DE3504199A1 - Verfahren zum herstellen von polykristallinen siliziumschichten mit glatten oberflaechen - Google Patents
Verfahren zum herstellen von polykristallinen siliziumschichten mit glatten oberflaechenInfo
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Description
-
- Verfahren zum Herstellen von polykristallinen Silizium-
- schichten mit glatten Oberflächen.
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von aus polykristallinen Silizium bestehenden Schichten mit glatten Oberflächen auf überwiegend aus einkristallinem Silizium bestehenden Substraten, wie sie insbesondere als niederohmige Basisanschlüsse in bipolaren integrierten Transistorschaltungen verwendet werden, durch chemische Abscheidung aus der Gasphase bei niederem Druck (LPCVD = low presseure chemical vapor deposition).
- Verfahren zum Abscheiden von polykristallinem Silizium nach dem LPCVD-Verfahren sind zum Beispiel aus dem Aufsatz von J. Kamins dem J. Electrochem. Soc., März 1980, Seiten 686 bis 690, zu entnehmen. Bei der Abscheidung auf Siliziumoxid entsteht eine durch die Kristallitstruktur bedingte Oberflächenrauhigkeit im Bereich von 20 nm. Besteht das Substrat jedoch ganz oder teilweise aus einkristallinem Silizium, so wurde festgestellt, daß es auf dem einkristallinen Silizium zum Wachstum einzelner, besonders großer Kristallite kommen kann, die als "Höcker" über die Polysiliziumoberfläche deutlich hinausragen.
- Diese Höcker sind, da sie bei der anschließenden Trockenätzung des Polysiliziums nicht eingeebnet werden, sondern im wesentlichen konform übertragen werden, sehr schädlich bei der Herstellung integrierter Halbleiterschaltungen.
- Im Falle eines selbstjustierten Bipolartransistors führt dies dazu, daß sich die Höckerstruktur entweder in das Monogebiet des Emitters überträgt (siehe Figur 1), oder, daß p+-Polysiliziumreste im Emittergebiet stehenbleiben (siehe Figur 2).
- Das Problem der "höckerigen Polysiliziumschicht auf den einkristallinen Siliziumgebieten ist bislang noch nicht gelöst. Die Unterbindung der Höckerbildung durch Belassung des natürlichen Oxids auf dem Mono-Siliziumgebiet stellt im Hinblick auf die elektrischen Eigenschaften des Transistors keinen vorteilhaften Weg dar. Auch unterschiedliche Grenzflächenbehandlungen des Mono-Siliziums haben nicht zu einem reproduzierbaren Einfluß auf die Rauhigkeit der abgeschiedenen Polysiliziumschichten geführt.
- Für eine Einebnung einer bereits bestehenden, körnigen Schicht steht derzeit nur ein Naßätzschritt zur Verfügung. Hierbei wird zunächst die Polysiliziumschicht knapp trocken durchgeätzt oder es wird eine Restschicht (von einigen 10 nm) stehengelassen. Anschließend erfolgt dann die Naßätzung, zum Beispiel mit einem Gemisch aus einem Teil Flußsäure, drei Teilen Salpetersäure, sechszehn Teilen Essigsäure, die selektiv gegenüber den p Poly/n-Monogebieten ist. Dieses Verfahren ist jedoch schlecht reproduzierbar und unzuverlässig.
- Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein gut reproduzierbares Verfahren zum Herstellen von Polysiliziumschichten auf einkristallinen Siliziumsubstraten anzugeben, bei dem die, die elektrischen Eigenschaften eines Bipolartransistors störenden Höcker vermieden werden.
- Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Abscheideprozeß in zwei Stufen mit einem dazwischengeschalteten Inertgasspülschritt durchgeführt wird, wobei in einer ersten Stufe eine, gegenüber der zweiten Stufe dünnere Abscheidung von polykristallinem Silizium durchgeführt wird und unmittelbar daran anschließend in der zweiten Stufe im gleichen Reaktor und bei der gleichen Temperatur die Polysiliziumabscheidung beendet wird.
- Dabei liegt es im Rahmen der Erfindung, daß die Schichtdicke der ersten polykristallinen Siliziumschicht auf 10 bis 20 nm und die Abscheidetemperatur im Bereich von 620 bis 650°C, vorzugsweise bei 630°C, eingestellt wird.
- Gemäß einem besonders günstigen Ausführungsbeispiel nach der Lehre der Erfindung wird der Inertgasspülschritt mit Stickstoff in einer Zeitdauer im Bereich von 10 bis 30 Minuten durchgeführt.
- Beim Verfahren nach der Lehre der Erfindung wird ein vom Substrat ausgehendes, zu einzelnen, besonders großen Körnern führendes Kornwachstum dadurch unterbunden, daß der Prozeß so geführt wird, daß das Kornwachstum mit vielen kleinen Kristalliten beginnt. Durch die erfindungsgemäße Doppelabscheidung ohne zwischenzweitliche Entnahme der Substratscheiben aus dem Reaktor ist es möglich, ohne Erzeugung eines natürlichen Oxids zwischen beiden Schichten die Ausbildung der vom Siliziumsubstrat induzierten Höcker zu verhindern.
- Weitere Einzelheiten werden anhand der Figuren 1 bis 3 näher erläutert. Dabei zeigen die Figuren 1 und 2 das Auftreten der "Höcker" bei der Abscheidung von polykristallinem Silizium auf einem einkristallinen Siliziumsubstraten und die Figur 3 die gleiche Struktur wie die Figur 1, jedoch ohne Höcker, wie sie nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhalten wird.
- Aus der Figur 1 ist deutlich zu ersehen, wie sich die höckerartigen Auswüchse 4 nahezu konform (4a) auf alle Folgeschichten übertragen. Es gelten folgende Bezugs- zeichen: 1 = einkristallines Siliziumsubstrat, 2 = Bereiche aus Si02, 3 = Polysiliziumschicht, 4, 4a = höckerartige Auswüchse und 5 = auf Polysilizium abgeschiedenes, als Zwischenoxid wirkendes Siliziumoxid.
- Figur 2: Wird die Polysiliziumschicht 3 nach Figur 1 rein trocken durchgeätzt, bleiben die "Höcker" 4b auf dem Siliziumsubstrat 1 (Emitterfenster bei Bipolartransistor) stehen. Stärkeres Überätzen führt nur zu einer Übertragung der Oberflächenform auf das Monosiliziumgebiet 1.
- Die Abscheidung einer weiteren Schicht 5, zum Beispiel von Zwischenoxid und deren Rückätzung zur Spacererzeugung an den Polysiliziumflanken 3 führt auch an den steilen Höcker flanken 4 zu einem spacerartigen Mantel.
- Die Figur 3 zeigt die Struktur nach Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Dabei ist mit dem Bezugszeichen 3a die erste polykristalline Siliziumschicht (10 bis 20 nm dick) und mit 3b die nach erfolgter 10 bis 30 minütiger Inertgasspülung erfolgte Abscheidung der zw eiten polykristallinen Siliziumschicht bezeichnet. Ansonsten gelten die gleichen Bezugszeichen wie in Figur 1.
- 4 Patentansprüche 3 Figuren -- Leerseite -
Claims (4)
- Patentansprüche 1. Verfahren zum Herstellen von aus polykristallinem Silizium bestehenden Schichten mit glatten Oberflächen auf überwiegend aus einkristallinem Silizium bestehenden Substraten, wie sie insbesondere als niederohmige Basisanschlüsse in bipolaren integrierten Transistorschaltungen verwendet werden, durch chemische Abscheidung aus der Gasphase bei niederem Druck (LPCVD = low presseure chemical vapor deposition), d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Abscheideprozeß in zwei Stufen mit einem dazwischengeschalteten Inertgasspülschritt durchgeführt wird, wobei in einer ersten Stufe eine, gegenüber der zweiten Stufe dünnere Abscheidung (3a) von polykristallinem Silizium durchgeführt wird und unmittelbar daran anschließend in der zweiten Stufe im gleichen Reaktor und bei der gleichen Temperatur die Polysiliziumabscheidung (3b) beendet wird.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Schichtdicke der ersten polykristallinem Siliziumschicht (3a) auf 10 bis 20 nm eingestellt wird.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Abscheidetemperatur im Bereich von 620 bis 650°C, vorzugsweise bei 630°C, eingestellt wird.
- 4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Inertgasspülschritt mit einer Zeitdauer im Bereich von 10 bis 30 Minuten und mit Stickstoff als Spülgas durchgeführt wird.
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| EP0440393A2 (de) * | 1990-01-29 | 1991-08-07 | Motorola Inc. | Verbesserte Abscheidung einer leitenden Schicht für Kontakte |
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1985
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| EP0440393A2 (de) * | 1990-01-29 | 1991-08-07 | Motorola Inc. | Verbesserte Abscheidung einer leitenden Schicht für Kontakte |
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