DE3537047C2

DE3537047C2 - Verfahren zur lokalen Oxidation von Silizium

Info

Publication number: DE3537047C2
Application number: DE3537047A
Authority: DE
Inventors: Livio Baldi; Daniela Beardo; Marco Icardi; Adriana Rebora
Original assignee: SGS Microelettronica SpA
Current assignee: STMicroelectronics SRL
Priority date: 1984-10-23
Filing date: 1985-10-17
Publication date: 1995-06-01
Anticipated expiration: 2005-10-18
Also published as: NL8502733A; GB2165992A; IT1213230B; IT8423283A0; FR2572217A1; DE3537047A1; JPS61101047A; NL193393C; GB2165992B; GB8524041D0; FR2572217B1; US4897365A; NL193393B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur lokalen Oxidation von Silizium zur Herstellung integrierter elektronischer Komponenten gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein derartiges Verfahren ist aus US 4,374,698 bekannt.

Das Verfahren, bei dem Oxid in ausgewählten Zonen einer ebenen Siliziumoberfläche aufwachsen gelassen wird, wird gewöhnlich für die Feldisolation in MOS- und CMOS-Verfahren verwendet, da sie eine Selbstausrichtung der Isolierungsimplantation schafft und steile Stufen am Rand verhindert.

Diese Technologie macht die folgende Folge von Herstel lungsschritten erforderlich:

a. Das Aufwachsenlassen eines dünnen Oxids (30 bis 90 nm) auf einem Siliziumsubstrat;
b. das Aufbringen einer dünnen Schicht aus Silizium nitrid (90 bis 300 nm);
c. das Aufbringen von Fotolack und eine Maskierung;
d. ein Ätzen des Siliziumnitrids in einem Plasma, das selektiv gegenüber dem darunterliegen den Oxid ist, mit einer Entfernung des Nitrids von der Zone, wo das Feldoxid wachsen soll;
e. das Entfernen des Fotolacks;
f. bei Bedarf das Entfernen des anfänglichen Oxids von der Zone, die nicht länger mit Nitrid bedeckt ist, und das Wachsenlassen des Feldoxids;
g. das Entfernen des restlichen Nitrids und des darun terliegenden anfänglichen dünnen Oxids und Festlegen der aktiven Zonen, die nicht mit Feldoxid versehen sind.

Der Hauptnachteil der derzeitigen Technologie liegt in der Entstehung eines sog. "Vogelschnabels", d. h. dem Wachsen von Oxidkeilen unter dem Nitrid an den Rändern der damit bedeckten Zone. Dieses Phänomen bringt einen Verlust von 0,5 bis 1 µm der Nennabmessungen der aktiven Zone mit sich und begrenzt somit die Schaltungsdichte.

Es ist aus der Literatur bekannt, daß die Länge des Schnabels direkt proportional zur Dünne des Nitrids und zur Dicke des darunterliegenden Oxids ist.

Gleichzeitig sind derzeitige Verfahren zum Ätzen von Nitrid in Plasma oder in RIE (reaktives Ionenätzen) etwas selektiv gegenüber dem Oxid, ätzen jedoch Silicium viel schneller als sie Nitrid ätzen.

Das Verhältnis der Oxiddicke zur Nitriddicke kann daher nicht besonders stark reduziert werden, um nicht zu riskieren, daß während des Nitridätzens auch das gesamte Oxid weggeätzt wird, mit dem darauf folgenden Ätzen und einer ernsthaften Beschädigung des darunterliegenden Siliziums.

Das naßchemische Ätzen des Nitrids schafft eine größere Selektivität, ist jedoch derzeit nicht in Gebrauch wegen der hohen Konzentration von Defekten und einer schlechten Abmessungssteuerung.

Derzeit richten sich die Anstrengungen auf diesem Gebiet hauptsächlich auf das Auffinden von Plasma- oder RIE- Nitridätzverfahren, die selektiver hinsichtlich des Oxids sind. Zufriedenstellende Lösungen des Problems sind jedoch nicht verfügbar.

