專利名稱:應(yīng)用側(cè)壁及去除技術(shù)制做亞微米掩模窗口的方法
本發(fā)明一般涉及制做亞微米掩模窗口的方法，特別涉及一種以利用側(cè)壁、活化離子蝕刻及象的反轉(zhuǎn)去除(reversal lift-off)為特征技術(shù)的方法。
在超大規(guī)模集成電路的生產(chǎn)中，各種形式的光刻被應(yīng)用于掩模窗口或掩模線條的制做中，如用電子束，χ射線或離子束通過由光刻法確定的圖形進行照射，對抗蝕材料有選擇地曝光來制做發(fā)射區(qū)的和其它擴散步驟的非常小的掩模窗口或制做芯片器件互連的極細小的金屬化圖形。
近來，由于極高密度集成電路的掩模窗口的尺寸或所需線條圖形的寬度減小到1微米或更小的量級，便研制出一項新技術(shù)，以消除對抗蝕材料有選擇地曝光時的固有的光學(xué)限制。該新技術(shù)不再利用光刻來確定所設(shè)計好的尺寸，代之以利用側(cè)壁活化離子蝕刻(RIE)工藝，由此，尺寸便由可極精確控制的淀積層的厚度來決定。
利用側(cè)壁RIE工藝來確定窄線條圖形結(jié)構(gòu)(在這種情況下，為場效應(yīng)晶體管柵極長度)的一例在美國專利第4，430，791中給出，該專利于1984年2月14日頒發(fā)給羅伯特C。多克蒂(Robert c.Dockerty)，又轉(zhuǎn)讓給本受讓人。利用側(cè)壁RIE工藝來確定小掩模窗口的又一例在美國專利第4，209，349中給出，該專利于1980年6月24日頒發(fā)給歐文T?；?Irving T。Ho)等人，又轉(zhuǎn)讓給本受讓人。但從后一例看，在氮化硅側(cè)壁形成之后，還采用了一個熱氧化步驟，該熱氧化會在氮化物側(cè)壁之下產(chǎn)生公知的“鳥嘴(bird′s beak)”，所述氮化物側(cè)壁能夠在其后的氮化物去除時影響所得發(fā)射區(qū)窗口寬度的控制精度。該工藝具有避免使用會產(chǎn)生“鳥嘴”的工藝步驟的優(yōu)點，由此可毫無遺漏地使側(cè)壁RIE工藝中對掩模窗口控制的固有的益處得到全面開發(fā)。
美國專利第4，474，909號(1981年6月23日頒發(fā)給K。芬克特拉曼(K.Venkataraman)等人，又轉(zhuǎn)讓給本受讓人)，教導(dǎo)了制做微米或更精細掩模窗口的另一種非側(cè)壁RIE工藝。該工藝把光致抗蝕劑平面性(Planarization)蝕刻步驟與各向同性蝕刻步驟結(jié)合起來，這兩個步驟比應(yīng)用側(cè)壁RIE稍微更難控制。
利用包括象的反轉(zhuǎn)去除工序步驟的側(cè)壁活化離子蝕刻工序，生產(chǎn)適用于各種類型基底(包括非氧化的基底)的亞微米掩模窗口。在一個制做多晶硅基區(qū)晶體管的亞微米發(fā)射區(qū)掩模窗口的示范性實施例中，利用側(cè)壁RIE技術(shù)，在基底上形成一個亞微米寬度的臺面?；装ㄓ杏啥趸鑼雍偷鑼痈采w的摻雜的P+型多晶硅材料層?；子质窃贜-型外延硅層上形成的。在該外延硅層中，要制做雙極性晶體管。臺面由氮化硅覆蓋的二氧化硅的下埋層構(gòu)成。用各向同性蝕刻法，將臺面的二氧化硅層從下面挖去，以提供一個去除的仿形，然后利用類似蒸發(fā)這樣的技術(shù)將氧化鎂(MgO)和其它適合RIE掩模的材料淀積在該結(jié)構(gòu)上。將剩余的支持臺面的SiO2蝕刻掉，去除上覆的Si3N4和MgO，以在結(jié)構(gòu)的非臺面區(qū)的剩余膜層中留下亞微米窗口，再次使用RIE，將被窗口所暴露的基底部分去除掉，以提供比利用光刻法尺寸小得多和尺寸控制好得多的N-外延層的發(fā)射區(qū)的掩模。
