DE10338422B4 - Selektiver Plasmaätzprozess zur Aluminiumoxid-Strukturierung und dessen Verwendung - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum selektiven und gerichteten Plasmaätzen von Aluminiumoxid, bei dem ein Gemisch mit folgenden Bestandteilen zum Ätzen eingesetzt wird:
a. ein polymerisationsfähiges Gas aus zumindest teilweise ungesättigten, perfluorierten Kohlenwasserstoffverbindungen;
c. Sauerstoff; und
d. ein geeignetes Trägergas;
und dieses Gemisch als Plasma mit dem zu ätzenden Aluminiumoxid in Kontakt gebracht wird und wobei das Volumenverhältnis der Bestandteile a:c:d etwa 0,7–1,3:0,5–2:5–200 beträgt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum selektiven und gerichteten Plasmaätzen von Aluminiumoxid, sowie die Verwendung des Verfahrens, insbesondere in der Halbleiterfertigung.
  • Aluminiumoxid weist eine hohe Ätzresistenz gegenüber Ätzplasmen auf, die zum Ätzen von Silizium, Siliziumoxid, Siliziumoxinitrid oder Silizumnitrid verwendet werden. Aluminiumoxid wird aufgrund dieser Ätzresistenz als Hartmaske bzw. Stoppschicht vorgeschlagen. Eine sinnvolle Verwendung scheiterte bisher aber vor allem an dem fehlenden selektiven und anisotropen Trockenätzprozess für Aluminiumoxid.
  • Ebenfalls schwierig ist die Trockenätzung von Aluminiumoxid bei der Verwendung als high-k Dielektrikum (Gatematerial in Feldeffekttransistoren oder Kondensatordielektrikum), wie auch als Tunnelbarriere (wie z.B. in Festplattenleseköpfen) oder in elektrolumineszenten Materialien einzustufen. Auch in diesen Fällen wäre es wünschenswert, ein Verfahren zum Ätzen von Aluminiumoxid zur Verfügung zu haben.
  • Aufgrund der schlechten Selektivität üblicher Prozesse für eine anisotrope Ätzung werden derzeit dickere Hart- oder Lackmaskenschichten zur Strukturierung des Aluminiumoxid benötigt, auch der Ätzangriff auf das unterliegende Material ist durch den nötigen Overetch und die schlechte Selektivität relativ groß.
  • Als einziger selektiver Ätzprozess ist derzeit nur ein nasschemischer und damit isotroper Prozess zur Aluminiumoxidentfernung etabliert. Zu den Nachteilen dieses Verfahrens gehören ein isotropes, d.h. ungerichtetes Ätzverhalten, weshalb Materialabtragungen und Fehler insbesondere an Kanten- und Grenzschichtbereichen auftreten, was zur schlechten Kontrollierbarkeit der Strukturbreiten beiträgt. Nasschemische Prozesse sind daher für kleiner werdende Strukturen nur bedingt geeignet.
  • Bisher ist noch kein anisotroper Prozess zum Ätzen von Aluminiumoxid mit hoher Selektivität beschrieben.
  • Stattdessen werden derzeit bei dem Versuch, möglichst anisotrope Strukturierungen zu erzielen, hohe Maskenschichtdicken eingesetzt, und der Abtrag von Aluminiumoxid geschieht oft mittels unangepasster Rezepte, z.B. mit auf Ar basierten Sputterrezepten.
  • Die WO 00/34985 schlägt ein Verfahren zum Strukturieren einer metallhaltigen Schicht vor. Die metallhaltige Schicht wird dabei unter Verwendung einer Ätzmaske in einer plasmaunterstützten Ätzgasatmosphäre bei einer Temperatur oberhalb von 130°C in Anwesenheit zumindest einer Halogenverbindung und zumindest eines Oxidationsmittels geätzt, wobei die Konzentration des Oxidationsmittels höher als die Konzentration der Halogenverbindung ist. Gemäß der US 6511 918 B2 wird als Halogenkomponente eines Ätzgases CHF3 in einer Mischung mit Sauerstoff eingesetzt. Als Trägergas wird Stickstoff vorgeschlagen.
  • Die DE 102 52 337 A1 beschreibt ein Verfahren zum Ätzen von Oxidschichten mit einem Gas auf CF-Basis, wie C4F6 oder C5F8. Die Oxidschicht besteht dabei aus einem Metalloxid und wird durch reaktives Ionenätzen oder Plasmaätzen bearbeitet.
  • Die DE 101 13 187 C1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Grabenkondensators, bei dem das Kondensatordielektrikum z.B. als Schichtstapel, bestehend aus Siliziumdioxid und Aluminiumdioxid, gebildet wird. Durch isotropes Ätzen kann dieser Schichtstapel bearbeitet werden, wobei als Ätzgas u.a. auch C5F8 eingesetzt werden kann.
    •
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum kontrollierten Ätzen von Aluminiumoxid bereitzustellen, das unter Nutzung von gebräuchlichen Temperaturen einsetzbar ist.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung des erfindungsgemäßen Ätzverfahrens zum selektiven Ätzen von Aluminiumoxid gegenüber Silizium, Photolacken und/oder Metallen.
  • Weiterhin umfasst die vorliegende Erfindung die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ätzen von Barriereschichten oder Tunnelschichten aus Aluminiumoxid, welche z.B. in magnetischen Speichern oder in Festplattenleseköpfen verwendet werden.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft auch die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in der Halbleiterfertigung, insbesondere im Rahmen der Herstellung von Kontaktlöchern.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Aluminiumoxid-Hartmaske.
  • Anspruch 1 betrifft ein Verfahren zum selektiven und gerichteten Plasmaätzen von Aluminiumoxid, bei dem ein Gemisch mit folgenden Bestandteilen zum Ätzen eingesetzt wird:
    • a. ein polymerisationsfähiges Gas aus zumindest teilweise ungesättigten, perfluorierten Kohlenwasserstoffverbindungen;
    • c. Sauerstoff; und
    • d. ein geeignetes Trägergas;
    wobei dieses Gemisch als Plasma mit dem zu ätzenden Aluminiumoxid in Kontakt gebracht wird. Wahlweise weist das Gemisch weiterhin den folgenden Bestandteil auf:
    • b. eine Verbindung mit der Formel CHxFy, wobei x = 1, 2 oder 3 ist und y = 4 – x ist.
  • Obwohl unter b. ein wahlweiser Bestandteil angegeben ist, ist bevorzugt, dass der Volumenanteil von b. größer als 0 ist.
  • Zum ersten Mal wurde hiermit ein selektiver und anisotroper Ätzprozess für Aluminiumoxid gefunden, der gleichzeitig kompatibel zu üblichen Plasmaätzkammern ist, und unter Nutzung von gebräuchlichen Gasen, Parametern und Temperaturen einsetzbar ist. Ermöglicht wurde dies über die angepasste Kombination der Bestandteile, insbesondere durch das gleichzeitige Vorhandensein polymerisierender und sputternd/oxidierend abtragender Komponenten. Es wird angenommen, dass durch die Polymerisation ein zumindest zeitweiliger Schutz von Oberflächen vor einer zu starken Ätzung bereitgestellt wird, während andererseits abtragende Bestandteile das Ätzen bewirken und eine übermäßige Bildung von Polymeren verhindern. Der Bestandteil a. ist ein polymerisierender Bestandteil. Bestandteil b. trägt vermutlich ebenfalls zu Polymerisation bei, bewirkt aber durch den F-Anteil wahrscheinlich auch einen gewissen Abtrag. Bestandteil c. wirkt oxidierend abtragend und Bestandteil d. vornehmlich als Verdünnungsgas. Es war nicht zu erwarten, dass eine derartige Kombination von Bestandteilen ein selektives Ätzen von Aluminiumoxid ermöglichen würde.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird als zumindest teilweise ungesättigte, perfluorierte Kohlenwasserstoffverbindung C9F6 (1,1,2,3,4,4-Hexafluor-1,3-butadien) und/oder C5F8 verwendet. Hierbei handelt es sich um nicht cyclische Verbindungen. Bei diesen Verbindungen wurden besonders gute Selektivitäten gegenüber Silizium und Lackma terialien beobachtet. Ebenfalls erfindungsgemäß verwendbar ist C4F8.
