DE3615519A1

DE3615519A1 - Verfahren zum erzeugen von kontaktloechern mit abgeschraegten flanken in zwischenoxidschichten

Info

Publication number: DE3615519A1
Application number: DE19863615519
Authority: DE
Inventors: Virinder Dr Ing Grewal
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1986-05-07
Filing date: 1986-05-07
Publication date: 1987-11-12
Also published as: US4764245A; JPS62263638A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen von Kontaktlöchern mit abgeschrägten Flanken in aus SiO₂ bestehenden Isolationsschichten, wie sie als Zwischenoxidschichten bei der Herstellung hochintegrierter Halbleiterschaltungen verwendet werden, durch Trockenätzen in einem fluorhaltige Ätzmittel enthaltendem Plasma.

Die in der VLSI-Technologie (=very large scale integration) auftretenden Stufen zwischen den verschiedenen Verdrahtungsebenen (Polysilizium 1, Polysilizium 2 und Aluminiumleiterbahnebene) erfordern ein Einebnen des Zwischenoxids mit guten Fließeigenschaften bereits bei niedrigen Temperaturen, um eine umproblematische Kantenbedeckung an den auftretenden Stufen zu gewährleisten. Phosphor- bzw. Bor-dotiertes Silikatglas (BSG, PSG bzw. PBSG) erfüllt diese Forderung sehr gut. In diese, als Zwischenoxid bezeichneten Schichten müssen Kontaktlöcher geätzt werden, welche auch den Anforderungen an die Aluminiumkantenbedeckung genügen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung solcher Kontaktlöcher mit abgeschrägten Flanken (sogenannten sloped walls) anzugeben, welches folgende Forderungen erfüllt:

1. Das Verfahren soll möglichst in einer Trockenätzanlage durchführbar sein.
2. Der Flankenwinkel soll reproduzierbar zwischen 60° und 90° einstellbar sein.
3. Die Ätzung soll gleichmäßig (± 5%) auf der ganzen Siliziumkristallscheibe erfolgen.
4. Die Kontaktlöcher sollen gut maßhaltig sein.
5. Die Selektivität zwischen dem Oxid und dem darunterliegenden polykristallinen Silizium soll im Verhältnis von mindestens 10-15 : 1, zwischen dem Oxid und dem als Ätzmaske dienenden Photolack im Verhältnis von mindestens 4 : 1 sein.

Aus einem Bericht von J. S. Chang aus dem Solid State Technology/April 1984, Seiten 214 bis 219 und einem Bericht von Choe, Knapp und Jacob aus der gleichen Zeitschrift, Seiten 177 bis 183, sind Verfahren zum Abschrägen von Kontaktlochflanken (sogenannten sloped walls) über den Photolackabtrag bekannt. Das Prinzip dieser Verfahren liegt in der gleichzeitigen Erosion des geflossenen Photolackes während der anisotropen Oxidätzung mit Trifluormethan (CHF₃) bzw. Mischungen aus Trifluormethan und Sauerstoff als Ätzgase. Durch die Menge der Sauerstoffzugabe wird die Erosionsrate des Lackes bestimmt.

Bei Siliziumkristallscheiben, die in der VLSI-Technik verarbeitet werden, treten große topographische Unterschiede auf, so daß die sogenannte trilevel-Technik verwendet werden muß. Dies beruht darauf, daß zuerst eine einebnende relativ dicke (ca. 1,5-2,5 µm) Lackschicht auf die Siliziumscheibe aufgebracht wird. Auf diese wird eine SOG-Schicht (Spin-on-Glas) und darauf eine Photolackschicht aufgebracht. Nach dem Belichten und Entwickeln der Photolackschicht wird die SOG-Schicht anisotrop geätzt. Diese SOG-Schicht dient als Maske für die Strukturierung der Lackschicht in einem reaktiven Ionenätz- Plasma mit Sauerstoff (O₂RIE zum Beispiel AME-HEX). Der Prozeß der Erzeugung abgeschrägter Flanken bei der Kontaktlochätzung über dem Photolackabtrag kann deshalb hier nicht eingesetzt werden.

Die Kombination zwischen naßchemischen isotropen und anisotropen Trockenätzprozessen hat den Nachteil, daß bei den naßchemischen Verfahren die Oxid-Ätzrate stark von der Dotierung abhängig ist. Hier ist oft die laterale Ätzrate um vieles größer als die vertikale Ätzrate. Für eine gute Abschrägung mit den obengenannten Forderungen ist auch dieser Prozeß nur bedingt einsetzbar.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe durch ein Verfahren der eingangs genannten Art, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß ein isotrope und anisotrope Ätzschritte enthaltender Ätzprozeß verwendet wird, in welchem der erste Schritt isotrop in einer freie Fluor- Atome enthaltenden Atmosphäre und alle weiteren Schritte zunächst unter Beibehaltung der isotropen Ätzkomponente in einer freie CF₃-Radikale und -Ionen enthaltenden Atmosphäre durchgeführt wird, wobei mit fortschreitender Ätzung der Gehalt an Fluor-Atomen zugunsten der Bildung von CF₃-Radikalen und -Ionen im Plasma unter gleichzeitiger Verringerung des Elektrodenabstandes im Reaktor verschoben wird.

Dabei liegt es im Rahmen der Erfindung, daß als Ätzgas für die isotrope Ätzkomponente Tetrafluorkohlenstoff (CF₄) und/oder Trifluorammoniak (NF₃) mit Sauerstoff gemischt und für die anisotrope Ätzkomponente Tetrafluorkohlenstoff mit Trifluormethan und Argon oder Helium oder Stickstoff gemischt verwendet wird, und daß der Elektrodenabstand bei der isotropen Ätzung auf größer 1 cm und bei der anisotropen Ätzung auf kleiner 1 cm eingestellt wird.

Der Prozeß kann mit kontinuierlicher Änderung der Gasmischung und des Elektrodenabstandes in einem Einscheiben- Plattenreaktor durchgeführt werden.

Es kann aber auch so verfahren werden, daß der Prozeß stufenweise durchgeführt wird, wobei in der ersten Stufe isotrop und in der letzten Stufe anisotrop geätzt wird. Dabei ist es vorteilhaft, daß, wenn eine hohe Selektivität zum polykristallinen Silizium gefordert wird, die letzte Stufe in einer anderen, speziell für hohe Selektivität geeigneten Kammer (zum Beispiel Typ AME-HEX 8110) durchgeführt wird.

Ein solcher, aus sechs Stufen bestehender kombinierter isotroper/anisotroper Ätzprozeß wird nachfolgend anhand der Figur, welche ein Simulationsmodell darstellt, noch näher beschrieben. Dabei sind mit dem Bezugszeichen 11 das polykristalline Silizium (zum Beispiel die Oberfläche einer Gate-Elektrode), mit 12 die aus Bor-dotiertem Phosphorsilikatglas bestehende Oxidschicht, mit 13 der durch Belichtung und Entwicklung strukturierte Photolack, mit 14 das Kontaktloch und mit 15 seine abgeschrägten Flanken bezeichnet. Die Zahlen 1 bis 6 zeigen den jeweiligen Ätzstand nach den einzelnen Ätzschritten an, wobei der Ätzschritt 1 ein reiner isotroper Ätzprozeß und der Ätzschritt 6 ein reiner anisotroper Ätzschritt ist.

Folgende Parameter werden bei den einzelnen Stufen eingestellt:

Stufe 1: Ätzgas bestehend aus einer Gasmischung Tetrafluorkohlenstoff mit 10% Sauerstoff (30 sccm) und Trifluorammoniak mit einem Gesamtdruck von 312 Pa; Elektrodenabstand 3-5 cm.
Stufe 2: Ätzgas bestehend aus einer Gasmischung aus CF₄, CHF₃ und Helium oder Argon oder aus C₂F₆, CHF₃ und Argon oder Helium; Gesamtdruck 312 Pa. Elektrodenabstand: 0,8 cm
Stufe 3: Ätzgas bestehend aus einer Gasmischung Tetrafluorkohlenstoff mit 10% Sauerstoff (30 sccm) und Trifluorammoniak mit einem Gesamtdruck von 312 Pa; Elektrodenabstand 3-5 cm.
Stufe 4: Ätzgas bestehend aus einer Gasmischung aus CF₄, CHF₃ und Helium oder Argon oder aus C₂F₆, CHF₃ und ARgon oder Helium; Gesamtdruck 312 Pa. Elektrodenabstand: 0,8 cm.
Stufe 5: Ätzgas bestehend aus einer Gasmischung Tetrafluorkohlenstoff mit 10% Sauerstoff (30 sccm) und Trifluorammoniak mit einem Gesamtdruck von 312 Pa; Elektrodenabstand 3-5 cm.
Stufe 6: Ätzgas bestehend aus Tetrafluorkohlenstoff, Trifluormethan und Argon mit einem Gesamtdruck von 312 Pa; Elektrodenabstand 0,8 cm.

Claims

1. Verfahren zum Erzeugen von Kontaktlöchern (14) mit abgeschrägten Flanken (15) in aus SiO₂ bestehenden Isolationsschichten (12), wie sie als Zwischenoxidschichten bei der Herstellung hochintegrierter Halbleiterschaltungen verwendet werden, durch Trockenätzen in einem fluorhaltigen Ätzmittel enthaltenden Plasma, dadurch gekennzeichnet, daß ein isotrope und anisotrope Ätzschritte 1 bis 6 enthaltender Ätzprozeß verwendet wird, in welchem der erste Schritt (1) isotrop in einer freie Fluor-Atome enthaltenden Atmosphäre und alle weiteren Schritte 2 bis 6 zunächst unter Beibehaltung der isotropen Ätzkomponente in einer freien CF₃-Radikale und -Ionen enthaltenden Atmosphäre durchgeführt wird, wobei mit fortschreitender Ätzung der Gehalt an Fluor-Atomen zugunsten der Bildung von CF₃-Radikale und -Ionen im Plasma unter gleichzeitiger Verringerung des Elektrodenabstandes im Reaktor verschoben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Ätzgas für die isotrope Ätzkomponente Tetrafluorkohlenstoff (CF₄) und/oder Trifluorammoniak (NF₃) mit Sauerstoff gemischt und für die anisotrope Ätzkomponente Tetrafluorkohlenstoff mit Trifluormethan und Argon oder Helium oder Stickstoff gemischt verwendet wird, und daß der Elektrodenabstand der isotropen Ätzung auf größer 1 cm und bei der anisotropen Ätzung auf kleiner 1 cm eingestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozeß (1 bis 6) durch kontinuierliche Änderung der Gasmischung und des Elektrodenabstandes in einem Einscheiben-Plattenreaktor durchgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozeß in mindestens zwei Stufen durchggeführt wird, wobei in der ersten Stufe (1) isotrop und in der letzten Stufe (6) anisotrop geätzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die letzte Stufe (6) in einer Ätzkammer durchgeführt wird, in der eine hohe Selektivität zum polykristallinen Silizium gewährleistet ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle von Trifluorammoniak (NF₃) Schwefelhexafluorid (SF₆) verwendet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck im Reaktor auf einen Bereich zwischen 40 Pa und 533 Pa eingestellt wird.