圖1-4是在本發(fā)明方法最佳實施例完成過程中，逐次得到的部分結(jié)構(gòu)的簡化截面視圖。
盡管本發(fā)明的方法是用來在多種不同材料中形成亞微米孔，但現(xiàn)在要描述的是有關(guān)用來制造多晶基區(qū)雙極性晶體管的亞微米發(fā)射區(qū)掩模窗口的材料。這種類型的晶體管在本技術(shù)領(lǐng)域：
內(nèi)是眾所周知的，并已在美國專利第4，252，582號中被描述了。該專利于1981年2月24日頒布，并轉(zhuǎn)讓給本受讓人，簡要地說，該晶體管是在淀積在單晶半導(dǎo)體上的外延層中形成的。在外延層上淀積摻雜多晶層(依靠向外擴散來至少形成非本征基區(qū)部分，并且提供與所述非本征基區(qū)的電路連接)。最后，在本征基區(qū)內(nèi)的中部形成發(fā)射區(qū)。
參見圖1，用于確定多晶基區(qū)晶體管的發(fā)射區(qū)窗口的示范性成層掩模包括P+型摻雜多晶層2、SiO2層3和Si3N4層4。該掩模是在制做晶體管(未示出)的N型外延層1上形成的。層2、3和4都用于制做多晶基區(qū)晶體管，但在寬度方向，它們沒有形成本發(fā)明的必要部分，而只是構(gòu)成了要制做亞微米窗口的基底5。
根據(jù)上述專利4，209，349的側(cè)壁活化離子蝕刻技術(shù)來確定所需亞微米窗口的寬度。利用所述專利，對淀積在臺階結(jié)構(gòu)表面上的一層或多層的精密控制的厚度進行活化離子蝕刻，以去掉除沿臺階結(jié)構(gòu)垂直表面(側(cè)壁)的淀積層之外的所有淀積層。這樣，在基底5上便形成SiO2層6、Si3N4層7和SiO2臺階結(jié)構(gòu)8。用多晶硅層9覆蓋整個結(jié)構(gòu)，然后再進行活化離子蝕刻，以把層9從所有水平表面上去掉，只把臺階結(jié)構(gòu)8的側(cè)壁10的位置處留下。盡管具體應(yīng)用的材料稍有不同，但就此而進行的步驟大體與專利4，209，349中所述的步驟一致。
這里，與專利4，209，349的技術(shù)有不同。在所述專利中，保留臺階結(jié)構(gòu)，去除側(cè)壁結(jié)構(gòu)，以確定與臺階結(jié)構(gòu)相鄰的窗口;而本發(fā)明卻相反，即保留側(cè)壁，同時去除臺階結(jié)構(gòu)。因此，在進行活化離子蝕刻之后，將SiO2結(jié)構(gòu)8蝕刻掉，僅僅讓多晶硅9的側(cè)壁10作為臺面留在Si3N4層7的頂上。用側(cè)壁10作掩模，將層6和7依次蝕刻掉(被側(cè)壁10覆蓋的部分除外)，以產(chǎn)生如圖2所示的伸出的臺面結(jié)構(gòu)11。
根據(jù)本發(fā)明，結(jié)構(gòu)11用于去除工藝中，以在基底5形成亞微米窗口，基底5的尺寸及尺寸精度由淀積層9的厚度決定，而沒有利用氧化步驟(如專利4，209，349中所用的氧化步驟)，而該氧化步驟往往會形成侵入側(cè)壁結(jié)構(gòu)和降低保持側(cè)壁結(jié)構(gòu)寬度精度的“鳥嘴”。首先依靠去除多晶硅剩余部分10來實行所述過程。然后，為了保證去除過程方便，最好用選擇性腐蝕劑從下挖去結(jié)構(gòu)11的SiO2層6，并把合適的去除材料象氧化鎂(MgO)或多晶硅這樣的層12淀積(如用蒸氣法)在結(jié)構(gòu)上。正如去除工藝技術(shù)領(lǐng)域：
