PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE69734626T2 10.08.2006
EP-Veröffentlichungsnummer 0000807968
Titel Ätzen eines Metallsilizids mit HCI und Chlor
Anmelder Kabushiki Kaisha Toshiba, Tokio/Tokyo, JP;
International Business Machines Corp., Armonk, N.Y., US;
Siemens AG, 80333 München, DE
Erfinder Hoh, Peter D., Hopewell Junction, New York 12533, US;
Ohiwa, Tokuhisa, 634-1, Kawasaki-shi, JP;
Grewal, Virinder, Fishkill, New York 12524, US;
Spuler, Bruno, Wappingers Falls, New York 12590, US;
Kocon, Waldemar, Wappingers Falls, New York 12590, US;
Wiltshire, Guadalupe, Fishkill, New York 12524, US
Vertreter HOFFMANN & EITLE, 81925 München
DE-Aktenzeichen 69734626
Vertragsstaaten DE, FR, GB, IT
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 06.05.1997
EP-Aktenzeichen 971074588
EP-Offenlegungsdatum 19.11.1997
EP date of grant 16.11.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 10.08.2006
IPC-Hauptklasse H01L 21/321(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP

Beschreibung[de]

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ätzen von Verbundoberflächen aus einem Metallsilizid über einer Schicht aus Polysilizium.

Halbleitervorrichtungen werden zunehmend kleiner und dünner, ohne daß die Geschwindigkeit oder die Leistung verlorengeht. Häufig müssen die kleineren Vorrichtungen noch bessere Leistungen abgeben. Solche konkurrierenden Erfordernisse, Größe gegenüber Leistung, fordern Hersteller zur Beschleunigung ihrer Leistungen auf. Üblicherweise wird ein Metallsilizid (z.B. TiSix, TaSix, MoSix oder WSix) mit 50 bis 300 nm über eine Polysilizium-Oberflächenschicht mit 50 bis 400 nm aufgetragen, die von der unmittelbar vorhergehenden Schicht durch eine Silikaschicht (SiO2) isoliert ist, die verhältnismäßig dünn ist, d.h. etwa 10 bis 30 nm. Ein wichtiger Aspekt liegt in dem Gebiet des Ätzens solcher Oberflächen, um der Oberfläche ein Muster zu verleihen. Es ist wichtig, daß das Ätzen (a) das gewünschte Muster mit einem anisotropen Profil bildet (d.h. eine saubere, senkrecht geätzte Oberfläche erzeugt), (b) die geätzten Schichten nicht kontaminiert, (c) den Film nicht beschädigt, wie es durch Überätzen in die Silikaschicht auftreten könnte, und (d) eine gleichmäßige Ätzrate entlang der geätzten Oberfläche erzeugt.

Es gibt mehrere Arten von Ätzsystemen und eine Vielzahl von Ätzchemieschemata. Die beiden häufigsten Trockenätzverfahren sind das Plasmaätzen und das reaktive Ionenätzen. Von diesen ist das reaktive Ionenätzen im allgemeinen wegen der hohen Auflösungsreplikation von Photoresistmustern der elektrisch leitenden Materialien bevorzugt. Die Ladungsnatur der Ionen erlaubt ein größeres Ausmaß der Steuerung über einem Aufprallmuster, das senkrecht zur Maskenoberfläche ist. Reaktives Ionenätzen wird im allgemeinen unter Bedingungen durchgeführt, die umfassen: einen Ätzgasdruck von 30 bis 200 mTorr (1 Torr = 133 Pa), eine Ätzgasfließrate von 20 bis 100 sccm und entweder eine niedrige Temperatur innerhalb des Bereiches von –10°C und –120°C (siehe US 5,259,923) oder eine verhältnismäßig hohe Temperatur innerhalb des Bereiches von 50 bis 130°C (siehe US 5,354,416).

Die Ätzgaszusammensetzungen, die im Stand der Technik verwendet werden, variieren, basieren aber im allgemeinen auf der Fluor- oder Chlorchemie. Das US-Patent 5,110,408 beschreibt ein Plasmaätzverfahren mit einem Plasma aus einem Gas von SF6, CH2F2 und Cl2. Es wird gesagt, daß Chlor zur Entfernung von Niederschlägen hilfreich ist, die aus Reaktionsnebenprodukten erzeugt sind, und die Silikaschicht durch Erhöhen der Selektivität des Ätzvorgangs schützt.

Das US-Patent 5,200,028 verwendet eine ähnliche Gaszusammensetzung aber mit unterschiedlichen Verhältnissen von HBr:F* zum Ätzen der Silizidschicht und der Polysiliziumschicht.

Gemäß US-Patent 5,219,485 wird die Silizidschicht mit einer Mischung aus HCl, BCl3 und Cl2 geätzt. Die volumetrischen Fließratenverhältnisse von HCl:BCl3:Cl2 sind innerhalb von 75:(30–40):(25–40). Es wird gelehrt, daß das Verhältnis von BCl3:Cl2 zumindest 1:1 ist. Die Polysiliziumschicht wird ohne BCl3 geätzt. Falls gewünscht, kann NF3 zur Erhöhung der Ätzrate zugegeben werden. Insgesamt wird gelehrt, daß dieses Verfahren betrieben werden soll, um ein Ätzratenverhältnis (R) von Silizid:Polysilizium von (1–2):1, bevorzugt etwa 2:1 zu erzielen. Die Beschreibung betrifft die Entfernungsraten in der Größenordnung von 90 bis 110 nm/min (z.B. Spalte 8, Zeile 8).

Das US-Patent 5,223,085 wendet das Plasmaätzen mit HCl und Cl2 bei einer Fließrate von 30 bis 200 sccm, einem Druck von 0,1 bis 1 Pa und einer Mikrowellenleistung von 50 bis 500 W an. Das Cl2:HCl-Verhältnis ist 2:1 (d.h. ein Verhältnis von HCl:Cl2 von 0,5).

Das US-Patent 5,259,923 beschreibt die Verwendung von zwei und möglicherweise drei Ätzgasen. Das erste Gas wird ausgewählt aus F, SF6 oder NF3. Das wahlweise zweite Gas wird ausgewählt aus HCl, HBr, Cl2, Br oder CCl4. Das dritte Gas ist eine Kombination des zweiten Gases und eines inerten Gases, Stickstoff, Sauerstoff, Siliziumtetrachlorid oder Kohlenmonoxid. Das Verhältnis von SF6:Cl2 liegt innerhalb von 4:6 bis 7:3 bei einer Fließrate von 20 bis 150 sccm, einer Temperatur von –10 bis –120°C und einem Druck von 50 bis 150 mTorr. Die Ätzrate mit 100% Chlorgas auf Silika wurde mit 12 nm/min angegeben. Die Verwendung von 20% SF6 und 80% Cl2 erhöhte die Silika-Ätzrate auf 36 nm/min. Die Ätzrate für WSix war 350 nm/min bei 25°C mit einer entsprechenden Silika-Ätzrate von 70 nm/min. Wenn die Temperatur auf –30°C erniedrigt wurde, fiel die Silizid-Ätzrate auf 300 nm/min und die Silika-Ätzrate fiel leicht auf 60 nm/min.

Das US-Patent 5,354,416 beschreibt gleichermaßen die Verwendung von Fluor, Chlor, SF6 oder NF3 als Ätzgase, die Niederschläge von Reaktionsnebenprodukten während des Ätzvorgangs reduzieren. Die Entfernungsraten sind etwa 300 nm/min bei Temperaturen von –60 bis –150°C und Gasdrucken von 1 bis 10 mTorr.

Leider sollen die konventionellen Ätzgaszusammensetzungen und Verfahren die Ätzrate erhöhen, um das Herstellungsverfahren zu beschleunigen. Typische Ätzsysteme auf Chlorbasis haben eine Ätzrate von etwa 500 nm/min. Solche Verfahren können dann angewandt werden, wenn Metallsilizidschichten verhältnismäßig dick sind, so daß Zeit ist, um die Ätzdauer zu steuern. Die neueren Filme sind jedoch signifikant dünner.

Die neueren Metallsilizidschichten haben eine Dicke von etwa 30 bis 75 nm. Konventionelle Ätzverfahren sind mit einem geringen Selektivitätsgrad zum Ätzen der Silizidschicht im Vergleich zur Polysiliziumschicht zu schnell. Die Ätzdauer ist zu kurz, um das hohe Ausmaß der Genauigkeit zu steuern, das für Vorrichtungen aus modernen Filmen erforderlich ist.

Es wäre nützlich, ein Verfahren zum Ätzen von Metallsilizid zu haben, das für Silizid in Bezug auf Polysilizium selektiv und besser steuerbar wäre.

Es ist ein Ziel dieser Erfindung, ein selektives Verfahren zum Ätzen eines Musters bei einer Metallsilizidschicht auf einem Metallsilizid/Polysilizium-Verbund anzugeben.

Entsprechend diesem und anderen Zielen dieser Erfindung, die aufgrund der Beschreibung ersichtlich werden, beinhaltet ein Verfahren gemäß dieser Erfindung das Ätzen einer Metallsilizidschicht bei einer Rate, die schneller ist als bei einer Polysiliziumschicht, in einem Metallsilizid/Polysilizium-Verbund durch ein Ätzverfahren, das das Kontaktieren der Metallsilizidschicht mit einem Plasma umfaßt, das aus einer Fließgasmischung von HCl und Cl2, die frei von BCl3 ist und ein volumetrisches Fließratenverhältnis HCl:Cl2 innerhalb des Bereiches von 3:1 bis 5:1 hat, erzeugt ist. Diese Erfindung ist in den Ansprüchen 1, 8 und 9 definiert.

Das erfindungsgemäße Verfahren gibt ein leicht zu steuerndes Verfahren zum selektiven Ätzen des Metallsilizids aus Metallsilizid/Polysilizium-Verbundmaterialien an. Eine solche Selektivität ermöglicht dem Konstrukteur Profil- und Fabrikationsmöglichkeiten, die zuvor nicht verfügbar waren.

Diese Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum selektiven Ätzen der Metallsilizidschicht in Metallsilizid/Polysilizium-Verbundmaterialien mit einem Strom von reaktiven Ionen, erzeugt aus einem Ätzgas, das frei von BCl3 ist, umfassend HCl und Chlor (Cl2) in einem volumetrischen Fließratenverhältnis von HCl:Cl2 innerhalb des Bereiches von 3:1 bis 5:1 bei einer Temperatur innerhalb des Bereiches von 40 bis 60°C. Bevorzugt liegt das volumetrische Fließratenverhältnis innerhalb des Bereiches von 3:1 bis 4:1. Dieses Ätzgas ist bezüglich des Metallsilizids gegenüber Polysilizium selektiv (d.h. entfernt das Metallsilizid bei einer schnelleren Rate als das Polysilizium) und entfaltet eine langsamere, besser steuerbare Rate der Materialentfernung unter Standardätzbedingungen. Die Nettowirkung ist ein steuerbares, effizientes Verfahren zum Ätzen von dünnen Schichten aus Metallsilizid in einem Metallsilizid/Polysilizium-Verbund mit einem niedrigen Beschädigungsrisiko.

Wenn die Metallsilizidschicht entfernt ist, kann die geätzte Oberfläche weiter verarbeitet werden. Wenn ein weiteres Ätzen des Polysiliziumschicht gewünscht ist, können die relativen Anteile des Ätzgases auf ein HCl:Cl2-Verhältnis von weniger als 3 eingestellt werden. Der geätzten Oberfläche kann ebenfalls eine Zwischenbeschichtung aus einem anderen Material (leitend oder isolierend) verliehen werden, die mit dem gleichen oder einem anderen Muster maskiert ist, und bei einem Verhältnis von HCl zu Cl2 von weniger als 3 geätzt werden.

Im allgemeinen haben die elektrisch leitenden Verbundmaterialien, die durch diese Erfindung geätzt werden, eine erste Schicht, umfassend ein Metallsilizid, über einer zweiten Schicht aus Polysilizium. Die Metallsilizidschicht basiert auf Titan (TiSix), Tantal (TaSix), Molybdän (MoSix) oder Wolfram (WSix) und kann auf der Polysiliziumschicht durch irgendein geeignetes Niederschlagsverfahren niedergeschlagen werden, z.B. CVD, Dampfniederschlag, Ionengas oder Sputtertechnik.

Im allgemeinen entfaltet die Metallsilizidschicht eine Dicke innerhalb des Bereiches von etwa 20 bis 200 nm, bevorzugt etwa 50 bis 150 nm. Die unterliegende Polysiliziumschicht entfaltet eine Dicke innerhalb des Bereiches von etwa 20 bis 200 nm, bevorzugt etwa 50 bis 150 nm. In einigen Verbundmaterialien wird die Polysiliziumschicht über einer Isolierschicht (z.B. Silika) niedergeschlagen, die eine Dicke innerhalb des Bereiches von etwa 5 bis 50 nm entfaltet.

In einigen Fällen können Verbundmaterialien mit einer Oberflächenschicht aus nativem Oxid beschichtet werden. In solchen Fällen kann die native Oxidschicht durch Zugabe einer kleinen Menge, z.B. etwa 0,01 bis 10 Vol%, bevorzugt etwa 1 bis 6 Vol%, eines Ätzbeschleunigers wie NF3 zu dem Anfangsfluß des Ätzgases entfernt werden. Das NF3 beschleunigt die Ätzrate und entfernt die native Oxidschicht schnell. Es sollte jedoch darauf geachtet werden, daß der Ätzbeschleuniger nur so lange enthalten ist, so lange es notwendig ist, die native Oxidbeschichtung zu entfernen.

Ähnliche kleine Mengen eines Ätzbeschleunigers wie NF3 oder Sauerstoff (O2) können zu dem Ätzgasfluß gegebenenfalls gegeben werden, wenn Reaktionsnebenprodukte sich in der geätzten Oberfläche oder innerhalb der Ätzkammer niederzuschlagen beginnen. Das NF3 und Sauerstoff reagieren mit den Polymerniederschlägen zur Bildung von flüchtigen Verbindungen, die leicht von dem Arbeitsstück und der Kammer ausgeschwemmt werden.

Die elektrisch leitenden Metallsilizid/Polysilizium-Verbundmaterialien zum Ätzen durch dieses Verfahren können eine Anzahl von physikalischen Formen mit einer Anzahl von Verwendungen entfalten. Beispielhafte Verbundmaterialien umfassen bipolare und CISFET integrierte Schaltungen, Gateelektroden, Einzelschicht- und Vielschicht-Zwischenverbindungen, Resistoren, verdeckte Anschlüsse, selbstausgerichtete Emitter und selbstausgerichtete Emitter-Kontaktstrukturen und MOSFET integrierte Schaltungen. Das selektive Ätzverfahren dieser Erfindung ist besonders bei Erzeugung von CMOS nützlich.

Im Stand der Technik ist es konventionell, daß ein Maskierungsmaterial auf der Metallsilizidschicht in einem gewünschten Muster niedergeschlagen wird. Ein Ätzgas wird dann in der Form eines Plasmas oder Stroms aus reaktiven Ionen auf die maskierte Oberfläche gerichtet. Das Ätzgas entfernt Material, das durch das Maskierungsmaterial nicht geschützt ist, bis der Fluß des Ätzmittels beendet wird. Für diese Erfindung kann irgendeines der konventionellen Maskierungsmittel verwendet werden.

Irgendeines der Verfahren und Vorrichtungen, die zur Durchführung des Plasma- oder reaktiven Ionenätzens verwendet werden, können für das erfindungsgemäße Verfahren verwendet werden. Ein besonders bevorzugtes Verfahren zum Durchführen des Ätzens ist das induktiv gekuppelte reaktive Ionenätzen mit Plasma hoher Dichte (ICHDPRIE).

Das Ätzverfahren dieser Erfindung wird unter Bedingungen durchgeführt, die für das Plasmaätzen der Metallsilizidschicht geeignet sind, ohne daß eine signifikante Änderung der Dimensionen der Maske auftritt. Für ICHDPRIE umfassen geeignete Ätzbedingungen solche gemäß Tabelle 1.

Tabelle 1
Beispiele 1 bis 5

Bei den Beispielen 1 bis 5 wurden mit Proben aus Wolframsilizid/Polysilizium-Verbund ein induktiv gekuppeltes Plasmaätzen unter Verwendung von unterschiedlichen Fließraten von HCl und Chlor durchgeführt. Tabelle 2 zeigt die jeweiligen Entfernungsraten einer jeden Schicht. Wenn nichts anderes angegeben ist, werden alle Fließraten in sccm ausgedrückt (Standardkubikzentrimeter pro Minute) und alle Entfernungsraten werden in der Einheit von nm/min gemessen. Sauerstoff wurde bei 3 sccm zum Steuern der Niederschläge der Reaktionsnebenprodukte zugegeben. Alle anderen Bedingungen waren gleich.

Die Prüfung der jeweiligen Entfernungsraten zeigt, daß das Erhöhen des HCl-Gehalts des Ätzgases die Entfernungsraten von Wolframsilizit und Polysilizium reduzierte. Bei Entfernungsraten von weniger als 1 wurde das Wolframsilizid weniger schnell als Polysilizium entfernt. Bei einem HCl:Cl2-Gasfließratenverhältnis von 3 änderten sich jedoch die relativen Entfernungsraten und Wolframsilizid wurde schneller als Polysilizium entfernt. Eine solche Änderung der Selektivität ist überraschend und unerwartet.

Es wird verstanden, daß die genannten Beispiele nur zur Erläuterung angegeben sind und nicht den Umfang der beigefügten Ansprüche beschränken sollen.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zum Ätzen einer Metallsilizidschicht bei einer Rate, die schneller ist als bei einer Polysiliziumschicht, in einem Metallsilizid/Polysilizium-Verbund durch ein Ätzverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallsilizidschicht ein Plasma kontaktiert, erzeugt aus einer Fließgasmischung aus HCl und Cl2, die frei von BCl3 ist und ein volumetrisches Fließratenverhältnis HCl:Cl2 innerhalb des Bereiches von 3:1 bis 5:1 entfaltet.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fließgas weiterhin NF3 umfaßt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fließgas weiterhin O2 umfaßt.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Plasma durch induktives Kuppeln erzeugt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur innerhalb des Bereiches von 20 bis 60°C liegt.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur innerhalb des Bereiches innerhalb von 40 bis 60°C ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fließratenverhältnis innerhalb des Bereiches von 3:1 bis 4:1 ist.
  8. Verfahren zum Ätzen einer Metallsilizidschicht bei einer Rate, die schneller ist als bei einer Polysiliziumschicht, in einem Metallsilizid/Polysilizium-Verbund durch ein Ätzverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallsilizidschicht mit einem Strom aus reaktiven Ionen kontaktiert wird, erzeugt aus einer Fließgasmischung von HCl und Cl2, die frei von BCl3 ist und ein volumetrisches Fließratenverhältnis von HCl:Cl2 innerhalb des Bereiches von 3:1 bis 5:1 entfaltet, bei einer Temperatur innerhalb des Bereiches von 40 bis 60°C.
  9. Verfahren zum Ätzen eines maskierten Metallsilizid/Polysilizium-Verbundes, gekennzeichnet durch die Schritte:

    Kontaktieren des Verbundes mit einem Plasma oder reaktiven Ionenstrom, erzeugt aus einem Fließgas, umfassend NF3, HCl und Cl2 für eine Zeit, die ausreichend ist, um natives Oxid von dem Verbund zu entfernen;

    Absetzen des Flusses von NF3; und

    Ätzen der Metallsilizidschicht bei einer Rate, die schneller ist als bei Polysilizium, durch Kontaktieren des Verbundes mit einem Plasma oder reaktivem Ionenstrom, erzeugt aus einem fließenden Gas, das frei von BCl3 ist und HCl und Cl2 in einem volumetrischen Fließratenverhältnis innerhalb des Bereiches von 3:1 bis 5:1 umfaßt, für eine Zeit, die ausreichend ist, um das Metallsilizid von nichtmaskierten Flächen des Verbundes zu entfernen.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin das volumetrische Fließratenverhältnis von HCl:Cl2 auf einen Wert von weniger als 3 geändert wird, wenn das Polysilizium nach der Entfernung der Metallsilizidschicht geätzt wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das fließende Gas im wesentlichen aus HCl und Cl2 besteht.
  12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das fließende Gas im wesentlichen aus HCl, Cl2 und Sauerstoff besteht.
Es folgt kein Blatt Zeichnungen






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

  Patente PDF

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com