DE102004007186B4 - A method of removing a layer on a trench bottom of a trench formed in a substrate - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Entfernen eines freiliegenden Abschnittes (31) einer Schicht (3) auf einem Grabenboden (11) eines in einem Substrat (2) ausgebildeten und mit der Schicht (3) ausgekleideten Grabens (1), bei dem:
– in einem ersten Prozessschritt außerhalb des Grabens (1) oberhalb einer Substratoberfläche (21) eine Schutzschicht (4) zur Verhinderung oder Verzögerung eines Ätzangriffes auf eine Oberflächenschicht (32), die außerhalb des Grabens (1) auf oder oberhalb der Substratoberfläche (21) angeordnet ist, aufgebracht wird, wobei die Schutzschicht (4) selektiv zum Substrat, zur Schicht (3) und zur Oberflächenschicht (32) zu entfernen ist und
– in einem zweiten Prozessschritt nach dem Aufbringen der Schutzschicht (4) mit einem anisotropen Ätzprozess der Abschnitt (31) zurückgeätzt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Schutzschicht (4) aus porösem Oxid ist.A method of removing an exposed portion (31) of a layer (3) on a trench bottom (11) of a trench (1) formed in a substrate (2) and lined with the layer (3), wherein:
A protective layer (4) for preventing or delaying an etching attack on a surface layer (32) outside the trench (1) on or above the substrate surface (21) in a first process step outside the trench (1) above a substrate surface (21) is arranged, wherein the protective layer (4) selectively to the substrate, the layer (3) and the surface layer (32) is to remove and
Is etched back in a second process step after the application of the protective layer (4) with an anisotropic etching process, the portion (31),
characterized in that
the protective layer (4) is of porous oxide.

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Figure 00000001

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Entfernen eines freiliegenden Abschnittes einer Schicht auf einem Grabenboden eines in einem Substrat ausgebildeten und mit der Schicht ausgekleideten Grabens nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The The invention relates to a method for removing an exposed one Section of a layer on a trench bottom of a in a substrate trained and lined with the layer trench after the Preamble of claim 1.

Der Bedarf an mikroelektronischen Bausteinen, wie zum Beispiel DRAM(Dynamic Random Access Memory)-Speicherzellen, die auf einer immer kleiner werdenden Fläche auf einem Halbleiterwafer ausgebildet werden, fördert die Entwicklung von Verfahren und Materialien, die eine zunehmende Integration von Strukturen ermöglichen und eine Funktionstüchtigkeit der geschrumpften mikroelektronischen Bausteine gewährleisten.Of the Demand for microelectronic devices, such as DRAM (Dynamic Random Access Memory) memory cells that are on an ever smaller expectant area be formed on a semiconductor wafer promotes the development of methods and materials, which is an increasing integration of structures enable and a functionality ensure the shrunken microelectronic devices.

Zu den sich ständig verkleinernden Strukturen gehören Gräben, die in ein Halbleitersubstrat oder in ein isolierendes Substrat eingebracht werden und in denen mikroelektronische Bauelemente, wie beispielsweise Kondensatoren, ausgebildet werden. Als Lochgräben ausgebildete Gräben, die mit einem leitenden Material gefüllt werden, können zur Kontaktierung von Bauelementen oder vom Substrat oder zur elektrisch leitenden Verbindung zwischen zwei Leiterbahnebenen eingesetzt werden. Es ist eine in der Planartechnologie häufig vorkommende Problemstellung, einen in einem Substrat eingebrachten Graben, der mit einer isolierenden Schicht ausgekleidet ist, am Grabenboden von der isolierenden Schicht wieder zu befreien, beispielsweise um einen elektrischen Kontakt zum unter der Schicht liegenden Substrat herzustellen. Anschließend kann in dem Graben eine elektrisch leitende Füllung vorgesehen werden, mit der der Kontakt zum Substrat hergestellt wird. Die Entfernung der Schicht am Grabenboden sollte dabei so vorgenommen werden, dass die Schicht an den Seitenwänden des Grabens und Schichten auf einer Substratoberfläche außerhalb des Grabens oder die Substratoberfläche selbst nicht angegriffen werden.To constantly belonging to shrinking structures ditches, in a semiconductor substrate or in an insulating substrate and in which microelectronic components, such as capacitors are formed. Trained as a trench ditches, which are filled with a conductive material, can for Contacting of components or of the substrate or to the electrical conductive connection between two tracks levels are used. It is a common problem in planar technology, a trench introduced in a substrate, which is provided with an insulating trench Layer is lined at the trench bottom of the insulating layer free again, for example, an electrical contact to produce the underlying substrate layer. Then you can in the trench an electrically conductive filling are provided, with the contact with the substrate is made. The removal of the Layer at the bottom of the trench should be made so that the layer on the side walls of the trench and layers on a substrate surface outside of the Trench or the substrate surface not to be attacked yourself.

In der 1 ist die beschriebene Problemstellung noch einmal veranschaulicht. Die 1A zeigt einen in einem Substrat 2 ausgebildeten Graben 1, der mit einer Schicht 3 ausgekleidet ist. Auf einer Substratoberfläche 21 außerhalb des Grabens 1 ist eine Oberflächenschicht 32 vorgesehen und auf der Oberflächenschicht 32 ist die Schicht 3, die ebenfalls eine Oberflächenschicht 32 ausbildet, angeordnet. Um einen freiliegenden Abschnitt 31 der Schicht 3 an einem Grabenboden 11 zu entfernen, wird ein anisotropes Ätzverfahren eingesetzt. Da ein Ätzangriff an der Substratoberfläche 21 pro Zeiteinheit einen größeren Ätzabtrag als am Grabenboden 11 aufgrund des Aspektverhältnisses, des Verhältnisses von Tiefe zum Durchmesser des Grabens 1, aufweist, wird die Schicht 3 an der Substratoberfläche 21 schneller entfernt als am Grabenboden 11.In the 1 the problem described is illustrated once again. The 1A shows one in a substrate 2 trained trench 1 that with a layer 3 is lined. On a substrate surface 21 outside the trench 1 is a surface layer 32 provided and on the surface layer 32 is the layer 3 , which also has a surface layer 32 trains, arranged. To an exposed section 31 the layer 3 on a trench bottom 11 To remove, an anisotropic etching process is used. As an etching attack on the substrate surface 21 per unit time a larger etch removal than at the trench bottom 11 due to the aspect ratio, the ratio of depth to diameter of the trench 1 , has, the layer becomes 3 at the substrate surface 21 faster than at the bottom of the trench 11 ,

Dieser Sachverhalt ist in der 1B dargestellt. Während die Schicht 3 an der Substratoberfläche 21 bereits abgetragen wurde, ist der Abschnitt 31 der Schicht 3 am Grabenboden 11 noch nicht vollständig entfernt. Die dicken und die dünnen Pfeile in der 1B deuten die Geschwindigkeit des Ätzabtrages an. Die Schicht 3 an der Substratoberfläche 21 ist bereits entfernt, während am Grabenboden 11 noch ein Rest der Schicht 3 vorhanden ist. Würde man solange weiterätzen, bis die Schicht 3 am Grabenboden 11 abgetragen ist, so würde man gleichzeitig die Oberflächenschicht 32 angreifen, was unerwünscht ist.This fact is in the 1B shown. While the shift 3 at the substrate surface 21 has already been removed, is the section 31 the layer 3 at the bottom of the ditch 11 not completely removed. The thick and the thin arrows in the 1B indicate the rate of Ätzabtrages. The layer 3 at the substrate surface 21 is already removed while at the trench bottom 11 still a rest of the shift 3 is available. Would you keep on etching until the shift 3 at the bottom of the ditch 11 is removed, so you would at the same time the surface layer 32 attack what is undesirable.

Ein ideales Ätzergebnis ist in der 1C dargestellt. Die 1C unterscheidet sich von der 1B darin, dass der Abschnitt 31 der Schicht 3 am Grabenboden 11 entfernt wurde, während die Schicht 3 auf der Oberflächenschicht 32 noch vollständig erhalten geblieben ist.An ideal etching result is in the 1C shown. The 1C is different from the 1B in that section 31 the layer 3 at the bottom of the ditch 11 was removed while the shift 3 on the surface layer 32 still completely preserved.

Um das in der 1C dargestellte ideale Ätzergebnis zu erreichen, wird herkömmlicherweise auf die Oberflächenschicht eine Schutzschicht, ein sogenannter Liner aufgebracht. Der Liner kann beispielsweise durch eine Gasphasenabscheidung (CVD – Chemical Vapour Deposition-Verfahren) aufgebracht werden.To do that in the 1C In order to achieve the ideal etching result, a protective layer, a so-called liner, is conventionally applied to the surface layer. The liner can be applied, for example, by a chemical vapor deposition (CVD) method.

In der 2A ist der in der 1A gezeigte Graben 1 mit einer Schutzschicht 6 dargestellt. Wie es der 2A zu entnehmen ist, wächst die Schutzschicht 6 noch in den Graben 1 hinein, wodurch eine Verengung der Grabenöffnung verursacht wird.In the 2A is the one in the 1A shown ditch 1 with a protective layer 6 shown. Like the 2A it can be seen, the protective layer grows 6 still in the ditch 1 into it, causing a narrowing of the trench opening.

Die 2B zeigt den Graben nach erfolgtem anisotropen Ätzschritt. Wie man sieht, ist der Abschnitt 31 der Schicht 3 am Grabenboden 11 vollständig entfernt, während die Schutzschicht 6 auf der Oberflächenschicht 32 in ihrer Dicke so vorgesehen wurde, dass sie bei dem Ätzschritt nicht vollständig mit entfernt wird, so dass ein wirkungsvoller Schutz von den unter der Schutzschicht 6 angeordneten Oberflächenschichten 32 erreicht wird.The 2 B shows the trench after anisotropic etching step. As you can see, that's the section 31 the layer 3 at the bottom of the ditch 11 completely removed while the protective layer 6 on the surface layer 32 was provided in thickness so that it is not completely removed in the etching step, so that an effective protection of the under the protective layer 6 arranged surface layers 32 is reached.

Der Nachteil dieser Vorgehensweise ist in der 2C dargestellt. Da die Schutzschicht 6 prozessbedingt vor einem Temperaturschritt aufgebracht wird und üblicherweise aus einem Siliziumoxid besteht, wird sie durch das Erhitzen beim Temperaturschritt verdichtet und verfestigt, so dass sie bei einem Reinigungsschritt, der vor einem Auffüllen des Grabens 1 erfolgt, nicht mit entfernt wird. Die Schutzschicht 6 bleibt also stehen und verengt die Grabenöffnung. Wird der Graben 1 nun mit einem leitenden Material, das beispielsweise mit einem CVD-Verfahren abgeschieden wird, gefüllt, um eine Kontaktstruktur herzustellen, können sich in einer Füllung 5 aufgrund der verengten Grabenöffnung Hohlräume ausbilden. Diese beeinträchtigen einen Kontaktwiderstand und sind unerwünscht.The disadvantage of this procedure is in the 2C shown. Because the protective layer 6 Process is applied prior to a temperature step and usually consists of a silicon oxide, it is compressed by the heating at the temperature step and solidified, so that they in a cleaning step, before filling the trench 1 done, not removed with. The protective layer 6 So stop and narrow the trench opening. Will the ditch 1 Now with a conductive material, which is deposited for example by a CVD method, filled to a Kontaktstruk can produce in a filling 5 form cavities due to the narrowed trench opening. These impair contact resistance and are undesirable.

Die 2C unterscheidet sich von der 2B durch eine die Füllung 5 ausbildende, abgeschiedene Metallschicht 51. Wie man sieht, ist durch die verengte Grabenöffnung in der Füllung 5 ein großer Hohlraum (void) entstanden.The 2C is different from the 2 B through a the filling 5 forming, deposited metal layer 51 , As you can see, is through the narrowed trench opening in the filling 5 a large cavity (void) emerged.

Um den Nachteil der schwer zu entfernenden, die Grabenöffnung verengenden, dichten, aus einer CVD-Abscheidung hervorgegangenen Schutzschicht zu vermeiden, wird in einem herkömmlichen anderen Verfahren zum Ätzen der Schicht am Grabenboden die Schutzschicht während des Ätzens der Schicht abgeschieden. In einer Trockenätzkammer wird der Prozess in der Art und Weise gesteuert, dass gleichzeitig sowohl ein Ätzen am Grabenboden und an der Substratoberfläche als auch ein Abscheiden an der Substratoberfläche außerhalb des Grabens stattfinden.Around the disadvantage of difficult to remove, narrowing the trench opening, dense, resulting from a CVD deposition protective layer to avoid being in a conventional other Method of etching the layer at the bottom of the trench the protective layer deposited during the etching of the layer. In a dry etching chamber is the process is controlled in the way that both simultaneously an etching at the trench bottom and substrate surface as well as depositing the substrate surface outside of the ditch.

Besteht die zu ätzende Schicht beispielsweise aus Siliziumdioxid, so wird als ein Ätzgas üblicherweise eine Kohlenstofffluorverbindung und ein inertes Gas, z. B. Argon, eingesetzt. Eine in der Trockätzkammer durchzuführende Abscheidung der Schutzschicht aus Siliziumoxid wird durch ein dem Ätzgas hinzuzufügendes SiF4-Gas und ein O2-Gas erreicht. Die einstellbaren Parameter der Trockenätzanlage, wie Druck, Leistung, Temperatur, Gasflüsse, werden so gewählt, dass das Abscheiden der Schutzschicht an der Substratoberfläche und das Ätzen der Schutzschicht in einem vorgebenen Verhältnis zueinander stattfinden, so dass die unter der Schutzschicht liegende Oberflächenschicht nicht angegriffen wird. Das Abscheiden ausschließlich an der Substratoberfläche ist möglich bei Gräben mit einem genügend hohen Aspektverhältnis, bei denen am Grabenboden aufgrund des Aspektverhältnisses keine Deposition des Materials der Schutzschicht stattfindet, so dass der Abschnitt der Schicht am Grabenboden ausschließlich geätzt werden kann.For example, if the layer to be etched consists of silicon dioxide, an etching gas is usually a carbon fluoride compound and an inert gas, e.g. As argon used. A deposition of the protective layer of silicon oxide to be carried out in the dry etching chamber is achieved by a SiF 4 gas to be added to the etching gas and an O 2 gas. The adjustable parameters of the dry etching system, such as pressure, power, temperature, gas flows, are chosen so that the deposition of the protective layer on the substrate surface and the etching of the protective layer take place in a predetermined relationship, so that the surface layer underlying the protective layer is not attacked , Depositing exclusively on the substrate surface is possible for trenches with a sufficiently high aspect ratio, in which no deposition of the material of the protective layer takes place at the trench bottom due to the aspect ratio, so that the section of the layer at the trench bottom can be etched exclusively.

Das Problem bei diesem Verfahren liegt darin, dass es nicht immer möglich ist, die Balance zwischen Abscheiden und Ätzen zu erhalten. Häufig kommt es vor, dass die Schicht am Grabenboden noch nicht ganz entfernt ist und an der Substratoberfläche bereits die Oberflächenschicht mit angeätzt wird.The The problem with this method is that it is not always possible to maintain the balance between deposition and etching. Often comes It does not mean that the layer at the bottom of the trench is not completely removed is and at the substrate surface already the surface layer is etched with.

Ein Prozessfenster bezüglich der einstellbaren Parameter der Trockenätzanlage wird durch das Aspektverhältnis und durch das Verhältnis von der Dicke der Schutzschicht zu der Dicke der Schicht am Grabenboden bestimmt. Da Ätzen und Abscheiden an der Substratoberfläche gleichzeitig in einem vorgegebenen Verhältnis zueinander stattfinden sollten, ist das Prozessfenster sehr eng und damit die Fehlerrate sehr hoch. Dies führt zu einer hohen Ausschussrate und damit zu hohen Kosten bei der Produktion.One Process window regarding The adjustable parameter of the dry etching system is determined by the aspect ratio and through the relationship from the thickness of the protective layer to the thickness of the layer at the trench bottom certainly. Because etching and depositing on the substrate surface simultaneously in a predetermined one relationship should take place to each other, the process window is very close and thus the error rate very high. This leads to a high reject rate and thus high production costs.

Im Einzelnen ist aus der US 5,275,965 A eine Trenchisolation bekannt, bei der ein anisotropes Ätzen im Bereich eines Grabenbodens unter Verwendung einer außerhalb des Grabens vorgesehenen Nitrid-Schutzschicht vorgenommen wird.In detail is from the US 5,275,965 A a Trenchisolation known in which an anisotropic etching in the region of a trench bottom is made using a provided outside the trench nitride protective layer.

Weiterhin ist aus der EP 1 037 275 A1 ein aus einer porösen Oxidschicht bestehender Zwischenlagen-Isolierfilm bekannt, der durch eine Sauerstoff-Plasmaoxidation gebildet ist. Ein solcher Isolierfilm soll sich durch eine Verringerung der Kapazität zwischen benachbarten Verdrahtungsleitungen in Folge seiner niedrigen Dielektrizitätskonstanten auszeichnen.Furthermore, from the EP 1 037 275 A1 an interlayer insulating film made of a porous oxide film, which is formed by an oxygen plasma oxidation. Such an insulating film is said to be characterized by a reduction in capacitance between adjacent wiring lines due to its low dielectric constant.

Schließlich beschreiben noch die US 2002/0093041 A1 und die WO 01/84602 A2 die Entfernung eines Liners im Bodenbereich eines Grabens bzw. die Auftragung einer Linerschicht sowohl in einem Graben als auch auf einer Oberflächenschicht.Finally describe the US 2002/0093041 A1 and the WO 01/84602 A2 the removal of a liner in the bottom region of a trench or the application of a liner layer both in a trench and on a surface layer.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Entfernen einer Schicht an einem Grabenboden eines in einem Substrat ausgebildeten Grabens zur Verfügung zu stellen, das eine hohlraumfreie Füllung ermöglicht und bei dem im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren ein Prozessfenster erweitert ist.task The present invention is a method for removing a Layer on a trench bottom of a trench formed in a substrate to disposal to make that allows a void-free filling and in the comparison to conventional Procedure a process window is extended.

Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren gemäß Patentanspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.These Task is solved with a method according to claim 1. Advantageous developments of the invention will become apparent from the Dependent claims.

Es wird ein Verfahren zum Entfernen eines freiliegenden Abschnittes einer Schicht auf einem Grabenboden eines in einem Substrat ausgebildeten und mit der Schicht ausgekleideten Grabens zur Verfügung gestellt. Bei dem Verfahren wird in einem ersten Prozessschritt außerhalb des Grabens oberhalb einer Substratoberfläche eine Schutzschicht aus porösen Oxid aufgebracht. Die Schutzschicht hat die Aufgabe, einen Ätzangriff auf eine unter der Schutzschicht vorgesehene Oberflächenschicht, die außerhalb des Grabens auf oder oberhalb der Substratoberfläche angeordnet ist, zu verhindern oder zu verzögern. Die Schutzschicht hat die Eigenschaft, dass sie selektiv zum Substrat, zur Schicht und zur Oberflächenschicht zu entfernen ist. In einem zweiten Prozessschritt wird nach dem Aufbringen der Schutzschicht der Abschnitt mit einem anisotropen Ätzprozess zurückgeätzt.It is a method for removing an exposed portion a layer on a trench bottom of a substrate formed in and provided with the layer lined trench. In the process is in a first process step outside the trench above a substrate surface a protective layer of porous Oxide applied. The protective layer has the task of an etching attack on a surface layer provided under the protective layer, the outside of the trench is arranged on or above the substrate surface or delay. The protective layer has the property of being selective to the substrate, to the layer and to the surface layer to remove. In a second process step is after the Apply the protective layer of the section with an anisotropic etching process etched back.

Die Schutzschicht, die selektiv zum Substrat zur Schicht und zur Oberflächenschicht zu entfernen ist, lässt sich vor einem Füllen des Grabens beispielsweise bei einem Reinigungsschritt mit einem nasschemischen Verfahren wieder entfernen und kann dadurch zu keiner Störung mehr beim Füllen des Grabens beitragen. Die Schutzschicht kann in einer Trockenätzanlage bei im Vergleich zu einer CVD-Abscheidung geringen Temperaturen, als eine poröse lockere Oxidschicht abgeschieden werden. Eine poröse lockere Schicht, die keinem Temperaturschritt ausgesetzt war, lässt sich im Gegensatz zu Oxidschichten, die erhitzt wurden, in einfacher Weise mit dem Reinigungsschritt entfernen.The protective layer to selectively remove the substrate to the layer and the surface layer is, before a filling of the trench, for example, in a cleaning step with a wet-chemical process remove again and thereby can contribute to any further disturbance in filling the trench. The protective layer may be deposited in a dry etching system at low temperatures as compared to CVD deposition, as a porous, loose oxide layer. A porous, loose layer which has not been exposed to a temperature step can easily be removed with the cleaning step, in contrast to oxide layers which have been heated.

Nach dem Aufbringen der Schutzschicht wird ein anisotroper Ätzprozess durchgeführt. Durch die zeitliche Trennung und ei ne daraus resultierende Entkopplung der beiden Prozessschritte, nämlich Abscheiden der Schutzschicht und Ätzen, können die jeweiligen Prozessschritte unabhängig voneinander optimiert werden. Die Schutzschicht kann nun mit einer vorzugebenden Dicke vorgesehen werden, so dass der Abschnitt bei dem Ätzprozess vollständig weggeätzt werden kann und Oberflächenschichten außerhalb des Grabens erhalten bleiben. Die einzustellenden Parameter der Trockenätzanlage, wie Gasfluss, Druck, Leistung und Temperatur können für die jeweiligen Prozessschritte, Abscheiden und Ätzen, unabhängig voneinander eingestellt und optimiert werden. Dadurch lässt sich eine deutliche Prozessfenstererweiterung bezüglich der Parameter gegenüber einem herkömmlichen Verfahren erzielen. Mit einem erweiterten Prozessfenster wird weniger Ausschuss produziert, wodurch sich Produktionskosten senken lassen.To the application of the protective layer becomes an anisotropic etching process carried out. Due to the temporal separation and a resulting decoupling the two process steps, namely Depositing the protective layer and etching, the respective process steps independently be optimized from each other. The protective layer can now with a be given thickness, so that the section at the etching process be completely etched away can and surface layers outside of the trench. The parameters to be set are dry etching, such as gas flow, pressure, power and temperature can be used for the respective process steps, Depositing and etching, independently set and optimized from each other. This can be done a clear process window extension with respect to the parameters compared to one usual Achieve method. With an extended process window will be less waste produced, which can reduce production costs.

Vorzugsweise wird die Schicht auch als Oberflächenschicht vorgesehen. Die Schicht, die den Graben auskleidet, kann auch auf der Substratoberfläche außerhalb des Grabens vorgesehen werden.Preferably the layer also becomes a surface layer intended. The layer lining the trench can also open the substrate surface outside be provided of the trench.

Der Graben wird in vorteilhafter Weise mit einem Aspektverhältnis vorgesehen, bei dem kein Material der Schutzschicht am Grabenboden abgeschieden wird. Das Aspektverhältnis beschreibt ein Verhältnis aus Tiefe zu Breite des Grabens, bzw. bei einem Lochgraben das Verhältnis aus Tiefe des Grabens zum Durchmesser des Grabens. Je höher das Aspektverhältnis des Grabens ist, desto geringer ist die Wahrscheinlichkeit für eine Abscheidung von Material der Schutzschicht auf dem Grabenboden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders vorteilhaft anwendbar auf Gräben mit einem hohen Aspektverhältnis, das zwischen 4 und 6 liegt. Anhand von Elektronenmikro skopaufnahmen konnte nachgewiesen werden, dass bei den genannten Aspektverhältnissen kein Material der Schutzschicht am Grabenboden und an Seitenwänden des Grabens deponiert wurde. Anwendbar ist die Erfindung aber auch bei Gräben mit einem niedrigeren oder mit einem höheren Aspektverhältnis.Of the Trenching is advantageously provided with an aspect ratio in which no material of the protective layer deposited on the trench bottom becomes. The aspect ratio describes a relationship from depth to width of the trench, or in a hole ditch the ratio of Depth of the trench to the diameter of the trench. The higher the aspect ratio of the Grabens, the lower the probability of deposition of protective layer material on the trench bottom. The inventive method is particularly advantageously applicable to trenches with a high aspect ratio, the between 4 and 6 lies. Based on electron microscope photographs could be proven that in the above aspect ratios no material of the protective layer on the trench bottom and on side walls of the Grabens was deposited. However, the invention is also applicable to trenches a lower or higher aspect ratio.

Vorzugsweise wird die Schicht aus Siliziumdioxid vorgesehen. Die Schutzschicht wird aus einem porösen Oxid gebildet. Das poröse Oxid hat die Eigenschaft weniger fest und darum leichter bei einem Reinigungsschritt ablösbar zu sein.Preferably the layer of silicon dioxide is provided. The protective layer becomes a porous one Formed oxide. The porous one Oxide has the property less firm and therefore easier in a cleaning step removable to be.

Vorzugsweise wird die Schutzschicht in einer Trockenätzanlage abgeschieden. Das Abscheiden der Schutzschicht in einer Trockenätzanlage hat den Vorteil, dass die Schutzschicht aufgrund der Temperaturverteilung in der Trockenätzanlage inkonform, also ausschließlich auf der Oberflächenschicht, abgeschieden werden kann. Da die Temperaturen außerdem im Vergleich zu einem CVD-Verfahren in der Trockenätzanlage sehr viel niedriger sind, lässt sich in einer solchen Anlage bevorzugt ein die Schutzschicht ausbildendes Siliziumdioxid, das porös und leicht entfernbar ist, abscheiden. Prozessbedingt erfährt das in der Trockenätzanlage abgeschiedene poröse Siliziumdioxid auch keinen es verdichtenden Temperaturschritt mehr.Preferably the protective layer is deposited in a dry etching plant. The Deposition of the protective layer in a dry etching system has the advantage that the protective layer due to the temperature distribution in the dry etching inconform, that is exclusively on the surface layer, can be deposited. In addition, the temperatures compared to a CVD process in the dry etching plant are much lower leaves in such an installation, a protective layer preferably forms Silica, the porous and is easily removable, deposit. Process-related learns that in the dry etching plant separated porous Silica also no more compressing temperature step.

Vorzugsweise wird als Trockenätzanlage eine HDP(High Density Plasma)-Anlage angewendet. In einer HDP-Anlage lassen sich die für die Nutzung dieser Erfindung notwendigen Prozessbedingungen bevorzugt erzielen.Preferably becomes a dry etching plant HDP (High Density Plasma) system applied. In a HDP plant let's go for preference is given to using the process conditions required by this invention achieve.

In vorteilhafter Weise wird zur Abscheidung der Schutzschicht in der Trockenätzanlage als eine Gaskomposition Silizium tetraflourid, molekularer Sauerstoff und Argon vorgesehen. Einstellbare Parameter der Trockenätzanlage, wie Leistung, Druck, Temperatur und Gasfluss, werden so gewählt, dass ausschließlich eine inkonformes Abscheiden der Schutzschicht erfolgt. Bei einer ICP(Inductivly Coupled Plasma)-Anlage kann der Druck zwischen 1 bis 10 × 133,3 mPa werden. Die eingekoppelte Leistung mit der das Plasma gezündet wird, sollte so hoch sein, dass das SiF4 gespalten wird und sich ein Siliziumdioxid auf der Oberflächenschicht ablagern kann. Die Leistung kann beispielsweise Werte zwischen 1500–2000 Watt annehmen. Die Substratoberfläche ist Teil eines Wafers, dessen Temperatur beispielsweise 20°C aufweisen kann. Der Wafer befindet sich bei der Prozessierung in der Trockenätzanlage auf einer Elektrode, an der ebenfalls eine Leistung von ungefähr 300 Watt eingekoppelt wird. Durch die an der Elektrode eingekoppelte Leistung werden Argonionen im Plasma zu der Waferoberfläche hin beschleunigt. Treffen die Argonionen mit hoher Geschwindigkeit auf die Substratoberfläche auf, so haben sie dabei noch eine Zerstäubungsfunktion (Sputterfunktion). Durch das Zerstäuben werden nicht festgebundene Anteile der Schutzschicht entfernt, und die Schutzschicht wird verdichtet.Advantageously, tetraflouride, molecular oxygen and argon are provided as a gas composition for depositing the protective layer in the dry etching equipment. Adjustable parameters of the dry etching system, such as power, pressure, temperature and gas flow, are selected in such a way that only an inappropriate deposition of the protective layer takes place. In an Inductively Coupled Plasma (ICP) system, the pressure can be between 1 to 10 x 133.3 mPa. The coupled power with which the plasma is ignited should be so high that the SiF 4 is split and a silicon dioxide can deposit on the surface layer. For example, the power can reach values between 1500-2000 watts. The substrate surface is part of a wafer whose temperature may be 20 ° C, for example. During the processing in the dry etching system, the wafer is located on an electrode at which a power of about 300 watts is also coupled in. The power coupled to the electrode accelerates argon ions in the plasma toward the wafer surface. If the argon ions hit the substrate surface at high speed, they still have a sputtering function. Sputtering removes unbound portions of the protective layer and densifies the protective layer.

In vorteilhafter Weise werden der erste und der zweite Prozessschritt in derselben Trockenätzanlage ohne Vakuumunterbrechung durchgeführt. Da der Wafer nicht aus einer Kammer entfernt und in eine andere wieder eingeführt wird, lässt sich sowohl eine mögliche Kontaminierung des zu prozessierenden Substrats als auch ein Zeitverlust bei der Prozessierung vermeiden.Advantageously, the first and the second process step are performed in the same dry etching without vacuum interruption. There the wafer is not removed from one chamber and reintroduced into another, both a possible contamination of the substrate to be processed as well as a loss of time during processing can be avoided.

