DE102004004879A1

DE102004004879A1 - Maskierungsvorrichtung zur Maskierung beim Trockenätzen und Verfahren zur Herstellung einer Hartmaske

Info

Publication number: DE102004004879A1
Application number: DE200410004879
Authority: DE
Inventors: Stephan Wege; Uwe Rudolph
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Qimonda AG
Priority date: 2004-01-30
Filing date: 2004-01-30
Publication date: 2005-08-25
Anticipated expiration: 2024-01-31
Also published as: DE102004004879B4

Abstract

Die Erfindung schafft eine Maskierungsvorrichtung zur Maskierung beim Trockenätzen eines zu strukturierenden Substrats und ein entsprechendes Verfahren zum Herstellen einer Hartmaske. Hierbei wird eine Hartmaske auf das zu strukturierende Substrat (301) aufgebracht und diese mit einer Fotolackschicht (305) beschichtet, derart, dass diese fotolithografisch strukturierbar ist. Die Struktur der Fotolackschicht (305) wird auf die Hartmaske und von dieser auf das zu strukturierende Substrat mittels eines Trockenätzprozesses übertragen, wobei die Hartmaske als ein Mehrfachschichtsystem (101) ausgebildet ist, welches mindestens eine Strukturierungsschicht (201a-201n), die eine im Vergleich zu den übrigen Schichten hohe Strukturierungs-Maßhaltigkeit aufweist, und mindestens eine Ätzselektionsschicht (202a-202m), die eine im Vergleich zu den übrigen Schichten hohe Ätzselektivität aufweist, einschließt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Strukturierungsprozesse bei einem Trockenätzen bzw. anisotropen Ätzen, und betrifft insbesondere eine Hartmaske sowie ein Verfahren zur Strukturierung einer derartigen Hartmaske.
Spezifisch betrifft die vorliegende Erfindung eine Maskierungsvorrichtung zur Maskierung beim Trockenätzen eines zu strukturierenden Substrats mittels einer Hartmaske, die auf das zu strukturierende Substrat aufgebracht ist, und einer Fotolackschicht, die auf die Hartmaske aufgebracht ist und derart ausgelegt ist, dass sie fotolithografisch strukturierbar ist, wobei eine Struktur der Fotolackschicht auf die Hartmaske und von dieser auf das zu strukturierende Substrat mittels des Trockenätzens übertragbar ist.
Herkömmliche Maskierungsvorrichtungen für das Trockenätzen sind aus Materialien wie beispielsweise Siliziumdioxid (SiO₂) hergestellt, mit welchen eine gute Strukturierbarkeit erzielt wird. Insbesondere die trockenchemische Ätzung von Kondensatorlöchern (DT) stellt jedoch auch eine hohe Anforderung an die Ätzselektivität, d.h. es ist zu vermeiden, dass bei einem trockenchemischen Ätzprozess eine zu starke Ätzung einer Hartmaske der Maskierungsvorrichtung erfolgt.
In herkömmlicher Weise wird ein trockenchemischer Ätzprozess beispielsweise durch ein anisotropes Ätzen, insbesondere ein reaktives Ionenätzen (RIE = Reactive Ion Etching) bereitgestellt, wie es Durchschnittsfachleuten bekannt ist. Die bei der Ätzung maximal erreichbaren Tiefen sind insbesondere für Kondensatorlöcher entscheidend. Die maximal erreichbaren Tiefen bestimmen das sogenannte Aspektverhältnis, d.h. das Verhältnis von Strukturbreite zu Ätztiefe derart, dass eine begrenzte Ätzselektivität zu einer Einschränkung des Aspektverhältnisses führt.
Eine maßhaltige und damit hinsichtlich kritischer Dimensionen maßstabstreue bzw. CD-treue (CD = Critical Dimension) Abbildung einer Ätzmaske stellt damit eine wesentliche Voraussetzung bei einer profilgenauen Erzeugung eines Kondensatorlochs dar. Weiterhin ist es erforderlich, dass die Hartmaske einer Maskierungsvorrichtung selbst gut strukturierbar ist.
Zur Verbesserung von Hartmasken zum Einsatz bei einem trockenchemischen Ätzen ist vorgeschlagen worden, neben Siliziumdioxid als Hartmaskenmaterial ein Bor-dotiertes Siliziumdioxid einzusetzen. Hierbei kann auch eine Kombination mit undotiertem Siliziumdioxid (SiO₂) eingesetzt werden. Dieses Material weist den Vorteil einer einfachen Strukturierbarkeit auf. Weiterhin kann das Material auf einfache Weise mittels nasschemischer Ätzprozesse nach einer Strukturierung eines unter der Hartmaske befindlichen Substrateinheit entfernt werden.
In nachteiliger Weise ist die Ätzselektivität herkömmlicher Maskenmaterialien äußerst gering, d.h. ein Aspektverhältnis von nicht mehr als 5:1 kann erreicht werden. Dies ist insbesondere für die Ätzung tiefer Gräben (Deep Trench), eine sogenannte DT-Ätzung, unzureichend.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Hartmaske zum Trockenätzen von Strukturen bereitzustellen, die sowohl eine hohe Ätzselektivität aufweist als auch gut strukturierbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Maskierungsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Ferner wird die Aufgabe durch ein im Patentanspruch 13 angegebenes Verfahren gelöst.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, die Hartmaske einer Maskierungsvorrichtung zur Maskierung beim Trockenätzen als ein Mehrfachschichtsystem auszubilden, welches einerseits Schichten mit einer hohen Strukturierungs-Maßhaltigkeit und andererseits Schichten mit einer hohen Ätzselektivität aufweist.