Aus der Druckschrift US 4,374,698 ist ein gattungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung bekannt, bei dem eine Siliziumdioxidschicht und eine darüber angeordnete Siliziumnitridschicht durch bringen mit Bestandteilen eines in einem Gasgemisch gebildeten Plasmas geätzt werden, wobei das Gasgemisch eine durch CF₄ dargestellte Fluorverbindung, eine durch O₂ oder durch NO dargestellte Sauerstoffverbindung und 1 bis 15 Vol.-% einer gasförmigen Verbindung, die ein anderes Halogen als Fluor enthält (geeignete Verbindungen sind Chlorverbindungen, wie etwa CF₂Cl₂, Cl₂, CCl₄, CFCl₃, HCl usw., oder Bromverbindungen, wie etwa CF₃Br, CF₂Br₂, HBr, Br₂, BrF₃, BrF₅ usw.) Im Ergebnis ist das Plasma hinsichtlich Siliziumdioxid selektiv bezüglich des Siliziumnitrids: Siliziumnitrid wird mindestens fünfmal schneller als Siliziumdioxid fortgeätzt; die schützende Siliziumdioxidschicht kann daher bei einer Dicke im Bereich von 20 nm bis 100 nm verhältnismäßig dünn sein. Derartige Dickenwerte sind jedoch nicht klein genug, um die Ausdehnung des Vogelschnabels zu begrenzen.

In seinem Aufsatz "Selective reactive ion etching of silicon dioxide" in "Solid State Technology", April 1984, Seiten 214-218, offenbart J.S. Chang, daß ein 9 : 1-Gemisch von CHF₃ und CO₂ als hochselektives Ätzmittel für Silizumdioxid bezüglich Silizum verwendet werden kann, wobei die Ätzgeschwindigkeit für Silizumdioxid mindestens 20mal höher ist als diejenige für Silizum.

Aus der Druckschrift US 4,354,897 sind Ausführungen über die Möglichkeit des Gebrauchs von CHF₃ zum Ätzen von Silizumnitrid bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur lokalen Oxidation von Silizium zur Herstellung integrierte elektronische Komponenten verfügbar zu machen, das die Ausmaße des Vogelschnabels und folglich die damit verbundenen Abmessungsverluste begrenzt, während eine gute Ausbeute und Steuerung der Abmessungen aufrecht erhalten wird.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Dies gibt die Möglichkeit des Nitridätzens und bei Bedarf des Ätzens des darunterliegenden Oxids ohne die Gefahr einer Beschädigung des Siliziums. Die Oxidschicht kann daher dünner sein (weniger als 10 nm) und verursacht folglich einen sehr kleinen Vogelschnabel. Abmessungs verluste werden daher vernachlässigbar und es gibt keine unerwünschten Verluste an Ausbeute und Abmessungskontrol le.

Eine geeignete RIE-Ätzmethode mit hoher Selektivität gegenüber Silizium wird kommerziell zum Ätzen von Kontakten verwendet. Es hat sich gezeigt, daß diese Technologie eine Nitridätzung verfügbar macht, die nur wenig langsamer als die Oxidätzung ist, während das Ätzen spontan auf dem Silizium aufhört.

Insbesondere kann ein Gerät für die RIE-Ätzung verwendet werden, das unter dem Namen A.M.E. 8111 bekannt ist und ein CHF₃ + CO₂-Plasma mit 75 cm³/min CHF₃ und 6 cm³/min CO₂ verwendet. Die verwendete Leistung beträgt 1300 W bei 13,5 MHz und der Druck beträgt 8 Pa. Die Oxidätzge schwindigkeit ist 45 nm/min und die Siliziumätzgeschwin digkeit beträgt 1,5 nm/min. Die Oxid/Silizium-Selektivität ist daher 30 : 1.

Die Erfindung und Weiterbildungen der Erfindung werden nun anhand einer Ausführungsform näher erläutert.

Die Fig. 1 bis 7 zeigen verschiedene Herstellungsschritte der Reihe nach.

Fig. 1 zeigt ein Siliziumsubstrat 1, auf dem als erstes ein dünnes Oxid 2 gewachsen ist, das eine Dicke von weniger als 10 nm aufweist.

Auf dem Oxid 2 wird dann eine Schicht aus Siliziumnitrid 3 (Fig. 2) niedergeschlagen, die vorzugsweise dicker als 200 nm ist.

Nach dem Aufbringen eines Fotolacks 4 (Fig. 3) auf derjenigen Zone, die dazu bestimmt ist, eine aktive Fläche der Komponente zu werden, und nach einem geeigne ten Maskieren wird eine Ätzung des Nitrids 3 und des dünnen Oxids 2 mit einer RIE-Technologie (reaktives Ionenätzen) durchgeführt, das hochgradig selektiv gegenüber Silizium ist. Insbesondere kann das zuvor genannte Gerät A. M.E. 8111 mit CHF₃ + CO₂-Plasma verwendet werden.

Dies ergibt die in Fig. 4 gezeigte Struktur, die bei Bedarf einer Ionenimplantation unterzogen werden kann, um die Dotierstoffkonzentration auf der Oberfläche der ungeschützten Zonen zu korrigieren.

Nach dem Entfernen des Fotolacks 4 nimmt die Struktur das in Fig. 5 gezeigte Aussehen an, d. h., das Siliziumsub strat ist mit einer dünnen Oxidschicht 2 und einer Nitrid schicht 3 lediglich in derjenigen Zone, die dazu bestimmt ist, der aktive Bereich zu werden, bedeckt.

Nach einer bei Bedarf durchzuführenden Reinigung der Siliziumoberfläche wird Feldoxid 5 an den Seiten der zuvor genannten Zone wachsen gelassen und dringt teilweise in das Siliziumsubstrat ein. Dies gibt der Komponente die in Fig. 6 gezeigte Konfiguration, bei der praktisch kein Oxid unter das Nitrid 3 gewachsen ist. Diese letztere Eigenschaft ist klar das Ergebnis des dünneren Oxids 2.

Restliches Nitrid 3 und das darunterliegende anfängliche dünne Oxid 2 werden dann entfernt, um eine endgültige Komponen te wie die in Fig. 7 gezeigte zu schaffen, die einen wohldefinierten aktiven Bereich 6 mit minimalem Abmes sungsverlust aufgrund der Bildung eines Vogelschnabels 7 aufweist.

Claims

1. Schnabelreduzierendes Verfahren für die Herstellung integrierter elektronischer Komponenten, mit folgenden aufeinanderfolgenden Schritten:

(a) Aufwachsenlassen einer Schicht aus dünnem Oxid auf ein Siliziumsubstrat,
(b) Aufbringen einer Nitridschicht,
(c) Aufbringen und Maskieren einer Photolack-Schicht,
(d) Ätzen der Nitridschicht und des darunterliegenden dünnen Oxids an den Seiten von Zonen, die dazu bestimmt sind, aktive Zonen der Komponenten zu werden,
(e) Entfernen der Photolack-Schicht,
(f) Aufwachsenlassen von Feldoxid rund um diese Zonen, und
(g) Entfernen des restlichen Nitrids und des darunterliegenden anfänglich vorhandenen dünnen Oxids von den genannten Zonen,
dadurch gekennzeichnet,
(h) daß die Schicht aus dünnem Oxid eine Dicke von kleiner oder gleich 10 nm aufweist und
(i) daß das Ätzen der Nitridschicht bezüglich des Oxids mittel reaktiven Ionenätzens (RIE-Ätzmethode) mit hoher Selektivität gegenüber Silizium durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Durchführung der RIE-Ätz methode ein CHF₃ + CO₂ enthaltendes Plasma verwendet wird, wobei die Zusammensetzung des Plasmas und die Betriebsbedingungen so gewählt werden, daß ein schnelles Ätzen von Nitrid und Oxid und ein langsames Ätzen von Silicium erfolgt.