Vorzugsweise werden zur Durchführung des zweiten Prozesschrittes zu der Gaskomposition in der Trockenätzanlage ein CF4-Gas hinzugefügt und die einstellbaren Parameter der Trockenätzanlage so gewählt, dass ein anisotroper Ätzprozess erfolgt. Bei der ICP-Anlage können beispielsweise folgende Parameter gewählt werden: Druck 6 bis 10 × 133,3 mPa eingekoppelte Leistung, um das Plasma zu zünden, 1200 bis 1400 Watt; Leistung an der Waferelektrode 200 bis 300 Watt.Preferably, to carry out the second process step, a CF 4 gas is added to the gas composition in the dry etching system, and the adjustable parameters of the dry etching system are selected such that an anisotropic etching process takes place. For example, in the ICP unit, the following parameters can be selected: pressure 6 to 10 × 133.3 mPa coupled power to ignite the plasma, 1200 to 1400 watts; Power at the wafer electrode 200 to 300 watts.

Vorzugsweise können der erste und der zweite Prozessschritt auch in getrennten Anlagen mit Vakuumunterbrechung durchgeführt werden.Preferably can the first and the second process step also in separate plants performed with vacuum interruption become.

Es wird ein Verfahren zum Füllen eines in einem Substrat ausgebildeten Grabens zur Verfügung gestellt, bei dem der Graben am Grabenboden und an Seitenwänden mit einer Schicht ausgekleidet wird. Die Schicht wird am Grabenboden abschnittsweise entfernt, und der Graben wird mit einer Füllung aus einem leitfähigen Material gefüllt. Die Schicht am Grabenboden wird gemäß dem Verfahren unter Ausbildung der Schutzschicht entfernt und danach wird die Schutzschicht bei einem Reinigungsschritt mit einem nasschemischen Verfahren entfernt.It becomes a method of filling a trench formed in a substrate, where the trench at the trench bottom and sidewalls is lined with a layer. The layer is removed at the grave bottom sections, and the Digging is done with a filling a conductive Material filled. The layer at the bottom of the trench is under training according to the method the protective layer is removed and then the protective layer is added removed a cleaning step by a wet chemical process.

Durch das erfindungsgemäße Entfernen der Schicht am Grabenboden unter Ausbildung der Schutzschicht, die bei einem nasschemischen Reinigungsschritt, der vor dem Füllen des Grabens stattfindet, restlos entfernt wird, lassen sich Füllungen ohne für einen Kontaktwiderstand nachteilige Hohlräume herstellen. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird die Fehler- und Ausschussrate bei diesem Prozessschritt deutlich verringert und es lassen sich in kostengünstiger Weise verbesserte Füllungen herstellen.By the removal according to the invention the layer at the bottom of the trench, forming the protective layer, the in a wet-chemical cleaning step, before filling the Grabens takes place, is completely removed, fillings can be without for one Contact resistance create adverse cavities. By the method according to the invention the error and reject rate in this process step is significantly reduced and it can be in cheaper Way to produce improved fillings.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:following the invention will be explained in more detail with reference to FIGS. Show it:

1A, B schematische Querschnitte durch einen Graben in zwei Prozessierungsstadien gemäß einem bekannten Prozess zum Entfernen der Schicht am Grabenboden, 1A , B are schematic cross-sections through a trench in two processing stages according to a known process for removing the layer at the trench bottom,

1C einen schematischen Querschnitt durch einen Graben nach einer idealen Entfernung der Schicht am Grabenboden, 1C a schematic cross section through a trench after an ideal removal of the layer at the trench bottom,

2A, B schematische Querschnitte durch einen Graben in zwei Prozessierungsstadien gemäß einem herkömmlichen Prozess zur Entfernung der Schicht am Grabenboden, 2A FIG. 2 B shows schematic cross sections through a trench in two processing stages according to a conventional process for removing the layer at the trench bottom, FIG.

2C einen schematischen Querschnitt durch den Graben nach einem Füllen gemäß herkömmlicher Art, 2C a schematic cross section through the trench after filling according to conventional manner,

3A bis D schematische Querschnitte durch Gräben in unterschiedlichen Stadien der Prozessierung zum Entfernen der Schicht am Grabenboden und zum Füllen der Gräben nach einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens. 3A to D schematic cross-sections through trenches in different stages of processing for removing the layer at the trench bottom and for filling the trenches according to an embodiment of the method according to the invention.

Die 1 bis 2 wurden bereits in der Beschreibungseinleitung näher erläutert.The 1 to 2 were already explained in more detail in the introduction to the description.

In einem Substrat 2 ist ein mit einer Schicht 3 ausgekleideter Graben 1 ausgebildet. Die Schicht 3 befindet sich sowohl an Seitenwänden des Grabens 1, als auch an einem Grabenboden 11 und ist an einer Substratoberfläche 21 als Oberflächenschicht 32 angeordnet. Um beispielsweise am Grabenboden 11 einen Kontakt zum unter der Schicht 3 liegenden Substrat 2 herzustellen, wird die Schicht 3, die aus einem isolierenden Material, wie beispielsweise Siliziumdioxid bestehen kann, abschnittsweise entfernt. Um den Abschnitt 31 der Schicht 3 am Grabenboden 11 zu entfernen, jedoch die Oberflächenschicht 32 außerhalb des Grabens und die Schicht 3 an den Seitenwänden des Grabens 1 nicht anzugreifen, wird in einer Trockenätzanlage in einem ersten Prozessschritt eine Schutzschicht 4, die aus einem porösen Siliziumdioxid besteht, abgeschieden.In a substrate 2 is one with a layer 3 lined trench 1 educated. The layer 3 is located on both sides of the ditch 1 , as well as on a ditch floor 11 and is on a substrate surface 21 as a surface layer 32 arranged. For example, at the bottom of the trench 11 a contact to under the layer 3 lying substrate 2 make the layer 3 , which may be made of an insulating material such as silica, partially removed. To the section 31 the layer 3 at the bottom of the ditch 11 to remove, however, the surface layer 32 outside the trench and the layer 3 on the side walls of the trench 1 not attack, in a dry etching in a first process step is a protective layer 4 , which consists of a porous silica, deposited.

Die einstellbaren Parameter der Trockenätzanlage, wie Druck, Leistung, Temperatur, Gasfluss, werden für eine Abscheidung so gewählt, dass ausschließlich eine inkonforme Abscheidung eines porösen Siliziumdioxides erfolgt. Als eine Gaskomposition in der Trockenätzanlage werden Siliziumtetraflourid, molekularer Sauerstoff und Argon vorgesehen. Die Dicke der Schutzschicht 4 wird dem Aspektverhältnis des Grabens und der Dicke der Schicht 3 auf dem Grabenboden 11 angepasst. Dies ist in einfacher Weise möglich, da in einem ersten Prozessschritt ausschließlich die Abscheidung der Schutzschicht 4 in der Trockenätzanlage erfolgt. Da die Temperaturen in der Trockenätzanlage im Vergleich zu beispielsweise einer CVD-Anlage gering gehalten werden können und die Schutzschicht 4 im weiteren Verlauf der Prozessierung auch keinem Temperaturschritt mehr ausgesetzt ist, ist die Schutzschicht 4 porös und wenig fest an die darunterliegende Oberflächenschicht 32 gebunden.The adjustable parameters of the dry etching system, such as pressure, power, temperature, gas flow, are selected for a deposition so that only an inconformable deposition of a porous silicon dioxide takes place. As a gas composition in the dry etching plant, silicon tetrafluoride, molecular oxygen and argon are provided. The thickness of the protective layer 4 is the aspect ratio of the trench and the thickness of the layer 3 on the ditch floor 11 customized. This is possible in a simple manner, since in a first process step exclusively the deposition of the protective layer 4 carried out in the dry etching. Since the temperatures in the dry etching can be kept low compared to, for example, a CVD system and the protective layer 4 in the further course of the processing is no longer exposed to a temperature step, is the protective layer 4 porous and not very strong to the underlying surface layer 32 bound.

Die Schutzschicht 4 wird dadurch auch nur ausserhalb des Grabens 1 abgeschieden.The protective layer 4 This will also only outside the trench 1 deposited.

In der 3A sind zwei Gräben 1 in einem Substrat 2, die mit einer Schicht 3 sowohl an Seitenwänden als auch am Grabenboden 11 ausgekleidet sind, dargestellt. Die Schicht 3 bildet an der Substratoberfläche 21 die Oberflächenschicht 32 aus. Die Schutzschicht 4, die ausschließlich auf der Oberflächenschicht 32 abgeschieden worden ist, und der zu entfernende Abschnitt 31 sind in der 3A dargestellt.In the 3A are two trenches 1 in a substrate 2 that with a layer 3 both on sidewalls and at the bottom of the trench 11 lined are shown. The layer 3 forms on the substrate surface 21 the surface layer 32 out. The protective layer 4 that are exclusively on the surface layer 32 has been deposited, and the portion to be removed 31 are in the 3A shown.

Nachdem die Schutzschicht 4 aufgebracht wurde, werden die Parameter der Trockenätzanlage so gewählt, dass ein anisotroper Ätzprozess stattfindet. Die für die Abscheidung vorgesehene Gaskomposition in der Ätzanlage wird für den Ätzprozess durch ein CF4-Gas erweitert. Durch den anisotropen Ätzangriff wird der Abschnitt 31 am Grabenboden zurückgebildet. Gleichzeitig erfolgt ein Abtrag der Schutzschicht 4. Die Dicke der Schutzschicht 4 wird so bemessen, dass sie durch den Ätzangriff zwar zurückgebildet, jedoch nicht vollständig abgetragen wird, so dass die darunter liegende Oberflächenschicht 32 geschützt bleibt.After the protective layer 4 was applied, the parameters of the dry etching system are chosen so that an anisotropic etching process takes place. The intended for the deposition gas composition in the etching system is extended for the etching process by a CF 4 gas. The anisotropic etching attack turns the section 31 regressed at the bottom of the trench. At the same time there is a removal of the protective layer 4 , The thickness of the protective layer 4 is dimensioned so that it is recessed by the etching attack, but not completely removed, so that the underlying surface layer 32 remains protected.

In der 3B sind die Gräben 1 nach dem Ätzschritt dargestellt. Die 3B unterscheidet sich von der 3A darin, dass am Grabenboden 11 der Abschnitt 31 zurückgebildet ist und die Schutzschicht 4 an Dicke verloren hat.In the 3B are the trenches 1 after the etching step. The 3B is different from the 3A in that at the bottom of the trench 11 the section 31 is regressed and the protective layer 4 lost in thickness.

Bevor der Graben 1 beispielsweise mit einem leitenden Material gefüllt werden kann, wird das die Gräben enthaltende Substrat 2 einem nasschemischen Reinigungsschritt unterzogen.Before the ditch 1 for example, can be filled with a conductive material, the substrate containing the trenches 2 subjected to a wet-chemical cleaning step.

Bei diesem Reinigungsschritt wird die Schutzschicht, die aus einem lockeren Siliziumdioxid besteht, mit entfernt.at This cleaning step will remove the protective layer from a loose Silica exists with removed.

In der 3C sind die Gräben 1 nach dem Reinigungsschritt dargestellt. Die 3C unterscheidet sich von der 3B durch das Nicht-Vorhandensein der Schutzschicht 4. Wie man sieht, weisen die Gräben 1 nach dem Reinigungsschritt ein ideales Ätzergebnis, wie es in der 1C dargestellt wurde, auf. Die Oberflächenschicht 32 ist unversehrt, während der Abschnitt 31 am Grabenboden 11 vollständig entfernt wurde.In the 3C are the trenches 1 after the cleaning step shown. The 3C is different from the 3B by the absence of the protective layer 4 , As you can see, the trenches show 1 after the cleaning step an ideal etching result, as in the 1C was shown on. The surface layer 32 is intact, while the section 31 at the bottom of the ditch 11 was completely removed.

Nach dem Reinigungsschritt erfolgt das Abscheiden einer Metallschicht beispielsweise in einer CVD-Kammer. Die Metallschicht 51 bildet eine Füllung 5 aus, mit der der Graben 1 gefüllt wird. Da von der Schutzschicht 4 nach dem Reinigungsschritt keine Reste mehr zurückbleiben, kann sich ein ideales Abscheideergebnis mit einer hohlraumfreien Füllung 5 ausbilden.After the cleaning step, the deposition of a metal layer takes place, for example, in a CVD chamber. The metal layer 51 makes a filling 5 out, with the ditch 1 is filled. Because of the protective layer 4 After the cleaning step no residues left behind, can be an ideal separation result with a void-free filling 5 form.

In der 3D sind die Gräben 1, die Schicht 3 und die Oberflächenschicht 32, die sich auf der Substratoberfläche 21 befindet, dargestellt. Ebenfalls dargestellt ist die Metallschicht 51, die eine Füllung 5 ausbildet. Wie man sieht, ist die Füllung hohlraumfrei, so dass ein geringer Kontaktwiderstand der Füllung 5 gewährleistet werden kann.In the 3D are the trenches 1 , the layer 3 and the surface layer 32 that are on the substrate surface 21 is shown. Also shown is the metal layer 51 that a filling 5 formed. As you can see, the filling is void-free, giving a low contact resistance of the filling 5 can be guaranteed.

Claims (11)

Verfahren zum Entfernen eines freiliegenden Abschnittes (31) einer Schicht (3) auf einem Grabenboden (11) eines in einem Substrat (2) ausgebildeten und mit der Schicht (3) ausgekleideten Grabens (1), bei dem: – in einem ersten Prozessschritt außerhalb des Grabens (1) oberhalb einer Substratoberfläche (21) eine Schutzschicht (4) zur Verhinderung oder Verzögerung eines Ätzangriffes auf eine Oberflächenschicht (32), die außerhalb des Grabens (1) auf oder oberhalb der Substratoberfläche (21) angeordnet ist, aufgebracht wird, wobei die Schutzschicht (4) selektiv zum Substrat, zur Schicht (3) und zur Oberflächenschicht (32) zu entfernen ist und – in einem zweiten Prozessschritt nach dem Aufbringen der Schutzschicht (4) mit einem anisotropen Ätzprozess der Abschnitt (31) zurückgeätzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (4) aus porösem Oxid ist.Method for removing an exposed section ( 31 ) of a layer ( 3 ) on a trench bottom ( 11 ) one in a substrate ( 2 ) and with the layer ( 3 ) lined trench ( 1 ), in which: in a first process step outside the trench ( 1 ) above a substrate surface ( 21 ) a protective layer ( 4 ) for preventing or delaying an etching attack on a surface layer ( 32 ) outside the trench ( 1 ) on or above the substrate surface ( 21 ) is applied, wherein the protective layer ( 4 ) selectively to the substrate, to the layer ( 3 ) and the surface layer ( 32 ) and - in a second process step after the application of the protective layer ( 4 ) with an anisotropic etching process the section ( 31 ) is etched back, characterized in that the protective layer ( 4 ) is of porous oxide. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (3) auch als Oberflächenschicht (32) ausgebildet wird.Method according to claim 1, characterized in that the layer ( 3 ) as a surface layer ( 32 ) is formed. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen der Schutzschicht (4) außerhalb des Grabens (1) dadurch vorgenommen wird, dass der Graben (1) mit einem Aspektverhältnis bereitgestellt wird, bei dem kein Material der Schutzschicht (4) am Grabenboden (11) abgeschieden wird.A method according to claim 1 or 2, characterized in that the application of the protective layer ( 4 ) outside the trench ( 1 ) is made by the trench ( 1 ) is provided with an aspect ratio in which no material of the protective layer ( 4 ) at the bottom of the trench ( 11 ) is deposited. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (3) aus Siliziumdioxid ist.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the layer ( 3 ) is of silicon dioxide. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das poröse Oxid in einer Trockenätzanlage abgeschieden wird.Method according to one of claims 1 to 4, characterized that the porous one Oxide in a dry etching plant is deposited. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Trockenätzanlage eine HDP-Anlage angewendet wird.Method according to claim 5, characterized in that that as a dry etching system an HDP plant is applied. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Abscheidung des porösen Oxids in der Trockenätzanlage – eine Gaskomposition aus Siliziumtetraflourid, molekularen Sauerstoff und Argon verwendet wird und – einstellbare Parameter der Trockenätzanlage so gewählt werden, dass ausschließlich eine inkonforme Oxidabscheidung erfolgt.Method according to claim 5 or 6, characterized, that for depositing the porous oxide in the dry etching plant - a gas composition made of silicon tetrafluoride, molecular oxygen and argon will and - adjustable Parameters of the dry etching system so chosen be that exclusively an inadequate oxide deposition takes place. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Prozessschritt in derselben Trockenätzanlage ohne Vakuumunterbrechung durchgeführt werden.Method according to one of claims 5 to 7, characterized in that the first and the second process step are performed in the same dry etching without vacuum interruption. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8 unter Rückbezug auf Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Durchführung des zweiten Prozesschrittes – zu der Gaskomposition in der Trockenätzanlage ein CF Gas hinzugefügt wird und – die einstellbaren Parameter der Trockenätzanlage so gewählt werden, dass ein anisotroper Ätzprozess erfolgt.Method according to claim 7 or 8 with reference back to claim 7, characterized in that to carry out the second process step - too the gas composition in the dry etching plant is added to a CF gas and - the adjustable parameters of the dry etching system can be chosen so that an anisotropic etching process takes place. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass – der erste und der zweite Prozessschritt in getrennten Anlagen mit Vakuumunterbrechung durchgeführt werden.Method according to one of claims 1 to 4, characterized, that - of the first and second process steps in separate plants with vacuum interruption be performed. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass – die Schicht (3) am Grabenboden (11) unter Ausbildung der Schutzschicht (4) abschnittsweise entfernt wird, – die Schutzschicht (4) bei einem Reinigungsschritt mit einem nasschemischen Verfahren entfernt wird, und – der Graben (1) mit einer Füllung (5) aus einem leitfähigen Material gefüllt wird.Method according to one of claims 1 to 10, characterized in that - the layer ( 3 ) at the bottom of the trench ( 11 ) with formation of the protective layer ( 4 ) is removed in sections, - the protective layer ( 4 ) is removed in a cleaning step by a wet-chemical method, and - the trench ( 1 ) with a filling ( 5 ) is filled from a conductive material.
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