Weiterhin ist es ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass die aus einem Mehrfachschichtsystem gebildete Hartmaske nach einer Strukturierung eines zu strukturierenden Substrats auf einfache Weise entfernbar ist.

Erfindungsgemäß wird mindestens eine Strukturierungsschicht bereitgestellt, die eine im Vergleich zu den übrigen Schichten hohe Strukturierungs-Maßhaltigkeit aufweist. Weiterhin wird mindestens eine Ätzselektionsschicht bereitgestellt, die eine im Vergleich zu den übrigen Schichten hohe Ätzselektivität aufweist.

Ein Grundgedanke des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, diese Schichten wechselweise aufeinander aufzubringen, um ein Mehrfachschichtsystem einer Hartmaske zu bilden. Hierbei werden in vorteilhafter Weise insbesondere die physikalischen Eigenschaften mindestens zweier unterschiedlicher Materialien miteinander verknüpft, derart, dass eine Funktionsfähigkeit der Hartmaske der Maskierungsvorrichtung verbessert wird.

Die erfindungsgemäße Maskierungsvorrichtung zur Maskierung beim Trockenätzen eines zu strukturierenden Substrats weist im Wesentlichen auf:

a) eine Hartmaske, die auf das zu strukturierende Substrat aufgebracht ist; und
b) eine Fotolackschicht, die auf die Hartmaske aufgebracht ist und derart ausgelegt ist, dass sie fotolithografisch strukturierbar ist;
c) wobei eine Struktur der Fotolackschicht auf die Hartmaske und von dieser auf das zu strukturierende Substrat mittels des Trockenätzens übertragbar ist, wobei die Hartmaske als ein Mehrfachschichtsystem ausgebildet ist, welche mindestens eine Strukturierungsschicht, die eine im Vergleich zu den übrigen Schichten hohe Strukturierungs-Maßhaltigkeit aufweist, und mindestens eine Ätzselektionsschicht, die eine im Vergleich zu den übrigen Schichten hohe Ätzselektivität aufweist, einschließt.

Ferner weist das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen einer Hartmaske für Trockenätzprozesse im Wesentlichen die folgenden Schritte auf:

a) Bereitstellen eines zu strukturierenden Substrats;
b) Ausbilden eines Mehrfachschichtsystems, indem mindestens eine Strukturierungsschicht, die eine im Vergleich zu den übrigen Schichten hohe Strukturierungs-Maßhaltigkeit aufweist, auf dem zu strukturierenden Substrat abgeschieden wird, und indem mindesten eine Ätzselektionsschicht, die eine im Vergleich zu den übrigen Schichten hohe Ätzselektivität aufweist, auf der mindestens einen Strukturierungsschicht abgeschieden wird.

In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des jeweiligen Gegenstandes der Erfindung.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung sind die Strukturierungsschichten, die eine im Vergleich zu den übrigen Schichten hohe Strukturierungs-Maßhaltigkeit aufweisen, und die Ätzselektionsschichten, die eine im Vergleich zu den übrigen Schichten hohe Ätzselektivität aufweisen, abwechselnd aufeinander aufgebracht bzw. aufeinander geschichtet, um das Mehrfachschichtsystem zu bilden. In vorteilhafter Weise wird dadurch erreicht, dass bei einem Trockenätzprozess wechselweise eine hohe Ätzselektivität, d.h. ein hohes Aspektverhältnis, und eine hohe Strukturierungs-Maßhaltigkeit bereitgestellt wird.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung weisen die Strukturierungsschichten und die Ätzselektionsschichten unterschiedliche Schichtdicken auf. Vorzugsweise sind die Schichten eines Mehrfachschichtsystems, das in der Maskierungsvorrichtung eingeschlossen ist, als ein Stapel ausgebildet, wobei es zweckmäßig ist, dass die jeweiligen Strukturierungsschichten eine größere Schichtdicke aufweisen als die jeweiligen Ätzselektionsschichten.

