DE10147929C1 - Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterstruktur und Verwendung des Verfahrens - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterstruktur, bei dem wenigstens eine erste Schicht (B) aufgebracht wird, diese unter Verwendung einer maskierenden Schicht (D) geätzt wird, so dass Fences (F, F') entstehen und bei dem nach Entfernen der maskierenden Schicht (D) und Aufbringen einer Hilfsschicht (E) die Hilfsschicht (E) und die Fences (F, F') gemeinsam abgetragen werden bis auf ein gegebenes Maß der Hilfsschicht (E). Die vorliegende Erfindung betrifft weiter eine Verwendung dieses Verfahrens zum Herstellen von Spacern einer Halbleiterstruktur.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstel­ len einer Halbleiterstruktur sowie eine Verwendung desselben.

Hersteller von Halbleiter-Bauelementen, insbesondere Herstel­ ler von integrierten Schaltkreisen sind, sei es aus Kosten­ gründen, sei es aus Gründen der Vereinfachung der Herstell­ verfahren, sei es aus Gründen der fortschreitenden Miniaturi­ sierung von Halbleiterstrukturen, oder aber auch aus patent­ rechtlichen Gründen, immer wieder daran interessiert, neue Verfahren zum Herstellen von Halbleiterstrukturen zu entwi­ ckeln und anzuwenden.

Bekannte Verfahren sind z. B. in der EP 0 901 157 A2, der US-A 5,885,900 und der US-A 5,335,138 offenbart. Darüber hin­ aus befasst sich auch der Gegenstand der älteren deutschen Patentan­ meldung DE 100 22 656 A1 (nicht vorveröffentlicht) mit der Herstel­ lung von Halbleiterstrukturen.

Aus der US-A 6,037,206 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Kondensators eines dynamischen Speichers mit wahlfreiem Zugriff bekannt, bei dem auf eine isolierende Schicht eine erste leitende Schicht und darauf eine Photolackschicht auf­ gebracht werden. Letztere läßt die erste leitende Schicht teilweise frei. Die erste leitende Schicht wird geätzt, um so die isolierende Schicht teilweise freizulegen. Dabei entste­ hen Fence-artige Platten an den Rändern der ersten leitenden Schicht und an den Resten der Photolackschicht. Letztere wird danach entfernt. Anschließend wird eine weitere leitende Schicht aufgebracht, die sich an die erste leitende Schicht, an die Fence-artigen Platten und an die freigelegten Flächen der isolierenden Schicht anschmiegt. Dabei entstehen scharfe Kanten an den Fence-artigen Platten und der weiteren leiten­ den Schicht, die dann mittels Ätzen verrundet werden.

Aus der US-A 5,792,593 ist bekannt, ein Ausgangsmaterial zu ätzen, wobei es sich an den Seitenwänden einer senkrecht ver­ laufenden Oberfläche eines weiteren Materials anlegt.

Ähnliches ist auch aus der US 6,210,595 B1 und aus der US-A 5,938,250 bekannt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein weiteres, mo­ dernes Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterstruktur an­ zugeben sowie eine Verwendungsmöglichkeit dieses Verfahrens.

Diese Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen der Patentansprü­ che 1 und 5.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeich­ nung erläutert. Dabei zeigen drei Figuren

1 bis 3 drei verschiedene Ausführungsformen des Herstellver­ fahrens. Die Figuren sind zum leichteren Vergleich der ver­ schiedenen Ausführungsformen miteinander parallel zueinander angeordnet. Jede der Figuren ist in mit Kleinbuchstaben wie a, b, c bezeichnete Teilfiguren unterteilt. Diese Teilfiguren zeigen einzelne Prozess-Schritte, wobei gleiche Kleinbuchsta­ ben bei den drei Figuren gleiche Prozess-Schritte bedeuten. Da nicht bei jeder der Ausführungsformen sämtliche der insge­ samt in der Zeichnung dargestellten Prozess-Schritte anfal­ len, fehlen bei einzelnen Ausführungsformen/Figuren einzelne Prozess-Schritte und somit entsprechende Teilfiguren.

Eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in Fig. 1 mit seinen Teilfiguren dargestellt. Auf ein Substrat A (dargestellt in Fig. 1a; dies könnte, ohne der vorliegenden Erfindung zuwider zu laufen, bereits irgendwie vorbehandelt und/oder strukturiert sein; das Substrat muß auch nicht notwendigerweise ein halbleitender Untergrund sein) wird eine erste Schicht B abgeschieden oder sonst ir­ gendwie aufgebracht, wie in Fig. 1b gezeigt. Daran kann sich, gemäß allgemein üblichen Verfahren, ein Zurückätzen der ersten Schicht B auf ein gegebenes Maß anschließen (verglei­ che Fig. 1c). Auf die erste Schicht B wird dann eine maskie­ rende Schicht D (die zum Beispiel Fotolack oder eine soge­ nannte Hartmaske sein kann) aufgebracht, dargestellt in Fig. 1e, die bei einem nachfolgenden Ätzvorgang als Maske dient, so dass die erste Schicht B nur im Bereich außerhalb der mas­ kierenden Schicht D geätzt wird. Bei diesem Ätzvorgang, der vorteilhafterweise als sogenanntes Ion-Milling-Verfahren durchgeführt wird, legen sich von der ersten Schicht B abge­ ätzte Teile an den seitlichen Wänden der maskierenden Schicht D als Flanken F an und kleiden diese maskierende Schicht D sozusagen ein. Dies ist aus Fig. 1f ersichtlich. Die Flanken F werden üblicherweise als Fences bezeichnet. Solche Fences F bilden sich immer dann, wenn die beim Ätzen verwendeten Stof­ fe (Ätzstoffe) nicht dazu geeignet sind, beim Ätzvorgang die zu entfernenden Schichten vollständig in den gasförmigen Zu­ stand überzuführen. Derartige Ätzverfahren werden allgemein als Ion-Milling-Verfahren bezeichnet. Nach einem Entfernen der maskierenden Schicht D (siehe Fig. 1g) wird auf das Sub­ strat A samt dem verbliebenen Teil der ersten Schicht B und den Fences F eine Hilfsschicht E aufgebracht (beispielsweise mittels Abscheiden; vergleiche Fig. 1h), die beispielsweise aus TEOS-SiO₂ besteht. Dies dient dazu, die Fences F seitlich zu stabilisieren. Abschließend wird die Hilfsschicht E zusam­ men mit den Fences F bis auf ein vorgegebenes Maß der Hilfs­ schicht E abgetragen, was in Fig. 1i dargestellt ist. Das Abtragen kann vorteilhafterweise mittels chemisch- mechanischen Polierens erfolgen.

Im Ergebnis entsteht so eine Halbleiterstruktur mit einem Substrat A, einer Hilfsschicht E und einer ersten Schicht B. Die erste Schicht B erstreckt sich an ihren seitlichen Rän­ dern mit den Resten der Fences F nach oben und kleidet so den oberhalb der ersten Schicht B verbliebenen Teil der Hilfs­ schicht E seitlich ein. Bezüglich des eingekleideten Teils der Hilfsschicht E wirken also die Fences F wie Spacer.

Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich also vorteilhafter­ weise dazu verwenden, Spacer bei einer bzw. für eine Halblei­ terstruktur herzustellen. Herkömmliche Verfahren zum Herstel­ len von Spacern sind üblicherweise sehr aufwendig (u. a. ist eine in der Regel sehr kompliziert durchzuführende anisotrope Ätzung notwendig). Darüber hinaus lässt sich mit den bekann­ ten Verfahren die Form der Spacer nur sehr beschränkt beein­ flussen. Das erfindungsgemäße Verfahren hingegen ist relativ einfach in der Durchführung und die Fences, die erfindungsge­ mäß als Spacer verwendet werden, lassen sich in ihrer Form sehr genau bestimmen.

Eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in Fig. 2 mit seinen Teilfiguren dargestellt. Die in den Teilfiguren 2a bis 2c dargestellten Verfahrensschritte sind dieselben wie bei der ersten Ausführungsform. Sie werden des­ halb hier nicht mehr extra erläutert.

Beim Verfahrensschritt nach Fig. 2d hingegen wird auf die erste Schicht B noch eine zweite Schicht 2c abgeschieden (und gegebenenfalls daran anschließend auf eine gewünschte Dicke geätzt; dies ist nicht dargestellt). Nach Aufbringen der mas­ kierenden Schicht D (siehe Fig. 2e) werden nunmehr zuerst die zweite Schicht C und daran anschließend die erste Schicht B geätzt, vorteilhafterweise ebenfalls mittels des Ion- Milling-Verfahrens. Somit bilden sich die Fences doppelt aus, nämlich einmal resultierend aus Material der zweiten Schicht C (= Fences F') und einmal resultierend aus Material der er­ sten Schicht B (= Fences F). Dies ist aus Fig. 2f ersicht­ lich. Der weitere Verfahrensverlauf ist dann wie bereits be­ züglich der ersten Ausführungsform beschrieben. Allerdings befinden sich bei der fertigen Halbleiterstruktur (vergleiche Fig. 21) oberhalb der ersten Schicht B Reste der zweiten Schicht C, während sich hier bei der ersten Ausführungsform Teile der Hilfsschicht E befinden (vergleiche dort Fig. 1i).

