WO2000039847A1 - Verfahren zum strukturieren eines substrats sowie vorrichtung zur durchführung eines derartigen verfahrens - Google Patents

Verfahren zum strukturieren eines substrats sowie vorrichtung zur durchführung eines derartigen verfahrens Download PDF

Info

Publication number
WO2000039847A1
WO2000039847A1 PCT/DE1999/004025 DE9904025W WO0039847A1 WO 2000039847 A1 WO2000039847 A1 WO 2000039847A1 DE 9904025 W DE9904025 W DE 9904025W WO 0039847 A1 WO0039847 A1 WO 0039847A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
substrate
etching
gas
layer
nozzle
Prior art date
Application number
PCT/DE1999/004025
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Volker Weinrich
Franz Kreupl
Annette SÄNGER
Walter Hartner
Manfred Engelhardt
Manuela Schiele
Original Assignee
Infineon Technologies Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Infineon Technologies Ag filed Critical Infineon Technologies Ag
Publication of WO2000039847A1 publication Critical patent/WO2000039847A1/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67017—Apparatus for fluid treatment
    • H01L21/67028—Apparatus for fluid treatment for cleaning followed by drying, rinsing, stripping, blasting or the like
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3105—After-treatment
    • H01L21/311—Etching the insulating layers by chemical or physical means
    • H01L21/31127—Etching organic layers
    • H01L21/31133—Etching organic layers by chemical means
    • H01L21/31138—Etching organic layers by chemical means by dry-etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
    • H01L21/321—After treatment
    • H01L21/3213—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer
    • H01L21/32139—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer using masks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
    • H01L21/321—After treatment
    • H01L21/3213—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer
    • H01L21/32133—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only
    • H01L21/32135—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only by vapour etching only
    • H01L21/32136—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only by vapour etching only using plasmas