Zweckmäßige Materialien zur Ausbildung der Strukturierungsschichten umfassen Oxide, insbesondere Siliziumdioxid (SiO₂). Bevorzugte Materialien zur Ausbildung der Ätzselektionsschichten umfassen ebenfalls Oxide, insbesondere Aluminiumoxid (Al₂O₃) und/oder Yttriumoxid (Y₂O₃). Ein zweckmäßiger Bereich einer Schichtdicke der mindestens einen Ätzselektionsschicht liegt zwischen 5 Nanometern (nm) und 30 Nanometern (nm).

Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist zwischen dem zu strukturierenden Substrat und dem Mehrfachschichtsystem der Hartmaske eine Stoppschicht angeordnet. Insbesondere ist die Stoppschicht an einer Unterseite, d.h. einer Seite gegenüberliegend zu einer Fotolackschicht des Mehrfachsystems aufgebracht. Weiterhin ist es möglich, eine derartige Stoppschicht integral zusammen mit dem Mehrfachschichtsystem auszubilden. Die Stoppschicht dient zur Verhinderung einer Erosion eines s.g. Padnitrids (einer Schicht, die zum Schutz des aktiven Gebiets vor der Transistordefinition dient). Eine derartige Erosion kann insbesondere bei dem eingesetzten Trockenätzprozess bzw. bei anisotropen Ionenätzprozessen auftreten. Vorzugsweise besteht die zwischen dem zu strukturierenden Substrat und dem Mehrfachschichtsystem der Hartmaske angeordnete Stoppschicht zur Verhinderung einer Erosion des Padnitrids aus Kohlenstoff- oder Wolfram-Material bzw. Titan oder Titannitrid.

In vorteilhafter Weise kann die zwischen dem strukturierenden Substrat und dem Mehrfachschichtsystem der Hartmaske angeordnete Stoppschicht als eine Abhebungsschicht ausgebildet sein. Eine derartige Abhebungsschicht dient einer Entfernung von Restbestandteilen der Hartmaske der Maskierungsvorrichtung, nachdem der Strukturierungsprozess für das zu strukturierende Substrat beendet ist. Ein bevorzugter Bereich der Schichtdicke für die zwischen dem strukturierenden Substrat und dem Mehrfachschichtsystem der Hartmaske angeordnete Stoppschicht liegt in einem Bereich zwischen 70 nm und 100 nm.

Für viele bevorzugte Anwendungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird ein Substrat eingesetzt, das aus einem kristallinen Silizium-Material gebildet ist. Auf dem Substrat ist die Padnitridschicht aufgebracht, die vorzugsweise zusammen mit dem zu strukturierenden Substrat durch den Trockenätzprozess strukturiert wird. Die Padnitridschicht ist vorzugsweise zwischen dem zu strukturierenden Substrat und der Stoppschicht des Mehrfachschichtsystems der Hartmaske angeordnet.

Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird auf dem Mehrfachschichtsystem der Hartmaske eine Hilfsschicht aus Polysilizium oder Kohlenstoff abgeschieden, um eine Strukturierung der Hartmaske mittels Fotolithografie zu unterstützen. Zweckmäßigerweise absorbiert eine derartige Hilfsschicht Licht, mit welchem eine Fotolackschicht zur Strukturierung der Hartmaske belichtet wird.

Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird auf der Hilfsschicht aus Polysilizium oder Kohlenstoff eine Antireflexionsschicht abgeschieden, um Rückreflexionen von der Hartmaske bzw. von dem gesamten Schichtsystem in die bei der Fotolithografie eingesetzte Fotolackschicht zu unterdrücken. Auf diese Weise ergibt sich der Vorteil, dass eine größere Genauigkeit bei dem Strukturierungsprozess erreicht wird.

Die Erzeugung des Mehrschichtsystems der Hartmaske sowie die Abscheidung der Hilfsschicht, der Antireflexionsschicht und der Stoppschicht werden vorzugsweise in einem Dualfrequenz-Parallelplattenreaktor ausgeführt. Ein bevorzugtes Verfahren zum Trockenätzen des zu strukturierenden Substrats wird durch reaktives Ionenätzen (RIE = Reactive Ion Etching) bereitgestellt.

Nach einer Durchführung des Strukturierungsprozesses kann die Stoppschicht verascht werden, derart, dass die gesamte Resthartmaske, bzw. die übriggebliebenen Bestandteile der Hartmaske, unterätzt und damit auf einfache Weise entfernt werden.

Je nach Material der Stoppschicht kann auch ein naßchemisches Verfahren eingesetzt werden. Auch andere isotrope Trockenätzverfahren sind einsetzbar, wie Durchschnittsfachleuten bekannt ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

In den Zeichnungen zeigen:
1 eine auf einem zu strukturierenden Substrat angeordnete Hartmaske, welche eine belichtete und entwickelte Fotolackschicht darauf aufgetragen aufweist, gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 die auf dem zu strukturierenden Substrat aufgebrachte Hartmaske nach einem Prozess eines Strukturierens der Hartmaske, gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
3 das in einem ersten Schritt strukturierte Substrat mit der teilweise durch den Trockenätzprozess abgetragenen Hartmaske, gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
4 das vollständig strukturierte Substrat, wobei die Hartmaske bis auf die auf der Padnitridschicht aufgebrachte Stoppschicht und ein Resthartmaske abgetragen ist, gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
5 das mit der strukturierten Padnitridschichtt versehene, vollständig strukturierte Substrat als ein bevorzugtes Endprodukt des Trockenätzprozesses gemäß der vorliegenden Erfindung.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten oder Schritte.
1 zeigt ein zu beschichtendes Substrat 301, auf welches eine Padnitridschicht 302 aufgebracht ist. Die Padnitridschicht 302 ist auf dem Substrat bereitgestellt, um elektrische Anschlussmöglichkeiten für auf dem Substrat 301 auszubildende Schaltungseinheiten bereitzustellen. Die in 1 veranschaulichte, erfindungsgemäße Maskierungsvorrichtung besteht in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel aus einem Mehrfachschichtsystem 101, einer Stoppschicht 203, einer Hilfsschicht 303 und einer Antireflexionsschicht 304.
Auf die Antireflexionsschicht 304 ist eine Fotolackschicht 305, die beispielsweise durch ein Schleuderverfahren aufgebracht ist und eine Dicke von 350 bis 400 Nanometer (nm) aufweist, aufgetragen. Die Stoppschicht 203 ist zwischen der Padnitridschicht 302 des Substrats 301 und dem Mehrfachschichtsystem 101 angeordnet und verhindert eine Erosion der Padnitridschicht 302 bei einem Trockenätzprozess, der beispielsweise durch reaktives Ionenätzen (RIE = Reactive Ion Etching) ausgeführt wird.
Im Folgenden wird zunächst das Mehrfachschichtsystem 101 der erfindungsgemäßen Maskierungsvorrichtung beschrieben werden. Wie in 1 veranschaulicht, besteht das Mehrfachschichtsystem 101 aus zwei unterschiedlichen Schichtsorten, d.h. mindestens einer Strukturierungsschicht 201a–201n und mindestens einer Ätzselektionsschicht 202a–202m. Es sei darauf hingewiesen, dass, obwohl in 1 zwei unterschiedliche Schichtarten dargestellt sind, ein Mehrfachschichtsystem aus mehr als zwei unterschiedlichen Schichtarten gebildet werden kann.
Zur Veranschaulichung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung dient das aus zwei Schichtarten bestehende Mehrfachschichtsystem 101 der 1. Wie gezeigt, ist auf der Stoppschicht 203 eine erste Strukturierungsschicht 201a aufgebracht, auf dieser ist eine erste Ätzselektionsschicht 202a aufgebracht, danach folgt wiederum eine zweite Strukturierungsschicht 201b usw. Die Strukturierungsschichten 201a–201n und die Ätzselektionsschichten 202a–202m sind abwechselnd aufeinander aufgebracht, um das Mehrfachschichtsystem 101 zu bilden. Eine Anzahl n der Strukturierungsschichten 201a–201n und eine Anzahl m der Ätzselektionsschichten 202a–202m sind abhängig von dem durchzuführenden Strukturierungsprozess des Substrats 301.