內(nèi)公知的那樣，采用一種有選擇地腐蝕SiO2層6的各向同性的腐蝕劑，將從下挖去的SiO2和上面的Si3N47及MgO12除去。然后，將剩余的MgO層12中作為活化離子蝕刻掩模，分別依次去除暴露的Si3N4、SiO2及多晶硅層4、3、2，以形成圖4中所示的結(jié)構(gòu)13。結(jié)構(gòu)13與多晶硅基區(qū)晶體管的工藝狀態(tài)兼容，其中，結(jié)構(gòu)13的P+型多晶層2提供非本征基區(qū)(未示出)的基區(qū)接觸，該接觸由摻雜劑從層2向外擴散至外延層1中而形成，而本征基區(qū)和發(fā)射區(qū)(也未示出)則由通過結(jié)構(gòu)13中的窗口14的相應(yīng)的離子注入來形成。
應(yīng)注意到，用于制做圖1結(jié)構(gòu)的淀積工序、用于提供圖2結(jié)構(gòu)11的蝕刻工序，以及產(chǎn)生圖4最后結(jié)構(gòu)13的去除工序，對這三步工序的詳細過程只是作了一般性的說明，這是因為各相應(yīng)過程在本技術(shù)領(lǐng)域：
內(nèi)分別都能得到很好的理解。而且，只要保持與其它層的兼容性，與包括制做圖2的側(cè)壁結(jié)構(gòu)11和形成圖4剩余的去除結(jié)構(gòu)13在內(nèi)的蝕刻步驟協(xié)調(diào)，則在實施本發(fā)明時，所利用的各個單層都沒有苛刻的限制條件。
當參考本發(fā)明最佳實施例，對本發(fā)明進行具體說明與描述時，本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員會理解到，在不離開本發(fā)明的精神與范圍的條件下，可以對其形式和細節(jié)作出各種改變。
權(quán)利要求
1.用選擇性蝕刻在基底中制做窗口的方法，其特征在于用活化離子蝕刻側(cè)壁技術(shù)在基底上形成臺面；將膜層淀積在所述基底的頂部和所述臺面的頂部，而不淀積在所述臺面的側(cè)壁上；用有選擇性腐蝕所述臺面的側(cè)壁而不腐蝕所述膜層的方法，將所述臺面及其頂部的所述膜層完全除去，這樣，所述膜層便只保留在除所述臺面之外的位置的基底頂部上；用膜層作為蝕刻掩模，有選擇地蝕刻所述基底，由此形成所述窗口。
2.權(quán)利要求
1所述的方法，其中，所述的基底是用各向異性蝕刻工藝有選擇地被蝕刻的。
3.權(quán)利要求
2所述的方法，其中，所述膜層是金屬膜層，而所述基底是用活化離子蝕刻工藝被有選擇地蝕刻的。
4.權(quán)利要求
3所述的方法，其中，所述膜層是蒸發(fā)上的MgO。
5.權(quán)利要求
3所述的方法，其中，所述膜層是蒸發(fā)上的多晶硅。
6.權(quán)利要求
1所述的方法，其中，所述臺面的頂部在淀積所述膜層之前從下挖去。
7.權(quán)利要求
1所述的方法，其中，所述基底的層結(jié)構(gòu)的最下層是，在外延硅材料上形成的摻雜的多晶硅材料。
8.權(quán)利要求
7所述的方法，其中，所述最下層為P+型摻雜層，而所述的材料是N-型摻雜材料。
9.權(quán)利要求
1所述的方法，其中，所述膜層是用蒸發(fā)方法淀積而成的。
10.權(quán)利要求
1所述的方法，其中，所述臺面的側(cè)壁是用各向同性的腐蝕劑有選擇地被腐蝕的。
專利摘要
本發(fā)明為一種用于在基底中制做窗口的方法。利用活化離子蝕刻技術(shù)，在基底上形成臺面。在整個結(jié)構(gòu)上淀積一膜層，并且將臺面有選擇地蝕刻掉，以在膜層中形成亞微米尺寸的窗口。用膜層作掩模，被掩模所露出的基底被活化離子蝕刻。給出了制做多晶硅基區(qū)雙極性晶體管的發(fā)射區(qū)掩模的例子。
文檔編號H01L21/3065GK86107855SQ86107855
公開日1987年8月19日 申請日期1986年11月14日
發(fā)明者羅伯特·基姆巴爾·庫克, 約瑟夫·弗朗希斯·施帕德 申請人:國際商用機器公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan