Reaktive hochfrequenz-sputterätzung von SiO2 im CF4-Ar-gasgemisch

Thin Solid Films, 102 (1983)299-311 PREPARATIONAND CHARACTERIZATION

299

REAKTIVE HOCHFREQUENZ-SPUTTERATZUNG VON CF4-Ar-GASGEMISCH

SiO 2

IM

B. SPANGENBERG Institut fiir Elektronik, Bulgarische Akademie der Wissenschaften, Sofia 1184 (Bulgarien)

D. MALY Institut fiir Physik der Werkstoffbearbeitung, Akademie der Wissenschaften der D.D.R., Berlin 1166 (D.D.R.)

(Eingegangen am 20. Juli, 1982;angenommenam 4. Januar, 1983)

Untersucht wird die reaktive Hochfrequenz-Sputter/itzung im Freon-14Argon (CF4-Ar)-Gasgemisch for die Kontaktfenster6ffnung in SiO2, die eine defektfreie Leitbahnmetallisierung bei der Herstellung von integrierten Halbleiterbauelementen erm6glicht. Die Qualit/it der Strukturiibertragung, realisierte Atzprofile und die Oberfl/ichenmorphologie der Silizium-Wafer werden interpretiert und sind durch Rasterelektronenmikroskopie-Aufnahmen illustriert. Strahlensch/iden in Si/SiO2-Strukturen werden mittels Hochfrequenz-Kapazit/itsSpannungs-Messungen untersucht. Ermittelt wird eine optimale Zusammensetzung des verwendeten A~tzgasgemisches bei der die Operation der SiO2-,g,tzung mit der gleichzeitigen Ablfsung der Negativ-Waycoat IC 528-Lackmaske vereinbar ist. Summary

The results of an investigation of reactive r.f. sputter etching in a CF4-Ar gas mixture for opening contact windows in SiO2, thereby ensuring proper metallization in the production of semiconductor devices, are described. The quality of the photolithographic image, the etching profiles and the morphology of the silicon wafer are interpreted and illustrated by scanning electron photomicrographs. The radiation defects in the Si/SiO2 system are investigated using high frequency capacitance-voltage measurements. The optimum composition of the gas mixture used was determined, enabling simultaneous complete etching of the SiO2 film and removal of the negative Wayeoat IC 528 resist.

1. EINLEITUNG Eine der grundlegenden charakteristischen Besonderheiten der SiliziumPlanar-Technologie besteht in der Verwendung diinner dielektrischer Schichten, iiberwiegend SiO 2, als Diffusionsmaske, Isolations-, Getter- und Passivierungsschicht. Das Offnen von Kontaktfenstern im SiO2 und die anschliessende Leitbahnmetallisierung zur Herstellung der elektrischen Verbindung der einzelnen Elemente innerhalb eines integrierten Sehaltkreises (IS) ist eine sehr verantwortungsvolle technologische Operation. H/iufig werden an nasschemisch ge/itzten SiO2-Stufen ungleichm/issige Auflage (Abdiinnung), Einkerbungen und Unterbrechungen auf0040-6090/83/0000-0000/$03.00

© ElsevierSequoia/Printedin The Netherlands

300

B. SPANGENBERG, D. MALY

(a)

(b) Abb. 1. (a) Abdiinnung und (b) Unterbrechung der Aluminiumleitbahnan nasschemisch ge/itzter SiOJSi-Kontaktfensterstufe.

gedampfter Aluminiumleitbahnschichten beobachtet (Abb. 1), da es auf Grund des isotropen Atzprozesses zur Ausbildung yon steilen und teilweise scharfkantigen Atzprofilen im SiO2 kommt. Das isotrope Atzverhalten der nasschemischen SiOeAtzung fiihrt desweiteren zu einer ungenauen Struktur~ibertragung des Maskenmusters in das zu strukturierende Substrat infolge tier Unter~tzung der Lackmaske (Resist) (Abb. 2). Es ist weiterhin bekannt 1, dass abgediinnte beziehungsweise eingekerbte Aluminiumschichten potentionelle Schwachstellen in IS darstellen, die bei Stromdichten gr6sser 10 s A c m - 2 w/ihrend der Exploitation der Schaltkreise zu Leitbahnunterbrechungen infolge des Elektromigrationseffektes f~ihren (Abb. 3).

Abb. 2. Unter~tzung der Lackmaske als Foige des isotropen nasschemischen .~tzprozesses. Abb. 3. Unterbrechung der AluminiumleitbahnmetaUisierung an SiO2/Si-Stufe infolge Elektromigration.

REAKTIVE SPUTTERATZUNG VON S i O 2 IN

CF,-Ar

301

Um eine defektfreie Metallisierung gewiihrleisten zu k6nnen, ist es daher notwendig beim Kontaktfenster~itzenim SiO 2 ein solches/~tzprofil zu erzeugen, dass Voraussetzungen fiir eine homogene Auflage der Metallisierungsschicht schafft (z.B. flache und abgerundete SiO2-gtzprofile). Fiir diesen Zweck finden ausser der Ionenimplantation auch spezielle Nasschemische- und Ioneniitzverfahren Anwendung2. _a. Eine einfache Variante, die jedoch zumindest ein oder mehrere zusiitzliche Fotolithografieschritte erfordert, besteht in der Verringerung einer hohen SiO2Stufe durch ihren stufenf6rmigen Abbau (Abb. 4).

Abb. 4. Homogener, defektfreier Aluminiumiibergang iiber einer stufenf6rmig abgebauten SiO 2Schicht.

Eine andere, hiiufig praktizierte Methode bei der Herstellung von MetallOxydLHalbleiter-Schaltkreisen ist die sogenannte "Verrundung" von/X,tzstufen in kombinierten SiO2/(Phosphor-Silikat-Glas (PSG))-Schiehten mittels eines Hochtemperaturprozesses in trockener Sauerstoff-Atmosph~ire, bei dem jedoch die laterale Ausbreitung der bereits dotierten Gebiete infolge der Diffusion eine unerwiinschte Begleiterscheinung darstellen kann. Prinzipielle Nachteile der aufgefiihrten Methoden und Technologien fiir die Realisierung eines geeigneten SiO2-Profils, dass eine defektfreie Metallisierung erm6glicht, sind grosser Arbeitsaufwand auf der einen und schwierige Steuerung der Prozesse auf der anderen Seite. In letzter Zeit werden giinstige .~tzprofile fiJr die Metallisierung in zunehmenden Masse durch die direkte Strukturierung yon SiOa-, PSG- und Polykristallinischen-Silizium-Schichten mittels Verfahren der reaktiven Ioneniitzung realisiert*-~. In dieser Arbeit haben wir uns zum Ziel gestellt, M6glichkeiten der Herstellung abgerundeter und relativ flacher/~,tzprofile, Besonderheiten der reaktiven Sputteriitzung sowie das Atzverhalten von SiO 2 im Gasgemisch CF4-Ar zu untersuchen.

302

B. SPANGENBERG, D. MALY

2. SPUTTER.~,TZUNG VON S i O 2 IN C F 4 - A r FOR DEFEKTFREIE LEITBAHNMETALLISIERUNG IN INTEGRIERTEN SCHALTKREISEN MIT MITTLERER PACKUNGSDICHTE

2.1. Versuchsdurchffihrung Die Versuche zum reaktiven Sputter/itzen yon SiO2 wurden in einer Hochfrequenz-Katoden-Zerstfiubungsanlage mit planarer Elektrodenanordnung bei einer Frequenz von 2,5 MHz durchgefiihrt. Als Arbeitsgas wurde ein Freon-14Argon (CF4-Ar)-Gasgemisch verwendet. Der ,~tzprozess erfolgte bei Arbeitsdriicken p = 4-10,5Pa und bei einem Elektrodenabstand x e = 4 , 5 c m bei Hochfrequenz-Ausgangsleistungen P = 25-320W des Hochfrequenzgenerators. W~ihrend der .~,tzung wurden die mit SiO 2 beschichteten Stahl-Substrat-Paletten (Durchmesser, 20cm) wassergekiihlt. Verwendet wurden thermisch oxydierte Siliziumscheiben (n-Typ; (111); p = 6-9 f~ cm). Die Strukturierung des als Lackmaske benutzten Negativ-Resists Waycoat IC 528 erfolgte mit konventioneller Fotolithografietechnik (minimalste Strukturabmessung, 3 ~tm). )ktzversuche ergaben, dass dieser Lack maximal einer Hochfrequenz-Fl/ichenleistung von 0,5 W cm- 2 standh/ilt. In Abb. 5 ist die Abh/ingigkeit der ~,tzgeschwindigkeit V der reaktiven Sputter~itzung fiir SiO2 v o n d e r prozentualen Zusammensetzung des •~tzgases (CF4-Ar) bei verschiedenen Hochfrequenz-Leistungen (P = 25-320 W) dargestellt, wobei Qcv, als Verh/iltnis des Partialdruckes von CF 4 zum allgemeinen Arbeitsdruck CF4-Ar definiert ist. Abbildung 6 zeigt die Abh/ingigkeit V = f(QcF,) fiir den Fotolack Waycoat IC 528 bei zwei Arbeitsdriicken des Atzgases. Die Atzrate der aufgefiihrten Materialien wurde durch Schichtdickenmessung mit dem Talystep

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SiO 2

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100 %

Abb. 5. Abh/ingigkeit der reaktiven Sputter/itzgeschwindigkeit V f/Jr SiO 2 v o n d e r prozentuaJen Zusammensetzung QCF, des ,g,tzgasgemisches CF4-Ar bei verschiedenen Hochfrequenz-Leistungen (p = 4 Pa). Abb. 6. Abh/ingigkeit der reaktiven Sputter/itzgeschwindigkeit V f/Jr Fotolack Waycoat IC 528 yon der prozentualen ZusammensetzungQcv, des Atzgasgemisches CF4-Ar (P = 100 W).

REAKTIVE SPUTTER,~TZUNG VON S i O 2 IN

CF,-Ar

303

und durch Laser-Ellipsometer-Messungen ermitttelt. Die Qualit/it der realisierten /~tzstrukturen wurde mit dem Rasterelektronenmikroskop analysiert.

2.2. Auswertung der Versuchsergebnisse Rasterelektronenmikroskopie (REM)-Profiluntersuchungen ergaben, dass der B6schungswinkel im Waycoat-Lack nach dessen Belichtung, Entwicklung und Temperung (T = 140°C; t = 40Min) 30°-50 ° betrug (Abb. 7). Dieses Profil entspricht sowohl in seiner Form (abgerundete Kanten) als auch beziiglich des B6schungswinkels den Anforderungen fiir eine defektfreie Metallisierung. Aus den ermittelten ,~tzraten fiir SiO2 (Abb. 5) und des Lackes (Abb. 6) ist erkennbar, dass diese bei der reaktiven Sputter/itzung in CF4-Ar ungef~ihr gleich sind bei p = 4 Pa und P = 100W (0,3Wcm-2). Somit ist eine unmittelbare (Ibertragung des Lackprofiles in die SiO2-Schicht bei diesen .~tzbedingungen m6glich, falls Lackund SiO2-Schicht in etwa die gleiche Schichtdicke aufweisen 7. Resultate der reaktiven Sputter~itzung von 600 nm SiO2, maskiert mit strukturiertem WaycoatLack der gleichen Ausgangsschichtdicke, sind in Abh/ingigkeit des CF4-Gehaltes im ,~tzgasgemisch CF4-Arl lin Abbn. 8(a) (QcF, = 25%), 8(b) (QcF, = 50%) undl 8(c) (QcF, = 100%) mit REM-Aufnahmen illustriert. O

I

i

Abb. 7. Lackmaskenprofil im verwendeten Waycoat IC 528-Resist nach Belichtung, Entwicklung und Ausheizung.

Bei QCF4 = 25% (Abb. 8(a)) ist die Siliziumoberfl~iche sauber frei gefitzt und die Strukturiibertragung von hoher Qualit/it. Infolge des Ionenbeschusses treten jedoch starke Strukturver~inderungen im Lack auf, die sein Abl6sen mit chemischen Mitteln nur sehr schwer beziehungsweise iiberhaupt nicht gestattet. Bei Qcv, = 100% (Abb. 8(c)) bildeten sich in einigen F/illen auf der Siliziumoberfl~iche Rauhigkeiten (feink6rnige Strukturen) mit Abmessungen von 100-200 nm (Abb. 9), die vermutlich entwickelte Strukturdefekte infolge Dotierungsinhomogenitfiten beziehungsweise Zentren mit verschiedenen mechanischen Spannungen des Siliziummonokristalls darstellen 8'9. Wie Sekundfirionenmassenspektrometrie- und Augerelektronenspektroskopie-Untersuchungen bewiesen, ist die Ablagerung von atomaren Kohlenstoffschichten auf der Siliziumoberfl~iche nach der ~,tzung in

304

(a)

B. SPANGENBERG, D. MALY

(b)

(c) Abb, 8. SiO2/Si-Mikrostrukturen nach reaktiver H o c h f r e q u e n z - S p u t t e r i t z u n g im C F 4 - A r - G a s g e m i s c h bei p -~ 4 Pa, P = 100 W und x, = 4,5 cm: (a) QcF, = 25%; (b) Qcr, = 50°/o;(c) Qcr, = 100°/o•

reinvm CF4 ebenfalls nicht auszuschlivsscn ~°-~2. (Urn die Dissoziationsintcnsit~it dos CF4-Gasvs und somit die ~,tzgeschwindigkvit beira Plasraatitzvn yon Siliziura und SiO2 zu crh6hen, und auch um den sich ablagerndvn Kohlcnstoff zu verfliichtigen, werden in der Regel dem CF,-Gas geringe Mengen (bis zu 109/o) Sauerstoff hinzugefiigt13.) Ira Vergleich zur SiO2-Atzung in reinera CF4 wurden nach der ,~tzung ira CF4-Ar-Gasgemisch keine Kohlenstoffablagerungen und Rauhigkeiten auf der Siliziuraoberfl[iche festgestellt. Offentsichtlich wird die Sauberkeit der Siliziuraoberfl/iche (Abb. 8) durch den korabinierten physikalischcheraischen ,~tzabtrag infolge des Argonzusatzes erreicht. Diese Hypothese unterliegt jedoch einer geplanten Uberpriifung. Die Verwendung eines A,tzgasgeraisches CF,:Ar ira Verh/iltnis 1:1 erwies sich als optimal, da in diesera Falle die Durch/itzung der SiO2-Schicht rait der gleichzeitigen Abl6sung der Resistschicht

REAKTIVE SPUTTERATZUNG VON S i O 2 IN CF4-Ar

305

vereint werden konnte, womit die Probleme einer nachtriiglichen Lackentfernung entfielen (Abb. 8(b)). Das typische Profil einer solchen SiO2-Atzstruktur ist in Abb. 10 ersichtlich. Der realisierte B6schungswinkel betr/igt ungefiihr 30 ° und offentsichtlich ist dieses SiO2-Profil sehr giinstig fiir die Gewiihrleistung einer defektfreien Metallisierung in diskreten Halbleiterbauelementen und IS mit mittlerer Packungsdichte 14.

Abb. 9. Morphologie der Si/SiO2-Oberfl/iche nach reaktiver Sputteriitzung in CF, (Detail von Abb. 8(c)).

Abb. 10. SiO2-~tzprofll nach reaktiver Sputteriitzung in 50%CF,-5IY/oAr (p = 4Pa; P = 100W; x. = 4,5 era). 3. ERMITTLUNG VON STRAHLENSCHADEN IN Si/SiO2-sTRUKTUREN NACH REAKTIVER HOCI-IFREQUENZ-SPUTTERATZUNG

3.1. Messtechnik und Probenpr@aration Die Untersuchung der Strahlenschiiden in Si/SiO2-Strukturen erfolgte durch die Auswertung der an diesen Strukturen ermittelten Kapazit/its-Spannungs

306

B. SPANGENBERG, D. MALY

(C(U))-Charakteristiken. Die Hochfrequenz-C(U)-Kurven wurden mit einem Kapazit/its-Spannungs-Plotter bei einer Festfrequenz von 1 MHz aufgenommen. Mit Hilfe des Rechenprogramms, das im wesentlichen dem von Fiissell 5 entspricht und auf den Arbeiten von Terman 16 und Lindner 17 zur Berechnung der Grenzfl/ichenzustandsdichte Dit basiert, wurden durch eine Ausgleichung nach Kato und Itoh 18 die Oxydkapazit~it bestimmt, die experimentellen (gestrichelt) und theoretischen (durchgezogen) C(U)- Kurven berechnet und die entsprechenden Termspektren ermittelt (Abbn. 11, 12 und 13).

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V

Abb. 11. C(U)-Kurven: Kurven At, Termspektrum der Ausgangsprobe A1; Kurve Ao, berechnete C(U)-

Charakteristik. Vor Aufnahme der C(U)-Charakteristiken wurden die Siliziumproben wie folgt pr~ipariert: Siliziumwafer (n-Typ; (111); p = 6-9 f~ cm) wurden bei Standardbedingungen thermisch oxydiert. Die Oxyddicke betrug 110-120 nm. Die Proben wurden in verschiedene Gruppen unterteilt und sind in Tabelle I systematisiert. Die Proben der Gruppe A (A1, A2) wurden keiner ,~tzbehandtung unterzogen und dienten als Vergleichsscheiben. Bei den Proben der Gruppe B wurde das thermische SiO2 bei verschiedenen Hochfrequenz-Leistungen bis zu seiner vollsdindigen Entfernung reaktiv in 50% CF4-50%Ar ge/itzt. Danach wurden die Scheiben geteilt. Die jeweiligen B"-Teile wurden einer chemischen Silizium~itzung unterzogen (Atzabtrag, ca. 20 nm). Die B'Teile wurden nicht weiter behandelt. Danach wurden die Scheibenteile B' und B" neu oxydiert und Aluminiumdots zur C(U)-Messung aufgedampft. Ziel der Untersuchungen war die Ermittlung m6glicher Strahlensch/iden im Silizium beim reaktiven Sputter~itzen des SiO2 in Abh/ingigkeit vonder Hochfrequenz-Leistung durch den Vergleich der B'- und B"-Teile.

REAKTIVE SPUTTERATZUNG VON SiO 2 IN C F 4 - A r

307

Bei Charge C wurde eine H/ilfle der Siliziumscheiben (Teil C") mit 600 nm Fotolack Waycoat IC 528 beschichtet. Danach wurde die SiO2-Schicht der unmaskierten C'-Teile bei verschiedenen ,~tzgaszusammensetzungen (siehe Tabelle I) abge/itzt. Von den C"-Teilen wurde dann der verbliebene Fotolack chemisch

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Abb. 12. C(U)-Kurven:KurvenC3'undCa",Termspektrender

ProbenausChargeC(sieheText).

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20

V

Abb. 13. C(U)-Kurven: Kurven D, Termspektren der Probe; Kurven T, nach Formiergastemperung.

308

B. S P A N G E N B E R G ,

D. MALY

TABELLE I .~TZBEDINGUNGEN, FLACHBANDSPANNUNG UFB UND GRENZFLACHENZUSTANDSDICHTE Dtt DER REAKTIV GE,~TZTEN PROBEN

No.

f~tzbedingungen

UFB

Dlt

Urn nach

Dlt nach

(V)

(eV - I

Formiergas-

Formiergas-

temperung

temperung

(V)

( e V - 1 c m - 2)

cm - 2)

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m

A2

h

B I' BI"

50w" 50 w 100w 100 w

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B2" B 3' B3" B4'

150 W 150 W 300 W 300W

50%CF4-50%Ar; p = 4 Pa; x, = 4,5 cm

-2,56 -2,3

1,1 x 1011 -2,1 1,3 x 1011 -2,2

0,8x 1011 0,9 x 10xl

-2,8 -2,7 -2,5 --2,6 --3,1 --2,75 -2,45 -2,7

2,2 x 10" 2,1x 1011 3,0x 1011 2,4x 10it 2,0xlO 11 2,1x 1011 2,2x 1011 2,9x l0 II

1,5 x 10't 1,7x 1011

-2,5 -2,4 ---2,6 --2,5 --

1,8xlO 11 1,9x 1011

-

C 2' C2" C 3' C3" C4' C4" C 5' C5"

25%CF4-75%Ar" 25%CF,-75%Ar 50%CF4-50%Ar P = 100W; 50%CF,-50%Ar p = 4Pa; 75%CF4-25%Ar x= = 4,5 cm 75%CF,-25%Ar 100% CF4 100% CF,

-2,5 -4,0 -2,6 -3,4 -2,8 --3,4 --2,8 --3,4

1,5 × 1011 4,1x 1011 2,1 x 1011 5,0 x 1011 2,6x 1011 4,5 X 1011 2,2X1011 3,9X1011

-2,2 -2,4 ----2,5 --2,1

1,6 × 1011 2,0x 1011

D

50%CF4-50%Ar; P = 100 W; p = 4 Pa;x, -- 4,5cm

--2,7

1,2 X 1012 --2,4

8,0X 1011

-

-

-

-

2,2 X 1011 1,6X 1011

entfernt und die C'-Teile neu oxydiert. Ziel der Pr/iparation. w a r e s zu untersuchen, o b d a s SiO2 u n t e r d e r m a s k i e r e n d e n L a c k s c h i c h t Strahlensch/iden aufweist. Bei P r o b e D w u r d e n ungefiihr 50 n m d e r in diesem Falle v e r w e n d e t e n 150 n m dicken u n m a s k i e r t e n S i O 2 - A u s g a n g s s c h i c h t r e a k t i v abge/itzt, u m den Einfluss d e r d i r e k t e n SiO2-Sputter/itzung zu untersuchen. N a c h den C ( U ) - M e s s u n g e n w u r d e n einige P r o b e n in F o r m i e r g a s ( 9 0 % N 2 - 1 0 % H2) bei 4 5 0 ° C 3 0 - 4 0 M i n g e t e m p e r t u n d d a n a c h erneut a m C ( U ) - M e s s p l a t z ausgemessen (siehe T a b e l l e I u n d A b b n . 11, 12 u n d 13).

3.2. Ergebnisse und Diskussion der Kapazitdts-Spannungs-Messungen D a s A u s g a n g s m a t e r i a l (Vergleichsproben A I u n d A2) zeigt e n t s p r e c h e n d d e r C ( U ) - M e s s u n g Werte, wie sie fiir n o r m a l e O x y d a t i o n s b e d i n g u n g e n /iblich sind ( F l a c h b a n d s p a n n u n g UFB ~ - 2 , 3 V; Z u s t a n d s d i c h t e Dit ,~ 1011 eV -1 cm -2) (Tabelle I). N a c h d e r F o r m i e r g a s t e m p e r u n g verbesserten sich die P a r a m e t e r n o c h geringfiigig, wobei die V e r r i n g e r u n g d e r Z u s t a n d s d i c h t e ( D t t = 0 , 8 x l 0 xl e V - 1 c m - 2 ) vermutlich d u r c h die Abs/ittigung y o n " d a n g l i n g b o n d s " an d e r Si/SiO2-Grenzfl/iche erreicht w u r d e (Tabelle I u n d A b b . 11). Die B e w e r t u n g d e r Versuchsergebnisse d e r C h a r g e B 1/isst den Schluss zu, dass das reaktive H o c h f r e q u e n z - S p u t t e r / i t z e n von SiO2 nicht zu r e g i s t r i e r b a r e n Strahlensch/iden im Silizium fiihrt. Die P r o b e n B' u n d B" zeigen bei allen vier Scheiben

REAKTIVE SPUTTER.~TZUNG VON S i O 2 IN

CF,-Ar

309

(mit Abweichungen innerhalb tier Toleranzgrenze) die gleichen Werte fiir UFB und Dtt (Tabelle I). Sie liegen geringfiigig h6her als beim Ausgangsmaterial, was vermutlich auf unvollkommene Reproduzierbarkeit der Oxydationsbedingungen zurfickzuffihren ist. Nach der Hz-Temperung sind die Werte ffir UFS und Dtt iihnlich denen des Ausgangsmaterials. Im Vergleich zum reaktiven Hochfrequenz-Sputter/itzen ffihrt das Ionenstrahl/itzen mit Argon bei gleicher Versuchsdurchffihrung zu bedeutenden Strahlensch/iden in der Siliziumoberfl/iche, die nach der Neuoxydation zu schlechten Si/SiO2-Grenzfl/icheneigenschaften ffihren (Ver/inderung der Leitfiihigkeit der oberen Siliziumschicht, Verringerung der Lebensdauer der Minorit/itstr/iger, Erh6hung der festen Oxydladung und der Grenzfl/ichenzustandsdichte)x9'2° Hieraus kann geschlussfolgert werden, class im Gegensatz zum ,g,tzangriff durch das Ionenstrahl/itzen beim reaktiven Hochfrequenz-Sputter/itzen die SiO2-Schichten ohne weitreichende St6rung des darunterliegenden Siliziummaterials abgetragen werden. Bei Charge C zeigen die mit Fotolack abgedeckten Teile (C2"-Cs") eine geringe Verschiebung der Flachbandspannung und Erh6hung der Zustandsdichte gegenfiber dem Ausgangsmaterial (A1, A2) beziehungsweise den geitzten und neuoxydierten Teilen C2'-C5' (Tabelle I und Abb. 12). Vermutlich ist dies auf die Erh6hung der fixierten Oxydladung Qt im SiO2,und,der GrenzflfichenzustandsdichteDlt an der Grenzflfiche Si/SiO2 zurfickzuffihren, die mit der weichen R6ntgenstrahlung infolge Einwirkung des Hochfrequenz-Feldes' begriindbar w~ire, zumal diese Strahlenschfiden weitestgehend durch die Niedertemperaturbehandlung ausgeheilt werden kfnnen--bedarf abet zur eindeutigen Kl~irung weiterer Untersuchungen. Ober den Einfluss eine Hochfrequenz-Feldes beziehungsweise des plasmachemischen ~tzens auf die Eigenschaften des Si/SiO2-Systems sind in der Literatur unterschiedliche Auffassungen vertreten. So weist ein Teil der Autoren nach dem plasmachemischen Hochfrequenz-Atzen Strahlensch~iden21-2'~ und strahleninduzierte neutrale Elektronentraps 2s nach, andererseits wurde yon Ma und Mitarbeitern 26-2s gezeigt, dass die Hochfrequenz-Plasmaausheilung zum Ausheilen yon Grenzfl~ichenzust~inden, geladenen St6rstellen- und strahlungsinduzierten Traps in SiO2/Si- und Si3N,dSiO2/Si-Strukturen verwendet werden kann. Die Probe D (Tabelle I und Abb. 13) zeigt sehr grosse Verfinderungen der C(U)Charakteristik, wie sie auch beim Ionenstrahl~itzen des Oxydes gemessen wurden (Erh6hung der Kapazit~it in Inversion, bedeutende Verschiebung der Flachbandspannung und hohe Zustandsdichte Dlt -- 1,2 × 1012 eV- 1 cm-2). Die Ergebnisse dieser Probe zeigen, dass beim reaktiven Hochfrequenz-Sputter~itzen des SiO2 erhebliche Strahlenschfiden auftreten k6nnen, wenn das Oxyd teilweise ge~itzt wird. Durch die Form~e~astemperung konnte die Charakteristik zwar leicht verbessert werden; C(U)-Kurve und Termspektrum (Abb. 13, Kurven T) zeigen jedoch immernoch das Verhalten stark strahlengesch~idigten Materials. 4. FOLGERUNG Untersucht wurden Besonderheiten und .~tzgeschwindigkeiten von SiO2 und Waycoat IC 528-Lack bei der Hochfrequenz-Sputter/itzung im CF,-ArGasgemisch, Bei einem Misehungsverh/iltnis [CF.]:{Ar] = 1:1, gleichen Schicht-

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B. SPANGENBERG,D. MALY

dicken des Oxydes und der Lackmaske und definierten technologischen Einstellbedingungen (p = 4 Pa; P = 100 W; x e = 4,5 cm) ist es m6glich, die O p e r a t i o n der SiO2-Atzung mit der gleichzeitigen Entfernung der Lackmaske zu vereinen. Die Strukturtibertragung M a s k e - S u b s t r a t ist qualitativ gut und das realisierte SiO2,~tzprofil, gekennzeichnet durch abgerundete K a n t e n und mittleren B6schungswinkel von 30 °, entspricht den Anforderungen einer defektfreien Metallisierung. U n t e r s u c h u n g e n auf Strahlensch/iden in Si/SiO2-Strukturen zeigen, dass diese nach einer 3 0 - 4 0 Min T e m p e r a t u r b e h a n d l u n g bei 450 °C in Formiergas weitestgehend ausgeheilt werden k6nnen. D a die Fertigungstechnologie yon IS nach der Aluminiummetallisierung in der Regel eine solche T e m p e r u n g beinhaltet, ist es m6glich, die reaktive Hochfrequenz-Sputter/itzung von SiO2 in C F 4 - A r als zuverl/issige M e t h o d e bei der Offnung von Kontaktfenstern im SiO2 bei der P r o d u k t i o n von diskreten Halbleiterbauelementen und IS mit mittlerer Integrationsdichte zu verwenden. DANK Die Autoren danken Herrn. Dipl.-Ing. H. Kriiger, Volkseigener Betrieb Halbleiterwerk, Frankfurt an der Oder, und Herrn. Dr. F. Przyborowski, Technische Hochschule, Karl-Marx-Stadt, fiir die R E M - U n t e r s u c h u n g e n sowie Herrn. Dipt.-Chem. I. DaraKchiev, Institut fiir Mikroelektronik, Sofia, fiir die fotolithografische Bearbeitung der Proben. LITERATUR 1 S. Luby, in A. S. Rib6ny (Hrsg.), Microelectronics '82, Proc. 3rd Microelectronics Conf. of the Socialist Countries, Siofok, 5.-7.Mai 1982, Central Research Institute for Physics, Budapest, 1982. S.357. 2 M. Andrasi, Thin Solid Films, 67 (2) (1980) 229. 3 Y. Homma und S. Harada, J. Electrochem. Soc., 126 (9) (1979) 1531. 4 J.S. Logan, J. L. Mauer und G. C. Schwartz, I B M Tech. Discl. Bull., 22 (1) (1979) 130. 5 J.A. Bondur und H. A. Clark, Solid State Technol., 4 (1980) 122. 6 A.C. Adams, SolidState Technol., 24 (4) (1981) 178. 7 B. Spangenberg, B. Goranchev, V. Orlinov und I. Darakchiev, inW. Schwenke und L. Heunemann (Hrsgn.), Verb. 7. Tagung auf Hochvakuum, Grenzfldchen und Diinne Schichten, Dresden, 2.-5. Miirz 1981, Bd. 1, Physikalische Gessellschaft der D.D.R., Dresden, 1981, S.283. 8 H. Boyd und M. S. Tang, SolidState Technol., 4 (1979) 133. 9 E. D. Atanasova, K. I. Kirov, B. G. Pantchev und S. S. Georgiev, Phys. Status Solidi A, 59 (1980) 853. 10 B. Spangenberg, Dissertation A, Institut ffir Elektronik, Bulgarische Akademie der Wissenschaften, Sofia, 1982. 1! H.F. Winters, J. AppL Phys.,49 (1978) 5165. 12 H.J. Tiller, Ch. Apfel und R. Voigt, in W. Schwenke und L. Heunemann (Hrsgn.), Verb. 7. Tagung auf Hochvakuum, Grenzfl~ichen und Diinne Schichten, Dresden, 2.-5. Miirz 1981, Bd. 1, Physikalische Gesellschaft der D.D.R., Dresden, 1981, S.225. 13 J.W. Coburn und E. Kay, Solid State TechnoL, 22 (1979) 120. 14 B. Spangenberg, B. Goranchev, V. Orlinov und I. Darakchiev, Bulg. Patent 32094, 14 November 1980. 15 W. F0ssel, Dissertation A, W.-Pieck-Universit/it, Rostock, D.D.R., 1977. 16 L.M. Terman, Solid-State Electron., 5 (1962) 285. 17 E.R. Lindner, Solid-State Electron., 13 (1970) 1597.

REAKTIVE SPUTTERATZUNG VON S i O 2 IN

CF4-Ar

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