  • Unter Aluminiumoxid wird erfindungsgemäß Al2O3 verstanden, der Begriff umfasst aber auch nicht stöchiometrisches Aluminiumoxid, wie es bei Aluminiumschichtbildungen ggf. auftreten kann. Ebenso ist der Begriff Siliziumoxid als Siliziumdioxid zu verstehen, wobei auch hier nicht stöchiometrische Verhältnisse vorliegen können. Der Begriff Siliziumnitrid umfasst verschiedene Siliziumnitride, insbesondere Si3N4.
  • Die Verbindungen CHxFy sind in dem Gasgemisch ebenfalls vorwiegend als ein die Polymerisation unterstützendes Gas enthalten. In einer bevorzugten Ausführungsform wird CH2F2 als Verbindung mit der Formel CHxFy verwendet.
  • Als Trägergas bzw. Verdünnungsgas können erfindungsgemäß beliebige inerte oder weitgehend inerte Gase verwendet werden, wie Argon, Xenon, Helium und/oder Neon. Die Verwendung von Argon als Trägergas hat sich jedoch als bevorzugt herausgestellt. Es wird vermutet, dass Ar in geringen Anteilen im Plasma ionisiert wird und so zum Abtrag sich auf der Oberfläche bildender Polymere beiträgt.
  • Das Verhältnis der Bestandteile ist erfindungsgemäß variierbar. Das Volumenverhältnis der Bestandteile a:b:c:d beträgt etwa 0,7–1,3:0–1:0,5–2:5–200, bevorzugt etwa 0,8–1,2:0,4–0,8:0,6–1,4:10–100.
  • Obwohl b. in der ersten Volumenverhältnisangabe 0 sein kann, ist als weitere Untergrenze ein Wert von etwa 0,1 bevorzugt.
  • Eine besonders bevorzugte Kombination von Bestandteilen ist die folgende Zusammensetzung: a: C4F6; b: CH2F2; c: O2; d: Ar. Es ist bevorzugt, insbesondere bei dieser Zusammensetzung, dass die Bestandteile a. bis d. in etwa in den folgenden Verhältnissen vorliegen: a:b:c:d = 1:0,6:0,8:20.
  • Der Prozessdruck kann erfindungsgemäß vom Fachmann entsprechend den Anforderungen variiert werden. Durch Erniedrigung des Drucks lässt sich die Uniformität verbessern (bei gleichzeitig reduzierter Selektivität), umgekehrt erlaubt höherer Druck eine höhere Selektivität zu Lack bei schlechterer Uniformität der Ätzung. Dies kann vom Fachmann durch die Anpassung anderer Prozessparameter (Leistung, Magnetfeldstärke, usw.) ausgeglichen werden.
  • Erfindungsgemäß ist bevorzugt, dass der Prozessdruck beim Ätzen von Aluminiumoxid etwa 0,7 bis 30 Pa, bevorzugter etwa 2 bis etwa 13 Pa beträgt, noch bevorzugter etwa 5 bis etwa 11 Pa.
  • Die Plasmaleistung kann vom Fachmann entsprechend des verwendeten Geräts und den Ätzanforderungen gewählt und eingestellt werden. Bei Verwendung einer Applied Materials eMax 200 mm, (eine magnetically enhanced reactive ion etch chamber = magnetisch unterstützte Reaktivionenätzkammer) ist eine Leistung von etwa 1800 W bei einem Prozessdruck von 5 Pa und einer Temperatur von –15°C ein bevorzugter Wert. Der Ätzprozess kann unter Verwendung eines Magnetfelds oder ohne Magnetfeld durchgeführt werden. Die Magnetfeldstärke kann vom Fachmann variiert werden. Wird ein Magnetfeld eingesetzt, ist ein Wert von etwa 100 Gauß ein bevorzugter Richtwert bei Verwendung des obigen Geräts und bei 1800 W und 5 Pa.
  • Allgemein sind bevorzugte Parameterbereiche, innerhalb derer der Fachmann variieren kann (bezogen auf diesen Anlagentyp und 200 mm Scheiben):
    Leistung 500–2500 Watt, Druck 0,7 bis 30 Pa, Temperatur –25 bis 15°C, Magnetfeld 0–120 G, Gasfluss (Summe) 50–1000 sccm.
  • Bei der oben als besonders bevorzugt herausgestellten Zusammensetzung mit a: C4F6; b: CH2F2; c: O2; d: Ar und mit a:b:c:d = 1:0,6:0,8:20 ergibt sich bei einem Prozessdruck von 5 Pa eine Selektivität von 4,6:1 zu Si und 3:1 für Lack (s. Beispiele).
  • Das erfindungsgemäße Ätzverfahren ist somit gut in Halbleiterfertigungsverfahren integrierbar und kann insbesondere dort Anwendung finden, wo eine selektive Ätzung gegenüber Silizium und Lack erforderlich ist. Eine wichtige Anwendungsmöglichkeit des Verfahrens liegt beim Bilden von Kontaktlöchern (Kontaktlochätzen), wo Aluminiumoxid als Hartmaske eingesetzt werden kann, wobei eine gegenüber Silizium, Siliziumnitrid, Siliziumoxinitrid oder Siliziumoxid selektive Ätzung durchgeführt wird. Bei der Kontaktlochätzung erfolgt die Ätzung der Aluminiumoxidschicht nach Lacklithographie gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren, was selektiv zu Si oder Lack möglich ist. Die nachfolgende Strukturierung der darunterliegenden Schicht, wie bspw. Siliziumoxid oder Siliziumnitrid, erfolgt nach herkömmlichen Verfahren unter Verwendung der strukturierten Aluminiumoxidschicht als Hartmaske. Diese Ätzverfahren greifen die Aluminiumoxidschicht nicht oder nur unwesentlich an, so dass auch hier eine gute Selektivität gewährleistet ist.
  • Die geätzte Aluminiumoxidschicht wird im Anschluss an das Ätzen bevorzugt als Hartmaske zur Strukturierung einer darunterliegenden Schicht, bevorzugt aus Silizium, Siliziumnitrid oder Siliziumoxid, verwendet.
  • Das Verfahren der vorliegenden Erfindung eignet sich gut zur kontrollierten Entfernung von Aluminiumoxid auf Si, Siliziumoxinitrid, Siliziumoxid und/oder Siliziumnitrid.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere zum gerichteten, selektiven Trockenätzen von Aluminiumoxidschichten verwendet werden, bevorzugt zum selektiven Ätzen von Aluminiumoxidschichten gegenüber Silizium und Photolack.
  • Aluminiumoxidschichten kommen beispielsweise als Tunnelschichten oder Barriereschichten in Festplattenleseköpfen oder in magnetischen Speichern vor. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann bevorzugt zum Ätzen von Barriereschichten oder Tunnelschichten aus Aluminiumoxid, welche in magnetischen Speichern oder in Festplattenleseköpfen vorkommen, verwendet werden.
  • Allgemein kann das erfindungsgemäße Verfahren bevorzugt in der Halbleiterfertigung eingesetzt werden, um dort Aluminiumoxidschichten zu ätzen und/oder zu strukturieren. Eine derart strukturierte Schicht kann bevorzugt als Hartmaske zur Strukturierung darunter liegender Schichten aus Silizium, Siliziumnitrid und/oder Siliziumoxid, z.B. beim Kontaktlochätzen, verwendet werden.
  • Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft somit die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Aluminiumoxid-Hartmaske durch Ätzen einer Aluminiumoxidschicht, wobei die Aluminiumoxidschicht auf einem Substrat, bevorzugt einem Silizium-, Siliziumnitrid-, Siliziumoxinitrid- und/oder Siliziumoxid-Substrat vorgesehen wird, und eine Maske auf der Aluminiumoxidschicht vorgesehen wird.
  • Durch Einsatz hochpolymerisierender Gase wie C4F6 oder C5F8 in einem Gemisch mit Ar und CHxFy und O2 wird erfindungsgemäß eine Aluminiumoxidätzung ermöglicht, die hochselektiv zu Si und Lack ist. Ein die Ätzung beeinflussender Faktor ist das gewählte Verhältnis der polymerisierenden Gase (C4F6, C5F8, CHxFy) zu Sauerstoff und der entsprechenden Verdünnung durch Ar. Bevorzugte Verhältnisse sind oben angegeben.
  • Vorteile der vorliegenden Erfindung sind z.B.:
    • 1. Der beschriebene Ätzprozess erleichtert die Verwendung von Aluminiumoxid als Hartmaske, die eine gute Selektivität zu Si, SiN und SiO2 aufweist.
    • 2. Verbesserte bzw. kontrollierte Entfernung von Aluminiumoxid auf Si, SiO und SiN (high-K Dielektrika, z.B. als Trench-Dielektrikum bzw. als Gatedielektrikum).
    • 3. Ätzung der Tunnelbarriere in magnetischen Speichern (MRAM) wird ermöglicht bzw. verbessert.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt ein Diagramm der Selektivität von Al2O3 zu Si3N4, SiO2, einem Resist und Si bei Einsatz des erfindungsgemäßen Ätzverfahrens.
  • 2 bis 7 zeigen schematisch verschiedene Stadien bei der Erzeugung von Kontaktlöchern unter Verwendung von Aluminiumoxid als Hartmaske, um die vorliegende Erfindung beispielhaft zu erläutern.
    •
  • Beispiele
  • 1. Ätz- und Selektivitätstests
  • Nicht strukturierte Waferscheiben, auf die mittels ALD (Atomic Layer Deposition mit metallorganischem Precursor) eine Al2O3-Schicht von etwa 100 nm Dicke aufgebracht wurden, wurden an ausgewählten Bereichen auf herkömmliche Weise mit Schichten aus Si3N4, SiO2, einem Resist (MUV (365 nm) Lack von JSR; MUV = mittlerer UV-Bereich) und Si versehen. Es kann davon ausgegangen werden, dass sich andere Resisttypen (bspw. für 248 nm/193 nm Lithographie) ähnlich verhalten.
  • Anschließend wurde mit jeder der so beschichteten Waferscheiben eine Plasmaätzung mit folgenden Parametern durchgeführt:
    • Druck: 2, 5 und 13 Pa
    • Zeit: 60 s
    • Leistung: 1800 W
    • Magnetfeld: 100 G.
  • Als Gerät wurde das oben beschriebene Applied Materials eMax 200 mm verwendet.
  • Nach Ätzen wurden die Oberflächenveränderungen, d.h. Ätzrate und Uniformität oder Gleichmäßigkeit der Oberfläche ellipsometrisch bestimmt. Die Unifomität ist in Prozent angegeben als (maximale Ätzrate – minimale Ätzrate)/(2 × durchschnittl. Ätzrate).
  • Es wurden folgende Ergebnisse erhalten:
    Figure 00100001
  • Weiterhin wurden die Selektivitäten S bestimmt.
  • S = Ätzrate Al2O3/Ätzrate Referenzmaterial. Die Ergebnisse der Selektivitäten von Aluminiumoxid gegenüber verschiedenen getesteten Materialien sind in 1 graphisch dargestellt. Es sind jeweils Mittelwerte aus zwei Tests dargestellt. Gegenüber Si und dem Resist wurden bei 5 Pa Selektivitäten von etwa 4,6 und 3 erhalten. Bei 13 Pa betrugen die Werte > 10:1.
  • 2. Kontaktlochstrukturierung
  • Es wurde ein folgender Schichtaufbau nach herkömmlichen, dem Fachmann bekannten Verfahren erzeugt (von oben nach unten):
    • Lack
    • Al2O3
    • Oxid
    • Si (oder Metall)
  • Es wurden folgende Verfahrensschritte durchgeführt: Zunächst erfolgte eine Kontaktlochlithographie auf herkömmliche Weise. Anschließend erfolgte eine Strukturierung des Al2O3 mit einem erfindungsgemäßen Prozess, d.h. es wurde ein Ätzverfahren mit einem Gemisch aus C4F6:CH2F2:O2:Ar im Verhältnis 1:0,6:0,8:20 bei einem Prozessdruck von 5 Pa durchgeführt. Weitere Parameter:
    • Zeit: 60 s
    • Leistung: 1800 W
    • Magnetfeld: 100 G.
  • Als Gerät wurde das Applied Materials eMax 200 mm verwendet.
  • Es folgte eine Entfernung des Lacks (Lackstrip) auf herkömmliche Weise und danach eine Strukturierung des Oxids mit dem Al2O3 als Hartmaske. Stopp auf Si/Metall.
  • Anschließend kann eine nasschemische Entfernung des Al2O3 erfolgen, falls aus Prozessintegrationsgründen nötig.
  • Auf diese Weise konnte das unter A2O3 liegende Oxid unter Verwendung von Al2O3 als Hartmaske einfach und effektiv strukturiert bzw. geätzt werden. Dieses Beispiel zeigt, dass das erfindungsgemäße Verfahren allgemein für das Kontaktlochätzen einsetzbar ist.
  • 3. Deep Trench mit Al2O3-Hartmaske (Speicherkondensator-Strukturierung für DRAM)
  • Eine Deep-Trench-Strukturierung ist eine Ätzung mit sehr hohem Aspektverhältnis in das kristalline Si. Diese Ätzung kann erfindungsgemäß mit sehr hoher Selektivität zu der Al2O3-Hartmaske erfolgen.
  • Es wurde ein folgender Schichtaufbau nach herkömmlichen, dem Fachmann bekannten Verfahren erzeugt (von oben nach unten):
    • Lack (~ 150–350 nm)
    • Al2O3 (~ 50–200 nm)
    • Si3N4 (Padnitrid ~ 100–200 nm)
    • SiO2 (dünnes Padoxid)
  • Es wurden folgende Verfahrensschritte durchgeführt:
    Zunächst erfolgte eine Kontaktlochlithographie auf herkömmliche Weise. Anschließend erfolgte eine Strukturierung des Al2O3 mit einem erfindungsgemäßen Prozess, d.h. es wurde ein Ätzverfahren mit einem Gemisch aus C4F6:CH2F2:O2:Ar im Verhältnis 1:0,6:0,8:20 bei einem Prozessdruck von 5 Pa durchgeführt. Weitere Parameter:
    • Zeit: 60 s
    • Leistung: 1800 W
    • Magnetfeld: 100 G.
  • Als Gerät wurde das Applied Materials eMax 200 mm verwendet. Es folgte eine Entfernung des Lacks (Lackstrip) auf herkömmliche Weise und danach eine Strukturierung des Siliziumnitrids.
  • Alternativ kann nach Kontaktlochlithographie eine Strukturierung des Al2O3 mit dem oben beschriebenen erfindungsgemäßen Prozess zusammen mit der Si3N4-Strukturierung in einem Ätzschritt erfolgen. Danach wird der Lackstrip vorgenommen.
  • Gemäß diesem Beispiel konnte eine relativ dicke Si3N4-Schicht unter Verwendung von Al2O3 als Hartmaske effektiv geätzt werden.
  • 4. Kontaktlochätzen
  • Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in den 2 bis 7 schematisch dargestellt und nachfolgend näher erläutert. Dabei handelt es sich um ein Verfahren zur Herstellung von selbstjustierten Kontakten.