Die Eigenschaften der Strukturierungsschichten 201a–201n und der Ätzselektionsschichten 202a–202m werden im Folgenden erläutert. Die mindestens eine Strukturierungsschicht 201a–201n des Mehrfachschichtsystems 101 ist derart ausgelegt, dass eine einfache Strukturierbarkeit der Hartmaske bzw. der gesamten Maskierungsvorrichtung bereitgestellt wird. Eine "leichte" Strukturierbarkeit bedeutet, dass mit Hilfe eines Trockenätzprozesses der Maskierungsvorrichtung Strukturen auf eine einfache Weise aufgeprägt werden können.
Hierbei wird die Strukturierungsschicht 201a–201n mit einer relativ hohen Ätzrate geätzt. Beispielsweise beträgt das Verhältnis der Ätzrate der Strukturierungsschicht 201a–201n zu einer Ätzrate des zu strukturierenden Substrats 301 1:5. Die gute Strukturierbarkeit der Strukturierungsschicht 201a–201n führt zu einer guten Ätzbarkeit, so dass mit mindestens einer weiteren Schicht in dem Mehrfachschichtsystem 101 dafür gesorgt werden muss, dass die Gesamtdicke der Hartmaske auch bei einer Ätzung von tiefen Strukturen in das zu strukturierende Substrat 301 begrenzt bleibt.
Diese zusätzliche Schicht wird erfindungsgemäß durch die mindestens eine Ätzselektionsschicht 202a–202m bereitgestellt, welche eine im Vergleich zu den Strukturierungsschichten 201a–201n wesentlich höhere Ätzselektivität bereitstellt. Eine Strukturierungs-Maßhaltigkeit der Ätzselektionsschicht 202a–202m ist derjenigen der Strukturierungsschicht 201a–201n unterlegen.
Durch die Kombination zweier unterschiedlicher Schichtsorten in dem Mehrfachschichtsystem 101 ist es möglich, eine hohe Strukturierungs-Maßhaltigkeit mit einer hohen Ätzselektivität zu kombinieren. Aufgrund der hohen Ätzselektivität der Ätzselektionsschicht 202a–202m kann erreicht werden, dass eine Ätzrate der Ätzselektionsschicht 202a–202m um einen Faktor bis zu 30 geringer ist als eine Ätzrate des zu strukturieren den Substrats 301. Auf diese Weise kann ein Verhältnis der Ätzrate der Ätzselektionsschicht 202a–202m zu der Ätzrate des Substrats 301 von 1:30 erreicht werden. Die Strukturierungsschichten 201a–201n, die eine im Vergleich zu den übrigen Schichten des Mehrfachschichtsystems 101 hohe Strukturierungs-Maßhaltigkeit aufweisen, sind vorzugsweise aus einem Oxid, beispielsweise Siliziumdioxid SiO₂ gebildet. Wegen der hohen Ätzrate der Strukturierungsschichten 201a–201n sind die Strukturierungsschichten 201a–201n in dem in 1 gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit einer relativ großen Schichtdicke verglichen zu der Schichtdicke der Ätzselektionsschichten 202a–202m dargestellt.
Zweckmäßigerweise beträgt die Schichtdicke der Ätzselektionsschichten 202a–202m zwischen 5 nm und 30 nm, vorzugsweise ungefähr 10 nm. Die mindestens eine Ätzselektionsschicht 202a–202m, die eine im Vergleich zu den übrigen Schichten des Mehrfachschichtsystems 101 hohe Ätzselektivität aufweist, ist aus Aluminiumoxid Al₂O₃ und/oder Yttriumoxid Y₂O₃ gebildet. Weiterhin ist es möglich, auch Titannitrid oder Titanoxid als ein Mateial für die Ätzselektionsschicht 202a–202m zu verwenden.
Das in 1 dargestellte, zu strukturierende Substrat 301 besteht in dem gezeigten Ausführungsbeispiel aus einem kristallinen Siliziummaterial. Die auf dem Schichtsystem 101 aufgebrachte Hilfsschicht 303 ist beispielsweise aus Kohlenstoff- oder Polysilizium-Material ausgebildet und unterstützt eine Strukturierung der Hartmaske.
Ein Kohlenstoff-Material für die Hilfsschicht 303 wird dann bevorzugt, wenn eine Absorption von Licht, das zur Belichtung der Fotolackschicht 305 eingestrahlt wird, bereitgestellt werden muss. Auf der Hilfsschicht 303 ist eine Antireflexionsschicht 304 aufgetragen, die beispielsweise aus Siliziumoxynitrid SiON besteht. Diese Antireflexionsschicht dient zur Vermeidung von Interferenzen durch Einstrahlung von Licht zur Belichtung der aufgetragenen Fotolackschicht und insbesondere zur Verhinderung von Rückreflexionen von Belichtungs-Strahlung in die Fotolackschicht 305. 1 zeigt eine bereits belichtete und entwickelte Fotolackschicht 305 derart, dass die in 1 gezeigte Stapelanordnung für einen Trockenätzprozess vorbereitet ist.
Entsprechend der Strukturierung der Fotolackschicht 305 erfolgt nun eine Strukturierung des als Schichtstapel ausgebildeten Mehrfachschichtsystems 101. 2 zeigt den Zustand eines Prozessschritts, in welchem die Hartmaske, d.h. das Mehrfachschichtsystem 101 und die Stoppschicht 203 sowie die Padnitridschicht 302 bereits strukturiert sind.
Weiterhin sind die auf dem Mehrfachschichtsystem 101 aufgetragenen Hilfsschichten, d.h. die Hilfsschicht 303 und die Antireflexionsschicht 304 sowie die in 1 dargestellten, verbleibenden Anteile der Fotolackschicht 305 weggeätzt. In dem in 2 gezeigten Ätzzustand beträgt die Gesamtdicke des Stapels auf dem zu strukturierenden Substrat 301, d.h. des Stapels, der aus dem Mehrfachschichtsystem 101, der Stoppschicht 203 und der Padnitridschicht 302 besteht, ca. 1,8 Mikrometer (μm). In dem nächsten Prozessschritt beginnt eine Strukturierung des zu strukturierenden Substrats.
In 3 ist gezeigt, dass durch das anisotrope Ätzen eine Struktur der Fotolackschicht 305 auf das zu strukturierende Substrat 301 übertragen worden ist. In dem in 3 gezeigten Ätzzustand sind die obersten Strukturierungsschichten 201f–201n und die obersten Ätzselektionsschichten 202f–202m bereits abgetragen. Hierbei ergeben sich, wie obenstehend beschrieben, bei einer Ätzung der Strukturierungsschichten größere Verhältnisse von Hartmasken-Ätzraten zu Substrat-Ätzraten als bei der Ätzung von Ätzselektionsschichten. Beispielsweise ergibt sich bei einer Ätzung einer Strukturierungsschicht um 100 nm eine Ätzung des Substrats 301 um 500 nm, d.h. ein Ätzratenverhältnis von 1:5 wird aufrecht erhalten.
Betreffend die Ätzselektionsschicht ergibt sich ein Ätzratenverhältnis von etwa 1:30, d.h. eine Ätzung einer 10 nm dicken Ätzselektionsschicht führt zu einer 300 nm tiefen Ätzung in das Siliziumsubstrat 301.
4 zeigt den Zustand, in welchem das Mehrfachschichtsystem der Hartmaske fast vollständig entfernt ist. In dem in 4 gezeigten Prozessschritt können noch Teile der Hartmaske als Resthartmaske 204 auf der Stoppschicht 203 vorhanden sein. Weiterhin ist gezeigt, dass die Stoppschicht 203 infolge des Ätzprozesses geringfügig angegriffen ist und Abrundungen aufweist.
In dem in 4 gezeigten Zustand beträgt die endgültige Strukturtiefe der in das Substrat 301 übertragenen Strukturen ca. 7 μm, wobei die Strukturbreite im Bereich von 80 bis 100 nm liegt. Ein typisches Aspektverhältnis, das mit diesem anisotropen Trockenätzverfahren erreicht werden kann, liegt bei ungefähr 65. 4 veranschaulicht die vorteilhafte Wirkung der Stoppschicht 203, die dafür sorgt, dass die Padnitridschicht 302 durch das Trockenätzverfahren nicht angegriffen ist. In vorteilhafter Weise wird durch die Stoppschicht 203 eine Erosion der Padnitridschicht 302 verhindert.
Weiterhin dient die Stoppschicht 203 erfindungsgemäß als eine "Lift Off"-Maske bzw. eine Abhebungsschicht zur Entfernung der Resthartmaske 204. Eine derartige Entfernung der Resthartmaske 204 erfolgt in einem (hier nicht gezeigten) nasschemischen Reinigungsschritt, in welchem zudem die nicht mehr mit der Padnitridschicht 302 verbundene Hartmaske und die Resthartmaske 304 weggeschwemmt und anschließend aufgelöst werden.
5 zeigt den Endzustand des Trockenätzprozesses und veranschaulicht, dass eine Ätzung tiefer Gräben (DT-Ätzung, Deep Trench-Ätzung) mit einer gegenüber herkömmlichen Verfahren deutlich verbesserten Selektivität, einer guten Maßhaltigkeit und einer guten Entfernbarkeit einer Maskierungsvorrichtung bereitgestellt wird.
Besteht die Stoppschicht 203 zur Verhinderung einer Erosion der Padnitridschicht 302 aus einem Kohlenstoff-Material, so ist es möglich, durch ein Veraschen der Stoppschicht die gesamte Resthartmaske 204 zu unterätzen. Die Strukturierung sowohl der Strukturierungsschichten 201a–201n als auch der Ätzselektionsschichten 202a–202m des Mehrfachschichtsystems 101 der erfindungsgemäßen Maskierungsvorrichtung kann in einem Dualfrequenz-Parallelplattenreaktor erfolgen.
Hierbei ist eine Prozessauslegung es vorteilhaft, bei welcher der Ätzreaktor und der Ätzprozess bezüglich einer Strukturierung der Strukturierungsschichten 201a–201n optimiert sind, d.h. Oxid-optimiert sind. Als Ätzgase für das Oxid der Strukturierungsschicht 201a–201n werden insbesondere Gase wie ArC₄F₆ eingesetzt, wobei in dem Ätzreaktor geeignete Plasmaparameter eingestellt werden. Eine Strukturierung bzw. Ätzung der Ätzselektionsschichten 202a–202m des Mehrfachschichtsystems 101 erfolgt in vorteilhafter Weise durch die physikalische Komponente der oben beschriebenen Oxidätzung, d.h. es wird ein im Wesentlichen physikalisches anisotropes Ätzen bereitgestellt.
Weiterhin ist es vorteilhaft, dass, wenn die Stoppschicht 203 aus einem Kohlenstoff-Material besteht, diese in dem gleichen Reaktor und während des gleichen Ätzprozesses mittels Sauerstoff strukturierbar ist. Aufgrund der geringen Schichtdicke der Ätzselektionsschichten 202a–202m, die im Bereich von 10 nm liegt, wie oben beschrieben, ist es möglich, die Ätzselektionsschichten 202a–202m auf eine einfache Weise physika lisch zu durchdringen, d.h. die Ätzselektionsschichten 202a–202m werden "durchschossen".
In dem Fall, dass die Stoppschicht 203 aus Kohlenstoff besteht, kann eine nasschemische Ätzung der Stoppschicht 203 ersetzt werden durch ein Strippen des Kohlenstoff-Materials.
Die Erfindung wird vorzugsweise zur Herstellung von Speichermodulen, insbesondere dynamischen Schreiblesespeichern (DRAM = Dynamic Random Access Memory) verwendet, ist jedoch nicht auf die genannten Anwendungsmöglichkeiten beschränkt. Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Maskierungsvorrichtung besteht darin, dass tiefe Strukturen in ein Substrat geätzt werden können, ohne eine Facettierung einer auf dem Substrat aufgebrachten Padnitridschicht herbeizuführen.
Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.
Auch ist die Erfindung nicht auf die genannten Anwendungsmöglichkeiten beschränkt.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten oder Schritte.

101: Mehrfachschichtsystem
201a–201n: Strukturierungsschicht
202a–202m: Ätzselektionsschicht
203: Stoppschicht
204: Resthartmaske
301: Substrat
302: Padnitridschicht
303: Hilfsschicht
304: Antireflexionsschicht
305: Fotolackschicht

Claims

Maskierungsvorrichtung zur Maskierung beim Trockenätzen eines zu strukturierenden Substrats (301), mit: a) einer Hartmaske, die auf das zu strukturierende Substrat (301) aufgebracht ist; und b) einer Fotolackschicht (305), die auf die Hartmaske aufgebracht ist und derart ausgelegt ist, dass sie fotolithographisch strukturierbar ist; c) wobei eine Struktur der Fotolackschicht (305) auf die Hartmaske und von dieser auf das zu strukturierenden Substrat (301) mittels des Trockenätzens übertragbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass d) die Hartmaske als ein Mehrfachschichtsystem (101) ausgebildet ist, welches einschließt: d1) mindestens eine Strukturierungsschicht (201a–201n), die eine im Vergleich zu den übrigen Schichten hohe Strukturierungs-Maßhaltigkeit aufweist; und d2) mindestens eine Ätzselektionsschicht (202a–202m), die eine im Vergleich zu den übrigen Schichten hohe Ätzselektivität aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturierungsschichten (201a–201n), die eine im Vergleich zu den übrigen Schichten hohe Strukturierungs-Maßhaltigkeit aufweisen und die Ätzselektionsschichten (202a–202m), die eine im Vergleich zu den übrigen Schichten hohe Ätzselektivität aufweisen, abwechselnd aufeinander aufgebracht sind, um das Mehrfachschichtsystem (101) zu bilden.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturierungsschichten (201a–201n), die eine im Vergleich zu den übrigen Schichten hohe Strukturierungs-Maßhaltigkeit aufweisen und die Ätzselektionsschichten (202a–202m), die eine im Vergleich zu den übrigen Schichten hohe Ätzselektivität aufweisen, unterschiedliche Schichtdicken aufweisen.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Strukturierungsschicht (201a–201n) aus Siliziumdioxid (SiO₂) gebildet ist.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Ätzselektionsschicht (202a–202m) aus Aluminiumoxid (Al₂O₃) und/oder Yttriumoxid (Y₂O₃) und/oder Titandioxid und/oder Titannitrid gebildet ist.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Ätzselektionsschicht (202a–202m) eine Schichtdicke im Bereich zwischen 5 Nanometer (nm) und 30 Nanometer (nm) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem zu strukturierenden Substrat (301) und dem Mehrfachschichtsystem (101) der Hartmaske eine Stoppschicht (203) zur Verhinderung einer Erosion einer Padnitridschicht (302) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen dem zu strukturierenden Substrat (301) und dem Mehrfachschichtsystem (101) der Hartmaske angeordnete Stoppschicht (203) zur Verhinderung einer Erosion der Padnitridschicht (302) aus Kohlenstoff- oder Wolfram-Material oder Titan bzw Titannitrid besteht.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen dem zu strukturierenden Substrat (301) und dem Mehrfachschichtsystem (101) der Hartmaske angeordnete Stoppschicht (203) als eine Abhebungsschicht zur Entfernung einer Resthartmaske ausgebildet ist.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen dem zu strukturierenden Substrat (301) und dem Mehrfachschichtsystem (101) der Hartmaske angeordnete Stoppschicht (203) zur Verhinderung einer Erosion der Padnitridschicht (302) eine Schichtdicke im Bereich zwischen 70 Nanometer (nm) und 100 Nanometer (nm) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, ddadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (301) aus kristallinem Silizium-Material gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Padnitridschicht (302) zwischen dem zu strukturierenden Substrat (301) und der Stoppschicht (203) zur Verhinderung einer Erosion der Padnitridschicht (302) angeordnet ist.
Verfahren zum Herstellen einer Hartmaske für Trockenätzprozesse, mit den Schritten: a) Bereitstellen eines zu strukturierenden Substrats (301); b) Ausbilden eines Mehrfachschichtsystems (101), indem b1) mindestens eine Strukturierungsschicht (201a–201n), die eine im Vergleich zu den übrigen Schichten hohe Strukturierungs-Maßhaltigkeit aufweist, auf dem zu strukturierenden Substrat (301) abgeschieden wird; und b2) mindestens eine Ätzselektionsschicht (202a–202m), die eine im Vergleich zu den übrigen Schichten hohe Ätzselektivität aufweist, auf der mindestens einen Strukturierungsschicht (201a–201n) abgeschieden wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturierungsschichten (201a–201n), die eine im Vergleich zu den übrigen Schichten hohe Strukturierungs-Maßhaltigkeit aufweisen und die Ätzselektionsschichten (202a–202m), die eine im Vergleich zu den übrigen Schichten hohe Ätzselektivität aufweisen, abwechselnd aufeinander abgeschieden werden.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem zu strukturierenden Substrat (301) und dem Mehrfachschichtsystem (101) der Hartmaske eine Stoppschicht (203) zur Verhinderung einer Erosion einer Padnitridschicht (302) abgeschieden wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 15, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der zwischen dem zu strukturierenden Substrat (301) und dem Mehrfachschichtsystem (101) der Hartmaske angeordneter Stoppschicht (203) eine Entfernung einer Resthartmaske bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Padnitridschicht (302) zwischen dem zu strukturierenden Substrat (301) und der Stoppschicht (203) zur Verhinderung einer Erosion der Padnitridschicht (302) gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Hilfsschicht (303) aus Polysilizium oder Kohlenstoff auf dem Mehrschichtsystem (101) der Hartmaske abgeschieden wird, um eine Strukturierung der Hartmaske mittels Fotolithographie zu unterstützen.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Hilfsschicht (303) aus Polysilizium oder Kohlenstoff eine Antireflexionsschicht (304) abgeschieden wird, um Rückreflexionen von der Hartmaske in eine bei der Fotolithographie eingesetzte Fotolackschicht (305) zu unterdrücken.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Mehrschichtsystem (101) der Hartmaske in einem Dualfrequenz-Parallelplattenreaktor gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Trockenätzen als ein reaktives Ionenätzen (RIE) bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass durch ein Veraschen der Stoppschicht (203) die gesamte Resthartmaske (204) unterätzt wird.