Definitions

  • the invention is in the field of semiconductor technology and relates to a method for structuring a substrate and an apparatus for carrying out such a method.
  • a large number of different materials e.g. are applied in the form of layers on a base substrate, are structured.
  • the layers to be structured are covered with a suitable etching mask and then exposed to an etching medium.
  • an etching medium can also partially remove the etching mask, as a result of which the layer is no longer etched true to size. This manifests itself, for example, in inclined etching flanks of the layer to be structured. Etching flanks inclined in this way, however, prevent the desired dimensionally accurate structuring.
  • etching of metal and metal oxide layers is particularly difficult.
  • etching platinum with an etching process with a high physical component relatively steep etching flanks are obtained, but at the same time material deposits are formed on the etching mask that are extremely difficult to remove. Therefore, in addition to the physical component, a reactive chemical component is additionally assigned to the etching process in order to suppress or remove these material deposits during the etching.
  • a reactive chemical component is additionally assigned to the etching process in order to suppress or remove these material deposits during the etching.
  • Platinum Etching in an Inductively Coupled Plasma 26 th Essderc 1996, pages 631 to 634.
  • platinum is anisotropically etched in an argon plasma, with chlorine ions being added to the argon plasma as a chemical component to reduce material deposits.
  • chlorine ions being added to the argon plasma as a chemical component to reduce material deposits.
  • undesirably strongly inclined platinum etching flanks arise.
  • the first part of this object is achieved according to the invention by a method for structuring a substrate with the following steps:
  • the substrate is etched by means of an etching process with almost purely physical removal using the etching mask, the etching resulting in at least firmly and mechanically relatively stable material deposits on the substrate which contain largely redistributed and removed substrate and represent etching residues;
  • a gas stream flowing from at least one nozzle is directed onto the substrate in order to remove the etching residues and possibly the etching mask, the gas stream largely removing the etching residues and possibly the etching mask from the substrate.
  • etching residues and any etching mask that may remain on the substrate by means of a directed gas flow, leaving as much residue as possible. nen.
  • adherent etching pressure levels can also be removed.
  • the gas stream is preferably formed by a nozzle through which the compressed gas passes and thereby forms a gas stream which is relatively sharply focused and provided with a high flow rate.
  • the gas flow is colder than the substrate. This leads to mechanical stresses being generated in the substrate by the cooled gas flow, which lead to the flaking of the etching points and the etching mask or the etching mask remnants. This supports the cleaning effect of the gas flow as a result of the transmission of impulses from the gas molecules to the pressure levels.
  • the cleaning effect of the gas stream is furthermore advantageously increased in that the gas stream preferably contains at least condensed and / or solidified gas particles.
  • the gas particles should be small enough to largely prevent the substrate from being removed by the gas particles.
  • the size of the gas particles depends, among other things, on the diameter of the nozzle opening and can therefore be adapted relatively easily.
  • These material deposits essentially represent rearranged substrate material, i.e. that the substrate does not etch to form volatile compounds, but rather due to the almost purely physical influence of e.g. Sputteratoms is removed.
  • These etching processes generally do not have a chemical component, so that no volatile compounds can form from the etching gases and the substrate either. Therefore, the subsequent cleaning of the substrate to remove the material deposits is part of the entire etching process in order to structure the substrate.
  • the etched residues are largely physically removed by the cooled gas flow and the condensed and / or solidified gas particles. A chemical attack on the substrate is therefore impossible.
  • largely inert gases such as carbon dioxide, argon and nitrogen, are used. These can, if necessary, be suitably cooled before emerging from the nozzle or can only cool down as a result of their gas expansion at the nozzle. The gas particles can therefore either already be contained in the cooled gas or only be formed at the nozzle during adiabatic expansion.
  • the method according to the invention makes it possible to etch the substrate almost exclusively using an etching method with physical components and thereby to obtain very steep profile flanks (70 ° -90 °, preferably 78 ° -89 °) of the etched substrate.
  • the in this etching e.g.
  • argon sputtering and any undesirable material deposits that form on the etching mask are subsequently removed largely without residue and simply by the gas stream.
  • the etching mask can be at least partially removed before removing the etching residues and material deposits. As a result, the etching residues lose some of their mechanical support through the etching mask and can be removed more easily by the gas flow.
  • the etching mask can be removed, for example, by ashing the etching mask material in a high temperature step or by wet chemical removal.
  • a final cleaning of the etched substrate is furthermore favorable in order to remove residues still adhering.
  • the final cleaning is preferably carried out under the influence of ultrasound or megasound.
  • metal layers, metal oxide layers or layer stacks which consist at least of a metal layer and a metal oxide layer, can be structured with steep profile flanks.
  • This method is therefore preferred in the structuring of metal layers of platinum, ruthenium, iridium, osmium, rhenium, palladium, iron, cobalt and nickel, of layers of iridium oxide, ruthenium oxide and of amorphous or polycrystalline metal oxide layers which are used to produce Semiconductor memories are used, used.
  • the substrate to be structured will therefore generally be a layer on a base substrate and, under certain circumstances, the base substrate itself.
  • the device can be connected to an etching chamber in a contamination-tight manner; a substrate can be introduced from the etching chamber to the device; and
  • the device contains at least one nozzle that can be directed onto the substrate for shaping at least one directed gas stream, which can be expanded to form condensed and / or solidified gas particles at the nozzle, the directed gas stream being used to remove pressure marks that were present on the substrate firmly adhering and mechanically relatively stable material deposits occur during an etching process with almost purely physical removal, and optionally an etching mask is used from the substrate.
  • the substrate in the device according to the invention, after the substrate has been etched, the substrate can be cleaned by the gas stream without the substrate being exposed to harmful environmental influences during transport to the device.
  • the device according to the invention is connected to the etching chamber in a manner impermeable to contamination. This is possible, for example, by means of suitable sealable connecting pieces through which the substrate can also be transferred from the etching chamber to the device at the same time.
  • the contamination-free connection of the device to the etching chamber also prevents contamination of the etching chamber even when the substrate is removed. It is advantageous to arrange the at least one nozzle and the substrate so that they can move relative to one another, so that the entire substrate can be swept by the gas stream emerging from the nozzle.
  • the nozzle or a gas supply device has an optional precooling of the gas flow a cooling device.
  • the gas can be cooled at least to such an extent that if the gas is preferably adiabatically expanded, it can be cooled further with the formation of condensed and / or solidified gas particles.
  • the device should be able to be evacuated so that when the substrate is introduced into the device, any dirt particles that may be present cannot get into upstream chambers and in particular into the etching chamber.
  • the device should be constantly pumped out during cleaning in order to largely remove the dissolved etching residues from the device.
  • the layer 1 shows a base material 5, on the top of which a layer structure comprising a layer 10, a barrier layer 15 and a platinum layer 20 are arranged.
  • the platinum layer 15 and the barrier layer 20 here represent the substrate to be structured.
  • the layer 10 preferably consists of silicon dioxide or silicon nitride.
  • the barrier layer 15 in turn consists of an approximately 100 nm thick titanium nitride layer and an approximately 20 nm thick titanium layer located underneath.
  • the platinum layer 20 is approximately 250 nm thick.
  • An etching mask 25 is subsequently applied to the platinum layer 20.
  • the etching mask 25 can consist of a photolithographically structurable material, for example photoresist, and can thus be structured easily. So- if a light-insensitive mask material is used, the etching mask 25 is structured using a further layer which can be structured photolithographically.
  • the platinum layer 20 and the barrier layer 15 are then etched. This is preferably done in a MERIE (Magnetically Enhanced Reactive Ion Etching) reactor, the process chamber having been previously evacuated to a pressure of about 10 mTorr.
  • MERIE Magnetically Enhanced Reactive Ion Etching
  • the platinum layer 20 is then etched in pure argon plasma for approximately 3 minutes at approximately 50 ° C., the magnetic field used being approximately 0.008T (80 Gauss) and the power required to maintain the plasma being approximately 750 watts.
  • the argon etching process is an almost purely physical etching process, since the platinum is only removed by the accelerated argon ions.
  • the barrier layer 15 in contrast to the platinum layer 20, is etched to different extents by argon, the barrier layer 15 also serves here as an etching stop layer, so that any spatially inhomogeneous etching of the platinum layer 20 that may occur does not lead to an uneven etching topology.
  • etching gases for the purely physical removal of the platinum layer 20 are oxygen, nitrogen, helium and / or krypton.
  • the barrier layer 15 is etched in a pure chlorine plasma for about 20 to 60 seconds. Since an etching attack of the chlorine on the side wall 27 of the structured platinum layer 20 takes place only insignificantly, and the upper side of the platinum layer 20 is still protected by the etching mask 25, the platinum layer 20 is not further removed during the barrier etching.
  • material deposits 30 form on the side walls of the etching mask 25. These mainly consist of redistributed platinum.
  • the etching mask 25 is burned by the action of an oxygen plasma, as a result of which the material deposits 30 in the form of steep walls only remain on the platinum layer 20. It is possible that the etching mask 25 is removed from the platinum layer except for some residues 35 during this ashing. These residues 35 can be removed by wet chemical cleaning in a Karos acid (H 2 0 2 + H 2 S0 4 ) or by a cleaning medium containing hydroxylamine, catechol and ethylenediamine. Alternatively, the entire etching mask 25 can also be removed by wet chemistry.
  • any remaining etching mask residues and the material deposits 30 are subsequently removed from the platinum layer 20 largely without residues by means of a gas jet made of carbon dioxide.
  • the carbon dioxide is pressed through a nozzle 40 at about 60 bar, so that it can relax adabatically after passing through the nozzle 40.
  • the carbon dioxide cools down at least to its solidification temperature and CO 2 ice particles 45 form. These are the condensed or solidified gas particles.
  • Liquid CO 2 which is kept under high pressure, is preferably used, the Nozzle 40 is held at a distance of approximately 1 to 3 cm at an angle of radiation of approximately 45 ° to the substrate surface.
  • the substrate lies on a heated substrate carrier or is heated by a lamp heater.
  • the nozzle is guided in a grid-like manner over the substrate, wherein the same can be rotated about an axis perpendicular to the substrate surface so that the gas stream 50 sweeps over the substrate surface from all directions.
  • the material deposits 30 are removed from the platinum layer 20 and the base material 5.
  • the nozzle 40 can have a cooling device 48 in the form of cooling lines.
  • a suitable coolant is, for example, cold nitrogen gas.
  • a great advantage of the method according to the invention is that the C0 2 gas striking the surface and the possibly occurring C0 2 travel can be removed without residue by heating the base material 5. It has been shown that CO 2 gas with a degree of purity of at least 99% can also be used without additional contamination of the platinum layer 20. This method is therefore also particularly inexpensive.
  • an organic solvent is also present at the same time, so that organic residues, e.g. an etching mask consisting of an organic substance can be removed.
  • the material deposits 30 are predominantly located only on the side flanks of the etching mask 25, since the material deposits on the top of the etching mask are constantly removed by the action of the argon ions during the etching. As a result, only an extremely thin layer of material deposits forms there.
  • wet chemical cleaning and / or cleaning with soft brushes can optionally be carried out to remove any remaining particles or residues. This is preferably done with a thin hydrofluoric acid (HF) or diluted ammonia (NH 3 ) under the influence of ultrasound or megasound.
  • HF hydrofluoric acid
  • NH 3 diluted ammonia
  • the cleaning effect of the CO 2 gas and the CO 2 gas particles is based on several complementary components.
  • the main effect is achieved by the impulse of the gas flow and the gas particles 45 contained therein.
  • a frictional force is generated by the gas stream flowing past the substrate or the substrate surface, which causes the etching residues to be carried away.
  • this frictional force of the gas molecules is often no longer sufficient, which is why the gas particles, which are significantly larger in mass, are added to support them.
  • the mechanical removal is supported by the cooling of the base material 5 and all the layers thereon, since the materials, in particular the paint residues, become brittle at low temperatures and flake off more easily.
  • the method according to the invention can also be used for the joint structuring of a layer stack 55, which consists of a barrier layer 15, a platinum layer 20 and a metal oxide layer 60.
  • Layer stacks 55 of this type are used, for example, for the production of semiconductor memories.
  • the metal oxide layer 60 preferably consists of a material of the general form A-BO x , where A for at least one metal from the group consisting of barium, strontium, niobium, lead, zirconium, lanthanum, bismuth, calcium and potassium, B for titanium, tantalum or ruthenium and 0 stands for oxygen.
  • X is between 2 and 12.
  • a representative of this class of substances is, for example, strontium bismuth tantalate (SrBi 2 Ta 2 0 9 ).
  • the material deposits 30 formed during the etching of this layer stack 55 can also be slightly inclined towards one another after the ashing of the etching mask. This is in Figure 2 shown.
  • the layer 10 located under the layer stack 55 also acts as an etching stop layer when the layer stack 55 is etched.
  • FIG. 3 shows the material deposits 30 as a result of the joint etching of a further platinum layer 62 and the metal oxide layer 60.
  • the method according to the invention makes it possible to produce layers with very steep etching edges 27 (80 ° -90 °). This is particularly advantageous for layers that are difficult to etch.
  • the structuring of the substrate is preferably carried out in a cleaning chamber 65, which is shown in FIG. 5.
  • This has a lock 70 for introducing the substrate 75 into the cleaning chamber 65.
  • the cleaning chamber 65 is connected to a vacuum pump (not shown here in more detail) via a suction nozzle 80.
  • the substrate 75 lies on a heatable substrate carrier 85, which is heated by a heater 90.
  • Movable nozzles 40 are arranged in the process chamber 65 and can scan the substrate 75 in a grid pattern.
  • the gases for removing the etching residues 30 are fed to the nozzles 40 via a pressure line 100. These, like the nozzles 40, are surrounded by a cooling device 48 for pre-cooling the gas.
  • the cleaning chamber 65 which here represents the device according to the invention, is connected in a sealed manner to an etching chamber 110.
  • a transport station or transfer chamber 115 serves as an intermediate member between the etching chamber 110 and the cleaning chamber 65, through which the substrate to be structured can be transported from the etching chamber 110 to the cleaning chamber 65.
  • a chamber 120 for ashing the etching mask is flanged onto the transport station 115.
  • the cleaning chamber 65 is preferably designed as a so-called cluster tool.
  • the etching chamber 110, the transport station 115, the chamber 120 for ashing the etching mask and the cleaning chamber 65 are arranged one behind the other.
  • cleaning chamber 65 It is also favorable to build up a pressure gradient between cleaning chamber 65 and upstream chambers (transport station 115, chamber 120, etching chamber 110), so that at least when the substrate is transferred into the cleaning chamber, contaminants contained therein cannot get into the upstream chambers.
  • the pressure in the cleaning chamber should therefore be lower than the pressure in the other chambers. During cleaning, the dissolved etching residues are constantly sucked off, and the pressure in the cleaning chamber 65 can be slightly increased due to the inflowing C0 2 gas.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Cleaning Or Drying Semiconductors (AREA)

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Strukturieren eines Substrats (20) vorgeschlagen, bei dem nach dem Ätzen des Substrats (20) Ätzrückstände (30) von der Oberfläche des Substrats (20) durch einen Gasstrom (50) entfernt werden. Die Reinigung erfolgt im wesentlichen durch eine Impulsübertragung vom Gasstrom (50) auf die Ätzrückstände (30), die dadurch vom Substrat (20) entfernt werden. Besonders gute Reinigungsergebnisse werden mit einem Gasstrom (50) erreicht, der erstarrte Gaspartikel (45) aufweist. Das Verfahren eignet sich insbesondere zum Strukturieren von Metallschichten (20).

Description

Beschreibung
Verfahren zum Strukturieren eines Substrats sowie Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens
Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Halbleitertechnologie und betrifft ein Verfahren zum Strukturieren eines Substrats sowie eine Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens .
Zur Herstellung von mikroelektronischen Bauelementen, beispielsweise Halbleiterspeicher, muß eine Vielzahl von unterschiedlichen Materialien, die z.B. in Form von Schichten auf einem Grundsubstrat aufgebracht sind, strukturiert werden. Dazu werden die zu strukturierenden Schichten mit einer geeigneten Ätzmaske bedeckt und anschließend einem Ätzmedium ausgesetzt. Dieses führt durch physikalischen und/oder chemischen Abtrag zu einem Entfernen der zu strukturierenden Schicht von den nicht durch die Ätzmaske bedeckten Bereiche des Grundsubstrats. Beim Ätzen kann es jedoch durch den Angriff des Ätzmediums auch zu einem teilweisen Entfernen der Ätzmaske kommen, in dessen Folge die Schicht nicht mehr maßhaltig geätzt wird. Dies äußert sich beispielsweise in geneigten Ätzflanken der zu strukturierenden Schicht. Derartig geneigte Ätzflanken verhindern jedoch die gewünschte maßhaltige Strukturierung.
Besondere Schwierigkeiten bereitet das Ätzen von Metall- und Metalloxidschichten. So erhält man beispielsweise beim Ätzen von Platin mit einem Ätzverfahren mit hoher physikalischer Komponente relativ steile Ätzflanken, jedoch bilden sich dabei gleichzeitig Materialablagerungen an der Ätzmaske aus, die nur äußerst schwer entfernbar sind. Daher wird neben der physikalischen Komponente dem Ätzverfahren zusätzlich eine reaktive chemische Komponente zugeordnet, um diese Materialablagerungen während des Ätzens zu unterdrücken bzw. abzutragen. Derartige Ätzverfahren werden beispielsweise in den Fachartikeln Yoo et al. "Control of Etch Slope during Etching of Pt in Ar/Cl2/02 Plasmas", Japanese Journal of Applied Phy- sics Vol. 35, 1996, Seiten 2501 bis 2504 und Park et al. "Platinium Etching in an Inductively Coupled Plasma" 26th Essderc 1996, Seiten 631 bis 634 beschrieben. In beiden Fachartikeln wird Platin in einem Argonplasma anisotrop geätzt, wobei dem Argonplasma Chlorionen als chemische Komponente zur Reduzierung der Materialablagerungen beigesetzt sind. Ungünstigerweise entstehen jedoch bei Verwendung dieser Verfahren unerwünscht stark geneigte Platinätzflanken.
Das Ätzen von Platin in einem reinen Argonplasma wird in beiden Fachartikeln trotz der dabei entstehenden relativ steilen Ätzflanken vermieden, da die sich beim Ätzen ausbildenden Ma- terialablagerungen schwer entfernbar sind. Da die Materialablagerungen aus dem gleichen Material wie die zu strukturierende Schicht bestehen, führt z.B. ein naßchemisches Entfernen der Materialablagerungen auch zu einem unerwünschten Angreifen der Schicht.
Es ist auch möglich, Platin bei stark erhöhten Temperaturen zu ätzen, da das Platin bei hohen Temperaturen mit den Ätzgasen flüchtige Verbindungen bildet. Voraussetzung hierfür ist jedoch die Verwendung von sogenannten Hartmasken aus relativ temperaturstabilen Maskenmaterialien. Der nachfolgend erforderliche Abtrag der Hartmasken führt jedoch gleichzeitig zu einem Abtrag freigelegten Grundsubstrats und damit zu einer unerwünschten Erhöhung der Topologie der zu prozessierenden Struktur.
Beim Ätzen von Platin mit Chlorionen kann es zu einer Filmbildung auf der Ätzmaske kommen, die ein Entfernen der Ätzmaske behindert. Daher wurde gemäß der JP 5-21405 (A) vorgeschlagen, die gebildeten Filme mittels einer Bürstenreinigung unter Zuhilfenahme eines Wasserstrahls zu entfernen. Die Reinigung mit Wasser ist jedoch insbesondere bei Verfahren zur Herstellung von ferroelektrischen Speichern aufgrund der Emp- findlichkeit des Ferroelektrikums ungeeignet. Darüber hinaus führt die Reinigung mit einer Bürste bei sehr festsitzenden Materialablagerungen nicht zu einem gewünschten Ergebnis.
Die gleichen Probleme treten auch bei einem Verfahren gemäß DE 41 03 577 AI auf, bei dem separat gebildete Eiskörner mit einem Trägergas auf ein zu reinigendes Substrat gebracht werden. Eine Vorrichtung zum Entfernen von lose auf Halbleiter- wafern anhaftenden Verunreinigungen unter Verwendung eines C02-Gasstroms ist aus der US 5,806,544 bekannt.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Strukturieren eines Substrats anzugeben, bei dem möglichst steile Ätzflanken entstehen und gebildete Ätzrückstände weitestge- hend rückstandsfrei entfernbar sind sowie eine Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens zu benennen.
Der erste Teil dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Strukturieren eines Substrats mit folgenden Schritten:
- ein Substrat wird bereitgestellt;
- auf das Substrat wird eine Ätzmaske aufgebracht;
- das Substrat wird mittels eines Ätzverfahrens mit nahezu rein physikalischem Abtrag unter Verwendung der Ätzmaske geätzt, wobei durch das Ätzen zumindest auf dem Substrat festhaftende und mechanisch relativ stabile Materialablagerungen entstehen, die weitestgehend umverteiltes und abgetragenes Substrat enthalten und Ätzrückstände darstellen;
- ein aus zumindest einer Düse strömender Gasstrom wird zum Entfernen der Ätzrückstände und gegebenenfalls der Ätzmaske auf das Substrat gerichtet, wobei der Gasstrom die Ätzrückstände und gegebenenfalls die Ätzmaske weitestgehend vom Substrat entfernt.
Mit Hilfe der Erfindung ist es möglich, Ätzrückstände sowie die ggf. auf dem Substrat verbliebene Ätzmaske durch einen gerichteten Gasstrom weitestgehend rückstandsfrei zu entfer- nen. Dabei wird der Umstand ausgenutzt, daß durch den auf die Atzruckstande gerichteten Gasstrom diese durch die Wucht des Gasstroms vom Substrat entfernt werden. Insbesondere bei einer ausreichend hohen Stromungsgeschwindigkeit des Gasstroms lassen sich auch festhaftende Atzruckstande entfernen. Der Gasstrom wird bevorzugt durch eine Düse geformt, durch die das komprimierte Gas hindurch tritt und dabei einen relativ scharf gebündelten und mit hoher Stromungsgeschwindigkeit versehenen Gasstrom bildet.
