DE10204222B4 - Verfahren zur Seitenwandpassivierung beim Plasmaätzen - Google Patents
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Abstract
Verfahren
zur Seitenwandpassivierung beim Plasmaätzen 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, so dass das Plasma (10) zusammen mit der mindestens einen
siliziumabgebenden Verbindung (1) zu ungeladenen SiO2-Verbindungen
(2) und/oder ungeladenen SiO2-artigen und/oder
Silizium-Nitrid-Verbindungen
reagiert.
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.
- Aus der
DE 196 41 288 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von geätzten Strukturen in Substraten mittels anisotropen Plasmaätzens bekannt, wobei getrennt voneinander alternierend ein an sich isotroper Ätzvorgang und eine Seitenwandpassivierung durchgeführt wird, wobei das Substrat ein Polymer, ein Metall oder ein Mehrkomponentensystem ist und Anteile der während der Seitenwandpassivierung aufgebrachten Seitenwandpassivierschicht jeweils während der darauffolgenden Ätzvorgänge auf die freigelegten Seitenflächen der Seitenwand übertragen werden, wodurch der Gesamtprozeß insgesamt anisotrop wird. - 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 siliziumabgebenden Verbindung im Plasma wird eine Reaktion mit im Plasma vorhandenen Sauerstoff-Molekülen oder Ionen und/oder Stickstoff-Molekülen und/oder Ionen ermöglicht. Beim Ätzen einer Grabenstruktur im Material erfolgt 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.
- 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.
- 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:
-
1 eine schematische Ausschnittansicht einer Maske für die Herstellung von Halbleiterbauelementen vor einer Ätzung; -
2 eine schematische Ausschnittansicht der Maske nach1 während einer Ätzung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren; -
3 eine schematische Ausschnittansicht der Maske nach2 nach der Ätzung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren; -
4 eine schematische Ausschnittansicht der Maske nach4 nach Lackstripp- und Reinigungsschritten. - In
1 ist ein Teil einer Struktur im Schnitt dargestellt, die bei der Herstellung einer Maske für die Halbleiterfertigung verwendet ist.1 stellt dabei den Zustand vor der Ätzung dar. - Dabei ist auf einem Quarzsubstrat
30 eine Chromschicht31 angeordnet. Diese Chromschicht31 soll in einem Plasmaätzverfahren strukturiert werden, wobei über der Chromschicht teilweise eine Lackschicht32 (Fotolack, Resist) angeordnet ist. Die Lackschicht32 weist Grabenstrukturen20 auf, an denen ein Plasma10 (siehe2 ) die Chromschicht31 zur Herstellung einer Struktur ätzen soll. Durch die Lackschicht32 abgedeckten Bereiche der Chromschicht31 werden nicht geätzt. - In
2 ist der Ätzvorgang nach dem erfindungsgemäßen Verfahren dargestellt. - Das Plasma
10 enthält erfindungsgemäß eine silizumabgebende Verbindung1 , nämlich gasförmiges SiH4. Alternativ, oder auch zusätzlich, sind auch gasförmiges SiCl4, SiF4 oder SiH2Cl2 als siliziumabgebenden Verbindungen verwendbar. Auch ist jede dieser siliziumabgebenden Verbindungen1 allein im erfindungsgemäßen Verfahren einsetzbar. Allgemein kann als Molekül der siliziumabgebenden Verbindung1 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 Plasma10 als Reaktionspartner für das Silizium bei der Bildung von Passivierungsschichten verwendet. Alternativ oder zusätzlich kann auch Stickstoff im Plasma10 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 Grabenstruktur31 gelenkt. Dies ist in2 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 Seitenwände21 der Grabenstruktur20 auf. Ein Teil dieser Teilchen wird aber auch auf den Boden23 oder der Oberseite der Lackschicht32 auftreffen. - Die siliziumabgebenden Verbindungen
1 werden im Plasma10 zerlegt, wobei sich das freiwerdende Silizium mit dem im Plasma10 befindlichen Sauerstoff verbindet. Da im Plasma genügend Sauerstoff vorhanden ist, reichen kleine Mengen der siliziumabgebenden Verbindung1 aus. - Als Produkt der Reaktion entstehen SiO2-Verbindungen und/oder SiO2-artigen Verbindungen
2 . Diese scheiden sich grundsätzlich auf der Oberseite der Lackschicht32 , den Seitenwänden21 der Lackschicht32 und am Boden23 ab. - Allerdings treffen die im Plasma
10 erzeugten Ionen mit einer einstellbaren Energie senkrecht auf die Oberseite der Lackschicht32 und den Boden23 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 Seitenwänden21 werden durch die senkrecht auftreffenden Ionen jedoch nicht beeinträchtigt, da die ebenfalls im wesentlichen senkrecht stehenden Seitenwände21 nur in sehr geringen Maße treffen. Gestreute Ionen und Neutralteilchen, die die Seitenwände21 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 Chromschicht31 hinein wird geschützt. - Es bildet sich also eine Seitenwandpassivierung
22 aus SiO2 und/oder SiO2-artigen Verbindungen an den Seitenwänden21 der Lackschicht32 und an geätzten Bereichen der Chromschicht31 aus. Diese ist in2 durch die dicken Linien gekennzeichnet. - Damit ist eine anisotrope Ätzung ohne Maßverlust möglich.
- Typische Betriebsparameter für eine solche Plasmaätzung bei Chromschichten sind:
Druck: 1,33 Pa
Cl2-Fluss: 20 cm3/min (bei Normbedingungen) [sccm]
O2-Fluss: 10 cm3/min (bei Normbedingungen) [sccm]
He-Fluss: 40 cm3/min (bei Normbedingungen) [sccm]
SiH4-Fluss: 2 cm3/min (bei Normbedingungen) [sccm]
magnetische Flussdichte: 0,5 mT
RF-Leistung: 50W
ICP (inductively coupled plasma)-Leistung: 300W - Das beschriebene Verfahren kann als Kombination von RIE und ICP-Verfahren aufgefasst werden.
- In
3 ist die Situation nach dem Ätzen dargestellt. Die Chromschicht31 wurde angeätzt und strukturiert. Die Seitenwände21 sind mit einer Seitenwandpassivierung22 überzogen. - In
4 wird dann der Zustand nach dem Lackstrippen und Reinigen gezeigt. Die Lackschicht32 und die Seitenwandpassivierung22 sind entfernt. Es bleibt nur die strukturierte Chromschicht31 auf dem Quarz-Substrat30 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.
-
- 1
- siliziumabgebende Verbindung
- 2
- SiO2-, SiO2-artige Verbindung
- 10
- Plasma
- 20
- Grabenstruktur
- 21
- Seitenwand
- 22
- Seitenwandpassivierung
- 30
- Quarzsubstrat
- 31
- Chromschicht
- 32
- Lackschicht
Claims (6)
- Verfahren zur Seitenwandpassivierung beim Plasmaätzen 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, so dass das Plasma (10 ) zusammen mit der mindestens einen siliziumabgebenden Verbindung (1 ) zu ungeladenen SiO2-Verbindungen (2 ) und/oder ungeladenen SiO2-artigen und/oder Silizium-Nitrid-Verbindungen reagiert. - 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. - Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einer siliziumabgebenden Verbindung (
1 ) gemäß der Summenformel atom jeweils zwei Wasserstoffatome durch ein Sauerstoff substituiert sind, insbesondere ein SiCl2O, wobei die siliziumabgebende Verbindung (1 ) unter Betriebsbedingungen gasförmig ist. - 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. - 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. - Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die SiO2- und/oder die SiO2-artigen und/oder Silizium-Nitrid Schichten beim Reinigen und/oder Lackstrippen des Materials entfernt werden.
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DE19641288A1 (de) * | 1996-10-07 | 1998-04-09 | Bosch Gmbh Robert | Verfahren zum anisotropen Plasmaätzen verschiedener Substrate |
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