Sowohl beim Gegenstand der ersten Ausführungsform wie auch bei dem der zweiten Ausführungsform lasen sich anschließend an die beschriebenen Verfahrensschritte weitere Verfahrens­ schritte anschließen, insbesondere Abscheiden von weiteren Materialien. In beiden Fällen lassen sich damit dann oberhalb der ersten Schicht B liegende Schichten einkapseln, was durchaus wünschenswert und gewollt sein kann: Beim Gegenstand des ersten Ausführungsbeispiels ist dies ein Teil der Hilfs­ schicht E, während dies beim Gegenstand des zweiten Ausfüh­ rungsbeispiels (wie auch bei dem des dritten Ausführungsbei­ spiels, was noch beschrieben wird) die zweite Schicht C ist.

Bei der dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfah­ rens wird das Substrat A vor Aufbringen der ersten Schicht B so behandelt, dass sich auf ihm lokal eine Erhebung G ausbil­ det (siehe Fig. 3a). Erst danach wird die erste Schicht B aufgebracht. Diese kann dann soweit abgetragen werden (ver­ gleiche Fig. 3c), dass sie gleich dick wie die Erhebung G ist, was dazu führt, dass die erste Schicht B nicht ganzflä­ chig auf dem Substrat A verteilt ist. Nach einem Aufbringen der zweiten Schicht C und der maskierenden Schicht D (die, wie bereits erwähnt, zum Beispiel Fotolack oder eine soge­ nannte Hartmaske sein kann), dargestellt in den Fig. 3d und 3e, werden die ersten beiden Schichten B, C, unter Ver­ wendung der maskierenden Schicht D, wieder geätzt, so dass sich, entsprechend wie bei der zweiten Ausführungsform, die Fences F und F' ausbilden. Im weiteren Verlauf (vergleiche die Fig. 3g bis 3i) werden dann dieselben Prozess-Schritte ausgeführt wie entsprechend bei der zweiten Ausführungsform, nämlich Entfernen der maskierenden Schicht D, Aufbringen der Hilfsschicht E und Abtragen von Hilfsschicht E und Fences F, F' bis zu einer gegebenen Dicke der (verbleibenden) Hilfs­ schicht E.

Im Unterschied zu der Halbleiterstruktur, die mittels der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens her­ gestellt worden ist und bei der sich zwischen (Resten) der zweiten Schicht C und dem Substrat A ganzflächig Reste der ersten Schicht B befinden, grenzt hier der verbliebene Teil der zweiten Schicht C zumindest großenteils direkt an das Substrat A an, und zwar im Bereich der Erhebung G. Dies kann z. B. dazu verwendet werden, hier lokal einen elektrischen Anschluß zum Substrat A hin anzuordnen.

Bei Ausüben der vorliegenden Erfindung liegt es für den Fach­ mann durchaus auf der Hand, an Stelle einer einzelnen ersten und/oder zweiten Schicht (B, C) mehrere verschiedene erste und/oder zweite Schichten vorzusehen und entsprechend zu be­ arbeiten. Ebenso können diese Schichten auch aus einem Edel­ metall bestehen oder edelmetallhaltig sein.

Claims (5)

1. Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterstruktur, dadurch gekennzeichnet,
dass auf ein Substrat (A) eine erste Schicht (B) aufge­ bracht wird,
dass auf die erste Schicht (B) eine maskierende Schicht (D) aufgebracht wird,
dass die erste Schicht (B) unter Verwendung der maskieren­ den Schicht (D) als Maske so geätzt wird, dass Fences (F) entstehen,
dass die maskierende Schicht (D) entfernt wird,
dass eine Hilfsschicht (E) aufgebracht wird, welche die Fences (F) vollständig bedeckt und mechanisch stabili­ siert, und
dass anschließend die Hilfsschicht (E) und die Fences (F) bis auf eine vorgegebene Dicke der Hilfsschicht (E), von der Oberfläche des Substrats aus gemessen, mittels che­ misch-mechanischen Polierens abgetragen werden und dadurch eine planare Oberfläche ausgebildet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ätzen mittels des Ion-Milling-Verfahrens erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Aufbringen der maskierenden Schicht (D) wenigs­ tens eine zweite Schicht (C) auf die erste Schicht (B) aufge­ bracht wird und dass außer der ersten Schicht (B) auch die zweite Schicht (C), gegebenenfalls auch weitere Schichten, geätzt werden.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (A) vor dem Aufbringen der ersten Schicht (B) so behandelt wird, dass es eine lokale Erhebung (G) auf­ weist und die maskierende Schicht auf der lokalen Erhebung (G) aufgebracht wird.

5. Verwendung eines Verfahrens zum Herstellen einer Halblei­ terstruktur, bei dem die Verfahrensschritte nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche ausgeführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Herstellung von Spacern der Halbleiterstruktur verwendet wird.