DE102004054818A1 - Reversibler Oxidationsschutz von Mikro-Bauelementen - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum reversiblen Oxidationsschutz von Mikro-Bauelementen, insbesondere von Halbleiter-Bauelementen, mit den Verfahrensschritten:
(a) Bereitstellen eines zu schützenden Substrats, vorzugsweise eines Siliziumsubstrats;
(b) Aufbringen einer Siliziumnitridschicht auf das Substrat zum Schutz des Substrats vor Oxidation;
(c) Aufbringen einer Isolationsschicht auf die Siliziumnitridschicht;
(d) Durchführen eines Reoxidationsprozesses, bei dem Sauerstoffradikale erzeugt werden und bei dem die erzeugten Sauerstoffradikale durch die Isolationsschicht hindurch an die Siliziumnitridschicht herangeführt werden, um dort das Siliziumnitrid in Siliziumdioxid umzuwandeln.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum reversiblen Oxidationsschutz von Mikro-Bauelementen, insbesondere von Halbleiter-Bauelementen.
  • Obwohl prinzipiell auf beliebige Bauelemente anwendbar, werden die vorliegende Erfindung sowie die ihr zugrunde liegende Problematik nachfolgend in Bezug auf integrierte Schaltungen und insbesondere von in so genannter STI-Technologie (STI = Shallow Trench Isolation) hergestellten Speicherschaltungen in Silizium-Technologie erläutert.
  • Bei modernen Speicherbausteinen werden eine Vielzahl von Gräben in ein Halbleitersubstrat eingebracht. Diese Gräben dienen einerseits der Isolation benachbarter Speicherzellen, wozu ein STI-Prozess (STI = Shallow Trench Isolation) eingesetzt wird. Zum Anderen werden die Gräben einzelne Grabenkondensatoren als Bestandteil einer Speicherzelle eingebettet, wozu eine so genannte Deep Trench (DT) Technologie verwendet wird. Im Falle des STI-Prozesses werden die Gräben mit einem dielektrischen Material, beispielsweise Siliziumdioxid, aufgefüllt. Für das Auffüllen der Gräben werden beispielsweise bekannte Füllverfahren, wie das HDP-Verfahren (HDP = High Density Plasma) oder das SOD-Verfahren (SOD = Spin-on-Dielectric), welches eine Weiterentwicklung des allgemein bekannten Spin-on-Glass-Verfahrens (SOG) ist, verwendet. Im Falle von aufgeschleuderten Isolationsschichten, wie das genannte SOG oder SOD, verfließen diese Isolationsschichten und füllen damit den Graben aus.
  • Mit der zunehmenden Integration moderner Speicherbausteine und der damit einhergehenden Verringerung der Strukturbreiten weisen die Gräben einen immer höheres Aspektverhältnis auf, mit der Folge, dass die Fülleigenschaften und damit die Qua lität des in den Graben eingebrachten Isolationsmaterials ohne weitere Maßnahmen den Ansprüchen für moderne Speicherbausteine nicht mehr genügt. Insbesondere für moderne Technologien im so genannten "deep sub-micron"-Bereich, also bei Strukturbreiten von 100 nm und weniger, besteht das Problem, dass die eben genannten Verfahren (HDP, SOD) zum hohlraumfreien Auffüllen der Gräben einen nachfolgenden Temperaturprozess erfordern. Mittels dieses Temperaturprozesses (Annealing) wird das in die Gräben eingebrachte Isolationsmaterial verdichtet und weist im Anschluss daran die gewünschten Eigenschaften auf. Dieser Temperaturprozess wird bei relativ hohen Temperaturen im Bereich von etwa 950°C in oxidierender Atmosphäre durchgeführt. Aufgrund der relativ hohen Temperaturen und der oxidierenden Atmosphäre besteht allerdings das Problem, dass damit gleichzeitig das Siliziumsubstrat oxidiert wird. Insbesondere bei solchen Halbleiter-Bauelementen, die sehr geringe Strukturbreiten aufweisen, werden die ohnehin geringen Strukturbreiten durch die unerwünschte Oxidation der Grabenwände während des Temperaturschrittes unerwünschterweise weiter verringert.
  • Um eine derartige unerwünschte Oxidation des Siliziumsubstrats durch den Temperaturprozess zu verhindern, wird auf das Siliziumsubstrat typischerweise eine Schutzschicht aufgebracht, die als Diffusionsbarriere wirkt. Diese Schutzschicht verhindert damit eine Diffusion von Sauerstoffmolekülen an die Grenzfläche des Siliziumsubstrats und schützt so das Siliziumsubstrat vor der unerwünschten Oxidation. Vorzugsweise wird als Schutzschicht eine dünne Siliziumnitridschicht, die allgemein auch als Nitridliner oder als Nitridschicht bezeichnet wird, verwendet.
  • Die Nitridschicht hat aber lediglich während des Herstellungsprozesses Vorteile, sie weist allerdings an dem fertigen Halbleiterbauteil elektrische Nachteile auf, die sich auf die elektrischen Eigenschaften des Bauelementes nachteilig auswirken können. Als problematisch bei der Verwendung einer dünnen Nitridschicht im STI-Graben hat sich die Tatsache herausgestellt, dass diese Nitridschicht zwar bei dem Temperaturprozess zur Verdichtung des Isolationsmaterials das Siliziumsubstrat vor einer unerwünschten Oxidation schützt. Allerdings neigen Nitridschichten dazu, Ladungen im Halbleiter-Bauelement festzuhalten. Dieser Effekt wird im Allgemeinen auch als "Charge Trapping" bezeichnet. Diese von der Nitridschicht eingefangenen Ladungen bilden parasitäre Kapazitäten aus, die vor allem bei zunehmend kleiner werdenden Strukturbreiten einen zunehmend negativen Einfluss haben. Insbesondere können aufgrund dieser Ladungen und der dadurch hervorgerufenen parasitären Kapazitäten schwer kontrollierbare Beeinflussungen der elektrischen Parameter des Halbleiter-Bauelements resultieren.
  • Durch eine Anpassung der Prozessparameter des Temperaturprozesses, beispielsweise durch Verringerung der Temperatur, durch Verminderung des Partialdrucks der oxidierenden Komponenten, durch eine Anwendung von Niederdruck-Annealing und dergleichen, kann das genannte Problem zwar verringert, jedoch nicht ganz eliminiert werden. Darüber hinaus wird durch die eben genannte Anpassung der Parameter des Temperaturprozesses zwar eine Verringerung der Oxidation des Siliziumsubstrats realisiert, allerdings geht damit auch eine Verschlechterung der Eigenschaften des Isolationsmaterials einher.
    •
  • Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, bei Verwendung einer Nitridschicht zum Schutz des Substrats vor Oxidation die mit dieser Nitridschicht einhergehenden Nachteile zu neutralisieren.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Demgemäß ist ein Verfahren zum reversiblen Oxidationsschutz von Mikro-Bauelementen, insbesondere von Halbleiter-Bauelementen vorgesehen, mit den Verfahrensschritten:
    • (a) Bereitstellen eines zu schützenden Substrats, vorzugsweise eines Siliziumsubstrats;
    • (b) Aufbringen einer Siliziumnitridschicht auf das Substrat zum Schutz des Substrats vor Oxidation;
    • (c) Aufbringen einer Isolationsschicht auf die Siliziumnitridschicht;
    • (d) Durchführen eines Reoxidationsprozesses, bei dem Sauerstoffradikale erzeugt werden und bei dem die erzeugten Sauerstoffradikale durch die Isolationsschicht hindurch an die Siliziumnitridschicht herangeführt werden, um dort das Siliziumnitrid in Siliziumdioxid umzuwandeln.
  • Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, eine Nitridschicht, welche dem Schutz eines darunter liegenden Substrats vor einer unerwünschten Oxidation dient, im Anschluss an diesen, für die unerwünschte Oxidation kritischen Prozessschritt wieder zu entfernen. Zu diesem Zwecke wird eine definierte Reoxidation der Nitridschicht, die beispielsweise als vergrabene Nitridschicht ausgebildet sein kann, durch eine diese Nitridschicht abdeckende Isolationsschicht hindurch vorgenommen. Mittels der Reoxidation wird diese unerwünschte Nitridschicht zumindest teilweise in eine für das spätere Bauelement unkritische Oxidschicht umgewandelt. Der besondere Vorteil besteht hier darin, dass zunächst einerseits eine Nitridschicht zum Schutz des unter der Nitridschicht angeordneten Substrats bereitgestellt wird. Wird diese Nitridschicht nicht mehr benötigt, kann sie durch den Reoxidationsprozess auf einfache und damit elegante Weise auch wieder entfernt werden, ohne dass dazu die auf dieser Nitridschicht angeordnete Isolationsschicht entfernt werden müsste.
  • Durch das erfindungsgemäße Verfahren erhält man somit die mit der Verwendung der Nitridschicht während des Herstellungspro zesses einhergehenden Vorteile, also die Schutzfunktion, sowie die sich im Anschluss an den Herstellungsprozess bei Nichtvorhandensein der Nitridschicht ergebenden Vorteile, also die Vermeidung von sich an einer Nitridschicht anlagernden unerwünschten Ladungen (Traps).
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung.
  • In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist zur thermischen Behandlung in der aufgebrachten Isolationsschicht bzw. Füllschicht eine chemische Modifikation vorgesehen. Dabei wird nach dem Verfahrensschritt (c) und vor dem Verfahrensschritt (d) eine Verdichtung und eine chemische Umwandlung der aufgebrachten Isolationsschicht in sauerstoffhaltiger Atmosphäre bei hoher Temperatur, typischerweise bei etwa 950°C, vorgenommen.
  • In einer sehr vorteilhaften Ausgestaltung wird der Reoxidationsprozess bei einer sehr niedrigen Prozesstemperatur vorgenommen. Als Prozesstemperaturen kommen hier Temperaturen im Bereich von 700°C bis 850°C, vorzugsweise bei etwa 750°C, in Frage. Selbstverständlich wären auch andere (höhere oder niedrigere) Prozesstemperaturen denkbar, wenngleich diese nicht so vorteilhaft sind. Bei Verwendung von derart geringen Prozesstemperaturen werden die elektrischen und physikalischen Eigenschaften des bereits prozessierten Bauelements nicht oder nur unwesentlich beeinträchtigt, wodurch sich dieser Reoxidationsprozess sehr einfach in einen erprobten Prozessfluss einbauen lässt. Insbesondere werden die bereits erzeugten Strukturen des Bauelements durch die relativ niedrigen Temperaturen nicht oder nur unwesentlich verändert.
  • In einer typischen Ausgestaltung wird als Reoxidationsprozess ein so genannter LPRO-Prozess (LPRO = Low Pressure Radical Oxidation) verwendet. Denkbar wären aber auch sämtliche Reoxidationsprozesse, bei denen Sauerstoffradikale erzeugt werden, welche an die in Siliziumdioxid umzuwandelnde Nitridschicht herangeführt werden.
  • In einer sehr vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Verfahrensschritt (d), also der Reoxidationsprozess, so lange fortgeführt, bis das gesamte Siliziumnitrid der Siliziumnitridschicht in Siliziumdioxid umgewandelt worden ist. In diesem Falle wird das eingangs beschriebene Problem des „Charge Trappings", bei dem sich am fertigen Bauelement also unerwünschterweise Ladungen im Bereich der Siliziumnitridschicht anlagern, vollständig beseitigt.
  • In einer sehr vorteilhaften Weiterbildung werden die Prozessparameter des Reoxidationsprozesses so gewählt, dass die erzeugten Sauerstoffradikale vollständig durch die Isolationsschicht hindurch diffundieren und bis an die Siliziumnitridschicht herangeführt werden, dass mittels der Sauerstoffradikale die Siliziumnitridschicht vollständig in Siliziumdioxid umgewandelt wird und dass das unter der Siliziumnitridschicht liegende Substrat durch die Sauerstoffradikale nicht oder nur wenig oxidiert wird. Als Prozessparameter kommen hier vorzugsweise der (Partial-)Druck der oxidierenden Komponenten und/oder die Prozesstemperatur, bei der die Sauerstoffradikale erzeugt werden, in Betracht.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Sauerstoffradikale mittels eines Plasmas bei niedrigem Druck erzeugt. Zu der Erzeugung des Plasmas kann ein gängiger Plasmareaktor verwendet werden.
  • Vorzugsweise wird für die Erzeugung der Sauerstoffradikale mittels eines Plasmas ein Druck im Bereich von 0,1 Torr bis 1.000 Torr, vorzugsweise ein Druck im Bereich von 1 Torr bis 100 Torr, verwendet.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist als Isolationsschicht Siliziumdioxid und/oder ein Siliziumdioxid enthaltendes Material vorgesehen. Als Siliziumdioxid kommt vor allem qualitativ sehr hochwertiges thermisches Siliziumdioxid oder durch Abscheidung erzeugtes Siliziumdioxid in Frage. Das Siliziumdioxid enthaltende Material kann aber auch aufgeschleudert worden sein, beispielsweise mittels SOG oder SOD. Statt Siliziumdioxid kann allerdings auch jedes andere Isolationsmaterial, beispielsweise Low-K-Material, High-K-Material, etc., verwendet werden.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung wird die Isolationsschicht zu deren Verdichtung sowie zur Beseitigung von Hohlräumen und so genannten „Nahteffekten" nach dem Aufbringen auf die Siliziumnitridschicht, beispielsweise in oxidierender Atmosphäre, ausgeheilt. Dies kommt insbesondere für durch Aufschleudern oder durch Abscheiden erzeugte Isolationsschichten in Betracht, da diese im Vergleich zu aufgewachsenen Isolationsschichten, wie beispielsweise thermisch erzeugtes Siliziumdioxid, eine geringere Dichte und damit geringere Isolationseigenschaften aufweisen.
  • Vorzugsweise wird für das Ausheilen der Isolationsschicht eine Prozesstemperatur im Bereich von 800°C bis 1.050°C, vorzugsweise im Bereich von etwa 850°C bis 900°C, verwendet. Denkbar wären selbstverständlich auch andere höhere oder niedrigere Temperaturen, wenngleich bei niedrigeren Temperaturen der Effekt der Verdichtung geringer ist und bei höheren Temperaturen diese gegebenenfalls das Bauelement und die darauf aufgebrachten Strukturen negativ beeinflussen.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird nach dem Verfahrensschritt (b), also nach dem Aufbringen der Siliziumnitridschicht auf das Substrat, eine dünne Siliziumdioxidschicht zum Schutz des Substrats auf die Oberfläche des Substrats aufgebracht. Diesem Verfahrensschritt liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei dem direkten Aufbringen von Siliziumnitrid auf das Substrat, beispielsweise auf das bloße Siliziumsubstrat, typischerweise Verspannungen an der Grenzfläche zwischen Siliziumnitrid und dem Siliziumsubstrat entstehen. Mittels eines dünnen Siliziumdioxids zwischen dem Substrat und dem Siliziumnitrid können diese Verspannungen vermindert werden. Darüber hinaus kann es insbesondere beim Ätzen des Substrats, wie es bei der Herstellung von Gräben im Substrat der Fall ist, zu einer ätzbedingten Schädigung der Substratoberfläche kommen. Indem nun das dünne Siliziumdioxid auf die Substratoberfläche aufgebracht wird, wird eine definierte Grenzfläche zum Siliziumsubstrat geschaffen, wodurch vorteilhafterweise die durch das Ätzen erzeugten Schäden gleichzeitig beseitigt werden.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung liegt nach dem Verfahrensschritt (c), also nach dem Aufbringen einer Isolationsschicht auf die Siliziumnitridschicht, diese Siliziumnitridschicht als vergrabene Siliziumnitridschicht vor. Die Isolationsschicht bedeckt also diese Siliziumnitridschicht vollständig.
  • In einer typischen Ausgestaltung beträgt die Schichtdicke der Siliziumnitridschicht zwischen 0,1 nm bis 10 nm, vorzugsweise etwa 1–2 nm. Denkbar wären allerdings auch andere, größere oder kleinere Schichtdicken.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nach dem Verfahrensschritt (a) zumindest ein Graben in das Substrat eingebracht. Ferner wird zumindest im Bereich des Grabens eine Siliziumnitridschicht auf die Grabenwände bzw. auf die auf den Grabenwänden aufgebrachte dünne Siliziumdioxidschicht aufgebracht. Vorzugsweise wird dieses Verfahren im Rahmen eines Shallow Trench Prozesses oder alternativ eines Deep Trench Prozesses, die typischerweise zur Herstellung von Speicherbauelementen eingesetzt verwendet werden, eingesetzt.
  • In einer typischen Ausgestaltung der Erfindung wird im Verfahrensschritt (a) ein strukturiertes Siliziumsubstrat bereit gestellt.
    •
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:
  • 1 schematische Querschnittsdarstellungen (a)–(d) zur Darstellung des allgemeinen erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bereitstellung eines reversiblen Oxidationsschutzes für ein Bauelement;
  • 2 anhand schematischer Querschnittsdarstellungen (a)–(f) ein bevorzugtes Anwendungsbeispiel für das erfindungsgemäße Verfahren aus 1.
  • In den Figuren der Zeichnung sind – sofern nichts anderes angegeben ist – gleiche Elemente und Merkmale mit den selben Bezugszeichen versehen worden.
  • 1 zeigt schematische Querschnittsdarstellungen zur Darstellung des allgemeinen erfindungsgemäßen Verfahrens. Dabei entsprechen die nachfolgenden Aufzählungszeichen den entsprechenden Teilfiguren (a)–(d) der 1:
    • (a) Ein Substrat 1 mit einer Oberfläche 2 wird bereitgestellt. Das Substrat 1 kann ein Silizium enthaltendes Halbleitersubstrat, beispielsweise ein kristallines Silizium, sein oder auch ein beliebig anderes Substrat für ein mikromechanisches Bauelement.
    • (b) Auf die Oberfläche 2 des Substrats 1 wird eine dünne Siliziumnitridschicht 3 aufgebracht.
    • (d) Auf eine Oberfläche 4 der Siliziumnitridschicht 3 wird eine weitere Schicht 5, beispielsweise eine Isolationsschicht oder eine Füllschicht, aufgebracht. Vorzugsweise ist die Schicht 5 als Isolationsschicht ausgebildet und weist im Falle eines Silizium enthaltenden Substrats 1 zum Beispiel Siliziumdioxid auf. Die Schichten 3, 5 können durch Aufdampfen, Aufschleudern, durch thermisches Aufwachsen oder auf beliebig andere Weise auf die jeweiligen Oberflächen 2, 4 aufgebracht werden.
    • (d) Eine Einrichtung 6 zur Erzeugung von Sauerstoffradikalen 7 wird bereitgestellt. Als Einrichtung 6 kann beispielsweise ein Plasmareaktor vorgesehen sein. Der Plasmareaktor 6 erzeugt Sauerstoffradikale 7. Die Sauerstoffradikale 7 werden durch Diffusion durch die Schicht 5 hindurch an die Siliziumnitridschicht 3 herangeführt. In der Siliziumnitridschicht 3 bzw. an deren Grenzfläche 3 zur Schicht 5 reagieren die Sauerstoffradikale 7 mit den Siliziumatomen in der Siliziumnitridschicht 3 in der Weise, dass daraus Siliziumoxid 9 entsteht. Der aus dieser Reaktion frei werdende Stickstoff entweicht aus der gesamten Anordnung 8 oder verbleibt in der Anordnung 8. Werden ausreichend viele Sauerstoffradikale 7 an die Siliziumnitridschicht 3 herangeführt, dann wird die Siliziumnitridschicht 3 vollständig in eine Siliziumdioxidschicht 9 umgewandelt.
  • 2 zeigt anhand schematischer Querschnittsdarstellungen ein bevorzugtes Anwendungsbeispiel für das erfindungsgemäße Verfahren aus 1. Dabei entsprechen die nachfolgenden Aufzählungszeichen (a)–(f) den entsprechenden Teilfiguren der 2:
    • (a) Ein Halbleitersubstrat 10, beispielsweise aus kristallinem Silizium, wird bereitgestellt. Auf eine Oberfläche 11 des Siliziumsubstrats 10 wird eine Maske 12 zur Grabenätzung aufgebracht. Im vorliegenden Ausführungsbei spiel sei angenommen, dass die Maske 12 als Hartmaske ausgebildet ist und beispielsweise Kohlenstoff oder Siliziumnitrid enthält.
    • (b) Unter Verwendung der Maske 12 wird ein Graben 13 in die Oberfläche 11 des Siliziumsubstrats 10 geätzt. Zum Ätzen des Grabens 13 kann je nach der gewünschten Anforderung ein Trockenätzprozess oder auch ein nasschemischer Ätzprozess verwendet werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel dient der Graben 13 zur Isolation von benachbarten Speicherzellen und wird mittels STI-Technologie hergestellt.
    • (c) Durch das Ätzen des Grabens 13 werden die Grabenwände 14 und der Grabenboden 15 mehr oder weniger stark geschädigt. Daher wird auf die Grabenwände 14 und den Grabenboden 15 ein dünnes Siliziumoxid 16, beispielsweise durch thermische Oxidation, erzeugt.
    • (d) Anschließend wird durch Abscheidung eine dünne Siliziumnitridschicht 17 auf die Halbleiteranordnung 18, bestehend aus Siliziumsubstrat 10, Graben 13 und Maske 12, aufgebracht. Die dünne Siliziumnitridschicht 17 bedeckt somit im Bereich der Grabenwände 14 und des Grabenbodens 15 die darauf aufgebrachte dünne Siliziumdioxidschicht 16 und im Bereich der Oberfläche 11 die darauf angeordnete Maske 12.
    • (e) Anschließend werden die Gräben 13 mit einem Füllmaterial, beispielsweise mit Siliziumdioxid, aufgefüllt. Vorzugsweise wird dabei das SOD-Verfahren verwendet, bei dem flüssiges siliziumdioxidhaltiges oder in SiO2 überführbares Material auf die Halbleiteranordnung 18 aufgeschleudert wird. Anschließend wird dieses so aufgebrachte, noch flüssige Material 19 bei einer geeigneten Temperatur, beispielsweise bei etwa 950°C, und bei einer geeigneten Atmosphäre ausgeheizt. Dadurch wird das auf geschleuderte (siliziumdioxidhaltige) Material 19 einerseits in Siliziumoxid überführt und verdichtet und andererseits in eine feste Phase überführt. Überschüssiges Siliziumdioxid 19, welches im Bereich der Oberfläche 11 vorhanden ist und welches aus den Gräben 13 herausragt, wird unter Verwendung bekannter Verfahren abgelöst, um dadurch eine möglichst planare, also ebene Oberfläche zu erhalten. Hierzu kann beispielsweise das bekante CMP-Verfahren (CMP = Chemical Mechanical Polisher) eingesetzt werden.
    • (f) Anschließend werden mittels einer als Plasmareaktor ausgebildeten Einrichtung 6 Sauerstoffradikale 7 erzeugt und der Halbleiteranordnung 18 zugeführt. Diese Sauerstoffradikale 7 dringen durch das Siliziumdioxidmaterial der Füllschicht 19 hindurch und gelangen anschließend an die dünne Siliziumnitridschicht 17. Dort wandeln die Sauerstoffradikale 7 die Siliziumnitridschicht 17 erfindungsgemäß in Siliziumdioxid 9 um. Das Erzeugen von Sauerstoffradikalen 7 und der eben genannte Prozess wird so lange durchgeführt, bis das Siliziumnitrid der Siliziumnitridschicht 17 vollständig in Siliziumdioxid 9 umgewandelt wurde. Dies kann durch geeignete Wahl der Prozessparameter des Plasmareaktors 6 und dabei insbesondere durch eine geeignete Wahl der Temperatur und des Drucks im Plasmareaktor 6 geeignet eingestellt werden.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.
  • Wesentlich bei der Erfindung ist die Umwandlung von Siliziumnitrid in Siliziumdioxid unter Verwendung von Sauerstoffradikalen, wobei die Siliziumnitridschicht zwar vorzugsweise als vergrabene Schicht ausgebildet ist, jedoch nicht notwendigerweise vollständig vergraben vorliegen muss. Die Ausgestaltung des unter der Siliziumnitridschicht liegenden Substrats sowie der über der Siliziumnitridschicht angeordneten Schicht kann dabei beliebig sein, wenngleich die Verwendung eines Halbleitersubstrats unter der Siliziumnitridschicht und die Verwendung einer Siliziumdioxid enthaltenden Isolationsschicht über der Siliziumnitridschicht eine besonders vorteilhafte und typische Anwendung darstellt.
  • So sei die Erfindung auch nicht auf den Einsatz in so genannter STI-Technologie oder Deep Trench Technologie hergestellter Speicherbauelemente und Halbleiterbausteine beschränkt, sondern lässt sich bei beliebigen Produkten, die auch nicht notwendigerweise Halbleiter basiert vorliegen müssen, geeignet einsetzen. Denkbar wären hier insbesondere auch Bauelemente für die Mikromechanik.
  • Wenngleich in der 2 lediglich ein Ausschnitt mit einem einzelnen Graben dargestellt ist, versteht es sich von selbst, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren darüber hinaus auch eine Vielzahl von Gräben prozessierbar sind.
    • 1
    Substrat
    2
    Oberfläche des Substrats
    3
    Siliziumnitridschicht
    4
    Oberfläche der Siliziumnitridschicht
    5
    Schicht, Isolationsschicht
    6
    Einrichtung zur Erzeugung von Sauerstoffradikalen,
    Plasmareaktor
    7
    Sauerstoffradikale
    8
    (Halbleiter-)Anordnung
    9
    (aus Siliziumnitrid umgewandeltes) Siliziumdioxid,
    Siliziumdioxidschicht
    10
    (Halbleiter-)Substrat
    11
    Oberfläche des Substrats
    12
    Maske
    13
    Graben
    14
    Grabenwand
    15
    Grabenboden
    16
    Siliziumdioxidschicht (auf Grabenwand und Grabenboden)
    17
    Siliziumnitridschicht
    18
    (Halbleiter-)Anordnung
    19
    Isolationsschicht, Füllschicht

Claims (16)

  1. Verfahren zum reversiblen Oxidationsschutz von Mikro-Bauelementen, insbesondere von Halbleiter-Bauelementen, mit den Verfahrensschritten: (a) Bereitstellen eines zu schützenden Substrats (1, 10), vorzugsweise eines Siliziumsubstrats (1, 10); (b) Aufbringen einer Siliziumnitridschicht (3, 17) auf das Substrat (1, 10) zum Schutz des Substrats (1, 10) vor Oxidation; (c) Aufbringen einer Isolationsschicht (5, 19) auf die Siliziumnitridschicht (3, 17); (d) Durchführen eines Reoxidationsprozesses, bei dem Sauerstoffradikale (7) erzeugt werden und bei dem die erzeugten Sauerstoffradikale (7) durch die Isolationsschicht (5, 19) hindurch an die Siliziumnitridschicht (3, 17) herangeführt werden, um dort das Siliziumnitrid in Siliziumdioxid (9) umzuwandeln.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Verfahrensschritt (c) und vor dem Verfahrensschritt (d) eine Verdichtung und eine chemische Umwandlung in der aufgebrachten Isolationsschicht in sauerstoffhaltiger Atmosphäre bei hoher Temperatur vorgenommen wird.
  3. Verfahren nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reoxidationsprozess bei einer niedrigen Prozesstemperatur im Bereich von 700°C bis 850°C, vorzugsweise bei einer Prozesstemperatur von etwa 750°C, vorgenommen wird.
  4. Verfahren nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für den Reoxidationsprozess ein Sauerstoff-Radikal-Oxidationsprozess oder ein ISSG-Prozess vorgesehen ist.
  5. Verfahren nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verfahrensschritt (d) solange fortgeführt wird, bis sämtliches Siliziumnitrid der Siliziumnitridschicht (3, 17) in Siliziumdioxid (9) umwandelt ist.
  6. Verfahren nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessparameter des Reoxidationsprozesses so gewählt werden, dass die erzeugten Sauerstoffradikale (7) vollständig durch die Isolationsschicht (5, 19) hindurch diffundieren und bis an die Siliziumnitridschicht (3, 17) herangeführt werden, dass mittels der Sauerstoffradikale (7) die Siliziumnitridschicht (3, 17) vollständig in Siliziumdioxid (9) umgewandelt wird und dass das unter der Siliziumnitridschicht (3, 17) liegende Substrat (1, 10) durch die Sauerstoffradikale (7) nicht oxidiert wird.
  7. Verfahren nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sauerstoffradikale (7) mittels eines Plasmas bei niedrigem Druck erzeugt werden.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des Plasmas ein Druck im Bereich von 0,1 Torr bis 1.000 Torr, vorzugsweise ein Druck im Bereich von 1 Torr bis 100 Torr, verwendet wird.
  9. Verfahren nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationsschicht (5, 19) Siliziumdioxid und/oder ein Siliziumdioxid enthaltendes Material enthält.
  10. Verfahren nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationsschicht (5, 19) für eine Verdichtung der Isolationsschicht (5, 19) nach dem Aufbringen auf die Siliziumnitridschicht (3, 17) ausgeheilt wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausheizen der Isolationsschicht (5, 19) bei Prozesstemperaturen im Bereich von 800°C bis 1.050°C, vorzugsweise bei Prozesstemperatur im Bereich von 850°C bis 950°C, erfolgt.
  12. Verfahren nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Verfahrensschritt (b) eine dünne Siliziumdioxidschicht (16) auf das Substrat (1, 10) aufgebracht wird.
  13. Verfahren nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Verfahrensschritt (c) die Siliziumnitridschicht (3, 17) als vergrabene Siliziumnitridschicht (3, 17) vorliegt.
  14. Verfahren nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke der Siliziumnitridschicht (3, 17) 0,1 nm bis 100 nm, vorzugsweise etwa 1 nm bis 2 nm, beträgt.
  15. Verfahren nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zeitlich vor dem Verfahrensschritt (a) zumindest ein Graben (13) in das Substrat (1, 10) eingebracht wird und dass die Siliziumnitridschicht (3, 17) im Bereich des mindestens einen Grabens (13) auf zumindest Teilen der Grabenwände (14, 15) aufgebracht wird.
  16. Verfahren nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Verfahrensschritt (a) ein strukturiertes Siliziumsubstrat bereit gestellt wird.
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