DE10204222A1 - Verfahren zur Plasmaätzung nicht-siliziumhaltiger Materialien - Google Patents
Verfahren zur Plasmaätzung nicht-siliziumhaltiger MaterialienInfo
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Abstract
Verfahren zur Plasmaätzung von nicht-siliziumhaltigen Materialien, insbesondere zur Seitenwandpassivierung von Chromschichten bei Masken zur Herstellung von Halbleiterbauelementen, wobei das Plasma Sauerstoff und/oder Stickstoff enthält, dadurch gekennzeichnet, dass in das Plasma (10) mindestens eine siliziumabgebende Verbindung (1) eingeführt wird. Damit kann eine Passivierung von Seitenwänden in effizienter Weise erfolgen.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
- Bei der Strukturierung von Materialien in der Halbleiterindustrie ist es häufig erforderlich, bestimmte Bereiche einer Struktur während Ätzprozessen durch Passivierungsschichten abzudecken. Die Passivierungsschichten dienen dazu, darunter liegende Schichten vor dem Ätzmedium zu schützen.
- Dies ist insbesondere bei der Herstellung von Masken mit Chromschichten ein Problem. Bei der Plasmaätzung von Chromschichten bei der Herstellung von Masken (z. B. COG) wird die Chromschicht üblicherweise mittels eines Plasmaätzprozesses strukturiert. Unter Plasmaätzen wird hier jedes Verfahren verstanden, das bei dem aus einem Plasma heraus eine Materialabtragung bewirkt wird. Dazu gehört z. B. auch das reaktive Ionenätzen (RIE reactive ion etching), bei dem neben einem Ionenbeschuss auch reaktive Komponenten der verwendeten Gasatmosphäre mitwirken. Durch reaktives Ionenätzen kann insbesondere anisotrop geätzt werden. Auch ICP(inductively coupled plasma)-Verfahren gehören zum Plasmaätzen. Auch Kombinationen von RIE- und ICP-Verfahren sind möglich.
- Damit beim Ätzen von Chrommasken das Chrom in eine flüchtige Verbindung überführt werden kann, muss dem Ätzgas (Chlor) verhältnismäßig viel Sauerstoff zugegeben werden. Dabei verhindert der hohe Sauerstoffanteil im Plasma die Bildung von Polymeren, mit denen sonst eine Seitenwandpassivierung erreicht wird. Des Weiteren wird eine Lackschicht, die bei der Strukturierung der Chromschicht verwendet wird, durch die vorhandenen Sauerstoff-Radikale seitlich angegriffen.
- Bisher wurde versucht, dieses Problem durch Einstellung der Lackätzrate zu lösen. Die Lackätzrate ist teilweise isotrop, so dass diese die Gleichförmigkeit des Endmaßes (CD- Uniformity) und den Maßverlust (CD-Bias) bestimmt.
- Nachteilig ist dabei, dass ein effektiver Flankenschutz damit nicht erreichbar ist.
- Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, bei dem eine Seitenwandpassivierung in effizienter Weise erfolgen kann.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
- Durch die Einführung mindestens einer siliziumabgebende Verbindung im Plasma wird eine Reaktion mit im Plasma vorhandenen Sauerstoff-Molekülen oder Ionen und/oder Stickstoff-Molekülen und/oder Ionen ermöglicht.
- Die entstehenden SiO2- oder SiO2-artigen Verbindungen bzw. Nitrid-Verbindungen sind ungeladen und scheiden sich daher auf der Oberfläche des bearbeiteten Materials ab.
- In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist mindestens eine siliziumabgebende Verbindung ein gasförmiges Molekül gemäß folgender Summenformel ist: SiAxHy mit
x = 0, . . ., 4,
y = 0, . . ., 4 und
x + y = 4 und
A = Cl oder A = F,
insbesondere SiH4, SiCl4, SiF4 oder SiH2Cl2. - Mit Vorteil sind bei einer dieser siliziumabgebende Verbindungen jeweils zwei Wasserstoffatome durch ein Sauerstoffmolekül substituiert, insbesondere ist SiCl2O vorteilhaft, wobei die siliziumabgebenden Verbindung unter Betriebsbedingungen gasförmig ist.
- Vorteilhafterweise erfolgt beim Ätzen einer Grabenstruktur im Material nach dem Zugeben der mindestens einen siliziumabgebenden Verbindung eine Beschichtung einer Seitenwand der Grabenstruktur mit einer SiO2-Schicht und/oder einer SiO2-artigen Schicht und/oder mit einer Nitridschicht zur Seitenwandpassivierung. An den quer zum elektrischen Feld liegenden Flächen, also den Flächen, an denen die Ionen mit einer besonderen Energie auftreffen, werden die SiO2- oder SiO2-artigen und/oder die Nitrid- Verbindungen wieder abgelöst, an den Seitenwänden bleibt eine Passivierungsschicht bestehen.
- Mit Vorteil werden auf einem Boden der Grabenstruktur abgeschiedene SiO2-Schichten und/oder SiO2-artige und/oder Nitrid-Schichten durch geladene Teilchen des Plasmas entfernt.
- Auch ist es vorteilhaft, wenn die SiO2- und/oder die SiO2- artigen und/oder die Nitrid-Schichten beim Reinigen und/oder Lackstrippen des Materials entfernt werden.
- Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1 eine schematische Ausschnittansicht einer Maske für die Herstellung von Halbleiterbauelementen vor einer Ätzung;
- Fig. 2 eine schematische Ausschnittansicht der Maske nach Fig. 1 während einer Ätzung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren;
- Fig. 3 eine schematische Ausschnittansicht der Maske nach Fig. 2 nach der Ätzung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren;
- Fig. 4 eine schematische Ausschnittansicht der Maske nach Fig. 4 nach Lackstripp- und Reinigungsschritten.
- In Fig. 1 ist ein Teil einer Struktur im Schnitt dargestellt, die bei der Herstellung einer Maske für die Halbleiterfertigung verwendet ist. Fig. 1 stellt dabei den Zustand vor der Ätzung dar.
- Dabei ist auf einem Quarzsubstrat 30 eine Chromschicht 31 angeordnet. Diese Chromschicht 31 soll in einem Plasmaätzverfahren strukturiert werden, wobei über der Chromschicht teilweise eine Lackschicht 32 (Fotolack, Resist) angeordnet ist. Die Lackschicht 32 weist Grabenstrukturen 20 auf, an denen ein Plasma 10 (siehe Fig. 2) die Chromschicht 31 zur Herstellung einer Struktur ätzen soll. Durch die Lackschicht 32 abgedeckten Bereiche der Chromschicht 31 werden nicht geätzt.
- In Fig. 2 ist der Ätzvorgang nach dem erfindungsgemäßen Verfahren dargestellt.
- Das Plasma 10 enthält erfindungsgemäß eine siliziumabgebende Verbindung 1, nämlich gasförmiges SiH4. Alternativ, oder auch zusätzlich, sind auch gasförmiges SiCl4, SiF4 oder SiH2Cl2 als siliziumabgebenden Verbindungen verwendbar. Auch ist jede dieser siliziumabgebenden Verbindungen 1 allein im erfindungsgemäßen Verfahren einsetzbar. Allgemein kann als Molekül der siliziumabgebenden Verbindung 1 gemäß folgender Summenformel aufgebaut sein: SiAxHy mit
x = 0, . . ., 4,
y = 0, . . ., 4 und
x + y = 4 und
A = Cl oder A = F. - Somit sind chlor- oder fluorhaltige Siliziumverbindungen geeignet. Alternativ können auch gasförmige Verbindungen dieser Art verwendet werden, wenn zwei Wasserstoffatome durch ein Sauerstoffatom ersetzt werden, wie z. B. SiCl2O, so lange die Verbindung bei Prozessbedingungen gasförmig ist (SiO2 ist demnach ausgeschlossen)
- Des Weiteren sind im Plasma 10 ungeladene Moleküle (z. B. Cl2, O2) und Ionen (O+, Cl+, O2 +) enthalten. Im vorliegenden Beispiel wird der Sauerstoff im Plasma 10 als Reaktionspartner für das Silizium bei der Bildung von Passivierungsschichten verwendet. Alternativ oder zusätzlich kann auch Stickstoff im Plasma 10 als Reaktionspartner verwendet werden.
- Durch das sich im Plasma senkrecht zum Substrat ausbildende elektrische Feld werden die ionisierten Teilchen im wesentlichen senkrecht in Richtung auf einen Boden 23 der Grabenstruktur 31 gelenkt. Dies ist in Fig. 2 durch Pfeile an den entsprechenden Ionen symbolisiert.
- Die ungeladenen Teilchen, insbesondere die siliziumabgebenden Verbindungen 1 bewegen sich im Feld ungeordnet, d. h. insbesondere treffen sie auch auf die Seitenwände 21 der Grabenstruktur 20 auf. Ein Teil dieser Teilchen wird aber auch auf den Boden 23 oder der Oberseite der Lackschicht 32 auftreffen.
- Die siliziumabgebenden Verbindungen 1 werden im Plasma 10 zerlegt, wobei sich das freiwerdende Silizium mit dem im Plasma 10 befindlichen Sauerstoff verbindet. Da im Plasma genügend Sauerstoff vorhanden ist, reichen kleine Mengen der siliziumabgebenden Verbindung 1 aus.
- Als Produkt der Reaktion entstehen SiO2-Verbindungen und/oder SiO2-artigen Verbindungen 2. Diese scheiden sich grundsätzlich auf der Oberseite der Lackschicht 32, den Seitenwänden 21 der Lackschicht 32 und am Boden 23 ab.
- Allerdings treffen die im Plasma 10 erzeugten Ionen mit einer einstellbaren Energie senkrecht auf die Oberseite der Lackschicht 32 und den Boden 23 auf, so dass die dort abgelagerten Verbindungen mit SiO2 und/oder SiO2-ähnlichen Verbindungen in-situ wieder entfernt werden. Die Ablagerungen von SiO2 und/oder SiO2-ahnlichen Verbindungen auf den Seitenwänden 21 werden durch die senkrecht auftreffenden Ionen jedoch nicht beeinträchtigt, da die ebenfalls im wesentlichen senkrecht stehenden Seitenwände 21 nur in sehr geringen Maße treffen. Gestreute Ionen und Neutralteilchen, die die Seitenwände 21 treffen, haben nicht genug kinetische Energie für eine Abtragung oder die Dichte der Teilchen ist zu gering. Somit weicht der Lack nicht zurück und auch die erzeugte Ätzflanke in die Chromschicht 31 hinein wird geschützt.
- Es bildet sich also eine Seitenwandpassivierung 22 aus SiO2 und/oder SiO2-artigen Verbindungen an den Seitenwänden 21 der Lackschicht 32 und an geätzten Bereichen der Chromschicht 31 aus. Diese ist in Fig. 2 durch die dicken Linien gekennzeichnet.
- Damit ist eine anisotrope Ätzung ohne Maßverlust möglich.
- Typische Betriebsparameter für eine solche Plasmaätzung bei Chromschichten sind:
Druck: 10 mTorr
Cl2-Fluss: 20 sccm
O2-Fluss: 10 sccm
He-Fluss: 40 sccm
SiH4-Fluss: 2 sccm
magnetische Flussdichte: 0,5 mT
RF-Leistung: 50 W
ICP (inductively coupled plasma)-Leistung: 300 W - Das beschriebene Verfahren kann als Kombination von RIE und ICP-Verfahren aufgefasst werden.
- In Fig. 3 ist die Situation nach dem Ätzen dargestellt. Die Chromschicht 31 wurde angeätzt und strukturiert. Die Seitenwände 21 sind mit einer Seitenwandpassivierung 22 überzogen.
- In Fig. 4 wird dann der Zustand nach dem Lackstrippen und Reinigen gezeigt. Die Lackschicht 32 und die Seitenwandpassivierung 22 sind entfernt. Es bleibt nur die strukturierte Chromschicht 31 auf dem Quarz-Substrat 30 übrig.
- Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, die von dem erfindungsgemäßen Verfahren auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch machen. Bezugszeichenliste 1 siliziumabgebende Verbindung
2 SiO2-, SiO2-artige Verbindung
10 Plasma
20 Grabenstruktur
21 Seitenwand
22 Seitenwandpassivierung
30 Quarzsubstrat
31 Chromschicht
32 Lackschicht
Claims (7)
1. Verfahren zur Plasmaätzung von nicht-siliziumhaltigen
Materialien, insbesondere zur Seitenwandpassivierung von
Chromschichten bei Masken zur Herstellung von
Halbleiterbauelementen, mit einem sauerstoff- und/oder
stickstoffhaltigen Plasma,
dadurch gekennzeichnet, dass
in das Plasma (10) mindestens eine siliziumabgebende
Verbindung (1) eingeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass mindestens eine siliziumabgebende
Verbindung (1) ein gasförmiges Molekül folgender Summenformel
ist: SiAxHy mit
x = 0, . . ., 4,
y = 0, . . ., 4 und
x + y = 4 und
A = Cl oder A = F,
insbesondere SiH4, SiCl4, SiF4 oder SiH2Cl2.
x = 0, . . ., 4,
y = 0, . . ., 4 und
x + y = 4 und
A = Cl oder A = F,
insbesondere SiH4, SiCl4, SiF4 oder SiH2Cl2.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, dass in mindestens einer
siliziumabgebende Verbindung (1) gemäß der Summenformel
jeweils zwei Wasserstoffatome durch ein Sauerstoffmolekül
substituiert sind, insbesondere ein SiCl2O, wobei die
siliziumabgebenden Verbindung (1) unter Betriebsbedingungen
gasförmig ist.
4. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden
Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass das
Plasma (10), der zusammen mit mindestens einer
siliziumabgebenden Verbindung (1) zu ungeladenen SiO2-
Verbindungen (2) und/oder ungeladenen SiO2-artigen
und/oder Silizium-Nitrid-Verbindungen reagiert.
5. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Ätzen
einer Grabenstruktur (20) im Material nach dem Zugeben der
mindestens einen siliziumabgebenden Verbindung (1) eine
Beschichtung einer Seitenwand (21) der Grabenstruktur (20)
mit einer SiO2-Schicht (22) und/oder einer SiO2-artigen
Schicht und/oder einer Silizium-Nitrid-Schicht zur
Seitenwandpassivierung erfolgt.
6. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf einem
Boden (23) der Grabenstruktur (20) abgeschiedene SiO2-
Schichten und/oder SiO2-artige und/oder Silizium-Nitrid-
Schichten durch geladene Teilchen des Plasmas entfernt
werden.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch
gekennzeichnet, dass die SiO2- und/oder die SiO2-
artigen und/oder Silizium-Nitrid Schichten beim Reinigen
und/oder Lackstrippen des Materials entfernt wird.
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DE19641288A1 (de) * | 1996-10-07 | 1998-04-09 | Bosch Gmbh Robert | Verfahren zum anisotropen Plasmaätzen verschiedener Substrate |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
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