  • 2 zeigt ein beispielhaftes Silizium-Halbleitersubstrat 1 mit einer nicht näher illustrierten Speicherzellenanordnung. 60 bezeichnet ein aktives Gebiet, beispielsweise ein gemeinsames Source-/Draingebiet zweier Speicherzellen. GS1, GS2 sind zwei nebeneinander liegende Gatestapel, welche aus einer Polysiliziumschicht 10 mit darunterliegender (nicht illustrierter) Gatedielektrikumschicht (z.B. Gateoxid), ggf. einer Silizidschicht 20 und einer Siliziumnitridkappe 30 sowie einer Seitenwandoxidschicht 40 aufgebaut sind. CB bezeichnet die Position, an der ein Kontakt zum aktiven Bereich 60 herzustellen ist.
  • Zwischen den beiden Gatestapeln GS1, GS2 muss ein Kontakttyp CB, welcher das aktive Gebiet 60 zwischen den beiden Gatestapeln GS1, GS2 elektrisch kontaktiert, vorgesehen werden. Üblicherweise wird das Kontaktloch für den Kontakt CB separat von anderen Kontakten geätzt. Der Abstand resultiert dabei bekanntermaßen aus der zunehmenden Miniaturisierung, welche zu einer Erhöhung der Chipanzahl pro Wafer und damit zu einer Kostenreduzierung führt.
  • Danach wird, wie in 3 dargestellt, über der resultierenden Struktur eine Siliziumoxidschicht, z.B. eine BPSG-Schicht (Bor-Phosphor-Silikat-Glas), abgeschieden, welche mit Bezugszeichen 100 bezeichnet ist. Diese BPSG-Schicht 100 wird in einer anschließenden Temperung zum Verfließen gebracht, so dass sie keine Freiräume bzw. Voids insbesondere zwischen den eng benachbarten Gatestapeln GS1, GS2 hinterlassen werden.
  • In einem darauffolgenden (nicht-illustrierten) Verfahrensschritt kann ein planarisierender ARC-Lack (Anti-Reflective Coating = Antireflexionsbeschichtung) aufgeschleudert werden, der die verbleibenden Unebenheiten der Oberfläche des BPSG 100 ausgleicht. Sollte dies nicht ausreichen, kann nach dem Tempern der BPSG-Schicht 100 auch eine Planarisierung, beispielsweise mittels chemisch-mechanischen Polierens (CMP), erfolgen.
  • Anschließend wird, wie in 4 dargestellt, eine Al2O3-Schicht, welche mit Bezugszeichen 110 bezeichnet ist, auf der resultierenden Struktur abgeschieden. Diese Al2O3-Schicht dient später als Hartmaske zum selektiven Ätzen des darunterliegenden Siliziumoxids. Weiterhin wird, wie in 4 dargestellt ist, eine Resistschicht 120 zur späteren Strukturierung der Aluminiumoxidschicht 110 aufgebracht.
  • 5 zeigt den Zustand nach Belichten des Resists um eine Maske für die Strukturierung der Al2O3-Schicht zu bilden.
  • 6 zeigt den Zustand nach Durchführung des erfindungsgemäßen Ätzverfahrens, z.B. mit einem Gemisch aus C4F6:CH2F2:O2:Ar im Verhältnis 1:0,6:0,8:20, bei einem Prozessdruck von 5 Pa. Das erfindungsgemäße Verfahren wird so dazu genutzt, eine Hartmaske aus Aluminiumoxid zu erzeugen.
  • 7 zeigt dann den Zustand nach selektivem Ätzen des Kontaktlochs und Entfernen der Resistschicht. Anschließend wird das Kontaktloch befüllt. Die Aluminiumoxidschicht kann vor Befüllung des Kontaktlochs, z.B. mit Wolfram, entfernt werden, kann aber auch verbleiben und als Abstandshalter vom Substrat dienen, um kapazitive Kopplungen gering zu halten.
  • Die Auswahl des Substratmaterials und der Geometrie sind nur beispielhaft und können in vielerlei Art variiert werden. Insbesondere ist die vorliegende Erfindung nicht nur für die Herstellung von Kontaktlöchern anwendbar, sondern überall dort, wo Aluminiumoxidschichten selektiv zu Silizium, Photolacken oder Metallen geätzt werden müssen oder wo Siliziumoxid, Siliziumnitrid und/oder Siliziumoxinitrid selektiv gegenüber Aluminiumoxid geätzt werden müssen.

Claims (16)

  1. Verfahren zum selektiven und gerichteten Plasmaätzen von Aluminiumoxid, bei dem ein Gemisch mit folgenden Bestandteilen zum Ätzen eingesetzt wird: a. ein polymerisationsfähiges Gas aus zumindest teilweise ungesättigten, perfluorierten Kohlenwasserstoffverbindungen; c. Sauerstoff; und d. ein geeignetes Trägergas; und dieses Gemisch als Plasma mit dem zu ätzenden Aluminiumoxid in Kontakt gebracht wird und wobei das Volumenverhältnis der Bestandteile a:c:d etwa 0,7–1,3:0,5–2:5–200 beträgt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Gas a. die zumindest teilweise ungesättigten, perfluorierten Kohlenwasserstoffverbindungen C4F6 und/oder C5F8 verwendet werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Trägergas Argon verwendet wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch weiterhin den folgenden Bestandteil aufweist: b. eine Verbindung mit der Formel CHxFy, wobei x = 1, 2 oder 3 ist und y = 4 – x ist; wobei das Volumenverhältnis der Bestandteile a:b:c:d etwa 0,7–1,3:0–1:0,5–2:5–200 beträgt.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass CH2F2 als Verbindung mit der Formel CHxFy verwendet wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die folgende Kombination von Bestandteilen verwendet wird: a: C4F6; b: CH2F2; c: O2: d: Ar.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumenverhältnis der Bestandteile a:b:c:d etwa 0,8–1,2:0,4–0,8:0,6–1,4:10–100 beträgt.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestandteile a. bis d. in etwa den folgenden Verhältnissen vorliegen: a:b:c:d = 1:0,6:0,8:20.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessdruck beim Ätzen von Aluminiumoxid etwa 2 Pa bis etwa 13 Pa beträgt, bevorzugt etwa 5 Pa bis etwa 11 Pa.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur beim Ätzen von Aluminiumdioxid –25 bis 15°C beträgt.
  11. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 bei der Herstellung einer Halbleiterstruktur, um eine geätzte Aluminiumoxidschicht zu erzeugen.
  12. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 bei der Herstellung einer Halbleiterstruktur, um eine geätzte Aluminiumoxidschicht zu erzeugen, wobei im Anschluss an das Ätzen zur Erzeugung einer geätzten Aluminiumoxidschicht eine Strukturierung einer darunterliegenden Schicht, bevorzugt aus Silizium, Siliziumnitrid oder Siliziumoxid, erfolgt, wobei die geätzte Aluminiumoxidschicht als Maske eingesetzt wird.
  13. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zur kontrollierten Entfernung von Aluminiumoxid auf Si, Siliziumoxid, Siliziumoxinitrid oder Siliziumnitrid.
  14. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, zur Ätzung von Barriereschichten oder Tunnelschichten aus Aluminiumoxid, welche in magnetischen Speichern oder in Festplattenleseköpfen vorkommen.
  15. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis in der Halbleiterfertigung, insbesondere bei der Kontaktlochätzung.
  16. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zur Herstellung einer Aluminiumoxid-Hartmaske durch Ätzen einer Aluminiumoxidschicht, wobei die Aluminiumoxidschicht auf einem Substrat, bevorzugt einem Silizium-, Siliziumnitrid-, Siliziumoxinitrid- und/oder Siliziumoxid-Substrat vorgesehen wird, und eine Maske auf der Aluminiumoxidschicht vorgesehen wird.
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