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Gasmischrelationen zwischen den Aetzgasen die F/HBr/O/He enthalten fuer die Erzeugung von Trenchprofilen mit Winkelanforderungen von 90° bis 78° (getaperte Winkel) bei Verwendung von RIE Anlagen und High Density Plasmaanlagen

IP.com Disclosure Number: IPCOM000010426D
Published in the IP.com Journal: Volume 2 Issue 12 (2002-12-25)
Included in the Prior Art Database: 2002-Dec-25
Document File: 2 page(s) / 106K

Publishing Venue

Siemens

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Abstract

Die elektrische Funktionsfaehigkeit von Bauteilen, die einen Trench integriert haben, werden besonders von der Trench-Performance beinflusst. Zur geforderten Performance gehoeren Anforderungen an Flankenwinkel der Trenchseitenwand und Restefreiheit (Black Silicon) in den Trenchstrukturen selbst. Ein geeigneter Winkel an der Trenchoeffnung und ein geeigneter flacher Flankenwinkel im unteren Trenchbereich sind noetig, um eine einwandfreie Erzeugung von Schichten, d.h. eine lunkerfreie Abscheidung von Schichten in den Trenchstrukturen, zu ermoeglichen. Bei Bauteilen, die einen Transistor im Trench integriert haben, muss die Restefreiheit gegeben sein, damit die spezifizierte Durchbruchsspannung des Bauteils erreicht werden kann; denn die Reste bilden den Ausgangspunkt fuer Gateoxidschichten, die die Durchbruchsspannungen mindern. Fuer Bauteile, bei denen der gefuellte Trench eine Kapazitaet bildet, ist eine lunkerfreie Fuellung auch die Voraussetzung fuer einen fehlerfreien Betrieb. Zudem verursachen Lunker Probleme in den nachfolgenden Arbeitsschritten. Fuer die Loesung des Problems wurde folgendes Modell entwickelt: Waehrend der Trenchaetzung bildet sich ein Passivierungsoxid, welches im gesamten Trench aufgebaut wird – auch im Trenchboden. An den Seitenwaenden wird dieses Oxid durch Fluor (F) abgeaetzt. Andererseits wird ein durch Sauerstoff (O) und Bromwasserstoff (HBr) bestimmtes Oxidgemisch abgeschieden. Das Dickenwachstum an der Seitenwand laesst sich folgendermassen beschreiben: dwall = (kwall * HBr * O2 – kseite1 * F), wobei kwall und kseite1 kinetische Konstanten darstellen, die empirisch gewonnen worden sind. Am Trenchboden wird dieses Oxid auch durch Fluor geaetzt. Andererseits wird mit HBR und O2 ein die Aetzung verzoegerndes Oxid abgeschieden. dtiefe = (ktiefe1 * F – ktiefe2 * HBr * O2), wobei ktiefe1 und ktiefe2 kinetische Konstanten darstellen, die empirisch gewonnen worden sind. Durch das entwickelte Modell fuer den Aetz-/Abscheidemechanismus waehrend der Trenchausbildung koennen Relationen bestimmt werden, die eine gezielte Steuerung der Abscheidung und des Abtrags des Seitenwandpassivierungsoxids bei unterschiedlichen Gasmischverhaeltnissen von F/HBr/O erlauben, d.h. es kann eine geeignete Gaszusammensetzung bestimmt werden, mit der Trenchwinkel und Aetzrate gezielt eingestellt werden koennen. Als Fluorspender koennen dabei NF3, SF6 oder CF4 dienen. Fuer die Prozessfuehrung ist die prozentuale Gewichtung von F zu HBr und O am Gesamtfluss wichtig. Das Modell hat in einem grossen Druckbereich und in einem grossen Gesamtflussbereich Gueltigkeit. Fuer die unterschiedlichsten HBr-Anteile lassen sich immer F- zu O-Verhaeltnisse finden, die den geforderten Winkel liefern. Damit werden alle moeglichen Gasgemischrelationen beschrieben, die fuer eine gezielte Winkeleinstellung herangezogen werden koennen. Durch die Zugabe von Helium (He) kann der Winkel erforderlichenfalls zusaetzlich beinflusst werden. Das Modell hat aufgrund seines chemischen Ansatzes auch fuer unterschiedlichste Trockenaetzanlagen Gueltigkeit. Anhand der Relationen lassen sich in einem grossen Arbeitsbereich Gaszusammensetzungen angeben, die einen bestimmten Winkel und Restefreiheit aufweisen. Der Arbeitsbereich beinhaltet dabei die prinzipiell unterschiedlichen Bereiche von Clean Chemistry (geringer Anteil von HBr am Gesamtgemisch) und Dirty Chemistry (hoher Anteil von HBr). Im Bereich der Clean Chemistry steigen die Aetzraten an, womit sich der Anlagendurchsatz erhoeht. Zudem werden die Zeitabstaende zwischen den Kammerreinigungen groesser. Im Bereich der Dirty Chemistry verhaelt es sich umgekehrt. Durch diesen Modellansatz haben die Relationen Gueltigkeit fuer Trenche mit den unterschiedlichsten CD-Werten. Die Relationen sind auf unterschiedliche Trenchformen wie Loecher- und Grabenstrukturen anwendbar. Geringe Schwankungen im Sauerstoffzufluss haben bereits einen starken Einfluss auf den Flankenwinkel. Dieses kann sogar zu Passivierungsinstabilitaeten fuehren. Diese wiederum machen sich als Black Silicon oder Siliziumnadeln im Trench bemerkbar. Bei hoeheren Sauerstoffanteilen am Gesamtfluss wird die Einstellgenauigkeit des Fluoranteils kritisch, so dass hier ein vorgemischtes F-Gasgemisch sinnvoll ist. Eine Feinregulierung von F kann auch durch den entsprechenden Molekularanteil der jeweiligen Verbindung erreicht werden (z.B. SF6/NF3/CF4). Abbildung 1 zeigt Gasmischrelationen am Beispiel ausgewaehlter HBr-Anteile.

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Gasmischrelationen zwischen den Aetzgasen die F/HBr/O/He enthalten fuer die Erzeugung von Trenchprofilen mit Winkelanforderungen von 90° bis 78° (getaperte Winkel) bei Verwendung von RIE Anlagen und High Density Plasmaanlagen

Idea: Dr. Johannes Kaspar, AT-Villach; Dr. Udo Mueller, AT-Villach

Die elektrische Funktionsfaehigkeit von Bauteilen, die einen Trench integriert haben, werden besonders von der Trench-Performance beinflusst. Zur geforderten Performance gehoeren Anforderungen an Flankenwinkel der Trenchseitenwand und Restefreiheit (Black Silicon) in den Trenchstrukturen selbst. Ein geeigneter Winkel an der Trenchoeffnung und ein geeigneter flacher Flankenwinkel im unteren Trenchbereich sind noetig, um eine einwandfreie Erzeugung von Schichten,
d.h. eine lunkerfreie Abscheidung von Schichten in den Trenchstrukturen, zu ermoeglichen.

Bei Bauteilen, die einen Transistor im Trench integriert haben, muss die Restefreiheit gegeben sein, damit die spezifizierte Durchbruchsspannung des Bauteils erreicht werden kann; denn die Reste bilden den Ausgangspunkt fuer Gateoxidschichten, die die Durchbruchsspannungen mindern.

Fuer Bauteile, bei denen der gefuellte Trench eine Kapazitaet bildet, ist eine lunkerfreie Fuellung auch die Voraussetzung fuer einen fehlerfreien Betrieb. Zudem verursachen Lunker Probleme in den nachfolgenden Arbeitsschritten.

Fuer die Loesung des Problems wurde folgendes Modell entwickelt:

Waehrend der Trenchaetzung bildet sich ein Passivierungsoxid, welches im gesamten Trench aufgebaut wird - auch im Trenchboden. An den Seitenwaenden wird dieses Oxid durch Fluor (F) abgeaetzt. Andererseits wird ein durch Sauerstoff (O) und Bromwasserstoff (HBr) bestimmtes Oxidgemisch abgeschieden. Das Dickenwachstum an der Seitenwand laesst sich folgendermassen beschreiben:

dwall = (kwall * HBr * O2 - kseite1 * F), wobei kwall und kseite1 kinetische Konstanten darstellen, die empirisch gewonnen worden sind.

Am Trenchboden wird dieses Oxid auch durch Fluor geaetzt. Andererseits wird mit HBR und O2 ein die Aetzung verzoegerndes Oxid abgeschieden.

dtiefe = (ktiefe1 * F - ktiefe2 * HBr * O2), wobei ktiefe1 und ktiefe2 kinetische Konstanten darstellen, die empirisch gewonnen worden sind.

Durch das entwickelte Modell fuer den Aetz-/Abscheidemechanismus waehrend der Trenchausbildung koennen Relationen bestimmt werden, die eine gezielte Steuerung der Abscheidung und des Abtrags des Seitenwandpassivierungsoxids bei unterschiedlichen Gasmischverhaeltnissen von F...