Gunstig ist es weiterhin, daß der Gasstrom kalter als das Substrat ist. Dies fuhrt dazu, daß durch den gekühlten Gasstrom mechanische Spannungen im Substrat erzeugt werden, die zu einem Abplatzen der Atzruckstande und der Atzmaske bzw. der Atzmaskenreste fuhren. Dadurch wird die Reinigungswirkung des Gasstroms infolge einer Impulsubertragung von den Gasmo- lekulen auf die Atzruckstande unterstutzt.
Die Reinigungswirkung des Gasstroms wird weiterhin auch vor- teilhaft dadurch erhöht, daß der Gasstrom bevorzugt zumindest kondensierte und/oder erstarrte Gaspartikel enthalt. Die durch kondensiertes und/oder erstarrtes Gas gebildeten Gaspartikel, z.B. Eiskristalle, schlagen beim Auftreten auf Atzruckstande diese vom Substrat fort. Die Gaspartikel sollten zur Vermeidung von Schaden am strukturierten Substrat klein genug sein, um ein Abtragen des Substrats durch die Gaspartikel weitestgehend auszuschließen. Die Große der Gaspartikel hangt unter anderem vom Durchmesser der Dusenoffnung ab und kann dadurch relativ einfach angepaßt werden.
Bisher wurden derartige Gaspartikel zum Entfernen von auf einer Oberflache liegenden Schmutzpartikeln verwendet. Dazu wurde C02-Gas durch eine Düse gepreßt, wobei sich das Gas dabei abkühlt und zumindest teilweise erstarrt. Die dabei ge- bildeten Gaspartikel (Trockeneis, Schnee) treffen auf die O- berflache und entfernen die Schmutzpartikel. Geeignete Du- senformen und Dusengroßen zum Expandieren eines Gases unter Bildung von erstarrten Gaspartikeln geeigneter Größe sind beispielsweise in der US-Patentschrift 4,806,171 beschrieben.
Durch Versuche konnte jedoch überraschenderweise festgestellt werden, daß derartige Gasströme auch zum Entfernen von fest anhaftenden Ätzrückständen geeignet sind. Diese bestehen häufig aus einem amorphen oder polykristallinen Gemisch a-u-s Substratrückständen- und Ätzmaskenbestandteilen, die mechanisch fest mit dem zu strukturiendem Substrat verbunden sind. Die Substratrückstände, d.h. Materialablagerungen, schlagen sich insbesondere bei Ätzverfahren mit nahezu reinem physikalischen Abtrag zumindest teilweise während des Ätzprozesses an den Seitenflanken der Ätzmaske und auf der Oberseite der Ätzmaske nieder und bilden dort zusammen mit teilweise aufgelo- ckerten und oberflächennahen Ätzmaskenschichten eine mehrkom- ponentige festhaftende Schicht. Daher kann auch von aufgewachsenen Materialablagerungen gesprochen werden. Diese sind chemisch ohne Angriff des Substrats nur schwer zu entfernen, da ein chemischer Abtrag der Materialablagerungen gleichzei- tig das Substrat angreifen würde.
Diese Materialablagerungen stellen im wesentlichen umgelagertes Substratmaterial dar, d.h., daß das Substrat nicht unter Bildung von flüchtigen Verbindungen geätzt sondern durch na- hezu rein physikalische Einwirkung von z.B. Sputteratomen abgetragen wird. Eine chemische Komponente weisen diese Ätzverfahren im allgemeinen nicht auf, so daß sich auch aus den Ätzgasen und dem Substrat keine flüchtigen Verbindungen bilden können. Daher ist die dem Abtragen nachfolgende Reinigung des Substrats zum Entfernen der Materialablagerungen Bestandteil des gesamten Ätzprozesses, um das Substrat zu strukturieren.
Durch den gekühlten Gasstrom und die kondensierten und/oder erstarrten Gaspartikel werden die Ätzrückstände weitestgehend physikalisch entfernt. Ein chemische Angriff auf das Substrat ist daher ausgeschlossen. Bevorzugt werden gegenüber dem Sub- strat weitestgehend inerte Gase, beispielsweise Kohlendioxid, Argon und Stickstoff, verwendet. Diese können ggf. vor Aus¬ treten aus der Düse geeignet gekühlt werden oder sich erst infolge ihrer Gasexpansion an der Düse abkühlen. Die Gaspar- tikel können daher entweder bereits im gekühlten Gas enthalten sein oder erst bei der adiabatischen Entspannung an der Düse gebildet werden.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich, das Sub- strat nahezu ausschließlich mit einem Ätzverfahren mit physikalischer Komponente zu ätzen und dadurch sehr steile Profilflanken (70° - 90°, bevorzugt 78° - 89°) des geätzten Substrats zu erhalten. Die bei diesem Ätzen, z.B. Argonsputtern, entstehenden unerwünschten Materialablagerungen auf der Ätz- maske werden jedoch gemäß der Erfindung anschließend weitestgehend rückstandsfrei und einfach durch den Gasstrom entfernt. Optional kann vor dem Entfernen der Ätzrückstände und Materialablagerungen die Ätzmaske zumindest teilweise entfernt werden. Dadurch verlieren die Ätzrückstände zum Teil ihre mechanische Unterstützung durch die Ätzmaske und können leichter durch den Gasstrom entfernt werden. Die Ätzmaske kann beispielsweise durch ein Veraschen des Ätzmaskenmaterials in einem Hochtemperaturschritt oder durch naßchemischen Abtrag entfernt werden. Günstig ist weiterhin eine abschlie- ßende Reinigung des geätzten Substrats, um noch anhaftende Rückstände zu entfernen. Die abschließende Reinigung erfolgt bevorzugt unter Einwirkung von Ultraschall oder Megaschall.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können Metallschichten, Metalloxidschichten oder Schichtenstapel, die zumindest aus einer Metallschicht und einer Metalloxidschicht bestehen, mit steilen Profilflanken strukturiert werden. Bevorzugt wird dieses Verfahren daher bei der Strukturierung von Metallschichten aus Platin, Ruthenium, Iridium, Osmium, Rhenium, Palladium, Eisen, Kobalt und Nickel, von Schichten aus Iridiumoxid, Rutheniumoxid sowie von amorphen bzw. polykristallinen Metalloxidschichten, die zur Herstellung von Halbleiterspeichern verwendet werden, benutzt. Das zu strukturierende Substrat wird daher im allgemeinen eine Schicht auf einem Grundsubstrat und unter Umstanden das Grundsubstrat selbst sein.
Der zweite Teil der Aufgabe wird erfmdungsgemaß gelost durch eine Vorrichtung, wobei
- die Vorrichtung mit einer Atzkammer verunreinigungsdicht verbindbar ist; - ein Substrat von der Atzkammer zur Vorrichtung einfuhrbar ist; und
- die Vorrichtung zumindest eine auf das Substrat richtbare Düse zum Formen zumindest eines gerichteten Gasstroms enthalt, der unter Bildung von kondensierten und/oder erstarr- ten Gaspartikeln an der Düse expandierbar ist, wobei der gerichtete Gasstrom zum Entfernen von Atzruckstanden, die auf dem Substrat als festhaftende und mechanisch relativ stabile Materialablagerungen bei einem Atzvorgang mit nahezu rein physikalischem Abtrag entstehen, und gegebenenfalls einer Atzmaske von dem Substrat dient.
Gemäß der Erfindung kann in der erfmdungsgemaßen Vorrichtung nach dem Atzen des Substrats dieses durch den Gasstrom gereinigt werden, ohne daß das Substrat beim Transport zur Vor- richtung schädlichen Umwelteinflüssen ausgesetzt ist. Zu diesem Zweck ist die erfmdungsgemaße Vorrichtung verunreinigungsdicht mit der Atzkammer verbunden. Dies ist beispielsweise durch geeignete abdichtbare Ansatzstutzen möglich, durch die gleichzeitig auch das Substrat von der Atzkammer zur Vorrichtung überfuhrt werden kann. Durch das verunreinigungsfreie Verbinden der Vorrichtung mit der Atzkammer wird auch ein Verunreinigen der Atzkammer selbst bei der Entnahme des Substrats vermieden. Gunstig ist, die zumindest eine Düse und das Substrat relativ zueinander bewegbar anzuordnen, so daß das gesamte Substrat von dem aus der Düse austretenden Gasstrom überstrichen werden kann. Zum optionalen Vorkuhlen des Gasstroms weist die Düse bzw. eine Gaszufuhreinrichtung eine Kühlvorrichtung auf. Durch die Kühlvorrichtung kann das Gas zumindest soweit abgekühlt werden, daß bei einer bevorzugt adiabatischen Entspannung des Gases dessen weitere Abkühlung unter Bildung von kondensierten und/oder erstarrten Gaspartikeln möglich ist.
Weiterhin sollte die Vorrichtung evakuierbar sein, damit beim Einschleusen des Substrats in die Vorrichtung aus dieser keine eventuell vorhandenen Schmutzpartikel in vorgeschaltete Kammern und insbesondere in die Ätzkammer gelangen können. Während der Reinigung sollte darüber hinaus die Vorrichtung ständig abgepumpt werden, um so die lösgelösten Ätzrückstände weitestgehend aus der Vorrichtung zu entfernen.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben und schematisch in einer Zeichnung dargestellt. Es zeigen:
Figuren la bis le einzelne Verfahrensschritte des erfin- dungsgemäßen Verfahrens,
Figuren 2 und 3 auf einem Schichtenstapel verbliebene
Ätzrückstände, und Figuren 4 und 5 eine erfindungsgemäße Vorrichtung.
In Figur 1 ist ein Grundmaterial 5 dargestellt, auf dessen Oberseite eine Schichtstruktur aus einer Schicht 10, einer Barrierenschicht 15 und einer Platinschicht 20 angeordnet sind. Die Platinschicht 15 und die Barrierenschicht 20 stellen hier das zu strukturierende Substrat dar. Die Schicht 10 besteht bevorzugt aus Siliziumdioxid oder Siliziumnitrid. Die Barrierenschicht 15 besteht ihrerseits aus einer etwa lOOnm dicken Titannitridschicht und einer darunter befindlichen etwa 20nm dicken Titanschicht. Die Platinschicht 20 ist etwa 250nm dick. Auf die Platinschicht 20 wird nachfolgend eine Ätzmaske 25 aufgebracht. Die Ätzmaske 25 kann aus einem foto- lithografisch strukturierbaren Material, beispielsweise Photolack, bestehen und dadurch leicht strukturiert werden. So- fern ein lichtunempfindliches Maskenmaterial verwendet wird, erfolgt das Strukturieren der Ätzmaske 25 unter Verwendung einer weiteren fotolithografisch strukturierbaren Schicht.
Anschließend werden die Platinschicht 20 und die Barrierenschicht 15 geätzt. Dies erfolgt bevorzugt in einem MERIE-Re- aktor (Magnetically Enhanced Reactive Ion Etching) , wobei die Prozeßkammer zuvor auf einen Druck von etwa 10 mTorr evakuiert wurde. Danach wird die Platinschicht 20 in reinem Argon- plasma etwa 3 Minuten lang bei etwa 50°C geätzt, wobei das verwendete Magnetfeld etwa 0,008T (80Gauss) aufweist und die zur Aufrechterhaltung des Plasmas nötige Leistung etwa 750 Watt beträgt. Der Argonätzprozeß ist ein nahezu rein physikalischer Ätzvorgang, da das Platin nur durch die beschleunig- ten Argonionen abgetragen wird. Da die Barrierenschicht 15 im Gegensatz zur Platinschicht 20 unterschiedlich stark durch Argon geätzt wird, dient die Barrierenschicht 15 hier gleichzeitig als Ätzstoppschicht, so daß ein eventuell auftretendes räumlich inhomogenes Ätzen der Platinschicht 20 nicht zu ei- ner ungleichmäßigen Ätztopologie führt.
Weitere Ätzgase zum rein physikalischen Abtragen der Platinschicht 20 sind Sauerstoff, Stickstoff, Helium und/oder Krypton.
Nach dem Ätzen der Platinschicht 20 wird die Barrierenschicht 15 in einem reinen Chlorplasma für etwa 20 bis 60 Sekunden geätzt. Da ein Ätzangriff des Chlors auf der Seitenwand 27 der strukturierten Platinschicht 20 nur unwesentlich erfolgt, und die Oberseite der Platinschicht 20 weiterhin durch die Ätzmaske 25 geschützt ist, wird die Platinschicht 20 während der Barrierenätzung nicht weiter abgetragen.
Insbesondere beim Ätzen der Platinschicht 20 bilden sich Ma- terialablagerungen 30 (Redepositions) an den Seitenwänden der Ätzmaske 25 aus. Diese bestehen überwiegend aus umverteilten Platin. Zum Entfernen dieser Materialrückstände und der Ätz- maske 25 werden anschließend mehrere Reinigungsschritte durchgeführt. Zunächst wird die Ätzmaske 25 durch Einwirkung eines Sauerstoffplasmas verbrannt, wodurch auf der Platinschicht 20 nur nach die Materialablagerungen 30 in Form von steilen Wänden verbleiben. Es ist möglich, daß bei diesem Veraschen die Ätzmaske 25 bis auf einige Rückstände 35 von der Platinschicht entfernt wird. Diese Rückstände 35 können durch eine naßchemische Reinigung in einer karoschen Säure (H202+H2S04) oder durch ein Hydroxylamin, Katechol und Ethy- lendiamin enthaltendes Reinigungsmedium entfernt werden. Alternativ kann auch die gesamte Ätzmaske 25 naßchemisch entfernt werden.
Eventuell verbliebene Ätzmaskenrückstände und die Material- ablagerungen 30 werden nachfolgend durch einen Gasstrahl aus Kohlendioxid weitestgehend rückstandsfrei von der Platinschicht 20 entfernt. Dazu wird das Kohlendioxid mit etwa 60 bar durch eine Düse 40 gepreßt, so daß es sich nach dem Durchtritt durch die Düse 40 adabatisch entspannen kann. Da- bei kühlt sich das Kohlendioxid zumindest bis zu seiner Erstarrungstemperatur ab und es bilden sich C02-Eispartikel 45. Diese stellen die kondensierten bzw. erstarrten Gaspartikel dar. Bevorzugt wird flüssiges C02, das unter hohem Druck aufbewahrt wird, verwendet, wobei die Düse 40 in einem Abstand von etwa 1 bis 3cm unter einem Abstrahlwinkel von etwa 45° zur Substratoberfläche gehalten wird. Zur Verhinderung der Kondensation von Wasser und einer möglichen Eisbildung liegt das Substrat auf einem geheizten Substratträger oder wird durch eine Lampenheizung erwärmt. Um ein gleichmäßiges Ent- fernen der Materialablagerungen 30 zu ermöglichen, wird die Düse rasterartig über das Substrat geführt, wobei dieses dabei gleichzeitig um eine senkrecht zu Substratoberfläche stehende Achse gedreht werden kann, damit der Gasstrom 50 die Substratoberfläche aus allen Richtungen überstreicht. Nach etwa 1 bis 5 Minuten sind die Materialablagerungen 30 von der Platinschicht 20 und dem Grundmaterial 5 entfernt. Zur optionalen Vorkühlung des Gases kann die Düse 40 eine Kühlvorrichtung 48 in Form von Kühlleitungen aufweisen. Ein geeignetes Kühlmittel ist beispielsweise kaltes Stickstoffgas .
Die genaue Ausgestaltung der Düsenformen sowie weitere bevorzugte Prozeßparameter zur Bildung des C02-Gasstroms können der US-Patentschrift 4,806,171 aus den Spalten 3 bis 8 entnommen werden, die hiermit als Referenz eingeführt wird.
Ein großer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß das auf die Oberfläche auftreffende C02-Gas sowie die eventuell auftretende C02-Verreisung rückstandsfrei durch Heizen des Grundmaterials 5 beseitigt werden kann. Es hat sich gezeigt, daß auch C02-Gas mit einem Reinheitsgrad von mindestens 99% ohne zusätzliche Verschmutzung der Platinschicht 20 verwendet werden kann. Daher ist dieses Verfahren auch besonders kostengünstig.
Durch die Bildung von flüssigem oder superkritischem Kohlendioxid bei der Expansion des Gases oder Aufprall von Gaspartikeln auf die Substratoberfläche ist gleichzeitig auch ein organisches Lösungsmittel vorhanden, so daß dadurch auch organische Reste, z.B. eine aus einer organischen Substanz be- stehende Ätzmaske, entfernt werden können.
Die Materialablagerungen 30 befinden sich überwiegend nur an den Seitenflanken der Äztmaske 25, da durch die Einwirkung der Argonionen während des Ätzens die Materialablagerungen auf der Oberseite der Ätzmaske ständig entfernt werden. Somit bildet sich dort nur eine äußerst dünne Schicht von Materialablagerungen aus.
Abschließend kann optional eine naßchemische Reinigung und/oder eine Reinigung mit weichen Bürsten (Scrubber) zum Entfernen von eventuell verbliebenen Partikeln bzw. Resten durchgeführt werden. Dies erfolgt bevorzugt mit einer ver- dünnten Flußsäure (HF) oder verdünntem Ammoniak (NH3) unter Einwirkung von Ultraschall bzw. Megaschall.
Die Reinigungswirkung des C02-Gases und der C02-Gaspartikel beruht auf mehreren sich ergänzenden Komponenten. Die Hauptwirkung wird durch die Impulseinwirkung des Gasstromes und der darin enthaltenen Gaspartikel 45 erzielt. Durch den am Substrat bzw. an der Substratoberfläche vorbeistreichenden Gasstrom wird eine Reibungskraft erzeugt, die zu einem Fort- tragen der Ätzrückstände führt. Bei sehr festhaftenden und mit dem Substrat verbundenen Ätzrückständen reicht diese Reibungskraft der Gasmoleküle jedoch oftmals nicht mehr aus, weswegen unterstützend die massemäßig deutlich größeren Gaspartikel hinzutreten. Diese schlagen dabei regelrecht die Ma- terialablagerungen von der Substratoberfläche ab, die dadurch vom Gasstrom fortgetragen werden können. Der mechanische Abtrag wird durch das Abkühlen des Grundmaterials 5 und aller darauf befindlichen Schichten unterstützt, da die Materialien, insbesondere die Lackreste, bei tiefen Temperaturen spröde werden und leichter abplatzen.
Ähnliche Reinigungsergebnisse werden mit Argon oder Stickstoff erzielt. Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch zum gemeinsamen Strukturieren eines Schichtenstapels 55 verwendet werden, der aus einer Barrierenschicht 15, einer Platinschicht 20 sowie einer Metalloxidschicht 60 besteht. Derartige Schichtenstapel 55 werden beispielsweise zur Herstellung von Halbleiterspeichern verwendet. Die Metalloxidschicht 60 besteht bevorzugt aus einem Material der allgemeinen Form A- BOx, wobei A für zumindest ein Metall aus der Gruppe Barium, Strontium, Niob, Blei, Zirkon, Lanthan, Wismut, Kalzium und Kalium, B für Titan, Tantal oder Ruthenium und 0 für Sauerstoff steht. X liegt zwischen 2 und 12. Ein Vertreter dieser Stoffklasse ist beispielsweise Strontium-Wismut-Tantalat (SrBi2Ta209) . Die beim Ätzen dieses Schichtenstapels 55 entstehenden Materialablagerungen 30 können nach dem Veraschen der Ätzmaske auch zueinander leicht geneigt sein. Dies ist in Figur 2 dargestellt. Die unter dem Schichtenstapel 55 befindliche Schicht 10 wirkt beim Ätzen des Schichtenstapels 55 gleichzeitig als Ätzstoppschicht. In Figur 3 sind die Materialablagerungen 30 infolge des gemeinsamen Ätzens einer weite- ren Platinschicht 62 und der Metalloxidschicht 60 dargestellt.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren lassen sich Schichten mit sehr steilen Ätzflanken 27 (80°-90°) herstellen. Dies ist insbesondere bei schwer ätzbaren Schichten von Vorteil.
Das Strukturieren des Substrats erfolgt bevorzugt in einer Reinigungskammer 65, die in der Figur 5 dargestellt ist. Diese weist eine Schleuse 70 zum Einführen des Substrats 75 in die Reinigungskammer 65 auf. Weiterhin ist die Reinigungskammer 65 mit einer hier nicht näher dargestellten Vakuumpumpe über einen Absaugstutzen 80 verbunden. Das Substrat 75 liegt auf einem beheizbaren Substratträger 85, der über eine Heizung 90 beheizt wird. In der Prozeßkammer 65 sind weiter- hin bewegbare Düsen 40 angeordnet, die rasterförmig das Substrat 75 überstreichen können.
Die Gase zum Entfernen der Ätzrückstände 30 werden den Düsen 40 über eine Druckleitung 100 zugeführt. Diese, wie auch die Düsen 40, sind von einer Kühleinrichtung 48 zum Vorkühlen des Gases umgeben.
Gemäß Figur 4 ist die Reinigungskammer 65, die hier die erfindungsgemäße Vorrichtung darstellt, abgedichtet mit einer Ätzkammer 110 verbunden. Als Zwischenglied zwischen Ätzkammer 110 und Reinigungskammer 65 dient eine Transportstation oder Transferkammer 115, durch die das zu strukturierende Substrat von der Ätzkammer 110 zur Reinigungskammer 65 transportiert werden kann. Zusätzlich ist an der Transportstation 115 noch eine Kammer 120 zum Veraschen der Ätzmaske angeflanscht. Bevorzugt ist die Reinigungskammer 65 als sogenanntes Cluster- Tool ausgebildet. Bei einer alternativen seriellen Anordnung sind die Ätzkammer 110, die Transportstation 115, die Kammer 120 zum Veraschen der Ätzmaske und die Reinigungskammer 65 hintereinander angeordnet.
Günstig ist weiterhin der Aufbau eines Druckgradienten zwischen Reinigungskammer 65 und vorgeschalteten Kammern (Transportstation 115, Kammer 120, Ätzkammer 110), so daß zumindest beim Überführen des Substrats in die Reinigungskammer darin enthaltene Verunreinigungen nicht in die vorgeschalteten Kam- mern gelangen können. Der Druck in der Reinigungskammer sollte daher geringer als der Druck in den übrigen Kammern sein. Während der Reinigung werden die gelösten Ätzrückständen ständig abgesaugt, wobei infolge des einströmenden C02-Gases der Druck in der Reinigungskammer 65 leicht erhöht sein kann.
Bezugszeichenliste
5 Grundmaterial
10 Schicht / Siliziumoxid / Siliziumnitrid 15 Barrierenschicht / Ätzstoppschicht
20 Platinschicht
25 Ätzmaske
27 Ätzflanke / Seitenwand
30 Materialablagerungen / Ätzrückstände 35 Rückstände
40 Düse
45 C02-Eispartikel / Gaspartikel
48 Kühlvorrichtung
50 Gasstrom 55 Schichtenstapel
60 Metalloxidschicht
62 weitere Platinschicht
65 Reinigungskammer
70 Schleuse 75 Substrat
80 Absaugstutzen
85 Substratträger
90 Heizung
100 Druckleitung 101 Ätzkammer
102 Transportstation
120 Kammer

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Strukturieren eines Substrats mit folgenden Schritten: - ein Substrat (5, 15, 20, 60) wird bereitgestellt;
- auf das Substrat (5, 15, 20, 60) wird eine Ätzmaske (25) aufgebracht;
- das Substrat (5, 15, 20, 60) wird mittels eines Ätzverfahrens mit nahezu rein physikalischem Abtrag unter Verwendung der Ätzmaske (25) geätzt, wobei durch das Ätzen zumindest auf dem Substrat (5, 15, 20, 60) festhaftende und mechanisch relativ stabile Materialablagerungen entstehen, die weitestgehend umverteiltes und abgetragenes Substrat (5, 15, 20, 60) enthalten und Ätzrückstände (30) darstellen; - ein aus zumindest einer Düse (40) strömender Gasstrom (50) wird zum Entfernen der Ätzrückstände (30) und gegebenenfalls der Ätzmaske (25) auf das Substrat (5, 15, 20, 60) gerichtet, wobei der Gasstrom (50) die Ätzrückstände (30) und gegebenenfalls die Ätzmaske (25) weitestgehend vom Sub- strat (5, 15, 20, 60) entfernt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ätzverfahren mit ausschließlich reinem physikalischen Ab- trag durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ätzen des Substrats (5, 15, 20, 60) ein Argon-, Sauer- Stoff-, Stickstoff-, Helium und/oder Kryptonplasma verwendet wird.
4. Verfahren nach der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasstrom (50) kälter als das Substrat (5, 15, 20, 60) ist.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasstrom (50) zumindest kondensierte und/oder erstarrte Gaspartikel (45) enthält.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasstrom (50) infolge einer Gasexpansion an der Düse (40) abgekühlt wird.
7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasstrom (50) vor Austreten aus der Düse (40) abgekühlt wird.
8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein gegenüber dem Substrat (5, 15, 20, 60) weitestgehend i- nertes Gas, bevorzugt Kohlendioxid (C02) , Argon (Ar) , Stick- stoff (N2) oder ein Gemisch dieser Gase, verwendet wird.
9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß unterstützend zum Entfernen der Ätzrückstände (30) durch den Gasstrom (50) die Ätzmaske (25) zuvor zumindest teilweise entfernt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ätzmaske (25) zumindest teilweise durch ein Veraschen des Ätzmaskenmaterials oder durch einen naßchemischen Abtrag entfernt wird.
11. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Entfernen der Ätzrückstände (25) eine abschließende Reinigung durchgeführt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die abschließende Reinigung unter Einwirkung von Ultraschall oder Megaschall erfolgt.
13. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Substrat eine Ätzstoppschicht (15) angeordnet ist.
14. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (5, 15, 20, 60) durch eine Schicht gebildet wird, die zumindest eine Metallschicht (20) oder eine Me- talloxidschicht (60) aufweist.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht ein Schichtenstapel (55) ist, der zumindest eine Metallschicht (20) und eine Metalloxidschicht (60) aufweist.
16. Vorrichtung zum Entfernen von Ätzrückständen auf einem Substrat, wobei
- die Vorrichtung mit einer Ätzkammer verunreinigungsdicht verbindbar ist;
- ein Substrat (75) von der Ätzkammer zur Vorrichtung einführbar ist; und
- die Vorrichtung zumindest eine auf das Substrat (75) richtbare Düse (40) zum Formen zumindest eines gerichteten Gas- Stroms (50) enthält, der unter Bildung von kondensierten und/oder erstarrten Gaspartikeln (45) an der Düse (40) expandierbar ist, wobei der gerichtete Gasstrom zum Entfernen von Ätzrückständen, die auf dem Substrat (75) als festhaftende und mechanisch relativ stabile Materialablagerungen bei einem Ätzvorgang mit nahezu rein physikalischem Abtrag entstehen, und gegebenenfalls einer Ätzmaske (25) von dem Substrat (75) dient.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (40) und das Substrat (75) relativ zueinander beweg- bar sind.
18. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kühlvorrichtung (48) zum Kühlen des durch die Düse (40) leitbaren Gases vorgesehen ist.
PCT/DE1999/004025 1998-12-23 1999-12-17 Verfahren zum strukturieren eines substrats sowie vorrichtung zur durchführung eines derartigen verfahrens WO2000039847A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19860084.4 1998-12-23
DE1998160084 DE19860084B4 (de) 1998-12-23 1998-12-23 Verfahren zum Strukturieren eines Substrats

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2000039847A1 true WO2000039847A1 (de) 2000-07-06

Family

ID=7892685

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/DE1999/004025 WO2000039847A1 (de) 1998-12-23 1999-12-17 Verfahren zum strukturieren eines substrats sowie vorrichtung zur durchführung eines derartigen verfahrens

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE19860084B4 (de)
WO (1) WO2000039847A1 (de)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6277753B1 (en) 1998-09-28 2001-08-21 Supercritical Systems Inc. Removal of CMP residue from semiconductors using supercritical carbon dioxide process
DE19901002B4 (de) * 1999-01-13 2005-09-22 Infineon Technologies Ag Verfahren zum Strukturieren einer Schicht
US6748960B1 (en) 1999-11-02 2004-06-15 Tokyo Electron Limited Apparatus for supercritical processing of multiple workpieces
WO2001082368A2 (en) * 2000-04-25 2001-11-01 Tokyo Electron Limited Method of depositing metal film and metal deposition cluster tool including supercritical drying/cleaning module
US7767145B2 (en) 2005-03-28 2010-08-03 Toyko Electron Limited High pressure fourier transform infrared cell
US7789971B2 (en) 2005-05-13 2010-09-07 Tokyo Electron Limited Treatment of substrate using functionalizing agent in supercritical carbon dioxide
DE102006038001B3 (de) * 2006-08-14 2008-03-27 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren und Vorrichtung zur Werkstücktrocknung und/oder Trockenhaltung bei der flüssigkeitsstrahlgeführten Bearbeitung eines Werkstücks

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH043914A (ja) * 1990-04-20 1992-01-08 Nec Corp 結晶成長方法および結晶成長装置
US5298112A (en) * 1987-08-28 1994-03-29 Kabushiki Kaisha Toshiba Method for removing composite attached to material by dry etching
US5378312A (en) * 1993-12-07 1995-01-03 International Business Machines Corporation Process for fabricating a semiconductor structure having sidewalls
JPH08321480A (ja) * 1994-11-07 1996-12-03 Clytec Corp 表面の処理
EP0836895A2 (de) * 1996-10-16 1998-04-22 International Business Machines Corporation Entfernung von Rückständen durch überkritische Fluids
US5853962A (en) * 1996-10-04 1998-12-29 Eco-Snow Systems, Inc. Photoresist and redeposition removal using carbon dioxide jet spray

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4806171A (en) * 1987-04-22 1989-02-21 The Boc Group, Inc. Apparatus and method for removing minute particles from a substrate
JP2529431B2 (ja) * 1990-02-09 1996-08-28 大陽酸素株式会社 洗浄装置
JP2985396B2 (ja) * 1991-07-16 1999-11-29 日本電気株式会社 ドライエッチング後の後処理方法
US5366156A (en) * 1993-06-14 1994-11-22 International Business Machines Corporation Nozzle apparatus for producing aerosol
DE4332897A1 (de) * 1993-09-22 1995-03-23 Manfred Dr Rer Nat Blaschke Vorrichtung und Verfahren zur Entfernung von Dünn- und Dickschichtfilmen und -strukturen
US5931721A (en) * 1994-11-07 1999-08-03 Sumitomo Heavy Industries, Ltd. Aerosol surface processing

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5298112A (en) * 1987-08-28 1994-03-29 Kabushiki Kaisha Toshiba Method for removing composite attached to material by dry etching
JPH043914A (ja) * 1990-04-20 1992-01-08 Nec Corp 結晶成長方法および結晶成長装置
US5378312A (en) * 1993-12-07 1995-01-03 International Business Machines Corporation Process for fabricating a semiconductor structure having sidewalls
JPH08321480A (ja) * 1994-11-07 1996-12-03 Clytec Corp 表面の処理
US5967156A (en) * 1994-11-07 1999-10-19 Krytek Corporation Processing a surface
US5853962A (en) * 1996-10-04 1998-12-29 Eco-Snow Systems, Inc. Photoresist and redeposition removal using carbon dioxide jet spray
EP0836895A2 (de) * 1996-10-16 1998-04-22 International Business Machines Corporation Entfernung von Rückständen durch überkritische Fluids

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ITO ET AL: "Dry cleaning technologies using UV-excited radicals and cryogenic aerosols", FOURTH INT. SYMP. ON ULTRA CLEAN PROCESSING OF SILICON SURFACES, 21 September 1998 (1998-09-21) - 23 September 1998 (1998-09-23), ostend, BE,, pages 65 - 66, XP000910951 *
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 16, no. 146 (E - 1188) 10 April 1992 (1992-04-10) *

Also Published As

Publication number Publication date
DE19860084B4 (de) 2005-12-22
DE19860084A1 (de) 2000-07-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5976264A (en) Removal of fluorine or chlorine residue by liquid CO2
EP1733421B1 (de) Wässrige lösung und verwendung dieser lösung zur entfernung von post-etch residue von halbleitersubstraten
DE69634194T2 (de) Verfahren zur bearbeitung einer oberfläche
DE69934986T2 (de) Verfahren für anisotropes ätzen
DE69722542T2 (de) Verbesserungen an oder in Bezug auf Halbleiteranordnungen
DE3209066C2 (de)
DE10056541B4 (de) Verfahren zum Reinigen von Quarzsubstraten unter Verwendung von leitenden Lösungen
DE3603725C2 (de) Verfahren zur Strukturierung von Siliciumcarbid
DE4319683A1 (de) Entfernen von Polymerrückständen auf Kohlenstoffbasis mit Ozon, die bei der Reinigung von Plasmareaktoren von Nutzen ist
DE102014111282A1 (de) Verfahren zum sauren Ätzen von Silizium-Wafern
DE3925070C2 (de) Verfahren zum Erhalt einer sauberen Siliziumoberfläche
DE4123711C2 (de) Verfahren zur Vermeidung der Bildung von Niederschlägen nach dem Beenden eines Plasma-Trockenätzens und Verfahren zum Plasma-Trockenätzen von Halbleiter-Substrat-Scheiben
DE69922617T2 (de) Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung
DE19751784A1 (de) Verfahren zum Herstellen einer Barriereschicht
WO2000039847A1 (de) Verfahren zum strukturieren eines substrats sowie vorrichtung zur durchführung eines derartigen verfahrens
US20020002942A1 (en) Method for changing surface termination of a perovskite oxide substrate surface
DE19833448C2 (de) Verfahren zur Reinigung von CVD-Anlagen
DE3625597A1 (de) Aetzmittel zum entfernen abgeschiedener materialien von geraeten und zubehoer zur chemischen dampfabscheidung und reinigungsverfahren fuer diese gegenstaende
DE3219284C2 (de)
EP1086488A2 (de) Verfahren zum herstellen von halbleiterbauelementen
DE19901002B4 (de) Verfahren zum Strukturieren einer Schicht
DE102017219312A1 (de) 2-stufiger Trockenätzprozess zur Texturierung kristalliner Siliziumscheiben
DE10115492B4 (de) Verfahren zur Aufbereitung einer Reaktionskammer
DE10336328B4 (de) Vorrichtung zur Bearbeitung eines Siliziumssubstrats
EP1055749A1 (de) Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterscheibe

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): CN JP KR US

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LU MC NL PT SE

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
122 Ep: pct application non-entry in european phase