DE102005057407B4 - A method of treating material having at least one recess with at least one wall in the manufacture of semiconductor devices - Google Patents
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Abstract
Verfahren
zur Behandlung von Material mit mindestens einer Vertiefung mit
mindestens einer Wandung bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen,
dadurch
gekennzeichnet, dass
a) mindestens ein Teilbereich (1) der
Wandung (6) der Vertiefung (5) im Material (10) gezielt mit Ionen
(2) in einem Implantationswinkel α > 0° gemessen zur Vertikalen zum
Material implantiert wird, und
b) anschließend oder in einem späteren Verfahrensschritt ein Ätzschritt
des Materials (10) ausgeführt
wird, wobei die Ätzrate
dieses Verfahrensschritts durch die implantierten Ionen (2) gezielt
verändert
wird.Method of treating material having at least one recess with at least one wall in the manufacture of semiconductor devices,
characterized in that
a) at least a portion (1) of the wall (6) of the recess (5) in the material (10) targeted with ions (2) implanted at an implantation angle α> 0 ° is implanted to the vertical to the material, and
b) subsequently or in a later method step, an etching step of the material (10) is carried out, wherein the etching rate of this method step by the implanted ions (2) is selectively changed.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to a method according to the preamble of the claim 1.
Für die Herstellung von Halbleiterbauelementen wird für viele Prozessschritte ein Ätzschritt (z.B. Trockenätzschritt, Nassätzschritt) verwendet. Dabei erfolgt die Ätzung eines Materials auf Grund von Atomen bzw. Molekülen aus einem Gas und/oder durch Beschuss der zu ätzenden Materialoberfläche mit Ionen (wie z.B. beim RIE Reactive Ion Etching).For the production of semiconductor devices, for many process steps an etching step (e.g. dry etching, wet etching) used. The etching takes place here a material due to atoms or molecules of a gas and / or by Shelling of the corrosive Material surface with Ions (as in RIE Reactive Ion Etching).
Die Ätzrate der Trockenätzprozessschritte ist dabei in der Regel eine Funktion des Materials und der gewählten Prozessparameter (z.B. Ionenspezies, Druck, Leistung, Form und Stärke des Feldes etc.). Die Profilbildung wird dabei im Wesentlichen über die Prozessparameter oder die Maske bestimmt.The etching rate of Trockenätzprozessschritte is usually a function of the material and the selected process parameters (e.g., ionic species, pressure, power, shape and strength of the field, etc.). The profile formation is essentially about the process parameters or the mask determines.
Da die zu ätzenden Strukturen im Material immer kleiner und tiefer werden (d.h. die aspect ratio wird immer größer), kann das Ätzmedium nicht überall effektiv ätzen; d.h. die Ätzrate wird limitiert. Das Beeinflussen der Ätzrate durch die Prozessparameter bzw. der Anlagen stößt an Grenzen.There the ones to be etched Structures in the material become smaller and deeper (i.e. aspect ratio is getting bigger), can the etching medium not everywhere etching effectively; i.e. the etching rate is limited. Influencing the etch rate by the process parameters or the equipment reaches its limits.
Aus
der
Die US 2004/0180531 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines magnetischen Speicherbausteins. Der Speicherbaustein umfasst eine erste Isolationsschicht und eine zweite Isolationsschicht, in welche eine erste Schaltung eingebaut ist. Auf einer dritten Isolationsschicht ist über der Schaltung ein magnetisches Speicherelement ausgebildet. Auf die dritte Isolationsschicht ist eine vierte Isolationsschicht aufgebracht, die das Speicherelement bedeckt. Auf die vierte folgt eine fünfte Isolationsschicht, in welche ein Schlitz geformt wird, der bis auf die Oberfläche des Speicherelementes reicht. Gemäß einer Ausführungsform wird auf der vierten Isolationsschicht vor Auftragen der fünften Isolationsschicht eine Ätzstoppschicht gebildet. Die Ätzstoppschicht kann aus Siliziumnitrid, Siliziumcarbid oder amorphen Kohlenstoff gebildet sein. Vor der Bildung der Ätzstoppschicht ist es auch möglich, die Oberfläche der vierten Isolationsschicht einer Plasma-Stickstoff-Behandlung, einer Stickstoff-Ionen-, Fluorid-Ionen- oder einer Kohlenstoff-Ionen-Implantation auszusetzen.The US 2004/0180531 A1 describes a method for producing a magnetic memory module. The memory module includes a first insulating layer and a second insulating layer into which a first circuit is installed. On a third insulation layer is over the circuit formed a magnetic memory element. On the third insulation layer is applied a fourth insulation layer, covering the storage element. The fourth is followed by a fifth insulation layer, in which a slot is formed, which is down to the surface of Memory element is enough. According to one embodiment is on the fourth insulating layer before applying the fifth insulating layer an etch stop layer educated. The etch stop layer can be made of silicon nitride, silicon carbide or amorphous carbon be formed. It is also before the formation of the etch stop layer possible, the surface the fourth insulating layer of a plasma nitrogen treatment, a nitrogen-ion, Fluoride ion or exposure to carbon ion implantation.
In
der
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, bei dem die Ätzrate besser beeinflusst werden kann.Of the The present invention is based on the object, a method to create at which the etching rate can be better influenced.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.These The object is achieved by a Method solved with the features of claim 1.
Zunächst wird
mindestens ein Teilbereich der Wandung (
Dabei ist es vorteilhaft, wenn durch die Implantation der Ionen in mindestens einem Teilbereich des Materials ein Depot der Atome oder Moleküle angelegt wird, so dass dieselben als Reaktand oder Inhibitor für den nachfolgenden Trockenätzschritt zur Verfügung steht. Das Depot dient dabei z.B. als Speicher für Reaktanden oder Inhibitoren an Stellen, die ansonsten für reaktive Ätzmedien schwer zugänglich sind.there it is advantageous if by implanting the ions in at least A depot of atoms or molecules is created in a subarea of the material so that they are as reactant or inhibitor for the following dry etching to disposal stands. The depot serves e.g. as storage for reactants or inhibitors in places that otherwise for reactive etching media are difficult to access.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn durch die Implantation der Ionen in dem mindestens einen Teilbereich des Materials die kristalline Struktur des Materials zur Beeinflussung der Ätzrate gezielt geändert wird.Further it is advantageous if by implanting the ions in the at least a portion of the material has the crystalline structure the material is selectively changed to influence the etching rate.
Ein vorteilhaftes Vorgehen zur Implantation ist, wenn die räumliche Anordnung der implantierten Ionen, insbesondere in Form eines Depots im Material durch den Implantationswinkel gezielt gesteuert wird. Über die Wahl des Implantationswinkels können auch schwer zugängliche Bereiche, z.B. Wandungen eines Trenches, für die Ionenimplantation erreicht werden.An advantageous procedure for implantation is when the spatial arrangement of the implanted ions, in particular in the form of a depot in the material is specifically controlled by the implantation angle. By choosing the implantation angle, areas that are difficult to access, eg walls of a trench, can be reached for ion implantation become.
Wenn die zu implantierende Geometrie komplex ist, z.B. eine Vertiefung aufweist, ist es vorteilhaft, wenn zwischen dem Material und der Implantationsquelle eine rotatorische Relativbewegung erzeugt wird, so dass insbesondere auch in vertikalen Bereichen (z.B. Wandungen) des Materials eine Implantation ausgeführt wird.If the geometry to be implanted is complex, e.g. a depression it is advantageous if between the material and the Implantation source a rotational relative motion is generated, so that especially in vertical areas (e.g., walls) the implant is implanted.
Auch ist es vorteilhaft, wenn die Implantationstiefe der Ionen im Material und/oder die Form des implantierten Teilbereichs durch die Einstellung der Implantationsenergie gezielt gesteuert wird. Ein möglicher Wert für die Implantationsenergie ist z.B. 2 keV. Es können aber auch höhere Werte (z.B. 30 keV) verwendet werden.Also It is advantageous if the implantation depth of the ions in the material and / or the shape of the implanted portion by adjustment the implantation energy is controlled in a targeted manner. A possible Value for the implantation energy is e.g. 2 keV. But it can also be higher values (e.g., 30 keV).
Dabei kann es besonders vorteilhaft sein, wenn die Ausdehnung und/oder Form des implantierten Teilbereiches im Material durch eine Zeitsteuerung der Ionenimplantation, einer Steuerung der Ionenstromdichte und/oder einer Steuerung der Ionenenergie gesteuert wird. Wenn ein gewünschtes Implantationsprofil im Material bekannt ist, so kann vorteilhafterweise die Zeitsteuerung der Ionenimplantation, die Steuerung der Ionenstromdichte und/oder die Steuerung der Ionenenergie in Abhängigkeit von diesem vorab gewählten Konzentrationsprofils im Teilbereich erfolgen. Das Diffusionsverhalten einer Ionenspezies in einem Material ist bekannt, so dass über eine Temperatur- und/oder Zeitsteuerung, z.B. festgelegt werden kann, wie viel Ionen implantiert werden und welche Bereiche dabei eine bestimmte Konzentration erreichen.there it may be particularly advantageous if the expansion and / or Shape of the implanted portion in the material by timing the ion implantation, an ion current density control and / or a control of the ion energy is controlled. If a desired Implantation profile is known in the material, so can advantageously the timing of the ion implantation, the control of the ion current density and / or the control of ion energy as a function of this preselected concentration profile take place in the subarea. The diffusion behavior of an ion species in a material is known, so that over a temperature and / or Timing, e.g. It can be determined how much ions are implanted and which areas achieve a certain concentration.
Da Diffusionsprozesse temperaturabhängig sind, ist es vorteilhaft, wenn die Implantation der Ionen durch eine gezielte Temperierung des Materials gesteuert wird.There Diffusion processes are temperature-dependent, It is advantageous if the implantation of the ions by a targeted Temperature control of the material is controlled.
Auch ist es vorteilhaft, wenn die Implantation durch eine geeignete Maske, insbesondere Resistmaske gezielt gesteuert wird. Also it is advantageous if the implantation by a suitable mask, in particular resist mask is controlled specifically.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung werden Ionen mindestens teilweise am Grund einer Vertiefung, insbesondere eines Deep Trench implantiert.at In a further advantageous embodiment, ions are at least partially implanted at the bottom of a depression, in particular a deep trench.
Auch ist es vorteilhaft, wenn die Ionen mindestens teilweise in einer Wandung eines Deep Trench im Material implantiert werden.Also it is advantageous if the ions at least partially in one Wall of a deep trench implanted in the material.
Auch ist es vorteilhaft, wenn die Implantation in der Wandung durch eine Rotation des Materials und/oder Rotation der Ionenquelle an mehreren Stellen der Vertiefung erfolgt.Also it is advantageous if the implantation in the wall by a Rotation of the material and / or rotation of the ion source at several Make the depression.
Mit Vorteil werden als implantierte Ionen Stickstoffionen, Sauerstoffionen und/oder Halogenionen, insbesondere Fluorionen oder Chlorionen, verwendet. Dabei ist eine Implantation mit Sauerstoff- und/oder Stickstoffionen für die Erzeugung einer Ätzstoppschicht besonders geeignet. Die Implantation mit Fluor- und/oder Chlorionen ist für eine Depotbildung geeignet.With The advantage of implanted ions are nitrogen ions and oxygen ions and / or halogen ions, in particular fluorine ions or chlorine ions, used. Here is an implantation with oxygen and / or Nitrogen ions for the generation of an etch stop layer particularly suitable. Implantation with fluorine and / or chlorine ions is for a depot formation suitable.
Ein vorteilhafter Verwendungszweck des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, wenn das Material Silizium eines Substrates für die Herstellung von DRAM-Chips oder Logikchips ist.One Advantageous use of the method according to the invention is when the Material silicon of a substrate for the production of DRAM chips or logic chips.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:The Invention will be described below with reference to the figures of Drawings on several embodiments explained in more detail. It demonstrate:
Die
In
Im
vorliegenden Beispiel ist über
dem Material
In
nachfolgenden Verfahrensschritten, die hier nicht im Einzelnen dargestellt
sind, wird u.a. eine weitere Schicht
Die Ätzung der
Vertiefungen
Bei dieser Ausführungsform wird gezielt eine Ätzstoppschicht erzeugt, ohne dass dafür eine besondere Schicht auf einem Substrat abgeschieden werden muss.at this embodiment is targeted an etch stop layer produced without that a special layer must be deposited on a substrate.
In
In
In
Die
Ionen
Anstelle
einer durchgehenden Schicht wie im ersten Ausführungsbeispiel, wird hier eine
lokale Anreicherung der Ionen
Nach
der erfolgten Anreicherung wird die Ätzung mit einem zweiten Trockenätzschritt
fortgesetzt. Die Atome oder Moleküle im Depot
Der erste und der zweite Trockensätzschritt können, müssen aber nicht mit dem gleichen Verfahren ausgeführt werden.Of the First and second dry etching steps may, but must can not be done with the same procedure.
In
Die
unterätzte
Vertiefung
Damit überstreicht
die Implantationstrahlung die Wandungen
Am
Ende der Implantation hat sich an den Wandungen
Grundsätzlich kann die Ätzung auch schräg und mit einem rotierenden Tisch für das Material ausgeführt werden.Basically the etching also oblique and with a rotating table for the material is executed become.
In
Üblicherweise
unterliegt die Ausbreitung der Ionen im Material
Da
diese Ausbreitung bekannt ist, kann im Umkehrschluss die Implantationsenergie
so gesteuert werden, dass sich z.B. ein konstantes Konzentrationsprofil
(siehe blockförmigen
Teilbereich in
Die Dotandenkonzentration CD (d.h. die Konzentration der implantierten Ionen) kann proportional zu der Änderung der gewünschten Ätzreaktandenkonzentration Cr gewählt werden, um beim nachfolgenden Trockenätzschritt eine gewünschte Wirkung zu entfalten.The dopant concentration C D (ie, the concentration of implanted ions) may be chosen to be proportional to the change in the desired etchant reactant concentration C r to provide a desired effect in the subsequent dry etching step.
Diese Betrachtung setzt voraus, dass die Temperatur während der Implantierung (auch während der Diffusion) konstant ist. Da die Diffusion auch temperaturabhängig ist, kann eine Temperaturführung, alternativ oder neben der zeitabhängigen Steuerung der kinetischen Energie der Implantierung, eingesetzt werden. Eine höhere Temperatur würde die Diffusion eher begünstigen, eine Abkühlung eher verhindern.These Consideration assumes that the temperature during implantation (also while the diffusion) is constant. Since the diffusion is also temperature dependent, can a temperature control, alternatively or in addition to the time-dependent control of the kinetic Energy of implantation, are used. A higher temperature would the diffusion rather favor, a cool down rather prevent.
Die
Zusammenhänge,
die hier im Zusammenhang mit
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, die von dem erfindungsgemäßen Verfahren auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch machen.The Restricted invention in their execution not to the preferred embodiments given above. Rather, a number of variants are conceivable that of the inventive method also in principle different types Make use.
- 11
- Teilbereich eines Materials, z.B. in einem Substratsubregion a material, e.g. in a substrate
- 22
- Ionen für Implantierungions for implantation
- 33
- Depot der Ionendepot the ions
- 55
- Vertiefung (Deep Trench)deepening (Deep trench)
- 66
- Wandungwall
- 77
- Grund der Vertiefungreason the depression
- 88th
- Anreicherung der Ionen in der Vertiefungenrichment the ions in the well
- 1010
- Materialmaterial
- 1111
- weitere abgeschiedene SchichtFurther deposited layer
- 1212
- Vertiefungdeepening
- 1313
- Maskenschichtmask layer
- αα
- Implantationswinkelimplantation angle
Claims (19)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102005057407A DE102005057407B4 (en) | 2005-11-30 | 2005-11-30 | A method of treating material having at least one recess with at least one wall in the manufacture of semiconductor devices |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102005057407A DE102005057407B4 (en) | 2005-11-30 | 2005-11-30 | A method of treating material having at least one recess with at least one wall in the manufacture of semiconductor devices |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE102005057407A1 DE102005057407A1 (en) | 2007-05-31 |
| DE102005057407B4 true DE102005057407B4 (en) | 2007-11-22 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE102005057407A Expired - Fee Related DE102005057407B4 (en) | 2005-11-30 | 2005-11-30 | A method of treating material having at least one recess with at least one wall in the manufacture of semiconductor devices |
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| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE102005057407B4 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5641380A (en) * | 1994-12-12 | 1997-06-24 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for fabricating a semiconductor device |
| US20040180531A1 (en) * | 2003-03-12 | 2004-09-16 | Sony Corporation | Method for manufacturing a magnetic memory device, and a magnetic memory device |
| DE102004052141A1 (en) * | 2004-10-22 | 2006-04-27 | Infineon Technologies Ag | Method for producing a semiconductor structure |
-
2005
- 2005-11-30 DE DE102005057407A patent/DE102005057407B4/en not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
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| DE102004052141A1 (en) * | 2004-10-22 | 2006-04-27 | Infineon Technologies Ag | Method for producing a semiconductor structure |
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| 8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
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|
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| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |