättigten Wasserdampfatmosphäre bei zum Beispiel 9000C durchgeführt wird. In dieser Atmosphäre fließen Phosphorsilikatglasschichten leicht und gleichzeitig wird Phosphor an der Oberfläche abgereichert. Um ein unerwünschtes Oxidieren freiliegender einkristalliner Silizium-Bereiche (Kontaktlochbereiche) zu vermeiden, wird bei dem bekannten Verfahren als Wasserdampfsperre eine Siliziumnitridschicht unter der Phosphorglasschicht verwendet. Ohne die Siliziumnitridzwischenschicht wird auf dem Substrat eine thermische Oxidschicht gebildet, welche eine Erhöhung des Schichtwiderstandes der n+-Gebiete bzw. der polykristallinen Silizium-Leiterbahnen zur Folge hat.
Aus dem Journal Vac. Sci. Technol. 17 (1), Jan./Febr.
1980, Seiten 529 bis 532 ist bekannt, den Verfließprozeß in Phosphoroxichlorid (POCl3)-Atmosphäre bei 10000C durchzuführen. Dieser Prozeß hat den Nachteil, daß die auf der Zwischenoxidschicht abgeschiedene Phosphorsilikatglasschicht vor dem nächsten Verfahrensschritt abgeätzt werden muß.
Ein weiterer Verfließprozeß für Phosphorsilikatglas in feuchter Atmosphäre bei Temperaturen kleiner 10000C ist aus der europäischen Patentanmeldung 0 060 785 zu ent- nehmen. Bei diesem Verfahren erfolgt das Verfließen bei hohem Druck.
Die Aufgabe, die der Erfindung zugrundeliegt, besteht nun darin, eine Zwischenisolationsschicht aus dotiertem Si02 herzustellen, die einerseits eine gute Verfließbarkeit aufweist, andererseits aber keine thermische Oxidation auf ihrer Unterlage bzw. einen Belag aus Phosphorsilikatglas auf ihrer Oberfläche hervorruft. Außerdem soll das Verfahren in einer normalen LTO-Anlage durchführbar sein.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Gasatmosphäre einen Feuchtigkeitsgehalt im Bereich von 10 bis 30 Vol.% Wasser enthält. Es liegt im Rahmen der Erfindung, den Feuchtigkeitsanteil in einem Bereich von 10 bis 16 Vol.% Wasser und die Temperatur beim Verfließenlassen auf 900 bis 9500C einzustellen.
Trotz des niedrigen Feuchteanteiles in der Gasatmosphäre wird ein gutes Verfließergebnis erzielt; eine Reoxidation der Substratoberfläche wird vermieden.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Das Verfahren ist anwendbar für jede Art von dotierten SiO2-Schichten aus zum Beispiel Phosphorsilikatglas (PSG), Phosphor-Germano-Silikatglas und Bor-Phosphor-Silkatglas (BPSG). Letzteres wird ausführlicher beschrieben in einem Aufsatz von Kern und Schnable im RCA-Review, Vol. 43, Sept. 1982, Seiten 423 bis 457.
Nachfolgend wird anhand eines Ausführungsbeispiels und der Figuren 1 und 2, die im Schnittbild die erfindungswesentlichen Verfahrensschritte darstellen, die Erfindung kurz erläutert.
Figur 1: Auf einem mit einer Polysiliziumstruktur 1 versehenen, eine Oxidschicht 2 im Bereich der Polysiliziumstruktur 1 aufweisenden Halbleitersubstrat 3 wird ganzflächig eine ca. 800 nm dicke, mit 7 bis 8 % Phosphor dotierte SiO2-Schicht 4 durch Abscheiden aus der Gasphase nach vorheriger thermischer Zersetzung von Tetraäthylenorthosilikat ((C2H5)4Si) in Gegenwart von Phosphorwasserstoff bei ca. 6500C abgeschieden.
Figur 2: Der Verfließprozeß, der bei 950 0C in Sauerstoffatmosphäre mit einem Feuchtigkeitsanteil von 10 bis 16 Vol.% Wasser während einer Zeitdauer von 60 Minuten durchgeführt wird, erfolgt bei Atmosphärendruck in einer konventionellen Oxidationsapparatur, die mit einer H2/02-Verbrennungseinrichtung zur Einstellung eines definierten Feuchtigkeitsanteils im Tempergas ausgerüstet ist. Es gelten die gleichen Bezugszeichen wie in Figur 1.
7 Patentansprüche 2 Figuren

Claims

Patentansprüche Verfahren zum Verfließenlassen von dotierten SiO2-Schichten, wie sie vorzugsweise als Zwischenisolationsschichten bei der Herstellung integrierter MOS-Halbleiterschaltungen verwendet werden, in einer aus feuchtem Sauerstoff und/oder Stickstoff bestehenden Gasatmosphäre bei Temperaturen kleiner 1000°C, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Gasatmosphäre einen Feuchtigkeitsanteil von 10 bis 30 Vol.% Wasser enthält.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß der Feuchtigkeitsanteil in einem Bereich von 10 bis 16 Vol.% Wasser eingestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Temperatur beim Verfließenlassen auf 900 bis 950 °C eingestellt wird.
4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Zeitdauer auf 60 Minuten eingestellt wird.
5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß als dotierte Si02-Schicht (4) eine Phosphorsilikatglasschicht (PSG), Bor-Phosphor-Silikatglasschicht (BPSG) oder eine Phosphor-Germano-Si02-Schicht verwendet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß der Phosphorgehalt im Bereich von 6 bis 8 % liegt.
7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Verfließprozeß in einer H2/O2-Verbrennungseinrichtung bei Atmosphärendruck durchgeführt wird.